Способ газодинамического отделения шлака от жидкого металла

Способ газодинамического отделения шлака от жидкого металла

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: в черной металлургии при отсечке шлака на выпуске жидкого металла из конвертера. Сущность изобретения: газ вводят пульсирующий струей, увеличивая его расход в конце слива до значений , обеспечивающих соотношение площадей зоны, свободной от шлака, находящейся над выпускным отверстием, и сечения канала в пределах 16-100. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з С 21 С 5/46

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ1 ииюнц (Л

i@) 0 Î

0

»

1 ъ !

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4731856/02 (22) 22,08,89 (46) 07,01,93, Бюл, N. 1 (71) Урал ьс к ий науч но-исследо вател ьский институт черных металлов, Нижнетагильский металлургический комбинат и Производственное объединение "Азовмаш" (72) С.Ф.Одинаков, M.À.TðåTüÿêo8, О.Н,КОкареко, Ю.С.Щекалев, Ю.А.Дерябин, В.Н.Жириков, А,С,Беседин, В,Д.Клименко, В,М.Стремовский и Г.А.Голодухин (56) ЭИ ЧМ. Серия "Сталеплавильное производство", 1988, вып. 12, с. 3-4.

Заявка Японии N. 52-152711, кл. В 22 D

43/00, опублик. 1977, Изобретение относится к металлургии, конкретнее к отделению шлака, попадающего в ковш, при выпуске металла из сталеплавильных агрегатов, например конвертера, Известны газодинамические способы отделения металла от шлака при помощи газовых струй за счет ввода воздуха (азота) непосредственно в канал выпускного отверстия в конце выпуска при помощи пневматического устройства или аргона в специальный сифон, Однако способ не устраняет вихреобразного движения металла в конце слива плавки — в воронку затягивается шлак и попадает в ковш со сливаемым металлом, Общим недостатком указанных способов является подстывание металла и шлака в канале отверстия, требующее межплавочного обслуживания — рассверливания, что наряду со сложным конструктивным оформ„„Я „„1786096 А1 (54) СПОСОБ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ ШЛАКА ОТЖИДКОГО МЕТАЛЛА (57) Использование: в черной металлургии при отсечке шлака на выпуске жидкого металла из конвертера, Сущность изобретения; газ вводят пульсирующий струей. увеличивая его расход в конце слива до значений, обеспечивающих соотношение площадей зоны, свободной от шлака, находящейся над выпускным отверстием, и сечения канала в пределах 16-100, 2 табл. лением этих приемов, снижает технологичность процессов и увеличивает эксплуатационные затраты.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ предотвращения вытекания шлака, плавающего на поверхности жидкого металла при выпуске, заключающийся в подаче инертного газа через фурмы в металл вокруг выпускного отверстия.

К недостаткам способа следует отнести то, что в конце слива металла, например. из конвертера при резком понижении его уровня часть шлака обязательно попадает в ковш, а процесс вдувания газа является нестабильным из-за образования — растворения отложений настылей на соплах фурм и соответственного изменения-их пропускной способности, что может приводить к появлению сливной воронки, В результате повышается концентрация вредных примесей и

1786096 разброс содержания остальных элементов в готовом металле. На высоком уровне остается также окисленность металла.

Цель изобретения — повышение эффективности отсечки шлака, уменьшение угара легирующих элементов и улучшение качества металла.

Поставленная цель достигается тем, что в способе газодинамического отделения шлака от жидкого металла, включающего выпуск жидкого металла через канал из металлургического агрегата, например конвертера, вдувание нейтрального газа в металл во время выпуска плавки с образованием на поверхности металла зоны, свободной от шлака, нейтральный газ вводят пульсирующей струей, увеличивая его расход в конце слива при снижении уровня металлической до значений, обеспечивающих соотношение площадей зоны, свободной от шлака, находящейся над выпускным отверстием, и сечения канэла в и редел ах 16-100.

Сущность способа заключается в следующем, Вдувание во время слива плавки нейтрального газа пульсирующей струей вызывает каталитические колебания расплава, дезорганизующие сливную воронку. В то же время при направленном течении к отверстию металла, колеблющегося с определенной частотой, вблизи футеровки создаются местные напряжения, приводящие к разрыву сплош ности жидкого металла и обрэзованию кавитационных пузырей.

Одновременно интенсифицируются массообменные процессы и усиливаются флюктуации давления в металлической ванне. В результате происходит более активное обновление поверхности металла возле зародышей пузырьков, облегчается диффузия и адсорбция в них растворенных газов и соответственно рост пузырьков до критических размеров. С другой стороны, локальные уменьшения давления в некоторых точках на границе металл-футеровка "провоцируют" образование новых пузырей.

