Способ обработки струи металла при разливке
Использование; В металлургии при разливке металла, например, на МНЛЗ и из ковша в изложницу, Сущность изобретения1 способ включает выпуск металла из ковша в металлоприемник через защитную трубу и герметизацию ее нижней части, которую осуществляют отсосом отходящих газов газовыми струями, причем отсос отходящих газов осуществляют через зазор между защитной трубой и ковшом, а газовые струи равномерно распределяют по периметру зазора, в частности тангенциально. 1 з п ф-лы, 3 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4885819/02 (22) 27.11.90 (46) 30.09.92. Бюл. N. 36 (71) Институт черной металлургии (72) В, В. Лисицкий, В. С, Лучкин, А. Г. Суслов, А. Г. Мянник, B. В. Павлов, В; B. Кулаков и В. Г, Милюц (56) Авторское свидетельство СССР М 664744, кл. В 22 D 71/10, 1977. А, M. Поживанов и др. Защита от вторичного окисления и азотирования стали при разливке на МНЛЗ. Ж-л "Сталь", 1988, М 2, с, 22-24, рис. 2, Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к плавильному производству, и может быть использовано при разливке металла, например при разливке стали из ковша в изложницы, а также в УНРС при разливке из стальковша в промковш и иэ промковша в кристаллизатор, Специфической особенностью процесса разливки из ковша B металлоприемник является дополнительный контакт струи металла с окружающим воздухом, что приводит ко вторичному окислению металла. Исследованиями установлено, что при разливке спокойных сталей происходит дополнительное окисление металла, при этом содержание неметаллических включений возрастает в среднем на, 40 — 80%, а сталь насыщается дополнительно азотом и водородом. Это приводит к увеличению поверхностных трещин, росту брака по рванине, насыщению вредными газами, угару легкоокисляющихся компонентов и, в конечном Ы, 1764780 À1 (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТРУИ МЕТАЛЛА ПРИ РАЗЛИВКЕ (57) Использование; В металлургии при разливке металла, например, на МНЛЗ и из ковша в изложницу, Сущность изобретения; способ включает выпуск металла из ковша в металлоприемник через защитную трубу и герметизацию ее нижней части, которую осуществляют отсосом отходящих газов газовыми струями, причем отсос отходящих газов осуществляют через зазор между защитной трубой и ковшом, а газовые струи равномерно распределяют по периметру зазора, в частности тангенциально. 1 з. и. ф-лы, 3 ил, итоге, к существенному ухудшению металлопродукции, Известно также решение, при котором вокруг струи металла формируют концентричные две струи инертного газа,при этом дальнобойность и устойчивость этих струй достигается путем значительной кинетической энергии. создаваемой при истечении. Это усложняет реализацию способа и требует обрабатывающего газа высоких энергопараметров, что снижает эффективность газовой обработки. Перечисленные недостатки частично снижены в известном решении, согласно которому инертный газ подают двумя потоками, один из которых направляют внутрь трубы, а другой — вдоль ее наружной поверхности, при этом обработку струи металла осуществляют путем ее эффективного дробления и предотвращения ее окисления. Применение данного способа препятствует образованию настылей и приводит к сниже1764780 55 нию кислорода в атмосфере вокруг струи металла до 50, что при разливке легированных сталей уменьшает содержание крупных оксидн ых включений в 1,5 раза. Такое решение характеризуется подачей повышенного расхода инертного газа, необходимого для эффективного дробления струи металла, что приводит к интенсивному насыщению струи металла газом, и, как следствие, к интенсификации барботажа в металлоприемнике, к затруднению их выделения из объема слитка, Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому эффекту является способ обработки струи металла при разливке, включающий выпуск ее из ковша в металлоприемник через защитную трубу с обдувом входной части этой трубы и герметизацией ее входной части (путем погружения в расплав). Это решение взято заявителем в качестве прототипа, Данный способ обладает существенным недостатком, заключающимся в низкой степени обработки струи металла в процессе разливки I за счет его слабой дегазации, возможности поглощения струей вредных газов, например, воздуха, азота, водорода, а также сплошностью струи