Способ циркуляционного вакуумирования жидкого металла, система и устройства для его осуществления

Способ циркуляционного вакуумирования жидкого металла, система и устройства для его осуществления

Реферат

 

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве ультранизкоуглеродистой стали. Способ циркуляционного вакуумирования жидкого металла включает продувку поверхности расплава окислительным газом из центральной фурмы (ЦФ) в своде вакуумной камеры с подогревом расплава для интенсификации реакции обезуглероживания путем сжигания горючего газа и одновременную подачу газообразных агентов во всасывающий патрубок вакуумной камеры. В процессе обработки расплава осуществляют дополнительную продувку его поверхности окислительным газом из боковых фурм (БФ), расположенных в стенке вакуумной камеры. Подогрев расплава за счет сжигания горючего и отходящих газов осуществляют из (ЦФ), выполненной в виде комбинированной многоярусной водоохлаждаемой фурмы. Регулируют расходы окислительного газа из (ЦФ) и (БФ) в зависимости от интенсивности реакции обезуглероживания. Торцевую поверхность головки (ЦФ) располагают на расстоянии до днища камеры, составляющем не менее 0,8 высоты камеры. Головки (БФ) располагают на расстоянии от днища камеры, составляющем не более 0,5 ее высоты. Многоканальная фурма выполнена с двумя ярусами сопел для подачи окислительного газа и центральным соплом для подачи горючего газа. Сопла нижнего яруса сориентированы из условия пересечения их осей с осью центрального сопла под головкой (ЦФ), а оси сопел верхнего яруса сориентированы вдоль поверхности вакуумной камеры. (БФ), расположенная под уровнем расплава, размещена в стенке камеры на расстоянии от ее днища, составляющем не более 0,1 высоты камеры, под вертикальным углом наклона к дну камеры, составляющем не более 15^o. Ось фурмы расположена в вертикальной плоскости, пересекающей поверхность всасывающего патрубка на расстоянии от его оси, составляющем не более 0,8 радиуса всасывающего патрубка. Технический результат - интенсификация процесса обезуглероживания стали со сверхнизким содержанием углерода, упрощение осуществления способа обработки расплавов различных марок стали. 4 с. и 67 з.п. ф-лы, 22 ил.

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве ультранизкоуглеродистой стали.

Производство такой стали (с особыми свойствами по формуемости, повышенной коррозионной устойчивостью и повышенной адгезией к нанесенным покрытиям) включает обработку расплава стали в циркуляционных вакууматорах, содержащих вакуумную камеру с всасывающим и сливным патрубками (далее по тексту RH-камера), с системой поверхностной продувки расплава металла и ввода газообразных агентов под уровень расплава.

Из предшествующего уровня техники известны следующие аналоги настоящего изобретения.

В части настоящего изобретения, касающейся способа обезуглероживания расплава в RH-камере, известны следующие аналоги.

Из книги "Внепечное вакуумирование стали", А.А.Морозов, М., Металлургия, 1973, с. 235 [1] известен способ циркуляционного вакуумирования жидкого металла, включающий создание циркуляции расплава металла через RH-камеру, патрубки которой погружены в расплав. Циркуляция расплава металла обеспечивается поддержанием в вакуумной камере необходимого разрежения и ввода во всасывающий патрубок газообразных агентов, например инертного газа.

Однако из-за быстрого падения температуры расплава этим способом невозможно получить ультранизкоуглеродистую сталь. Кроме того, образование настыли на стенках камеры и повреждение ее футеровки значительно повышает издержки производства.

Из статей "Процесс и результаты совершенствования огнеупоров для циркуляционных вакууматоров", К.Акутая, К.Фудзи, Ц.Китай, Тайкабуцу, 1996, Т.48, С.307-315; "Установки циркуляционного вакуумирования по способу КТВ на заводе фирмы Erdemir Tas Турция", Гель И. , Чапар С., Айхерт Т., Куббе А., "Черные металлы", май 1999 г. [2], известен способ циркуляционного вакуумирования жидкого металла в RH-камере с использованием подвода кислорода к поверхности расплава посредством подвижной водоохлаждаемой фурмы (способ КТВ). Водоохлаждаемая фурма расположена по оси вакуумной камеры и установлена в ее своде с возможностью перемещения в две технологические позиции - верхнюю и нижнюю. Соответственно, вакуумная камера оборудована вакуумным уплотнительным узлом для обеспечения перемещения фурмы в необходимое положение. В зависимости от фазы обработки расплава фурма устанавливается в нижней или верхней позиции. В начальной фазе фурма располагается на нижней позиции, в заключительной фазе обезуглероживания, подачу кислорода снижают и фурму устанавливают в верхней позиции. Это позволяет поддерживать скорость реакции при меньшем расходе кислорода. По ходу процесса осуществляют химический нагрев расплава. Фурма может быть использована также для избирательного расплавления настыли в различных зонах вакуум-камеры.

