Вакуумная обработка расплавленного металла

Вакуумная обработка расплавленного металла

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу вакуумной обработки расплавленного металла в жидкой форме, такого как, например, сталь.

После выхода кипящей стали из конвертора с ней обычно производят различные вспомогательные металлургические операции, которые выполняют в ковше, оборудованном вакуумной установкой. Эти операции обычно состоят в раскислении жидкого металла и затем в установлении его сорта и температуры до затвердевания металла в процессе непрерывной разливки или отливки в форму. Для некоторых вариантов применения, в которых требуется обеспечить низкое содержание растворенных газов (водорода и азота) и/или углерода, выполняется обработка, называемая обезгаживанием, эффективность которой существенно улучшается при снижении давления атмосферы, находящейся в контакте с жидким металлом.

Например, обработка стали обезуглероживанием, при которой комбинируются соответствующие условия для состава стали и давления над ванной, производится кислородом, взаимодействующим с углеродом, растворенным в металле, с формированием газообразной окиси углерода. Такое обезуглероживание производится при перемешивании жидкого металла, причем перемешивание выполняется, например, путем подвода инертного газа, обычно аргона, в жидкую сталь со дна ковша.

Эффективное перемешивание является существенным для обезуглероживания, для обеспечения правильного проведения операции обезгаживания, поскольку частичный вакуум, создаваемый над ванной, воздействует только на небольшой слой стали в верхней части ванны. В связи с этим, становится существенным, чтобы в эту область реакции постоянно поступала сталь, находящаяся в расположенных ниже слоях, для обеспечения требуемых общих характеристик. То же самое относится к обработкам дегидрогенизирования или деазотирования.

Однако перемешивание жидкой стали обычно образует возмущение на поверхности стали, покрытой шлаком. Такое возмущение, дополнительно усиливающееся, когда в ковше создается вакуум, может привести к расплескиванию жидкой стали и шлака на стенки ковша и крышку резервуара, в котором помещен ковш, обработка которого производится. Для ограничения такого расплескивания и предотвращения разлива жидкого металла и плавающего на его поверхности шлака оператор должен поддерживать безопасное расстояние между уровнем поверхности жидкой стали в состоянии покоя и верхней кромкой ковша, это расстояние называют высотой безопасности. Учет такой высоты безопасности, таким образом, означает, что уровень заполнения металлургического ковша должен быть ограничен на более низком значении, чем величина его номинальной емкости.

В противном случае, оператор будет вынужден ограничить скорость перемешивания или даже исключить такое перемешивание для ограничения возмущения поверхности, что может непосредственно привести с снижению сорта получаемой стали.

Таким образом, настоящее изобретение направлено на способ вакуумной обработки в ковше большего количества жидкого металла при гарантировании правильного выполнения такой обработки.

Для достижения этой цели предмет настоящего изобретения состоит в способе вакуумной обработки расплавленного металла в жидкой форме, содержащем следующие этапы:

- подачи расплавленного металла в жидкой форме в металлургический ковш с заполнением ковша до высоты безопасности в диапазоне от 0,4 до 0,6 м;

- обработки металла путем установления над указанным ковшом атмосферы частичного вакуума при одновременном перемешивании расплавленного металла путем подачи гелия со дна ковша в течение части периода обработки или в течение всей обработки.

Настоящее изобретение, кроме того, может иметь следующие свойства:

- обработка представляет собой обработку обезуглероживания стали;

- обрабатываемый металл представляет собой сталь, которая после обезуглероживания содержит углерод в количестве менее 60 промилле (ррm);

- обработка представляет собой обработку дегидрогенизирования стали;

- обработка представляет собой обработку деазотирования стали;

- скорость потока подаваемого гелия больше или равна 1,875 стандартных л/мин на тонну расплавленного металла;

- подача гелия происходит через стенку ковша, в которой установлены инжекторы газа, закрепленные ниже уровня жидкого металла; и

- подача гелия производится через дно ковша, на дне которого установлены инжекторы газа.

Как будет понятно, настоящее изобретение состоит в соединении использования гелия в качестве перемешивающего газа с установкой более низкого значения высоты безопасности, чем обычно используют на практике.

В связи с этим, авторы настоящего изобретения обнаружили, что при использовании гелия в качестве перемешивающего газа вместо аргона или азота, в значительной степени снижается явление возмущения поверхности жидкой стали, что позволяет уменьшить высоту безопасности и, следовательно, увеличить степень заполнения ковша жидким металлом, что приводит к существенному повышению производительности.

Ниже будут описаны пример способа известного уровня техники и пример выполнения настоящего изобретения в случае обезуглероживания жидкой стали в вакуумном резервуаре.

В известном уровне техники вакуумная обработка расплавленного металла, такого как сталь, выполняется сначала путем заполнения металлургического ковша до высоты безопасности, которая составляет, в общем, от 0,6 м до 1 м, и затем путем создания вакуума в ковше, в который одновременно подают аргон или азот для перемешивания стали.

Ковш, используемый в настоящем примере, имеет, по существу, цилиндрическую форму с общей высотой приблизительно 4,4 м и максимальной емкостью, соответствующей 300 т стали. При установленной высоте безопасности на уровне 0,8 м, в общем, в ковше может производиться обработка 240 т стали. Используемые инжекторы газа состоят из трех пористых пробок, установленных на дне ковша. Конструкция этих пористых пробок выполнена таким образом, что они поддерживают максимальную скорость потока газа порядка 600 стандартных л/мин (1 стандартный литр=1 литру при условиях стандартной температуры и давления).