металла при разливке в закрытом пространстве защитной трубы. Указанные недостатки вызываются возможностью проникновения аргона или природного газа, подаваемых на обдув защитной трубы, в смеси с окружающим воздухом в полость трубы за счет разрежения, создаваемого струей металла в зоне истечения из стакана разливочного ковша. Защитно-воздушная смесь поступает в полость трубы через неплотности стыка между трубой и стаканом, создаваемыми при вибрации ковша и трубы в процессе разливки, при заметалливании их контактных поверхностей при нарушениях работы манипулятора и установки защитной трубы в его посадочное место. Ввод такой газовой смеси в трубу приводит к ее поглощению струей металла, к недопустимому бурлению расплава в металлоприемнике, к захвату шлака с поверхности расплава, к взаимодействию газовых компонентов с алюминием и легирующими добавками, в результате чего снижается эффективность обработки металла и ухудшается качество слитка или непрерывнолитой заготовки. Целью настоящего изобретения является повышение качества металла путем увеличения степени дегазации и безгазового диспергирования струи металла в процессе разливки. Достигается это тем, чтд герме. тизацию нижней части защитной трубы и защиту струи металла от окисления осуще5 40 ствляют отсосом отходящих газов газовыми струями, причем отсос отходящих газов осуществляют через зазор между защитной трубой и ковшом, а газовые струи равномерно распределяются по периметру зазора, а также и тем, что отсос газов осуществляется тангенциальными газовыми струями. Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, где на фиг, 1 схематически показано устройство для осуществления способа; на фиг. 2 — разрез А — А на фиг. 1; на фиг. 3 — то же, с поверхностью соплами. Согласно заявляемому способу разливку расплавленного металла производят путем его выпуска в виде струи 1 из отверстия стакана 2 разливочного ковша 3 в металлоприемник 4, например, в промковш, изложницу или иную емкость. Для уменьшения вредного воздействия окружающей атмосферы струю металла в процессе разливки изолируют от пространства защитной трубой 5, При этом входную часть трубы 5 устанавливают манипулятором к стакану 2 с равномерным кольцевым зазором 6 между их контактными поверхностями, Из зазора 6 осуществляют отсос газов из струи металла равномерно распределенными газовыми струями 7, В качестве газа может использоваться азот, сжатый воздух и другие газы, имеющиеся в плавильных цехах на разливочной площадке. Для повышения экономичности обработки и улучшения экологической обстановки в процессе разливки целесообразно использовать сжатый воздух. Степень отсоса газа из зазора 6 зависит от скорости истечения и расположения газовых струй, формируемых скоростными соплами, к которым подводится газ-энергоноситель от распределитель-ного коллектора, например от кольцевого коллектора, установленного на шиберном затворе разливочного ковша 3. Оптимальная величина скорости истечения газовых струй находится в пределах 60 — 300 м/с. Истечение газа с такими скоростями и расположение источника истечения равномерно по периметру кольцевого зазора 6 приводит к устойчивому равномерному отсосу газов из струи металла за счет формирования вокруг последней области пониженного давле- ния (разрежения), достаточной для проведения активной дегазации и диспергирования струи .металла. Разрыв такой струи приводит к развитию ее массообменной поверхности, что в свою очередь снижает плотность металла и обеспечивает высокую скорость его дегазации за счет снижения парциального давления, 1764780 Выделение растворенных в жйдком металле водорода и азота происходит за счет десорбции с поверхности струи вследствие снижения парциального давления в газовой фазе и диффузии растворенных газов в радиальном направлении, Следует отметить, что перенос атомов газа, происходит в основном посредством конвективной диффузии, усиливающейся как путем воздействия разрежения, так и путем диспергирования струи металла на капли, в том числе и при поверхностном испарении. Процесс дегазации формируется и равномерным расположением отсасывающих газовых струй в зоне выпуска металла из ковша, где снижается сплошность расплава, падает ферростатическое давление и присутствует своя пограничная область пониженного давления, создаваемая динамическим