Недостатком этого способа является необходимость в конструктивно сложном узле вакуумного уплотнения подвижной фурмы. Это значительно снижает надежность работы вакуумной камеры и увеличивает затраты на ее обслуживание. Кроме того, ограничена площадь реакционной поверхности, что повышает время обработки расплава, температурные потери которого не компенсируются, поскольку фурма может работать как средство для подогрева RH-камеры только в периоды между обработками расплава.

Из японской патентной заявки N 64-217 (Vacuum refining method for molten steel), Appl. No 63-15817 (22) 28.1.1988, (32) 6.2.1987, KAWASAKI STEEL CORP, C 21 C 7/10, [3], известен способ циркуляционного вакуумирования расплава металла в RH-камере (прототип изобретения).

По прототипу способ циркуляционного вакуумирования расплава металла в RH-камере включает продувку кислородом поверхности расплава из центральной фурмы, расположенной в своде вакуумной камеры, при этом из нижерасположенных боковых газохлаждаемых фурм в RH-камеру подается окись углерода, при сжигании которой осуществляется подогрев расплава. Продувка под уровнем расплава осуществляется посредством фурм, расположенных в боковой стенке вакуумной камеры и всасывающем патрубке.

Недостатками прототипа являются большие энергозатраты на продувку расплава, недостаточная площадь реакционной зоны, значительное снижение глубины вакуума в RH-камере из-за необходимости интенсивного охлаждения боковых фурм, которые в противном случае быстро оплавляются и сгорают.

В части настоящего изобретения, касающейся системы продувки расплава, известны следующие аналоги.

Из патента 2150516, RU, М.кл.⁷ С 21 С 7/10, 96 г. [4] известна установка для производства сверхнизкоуглеродистой стали, содержащая RH-камеру с всасывающим и сливным погружными патрубками. В боковой стенке RH-камеры размещено множество газоохлаждаемых инжекционных фурм, посредством которых осуществляется рафинирование жидкой стали при вдувании кислорода или кислородсодержащего газа со сверхзвуковой скоростью.

Недостатком аналога (3) является повышенная нагрузка на вакуумсоздающую систему из-за необходимости постоянной подачи охлаждающего газа в газоохлаждаемые инжекционные фурмы.

Из статьи Oxygen Blowing Technology for production of Ultra-Low Carbon Steel on RH Degasser // S.B. Ahr, H.S. Choi, J.S. Km et al // Steelmakmg Conference Proceedings 1998, с. 3-7 (5), известен способ вакуумной обработки расплава на установке циркуляционного вакуумирования (POSB). Система продувки расплава этого способа включает установленные в боковой стенке RH-камеры газоохлаждаемые фурмы (от 2 до 4-х), состоящие из двух концентрических труб, из которых внутренняя труба снабжена на выходе соплом Лаваля. Наружная труба предназначена для подачи охлаждающего нейтрального газа, например аргона или азота. Через внутренние трубы этих фурм кислород в виде наклонных (к поверхности расплава) сверхзвуковых струй подается к поверхности расплава. Такая организация продувки расплава существенно увеличивает площадь реакционной поверхности и значительно повышает скорость обезуглероживания расплава стали. Система нижней продувки включает подачу нейтрального газа через сопла, расположенные в стенке всасывающего патрубка.

Способ и система POSB используется при производстве ультранизкоуглеродистой стали с содержанием углерода, составляющим менее 0,002%.

Недостатком этого аналога является быстрое падение температуры расплава, повышенная нагрузка на вакуумсоздающую систему из-за газоохлаждения продувочных фурм, а также быстрое образование на стенках вакуумной камеры (и газового тракта системы вакуумирования) слоя металлической настыли.

Прототипом изобретения в части, касающейся заявленной системы, является система, известная из [3].

Недостатками прототипа являются большие энергозатраты на продувку поверхности расплава и сравнительно малая площадь реакционной поверхности. Это повышает время и снижает эффективность обработки расплава.

В части настоящего изобретения, касающейся конструкции центральной фурмы для подачи кислорода к поверхности расплава металла, известны следующие аналоги.

Из патентов ЕР 0584814, 93 г. [6] и RU 2135604, М.кл.⁶ С 21 С 7/10, 95 г. [6] известны многоярусные водоохлаждаемые фурмы с центральным каналом, снабженным соплом Лаваля, предназначенные для продувки кислородом расплава металла в RH-камерах.