Таким образом, во время слива плавки активизируется дегазация металла, что наряду с основным эффектом пульсации металла (встряхивания) исключает образование сливной воронки при меньших расходах дорогостоящих технологических газов. Снижается также содержание вредных газов в металле (таблицы).

Кроме того, струя металла, вытекающего из отверстия, приобретает пульсирующий характер, увеличивается ее кинетическая энергия, что улучшает условия перемешивания металла и легирующих мате5

15 жанием оптимвльного соотношения площадей зоны, свободной от шлака, над

20 щадей зоны, свободной от шлака, и сечения

25, канала менее 16 не удается гарантированно

50

45 риалов в ковше и является весьма полезным при производстве легированных марок сталей, устраняет ручной труд, снижает расход легирующих и стабилизирует химический состав готовой стали.

Применение пульсирующего дутья позволило также значительно снизить количество случаев образования настылей на дутьевых устройствах и за счет этого улучшить организацию потоков газа для отсечки шлака и уменьшить износ фурменных зон.

Эффективная отсечка шлака в конце слива металла при снижении его уровня в плавильном агрегате достигается поддервыпускным отверстием и сечения канала (Яз/So). Соотношение определялось экспериментально при проведении выпусков из

22-тонного конвертера с фотографированием поверхности металлической ванны кинокамерой. Выплавляли сталь 09Г2С из предельного чугуна. При соотношении плоснизить количество шлака, теряемого со сливаемым металлом, до значений, исключающих рефосфорацию. Из табл,1 следует, что в этом случае скачкообразно увеличивается содержание фосфора в слитках и угар ферросплавов. Повышение отношения более 100 уже не влияет на показатели отсечки шлака, и повышенный расход газа для этих целей бесполезно охлаждает металл. Для появления чистой стальной зоны без шлака достаточно вдувать аргон со скоростью 300 л/мин-1.

Опытные плавки на агрегатах различной емкости, а также модельные эксперименты показали, что оптимальное соотношение Яз/Soдостигается при различных интенсивностях подачи газа в зависимости от конфигурации агрегата, скорости слива металла, состава шлака, глубины ванны и т.д, При использовании способа первоначально в опытном порядке отрабатываются дутьевые параметры для реализации критерия — достижения необходимой площади зоны, свободной от шлака, а при дальнейшей эксплуатации способа поддерживается преимущественно оптимальный расход нейтрального газа.

Одной из мер по предупреждению образования сливной воронки является стабилизация отношения высоты столба металла над выпускным отверстием к диаметру отверстия на уровне (4-5):1. Стационарный характер истечения при вытекании жидкости из выпускного отверстия, например, конвертера, в основное время слива обеспечи1786096

55 вается дискретным поворотом конвертера на определенный угол в заданный интервал времени.

При предотвращении образования воронки увеличивается скорость слива жидкости, поскольку эффективная площадь поперечного сечения отверстия в этом случае увеличивается.

Пример 1. В 22-тонном конвертере выплавляли сталь марки 09Г2С из передельного чугуна, При повалке конвертера в положение слива металла включали подачу аргона на четыре фурмы, оснащенные газодинамическими пульсаторами, рассчитанными на частоту колебаний газа при его рабочих значениях в пределах 50-100

Гц. Фурмы диаметром 4 мм каждая устанавливали симметрично вокруг огнеупорного блока выпускного отверстия на стыке с футеровкой конвертера. Диаметр выпускного отверстия составлял 75 мм. Регулирование расхода аргона осуществляли с выносного пульта, расположенного на передвижной платформе для раскислителей и легирующих материалов. Расход аргона в конце слива плавки при визуально наблюдаемом снижении уровня ванны увеличивали с 0,5-1 до 2-6 м /мин, з поддерживая диаметр "пятна" металла на поверхности ванны (зону свободную от шлака) 300-700 мм (— =16-100), Зз

Sî

Раскисление и легирование стали осуществляли в сталеразливочном ковше алюминием, ферросилицием и силикомарганцем (0,33; 19,1; 8 кг/т). В качестве теплоизолирующего материала использовали шунгезит, Состав полученной стали, /: С 0,08; Мп

1,53; Si 0,66; P 0,012; S 0,022; (О) 0,002; fN)

0,003.

Угар марганца и кремния сос авил соответственно 1 и 5 /,. Расход ферросплавов

27,43 кг/т. Рефосфорация металла в процессе выпуска и разливки 0,001 — 0,002 абс. .

Ударная вязкость образцов (КСУ) металла при -20 С 1,39; при -40 С 1,17; при -60 С

0,71.

Для сравнения при выплавке стали такого же состава осуществляли отделение шлака от металла по известному способу.