воздействием струи металла в процессе истечения. Достаточная абсолютная величина ширины кольцевого зазора 6 составляет 5-20 мм, это обеспечивает по периметру защитной трубы 5 оптимальную величину площади живого сечения для стабильного и равномерного отсоса газов из струи жидкого металла при равномерном распределении высокоскоростных газовых струй в радиальном направлении. При тангенциальном расположении равномерно распределенных газовых струй создается интенсивное расширяющееся вращательное движение газового потока в процессе истечения энергоносителя, в результате чего в центральной части вихря, по периметру струи металла в зоне ее выпуска, возникает высокое разрежение, Это дополнительно усиливает как эффект, так и процесс диспергирования струи металла при заданном расходе энергоносителя. Таким образом, использование предлагаемого способа обработки значительно повышает качество слитка или непрерывнолитой заготовки после УНРС за счет высокой степени дегазации металла при разливке и устранения турбулизирующего эффекта в воронке при поступлении металла в металлоприемник, т. е. по характеру обработки осуществляется струйное вакуумирование без дорогостоящего и крупногабаритного оборудования., при экономичном расходе экологически чистого и дешевого газа-энергоносителя, например сжатого воздуха, оздоровляющего обстановку на разливочной площадке (в сравнении с обдувом аргоном). Пример. Исходные данные: 1. Сопоставление предложения производили в сравнении с решением, взятым в качестве прототипа и используемого на установках непрерывной разливки стали электросталеплавильного цеха ОХМК, 2. Разливочный ковш; ковш емкостью 5 100 т. 3, Диаметр выпускного отверстия стакана — 70 мм, 4. Разливку осуществляют посредством использования защитной шамотно-графи10 товой трубы по TY 14 — 8 — 387 — 81. 5. Размеры трубы; — диаметр внутренний — 140 мм; — диаметр наружный — 190 мм; — диаметр наружный (входной части)— 15 310мм; — высота трубы — 1000 мм. 6. Глубина погружения трубы в расплав — 200 мм. 7. Высота зазора между стаканом ковша 20 и входной частью защитной трубы — 10 мм. 8, Скорость истечения газовой струи— 150 м/с. 9. Профиль истекающего отверстия -"сопло Лаваля. 25 10. Минимальный диаметр отверстия — 3,5 мм. 11. Количество отсасывающих газовых струй — 12 шт. 12. Расположение газовых струй: 30 -радиальное, равномерное по периметру входной части защитной трубы: — тангенциальное, равномерное по периметру входной части защитной трубы. 13. Характеристика газа-энергоносите35 ля — цеховой сжатый воздух, Согласно заявляемому способу производили отсос газов из струи стали через кольцевой зазор по и. 7 равномерно распре40 деленными газовыми струями со скоростью по и, 8, истекающими параллельно зеркалу расплава в металлоприеМнике согласно и. 12. При сопоставлении проб. отобранных 45 от 10-ти плавок предложения и прототипа, получены следующие средние, практические результаты. Формула изобретения 50 1. Способ обработки струи металла при разливке, включающий выпуск металла из ковша в металлоприемник через защитную трубу и герметизацию ее нижней части, отличающийся тем, что, с целью 55 повышения качества металла путем увеличения степени дегазации и безгазового диспергирования металла, герметизацию нижней части защитной трубы и защиту струи металла от окисления осуществляют отсосом отходящих газов газовыми струями, причем отсос отходящих газов осущест1764780 Заявляемый способ Прототип 0,44 0,32 6,2 0,009 3,9 0,007 4,63 1,95 Сжатый воздух 1,5-2 Аргон 1,5-2 10-20 13-25 0,666 1,306 вляют через зазор между защитной трубой и ковшом, а газовые струи равномерно распределяют по периметру зазора, Рузультаты опытной прове ки Брак первого передела (трещины, рванины), Объем металла с оксидными включениями 5 и более балла, % Содержание азота,, Содержание водорода, мл/100 r Me Характеристика газа при обработке Давление газа перед истечением, ати Разрежение при радиальном расположений струй, мм рт.ст. Разрежение при тангенциальном расположении струй, мм рт.ст, Стоимость об аботки, б/т 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отсос газов осуществляют тангенциальными газовыми струями. Составитель Е. Хлудов Техред М.Моргентал Корректор В. Петраш Заказ 3333 Тираж 341 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