При работе этих фурм истекающие из сопел струи окислительного газа образуют конусообразные кольцевые (в плане) неразрывные потоки. Вследствие этого в объеме камеры образуются вихревые потоки с каплями расплава металла, что приводит к образованию настыли на поверхности камеры и газоотводящего тракта.

Из патента США 5681526, МПК⁶ С 21 В 7/16, от 28.10.97 г. [7] известна водоохлаждаемая фурма, содержащая центральный и кольцевой концентричный каналы для подвода кислорода к выходным соплам, одно из которых расположено по оси фурмы, а другие - по окружности головки на втором ярусе.

Эта фурма обеспечивает создание центральной "жесткой" сверхзвуковой струи и конусообразной завесы из пересекающихся сверхзвуковых струй кислорода, истекающих из сопел второго яруса, которые при взаимном пересечении теряют часть кинетической энергии, что снижает брызгообразование. Заметалливание сопел фурмы предотвращается сверхзвуковым характером истечения газообразного агента.

Недостатком этой фурмы является необходимость в повышенных расходах окислительного газа, что отрицательно сказывается на режиме работы вакуумной камеры и повышает энергозатраты, при этом не исключается образование настыли на стенках вакуумной камеры и поверхности и газоотводящего тракта.

Из патента RU 21356046, С 21 С 7/10, 27.10.95 г. [8] известна многофункциональная фурма, содержащая многоканальный водоохлаждаемый корпус с многоярусным расположением сопел и центральным соплом в виде сопла Лаваля, которая выбрана в качестве прототипа изобретения в части, касающейся конструкции центральной фурмы.

Фурма позволяет обеспечить как кислородную продувку с вводом в расплав легирующих материалов, так и подогрев камеры в периоды между обработками стали за счет подачи кислорода или кислородсодержащей смеси газов и горючего газа.

Недостатком этой фурмы является то, что при продувке формируются узкие конусообразные неразрывные потоки продувочных агентов с вихревым характером взаимодействия со вторичными газообразными потоками, образующимися в процессе реакции. Это повышает настылеобразование на стенках вакуумной камеры. Кроме того, для обеспечения эффективного воздействия продувки на расплав эту фурму необходимо устанавливать на различных уровнях относительно уровня расплава в различные периоды продувки, что значительно усложняет конструкцию как фурмы (уплотнительный узел), так и RH-камеры (необходимо шлюзовое приспособление).

В части настоящего изобретения, касающейся конструкции боковых фурм, кроме вышеуказанных аналогов, известна конструкция боковой водоохлаждаемой фурмы, с соплом, расположенным под углом к оси фурмы, см. книгу "Топливно-кислородные сжигающие устройства", Черныш Г.И., "Металлургия", 1969, с. 67 [9].

Эта фурма выбрана авторами в качестве прототипа изобретения в части, касающейся конструкции боковой фурмы.

Недостатком этой фурмы является отсутствие средств для предотвращения быстрого зарастание пылевыми отложениями выходного отверстия ее сопла. Кроме того, практика применения таких фурм показала, что в зоне расположения выходного отверстия сопла происходит повышенный износ огнеупоров.

Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, является создание способа циркуляционного вакуумирования жидкого металла, системы и устройств для осуществления способа, использование которых позволит существенно интенсифицировать процесс обезуглероживания стали со сверхнизким конечным содержанием углерода, а также обеспечение возможности без переналадки и конструктивно простыми средствами осуществлять различные, отличающиеся друг от друга операции обработки расплавов различных марок стали с обеспечением возможности ввода в расплав металла, находящегося в циркуляционном вакууматоре (в дальнейшем RH-камере), необходимых материалов.

Решение поставленной задачи осуществлено за счет того, что в части способа циркуляционного вакуумирования жидкого металла, включающего продувку поверхности расплава окислительным газом из центральной фурмы (ЦФ) в своде вакуумной камеры (RH-камеры) с подогревом расплава для интенсификации реакции обезуглероживания путем сжигания горючего газа и одновременную подачу газообразных агентов (ГА) во всасывающий патрубок (ВП) RH-камеры, согласно изобретению в процессе обработки расплава осуществляют дополнительную продувку его поверхности окислительным газом (ОГ) из боковых фурм (БФ), расположенных в стенке RH-камеры, причем подогрев расплава за счет сжигания горючего и отходящих газов осуществляют из ЦФ, выполненной в виде комбинированной многоярусной водоохлаждаемой фурмы, при этом регулируют расходы окислительного газа из ЦФ и БФ в зависимости от интенсивности реакции обезуглероживания, причем торцевую поверхность головки ЦФ располагают на расстоянии до днища RH-камеры, составляющем не менее 0,8 высоты RH-камеры, а головки БФ располагают на расстоянии от днища RH-камеры, составляющем не более 0,5 ее высоты.