Как следует из данных, приведенных в табл.1, использование для газодинамического отделения шлака от металла пул ьсирующих струй газа и обеспечение

8з оптимального соотношения — позволяет

So практически исключить попадание шлака в

35 сталеразливочный ковш, существенно снизить расход ферросплавов, а также улучшить хладостойкость стали.

Технологические показатели испытаний способа в 160-т конвертерах с иллюстрацией дутьевых параметров приведены в табл,2.

Пример 2. Отделение товарного вэнадиевого шлака от углеродистого полупродукта проводили при выпуске плавки из

160-тонного конвертера. При повалке конвертера в положение слива металла включали подачу азота на три фурмы с газодинамическими пульсаторами, установленные симметрично в хромомагнезитовых блоках отверстия. Диаметр каждой из фурм составлял 9 мм, диаметр выпускного отверстия при.расчетной глубине ванны 500 мм составлял 145 мм. Расход азота увеличивали при снижении уровня ванны по мере необходимости с 2 до 8-10 м /мин (расчетная з частота около 100 Гц), поддерживая диаметр чистой металлической зоны без шлака на уровне 600-1500 мм (— =16-100), Время вы з

So пуска 7 мин, Количество ванадиевого шлака, слитого в ковш, с полупродуктом составило менее 50 кг. В результате коэффициент извлечения ванадия из чугуна в товарный шлак достиг

92,37, по сравнению с 87,27, на обычных плавках, Существенно уменьшилось выделение дыма при выпуске плавки.

Значительно снизилась пористость отливок из полупродукта, что расширяет границы его использования в машиностроении.

Формула изобретения

Способ газодинамического отделения шлака от жидкого металла, включающий выпуск жидкого металла через канал из металлургического агрегата, например конвертера, вдувание нейтрального газа в металл во время выпуска плавки с образованием на поверхности металла зоны, свободной от шлака, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности отсечки шлака, уменьшения угара легирующих материалов и улучшения качества металла, нейтральный газ вводят пульсирующей струей, увеличивая его расход в конце слива при снижении уровня металлической ванны до значений, обеспечивающих соотношение площадей зоны, свободной от шлака, находящейся над выпускным отверстием, и сечения канала в пределах 16-100.

1786096

Ю м

Ю м.

Ю м

Ю м

СЗ

С:> (4 (С>

0 1 О

С>

С0

"О

СЗ ("О

С>

СЗ (С>!

-С

C) о >

М\

СЗ (n

CO

СЗ в

СЗ д

СЗ в О

СЗ

Ю! м м

-:3 л

"О в

СЗ м м м

О> (:)

C)

Ю м

СЗ

Ю

Ю м

С>

С>

СЗ м

С>

C)

С> м

C)

С>

CD м

C)

Ю

СЗ м

CD

CD

LC>

СЗ

СЗ

СЗ (Ч

СЗ

СЗ

СЗ (Ч

СЗ

fD

СЗ м

С>

СЗ

СЗ (Ч

С)

C)

CD оз

CD

СЗ

СЗ

СЗ

CD

СЗ м м

Ю D

СЗ Ю

D D (4 (Ч

СЗ

СЗ

С 3 (4

Ю

СЗ

СЧ

СЧ

СЗ

СЗ (4 (4

СЗ

СЗ ю (Ч

Ю

СЗ м (Ч

СЗ

СЗ

С4

Ю

СЗ

СЧ

СЗ

СЗ

С4

СЗ

СЗ оЗ

СЗ

СЗ

СЧ

СЗ

СЗ с4 (4

СЗ м с>

СЗ СЗ

D D

СЗ

СЗ

Ю

Ю с4

»З

СЗ

>О

4З

СЗ

LC>

>4З

С> О

4З

CD 40

ЧЗ

СЗ

С(>

>О

СЗ

-т

ЧЗ

Ю м

,О

СЗ м

1.(\ л в

Ю

СЗ оЗ

СЗ

СЗ

С

СЗ

Ю в

СЗ

СЗ

СЗ

СЗ в

Ю

СЗ в

С:>

СЗ

СГ\

C)

СЗ

0 >

С4

С \

С

С4 м

Г !

С4 и(>лЗ

С (3 м

«3

С (Ч м . С

С4 м

- 3 ( (4

3 !

СЗ

СГ\ м

;33

С4

CD

СЗ

CD

С3

СЗ

С<

Ю

СО ОЗ

W оЗ

В С4

0D (С>

Ф f» вм

C0 СС>

-I 00 в сч

>О )S

СС

Э Э а е с

Iv

Э

f0 >Е

С<

Ес Z

1 I I 1

f0 4> I

Ф <- I

s i o u 1 с! оо 1

f0 ОЕ !