Когда ковш, содержащий жидкую сталь, помещают в камеру, в которой постепенно создается частичный вакуум, это приводит к выделению СО из верхних слоев металла, находящегося в ковше, при уровне давления в камере, соответствующем давлению СО в равновесии с активностью углерода и кислорода, растворенных в металле. Скорость такого выделения СО в виде спонтанного кипения при давлении частичного вакуума относительно высока и приводит к тому, что уровень металла в ковше повышается и металл разбрызгивается в форму. Из-за такого выделения СО скорость перемешивания должна быть ограничена для каждой из пористых пробок до уровня обычно от 50 до 80 стандартных л/мин при исходной высоте безопасности, составляющей 0,8 м, то есть общая скорость потока подводимого инертного газа должна составлять от 0,625 до 1 стандартных л/т/мин.

Когда скорость выделения СО падает в результате уменьшения содержания углерода в металле, скорость потока перемешивающего газа существенно повышают, что происходит во время так называемой фазы низкого давления, при которой давление в камере, содержащей ковш, составляет менее 10 мбар, обычно порядка 1 мбар. Скорость потока подводимого газа на один пористый элемент обычно составляет 200 стандартных л/мин, то есть общая скорость потока подаваемого в ковш аргона или азота составляет 2,5 стандартных л/мин на тонну стали.

При таких условиях степень возмущения поверхности жидкой стали и степень всплесков стали, возникающих из-за комбинированного воздействия кипения СО и перемешивающего газа в ходе этапа обработки, остаются в приемлемых пределах.

Если высота безопасности должна быть ограничена до значения от 0,4 до 0,6 м, при подаче аргона или азота потребуется существенно уменьшить скорость потока подачи инертного газа до гораздо более низкого уровня, чем используется для стандартной высоты безопасности, что приведет, при таком же времени вакуумной обработки, к ухудшению эффективности обезуглероживания. В случае обезуглероживания стали это приведет к недостаточной обработке стали и, в связи с этим, к несоответствию сорта стали для предполагаемого использования.

Способ, в соответствии с настоящим изобретением, использовали для вакуумной обработки 240 т жидкой стали в ковше, аналогичном по конструкции примеру известного уровня техники, который описан выше, отличающийся тем, что при тех же условиях, что описаны выше, производилась подача гелия. Скорость потока подачи гелия составляла приблизительно 150 стандартных л/мин для каждой из пористых пробок в течение фазы вакуумной обработки, то есть всего 1,875 стандартных л/т/мин. Эту скорость потока затем повышали до 200 стандартных л/мин для каждой из пробок, когда ковш находился под давлением вакуума 1 мбар или меньше, то есть общая скорость потока составляла 2,5 стандартных л/т/мин.

Неожиданно было определено, что степень возмущения поверхности жидкой стали оказалась пониженной. Вследствие этого всплески жидкой стали по направлению к стенкам ковша также были меньшими, что позволило заполнять ковш до высоты безопасности от 0,4 до 0,6 м. В связи с этим могла проводиться обработка дополнительных 20 т жидкой стали в одной операции с получением тех же металлургических свойств и с обеспечением тех же условий безопасности, как и при подаче аргона или азота, что привело к повышению производительности приблизительно на 10%.

Кроме того, обработка могла быть доведена до конца в течение доступного периода времени, что, таким образом, позволило получать сталь, соответствующую требуемым характеристикам.

Конечно, газ можно подавать в жидкий металл с использованием любого типа инжектора, такого как, в частности, по меньшей мере, одна пористая пробка, установленная в дне ковша, или, по меньшей мере, одна трубка для вдувания газа, погруженная непосредственно в жидкий металл.

Способ, в соответствии с настоящим изобретением, в частности, пригоден для проведения обработки обезуглероживания в вакууме сталей, для которых требуется обеспечить конечное содержание углерода менее 60 промилле, но может использоваться в любом вакуумном металлургическом процессе, в котором требуется производить перемешивание, что связано с необходимостью обеспечения высоты безопасности.

1. Способ вакуумной обработки расплавленного металла в жидкой форме, содержащий следующие этапы: подачу расплавленного металла в жидкой форме в металлургический ковш с заполнением ковша до высоты безопасности в диапазоне от 0,4 до 0,6 м, обработку металла путем установления над ковшом атмосферы частичного вакуума при одновременном перемешивании расплавленного металла путем подачи гелия со дна ковша в течение части периода обработки или в течение всей обработки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработка представляет собой обезуглероживание стали.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что содержание углерода в стали после проведения обезуглероживания составляет менее 60 промилле.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработка представляет собой дегидрогенизирование стали.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработка представляет собой деазотирование стали.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что скорость потока подачи гелия больше или равна 1,875 стандартных л/мин на тонну расплавленного металла.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что подачу гелия осуществляют через стенку ковша, в котором устанавливают инжекторы газа, закрепленные ниже уровня жидкого металла.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что подачу гелия осуществляют через инжекторы газа, установленные на дне ковша.