В предпочтительных вариантах способа массовый расход горючего газа (ГГ) регулируют за счет изменения проходного сечения центрального газового канала, продувку поверхности расплава осуществляют преимущественно через ЦФ, а при снижении интенсивности реакции обезуглероживания продувку ведут преимущественно из БФ с использованием ЦФ преимущественно для подогрева расплава в RH-камере; продувку поверхности расплава осуществляют преимущественно из БФ с использованием ЦФ, преимущественно для подогрева расплава; головки БФ располагают на участке сужения RH-камеры; струи ОГ из верхнего яруса ЦФ направляют вдоль поверхности стенки RH-камеры, а струи из нижнего яруса направляют к поверхности расплава с перекрещиванием под головкой этой фурмы; струи ОГ из нижнего яруса ЦФ направляют тангенциально-наклонно, из условия равной удаленности проекций струй от центра окружности, образованной поперечным сечением RH-камеры на уровне расположения зеркала расплава; струи ОГ из верхнего яруса ЦФ направляют тангенциально-наклонно из условия омывания этими струями внутренней поверхности RH-камеры; сопла нижнего яруса ЦФ выполнены в виде сопел Лаваля, установленных с возможностью поворота для обеспечения изменения по высоте RH-камеры расположения высокотемпературной зоны факела при сжигании ГГ; БФ снабжены соплами Лаваля, установленными под углом к продольной оси БФ с ориентацией в направлении к поверхности расплава; струи ОГ из БФ ориентируют из условия формирования вихревого потока с направлением закрутки, совпадающей с закруткой струй ОГ, истекающих из ЦФ; в качестве ОГ используют кислород или смесь кислорода и окиси углерода; доля окиси углерода в кислороде составляет не более 30%; одновременно с продувкой поверхности расплава в объеме RH-камеры осуществляют вдувание под уровень расплава порошкообразных материалов из фурмы, тангенциально-наклонно расположенной в нижней части RH-камеры; тангенциально-наклонная фурма (ТНФ) выполнена многоканальной и газоохлаждаемой, ТНФ выполнена водоохлаждаемой и снабжена соплом Лаваля; ТНФ размещена в стенке RH-камеры на расстоянии от ее днища, составляющем не более 0.1 высоты RH-камеры, под вертикальным углом наклона к дну RH-камеры, составляющем не более 15^o, с расположением оси фурмы в вертикальной плоскости, расположенной между всасывающим и подъемным патрубками и пересекающей цилиндрическую поверхность ВП на расстоянии от его центра, составляющем не более 0.8 его радиуса; в качестве охлаждающего газа используют газ, выбранный из группы, включающей в себя инертный газ, двуокись углерода, смесь инертного газа и окиси углерода, смесь инертного газа и двуокиси углерода; в центральный канал ТНФ вдувают порошки прокатной окалины, железной руды и т.п. материалов; в центральный канал ТНФ вдувают порошок алюминия или аналогичных материалов; подачу газообразных агентов в ВП осуществляют в смешанном постоянном и пульсирующем режимах, рассредоточено по высоте ВП; подачу газообразных агентов в ВП осуществляют через группы сопел, расположенных на разных уровнях по его высоте, каждая из которых состоит из расположенных на двух смежных по высоте уровнях сопел ввода газообразных агентов в постоянном и пульсирующем режимах, при этом с нижнего уровня газообразные агенты вводят в постоянном режиме под давлением, составляющем не менее 0.06 максимального давления подачи газообразных агентов в пульсирующем режиме; сопла ориентируют тангенциально-наклонно относительно стенки ВП с направлением их наклона в сторону выхода из ВП, ввод газообразных агентов из верхних уровней каждой группы сопел в ВП осуществляют с частотой, не превышающей 50 Гц; в качестве газообразных агентов используют аргон, кислород или кислородосодержащий газ, смесь кислорода и окиси углерода; доля окиси углерода составляет не более 30%; в качестве добавочного газообразного агента используют водяной пар; дозированный впрыск воды осуществляют в линии подачи газообразных агентов к соплам в пульсирующем режиме; водяной пар вводят в перегретом состоянии, впрыск воды осуществляют в пульсирующем режиме с частотой, равной частоте пульсаций в линии подачи газообразных агентов; объем доз впрыскиваемой воды выбирают из условия содержания образующегося пара в объеме циркуляционного газа, составляющем не менее 30%; в конце обработки расплава в качестве газообразных агентов используют водород; расплав металла насыщают водородом до концентрации, составляющей 0,0003-0,0005%; ввод газообразных агентов в расплав металла осуществляют при давлении в соплах фурм, составляющем 8,5 - 17,0 МПа; ввод порошкообразных материалов в расплав металла осуществляют при давлении в сопле ТНФ, составляющем 8,5-17,0 МПа; в периоды между обработками расплава подогрев камеры осуществляют посредством ЦФ.