1- Э I

O ХСО 1

t Э Ф 1

1 Щ I r S I

m i оз аде 1

I I- I 1

V I—

Э .О 1

Ф t Vu<ЧЗ

Y i O0

1 1 Y « I .. 1 (О 34

1 S (С 1 I

1 С I О! X 1 D 1 э i ai.оК С

>О О 1 ct! 1 (0 < 1

О< о Ф t а- 1

Х 1 Х 1 (О 3< I CD !

О i CXW»1 С<

И <С: !».; с

>) I S 1 1 1

Л! 1 !

S I 1 1

I I 1 I (О I i I

<О I 1 1 о < I

u ОО I о I с -! о 1

o i (о 1 с 1 о!.с, I

1 1 (0 I I о 1

X 1 Э 1 1

Э i Е i (0 1

СС 1 1 1 с 1 Ф 1 1 (О 1 fÎ I 1 (С 1 I- 1 1

f0 I И I I с! o р« 1 о I

>Х 1 1 1

S 1 >S I 1

z 1 S 1 I (О I Y I 1

<- и л 3

Ф Э i ((3 1

C I S I 1 и I

S I Е I I

t S 1 1

ХiXi 04

I 4ty t I

I Z I 1 I

Z 1 1 I

Э I 1 I с 1

2 1 1 Я 1

à à — -!

Е 1 Ф ОЕ

О (3< 1

О. 1 С (О 1 .,4 1

С<С<эi Oi(f>

ООФ 1

О О.t-a.(0 1 соzaC

Э Э С< О

Л!»Scot Л с о I

1 О! . 4 I

cxi оа

oomSc э i х а о - Х 1<- 1 и а с (33 л и - 1 е1 Фэссиэ

С 3 1 О О И Sc-)0> Х 1

СО 1 О)"

Х! Г<

1 о<аэ ° э с Охсс=< 1

I Ф (0 (0 Ф Ф 1

Э t i <-сОО I м 3иахае

I I

И. (<(з

1 г 1

X I о I!. 1 И 1 И

I о i I с 1 о х I

Х I Ф 1

Х < (0 1 э с 1

1 C 1

I I

» 1!

1 li

S l- 1

o e I

1 (О m 1 о 3= e c

3 э х Ф !

0tXe 1 с <- с э 1 оОЗЕ 1

1

I

I

I

1

1

1

I

1

1

1

I

1

1

1

1

1

I

I

I

1

1

I

I

1

1

1

1 !

1

1 (1

1

1

1

1

1

1

1

1 !

1

1

I

1

1

1

1

1

1

1

I

1

I

I

1 !

I

1

1

1

ОЗ (4 ОЗ <4. ОЗ-т со В оЗ м

СО - С В .-С 3 (3 С М

ВМ Вс4 ВМ ВМ Вм с> !

И

<С

П!

О.

Э

z о х

Э

Ф (С

Е

Х

Э

О.

Э

Я

S

С0 х

f0 с

К о с и

2l

S и с о

IФ о а

Э

X е

Л

S

Е

П!

m о

z и о

f0

z о

z (О

IS

З и и

1786096

Таблица 2

Технологические покаэатели промыыленных испытаний нового способа отделения плака от металла и иэвестного при выплавке стали С9Г2С в 160-тонном кисло" родном конверторе

:Угар элементов .иэ Еераосплавов

I Расход, Расход отделения плавох; азота в аэота в

Химический состав Ударная металла, Ф ВЯЗКОСТЬ

1 ,Электросва. риваеность, Кол-во алака в

I основное: конце вы1 время ; пуска плавки выпуска при снижении плавки, уровня ванны

1 мэ/мин мз/иин !л/мин смэ

1 стали

I ! ИДж/мэ пр»;

"60 С стапераэ- !2 лив.ковае1Уп

ылака от металла

P, S 0 !

С,С24

Известный 8

С>027 С,СС8 0,45

2,3

2,3 13

10G

9 15

100

30

40

50, Составитель С.Одиноков

Техред М,Моргентал Корректор H. БЧчок

Редактор

Заказ 228 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Предлагаемый 7

1G

8

7

2,4

2,3

2,5

2,3

6,9 . 38

8,0 45

9,6 54

11,0 63

12,1 69

13,2 75

14,1 80

5С

22

l6

7 11

3 7

2 7

1 4

0,02С

С,C15

G,С13

G, G14

С,G12

G,012

С,С12

С,С25

С,С23

С,С23

С,023

С,022 ч,С22

0,022

G,006

0,004

0,004

С,СС3

С,ССЗ

С,GC3

С,003

0,56

0,73

0,72

0,7Å

С,78

0,77

0,79

135