В части изобретения, касающегося системы продувки расплава, согласно изобретению в стенке RH-камеры установлены БФ для подачи ОГ, при этом ЦФ выполнена многоканальной, с двумя ярусами сопел для подачи ОГ и центральным соплом для подачи ГГ, причем сопла нижнего яруса сориентированы из условия пересечения их осей с осью центрального сопла под головкой ЦФ, а оси сопел верхнего яруса сориентированы вдоль поверхности RH-камеры, при этом торец головки ЦФ расположен на высоте, составляющей не менее 0,8 высоты RH-камеры, а выходные срезы сопел боковых фурм расположены на высоте, составляющей не более 0,5 высоты RH-камеры, при этом БФ, расположенная в RH-камере под уровнем расплава, размещена в стенке RH-камеры на расстоянии от ее днища, составляющем не более 0,1 высоты RH-камеры, под вертикальным углом наклона к дну RH-камеры, составляющем не более 15^o, причем ось БФ расположена в вертикальной плоскости, пересекающей поверхность ВП на расстоянии от его оси, составляющей не более 0.8 радиуса ВП.

В предпочтительных вариантах выполнения БФ для продувки поверхности расплава дополнительно снабжены подвижными водоохлаждаемыми экранами со струеотражательными поверхностями, с возможностью установки экранов в трех технологических позициях: позиции перекрытия сопловых отверстий в головах фурм; позиции отражения струй ОГ и позиции полного отвода экрана к стенке RH-камеры; оси сопел в БФ для продувки поверхности расплава и ярусах ЦФ дополнительно наклонены в тангенциальном направлении с обеспечением закрутки истекающих из них струй ОГ в одном направлении; БФ, расположенная под уровнем расплава, выполнена газоохлаждаемой с цилиндрическими центральным и концентричными периферийными соплами; БФ, расположенная под уровнем расплава, выполнена водоохлаждаемой и снабжена соплом Лаваля; центральный канал БФ, расположенной под уровнем расплава, дополнительно подключен к линии подачи порошковых материалов; линия подачи порошковых материалов подключена к закритической части сопла Лаваля, со стороны выхода из сопла; угол наклона сопел в ВП составляет 10-30^o; профиль поперечного сечения сопел в ВП выполнен сужающимся в направлении их выходного среза; линия подачи ГА в пульсирующем режиме подключена к линии подачи ГА в постоянном режиме через дожимной компрессор с преобразователем постоянного режима подачи в переменный; преобразователь режима подачи ГА выполнен в виде ресивера с управляемым, например, электромагнитным клапаном.

Согласно изобретению (в части конструкции ЦФ) фурма для продувки расплава в RH-камере содержит многоканальный водоохлаждаемый корпус с головкой, снабженной центральным соплом и ярусами сопел, расположенных на разных уровнях по высоте головки, в сопле центрального канала, предназначенного для подачи горючего газа, размещен подвижный приводной сердечник, установленный с возможностью перекрытия проходного сечения соплового канала, выполненного в виде конфузора с углом схождения к выходу в пределах 30-40^o, при этом сопла нижнего и верхнего ярусов равномерно расположены по окружности головки фурмы и выполнены наклонными, причем сопла нижнего яруса наклонены противоположно соплам верхнего яруса.

В предпочтительных вариантах выполнения угол наклона осей сопел нижнего и верхнего ярусов относительно оси фурмы составляет 9-15^o, при этом оси сопел нижнего яруса сориентированы из условия их перекрещивания под торцевой поверхностью фурменной головки; сопла нижнего яруса выполнены в виде сопел Лаваля, а сопла верхнего яруса выполнены цилиндрическими; сопла нижнего яруса выполнены поворотными; сопла нижнего и верхнего ярусов подключены к линии подачи ОГ, а центральное сопло подключено к линии подачи ГГ; сопла нижнего и верхнего ярусов выполнены тангенциально наклонными; направление тангенциальных наклонов сопел нижнего и верхнего ярусов совпадает; угол тангенциального наклона сопел нижнего и верхнего ярусов составляет 9-15^o к плоскости, перпендикулярной к оси фурмы; ФГ подключена к линиям подачи ОГ через клапаны-переключатели для обеспечения подачи отдувки в сопла фурмы в технологически нерабочем состоянии.

Согласно изобретению в части конструкции БФ для продувки поверхности расплава в RH-камере БФ выполнена в виде горизонтально расположенного водоохлаждаемого корпуса с центральным газовым каналом и с соплом, установленным под углом к продольной оси фурмы, причем этот угол составляет 70-90^o, БФ снабжена подвижным приводным водоохлаждаемым экраном, установленным с возможностью его отвода от головки в рабочем состоянии фурмы и перекрытия области расположения выходного отверстия сопла в головке в нерабочем положении.

В предпочтительных вариантах выполнения привод экрана выполнен пневмо-пружинным со средствами для его охлаждения и рабочим телом в виде ОГ; пневмо-пружинный привод снабжен клапаном-переключателем для подачи в привод ОГ в рабочих позициях экрана и сообщения его с атмосферой в нерабочей позиции; БФ снабжена клапаном-переключателем для подачи отдувки из напорной линии ОГ в сопло фурмы в ее технологически нерабочем состоянии.

Техническим результатом является снижение энергозатрат при глубоком обезуглероживании жидкой стали с обеспечением стабильной работы RH-камеры, в частности снижение образования настыли на ее стенках. Кроме того, предложенное изобретение (в части способа и системы продувки) позволяет реализовать различные режимы продувки расплава стали, что расширяет технологические возможности при циркуляционном вакуумировании различных марок стали.

Изобретение поясняется чертежами, где: на фиг.1 показан общий вид вакуумной камеры (продольный разрез); на фиг. 2 - фрагмент фиг.1 с принципиальной схемой ввода паров жидкости во всасывающий патрубок; на фиг. 3 - фрагмент верхней части фиг.1 со схемой распределения струй продувочных агентов; на фиг.4 - общий вид боковой фурмы (продольный разрез); на фиг.5 - сечение А-А фиг.4; на фиг.6 - продольный разрез головки центральной фурмы; на фиг.7 - общий вид центральной фурмы (продольный разрез); на фиг.8 - фрагмент фиг.6; на фиг. 9а и б - фрагменты всасывающего патрубка с частичными вырывами, варианты выполнения а и б, вид по стрелке В на фиг.3; на фиг.10 - вид в плане сечений Ж-Ж фиг.9; на фиг. 11 - схема ввода водяных паров в качестве газообразного агента (вариант выполнения); на фиг.12 и 13 - общий вид фрагмента продольного разреза вакуумной камеры (варианты выполнения); на фиг.14 и 15 - вид в плане фиг.12 и 13 (варианты выполнения); на фиг.16 - вид в плане, сечение З-З фиг.1; на фиг.17 - увеличенный фрагмент фиг.16; на фиг.18 - увеличенный фрагмент продольного сечения фиг.1; на фиг.19 - вид по стрелке Т на фиг.1; на фиг.20 - схема ввода порошков в сопло фурмы; на фиг.21 - вариант выполнения центральной фурмы (продольный разрез); на фиг.22 (1, 2, 3) - вариант выполнения охлаждаемого экрана.

Ниже со ссылками на чертежи приводится описание предложенного изобретения в целом и предпочтительных вариантов его осуществления.

Позиции, приведенные на вышеуказанных чертежах означают следующее: 1. RH-камера.

2. Всасывающий патрубок.

3. Сливной 3 патрубок.

4. Боковые водоохлаждаемые фурмы.

5. Центральная газокислородная фурма.

6. Сопло.

7. Сопла Лаваля нижнего яруса головки фурмы.

8. Цилиндрические сопла верхнего яруса головки фурмы.

9. Подвижный приводной сердечник.

10. Центральная газоподводящая труба.

11, 12. Трубы подвода-отвода охлаждающей среды.

13, 14. Трубы подачи окислительного газа.

15. Клапаны-переключатели.

16. Сопла Лаваля боковых фурм.

17. Приводной подвижный водоохлаждаемый защитный экран.

18. Головки боковых фурм.

19. Водоохлаждаемые пневмо-пружинные приводы.

20. Клапаны-переключатели экранов.

21. Сопла системы нижней продувки.

22. Линия подачи газообразных агентов в постоянном режиме.

23. Линия подачи газообразных агентов в пульсирующем режиме.

24. Дожимной компрессор.

25. Ресивер.

26. Электромагнитный клапан.

27. Боковая фурма, расположенная под уровнем расплава.

28. Пружина привода.

29. Форсунка.

30. Напорная линия подачи воды.

31. Парогенератор.

32. Отсечной электромеханический клапан.

33. Датчик давления.

Осуществление предлагаемого способа и его вариантов поясняется на основе описания работы предложенной системы продувки и ее элементов.

Система продувки расплава металла в RH-камере содержит (условно), по крайней мере, две подсистемы: подсистему ввода газообразных агентов во всасывающий патрубок RH-камеры и подсистему продувки поверхности расплава окислительной газовой смесью и подачи горючего газа в RH-камеру 1, а также подсистему ввода газообразных агентов и порошковых материалов под уровень расплава в объеме RH-камеры.

RH-камера 1 снабжена всасывающим 2 и сливным 3 патрубками. В боковой стенке RH-камеры 1 размещены нескольких (две и более) боковых водоохлаждаемых фурм 4. В своде RH-камеры 1 соосно установлена верхняя многоканальная водоохлаждаемая газокислородная фурма 5, снабженная центральным соплом 6 и двумя расположенными по высоте ее головки, концентричными ярусами кислородных сопел 7 и 8. Сопла 8 верхнего яруса выполнены цилиндрическими и ориентированы на стенки RH-камеры 1, в зоны наиболее вероятного образования настыли; сопла 7 нижнего яруса выполнены в виде сопел Лаваля, оси которых перекрещиваются под головкой фурмы в точке С (см. фиг.1). Сопло 6 выполнено в виде конфузора с углом схождения к выходу в пределах 30-40^o, в канале которого размещен подвижный приводной сердечник 9, установленный с возможностью перекрытия в крайнем нижнем положении проходного сечения сопла 6. Сопла 7 и 8 обоих ярусов равномерно расположены по окружности головки и выполнены наклонными, причем сопла 7 нижнего яруса наклонены противоположно соплам 8 верхнего яруса. Газокислородная фурма 5 также содержит центральную газоподводящую трубу 10 и концентричные трубы 11, 12, 13, 14, образующие сообщающиеся концентричные кольцевые каналы, подключенные к трактам подачи-отвода охлаждающей среды, и кольцевые каналы, подключенные к тракту подачи окислительного газа и к соответствующим соплам 7 и 8. Оси сопел 7 наклонены к центральной вертикальной оси фурмы и пересекают ее под углом наклона, составляющим 7-15^o, а оси цилиндрических сопел 8 наклонены относительно центральной оси фурмы под углом, составляющим 10-20^o.

В варианте выполнения сопла верхнего и нижнего ярусов центральной фурмы 5 выполнены тангенциально-наклонными, при этом направление тангенциального наклона сопел обоих ярусов совпадает и составляет 9-15^o к плоскости, перпендикупярной к оси фурмы. Кроме того, на линиях подачи окислительного и горючего газов установлены клапаны-переключатели 15 для обеспечения подачи газовой отдувки в сопла этой фурмы в ее технологически нерабочем состоянии.

Боковые фурмы 4 выполнены водоохлаждаемыми и расположены в области сужения RH-камеры 1 в плоскости, перпендикулярной к ее оси. В варианте выполнения с двумя боковыми фурмами они оппозитно расположены в плоскости, перпендикулярной к продольной оси RH-камеры. Боковые фурмы 4 снабжены соплами Лаваля 16, расположенными под углом = 70-90 к оси фурмы 4 с ориентацией на поверхность расплава. Каждая боковая фурма 4 снабжена приводным подвижным водоохлаждаемым защитным экраном 17, установленными с возможностью перекрытия областей расположения сопловых отверстий в головках 18 этих фурм. Охлаждаемые экраны 17 снабжены водоохлаждаемыми пневмо-пружинными приводами 19 и клапанами-переключателями 20 для подачи отдувочного газа в сопла этих фурм в их технологически нерабочем состоянии.

На фиг.22 показан вариант выполнения экрана 20 со струеотражательной поверхностью х. В этом варианте экран имеет три рабочие позиции, из которых первой является позиция полного перекрытия областей сопловых отверстий в головах фурм, второй - позиция, в которой струеотражательные поверхности х расположены с возможностью взаимодействия со струями окислительного газа, истекающего из сопел боковых фурм, а третьей - позиция полного отвода экрана к стенке RH-камеры. Как будет показано ниже, это позволяет перемещать зону контакта струй с расплавом по его поверхности, а также способствует выводу расплава из равновесного состояния.

Подсистема подачи газообразных агентов во всасывающий патрубок выполнена в виде, например, трех групп сопел 21, размещенных на разных уровнях по высоте всасывающего патрубка 2; каждая группа содержит по крайней мере два сопла, из которых сопла 21_а расположены ниже сопел 21_б и подключены к напорной линии 22 подачи газообразных агентов в постоянном режиме, а вышерасположенные сопла 21_б подключены к напорной линии 23 подачи газообразных агентов в пульсирующем режиме. В данном варианте имеются три группы сопел, состоящих из сопел 21_а и 21_б с размещением в плане во всасывающем патрубке со смещением на 120^o (см. фиг.19).

В варианте выполнения каждое из сопел 21_а и 21_б расположено в циркуляционном патрубке тангенциально-наклонно, с углом наклона осей сопел в направлении к выходу из циркуляционного патрубка, при этом угол наклона осей сопел к горизонтали составляет 10-30^o. На линии 23 установлен преобразователь постоянного давления газообразного агента в переменный, выполненный в виде мембранного дожимного компрессора 24, подключенного к напорной линии 22, чем обеспечивается повышение давления в линии 23. Целесообразно, чтобы давление в линии 22 составляло не менее 0,06 давления газа в линии 23. Сопла 21_а и 21_б выполнены сужающимися в направлении к выходному обрезу этих сопел. В варианте выполнения для расширения диапазона пульсаций на линии 23 после компрессора 24 установлен ресивер 25 и электромагнитный клапан 26.

Подсистема ввода газообразных агентов и порошковых материалов под уровень расплава в объеме RH-камеры выполнена в виде многоканальной газоохлаждаемой или одноканальной водоохлаждаемой фурмы 27, тангенциально-наклонно установленной в стенке RH-камеры, см. фиг.1, 16-18. Ось сопла этой фурмы ориентирована в область расположения в дне RH-камеры выходного отверстия всасывающего патрубка 2, расположенную со стороны сливного патрубка 3, см. фиг. 16. Угол наклона фурмы 27 к днищу RH-камеры составляет не более 15^o, высота расположения сопел над дном RH-камеры составляет не более 0,1 высоты камеры Предпочтительно, чтобы ось фурмы 27 пересекала точку А (см. фиг.17), т.е. была расположена в вертикальной плоскости, проходящей через точку пересечения окружности всасывающего патрубка (на уровне дна RH-камеры) с линией, соединяющей центры всасывающего и сливного патрубков.

В варианте с газовым охлаждением центральное и периферийные сопла фурмы 27 выполнены цилиндрическими, при этом центральное сопло подключено к напорной линии подачи окислительного газа, а периферийные сопла - к соответствующим напорным линиям подачи нейтрального газа или смеси нейтрального газа и углеводородного газа. Как в варианте с газовым охлаждением, так и в варианте с водяным охлаждением центральное сопло фурмы 27 может быть выполнено в виде сопла Лаваля, при этом ввод порошкообразных материалов в это сопло осуществляют в его закритической части, расположенной со стороны выхода из сопла, что позволяет значительно снизить износ сопла, см. фиг.20. Этот вариант подключения дозатора-питателя к соплу обусловлен тем, что при использовании порошков из твердых материалов износ стенок сопла происходит только в сверхзвуковой части сопла и почти не затрагивает его диффузорную часть.

Работа системы продувки расплава осуществляется следующим образом.

При обработке расплава металла всасывающий 2 и сливной 3 патрубки вакуумированной RH-камеры размещают под уровень расплава металла в ковше. При подаче газообразного агента через продувочную пробку в ковше и во всасывающий патрубок 2 жидкая сталь из ковша поступает в RH-камеру. При установившейся циркуляции расплава из фурмы 5 подают окислительный газ. По мере снижения интенсивности обезуглероживания расплава и выделения СО переходят на подачу окислительного газа преимущественно из боковых фурм 4.

На этом этапе обработки расплава окислительный газ, поступающий в RH-камеру, распределяется следующим образом. Струи окислительного газа, истекающие из цилиндрических сопел 8 фурмы 5, распределяются по внутренней поверхности RH-камеры в направлении к зеркалу расплава металла. Струи окислительного газа, истекающие из сопел 7, пересекаются под головкой фурмы 5 с образованием конусного потока, направленного на поверхность расплава.

В варианте выполнения с тангенциально наклонной ориентацией сопел нижнего и верхнего ярусов фурмы 5 струи окислительного газа, истекающие их этих сопел, образуют настильный вихревой поток, при этом поток окислительного газа из сопел 8, двигаясь к поверхности расплава, омывает внутреннюю поверхность RH-камеры (см. фиг.9), а поток окислительного газа из сопел 7 образует конусообразный вихрь. В обоих вариантах выполнения на поверхности расплава образуются две реакционные зоны: пристеночная зона с "мягким" воздействием окислительного газа на расплав металла и центральная реакционная зона с "жестким" воздействием сверхзвуковых струй окислительного га