Способ обработки металла газом

 

Использование: в металлургии при разливке металла в металлургические емкости с подачей инертного или нейтрального газа в струю металла через полый стопор сталеразливочного ковша под избыточным давлением . Сущность изобретения: способ включает подачу газа в период разливки под избыточным давлением, равным избыточному давлению металла в струе, под действием которого происходит истечение жидкого металла из сталеразливочного ковша. При этом при разливке металла с использованием экзотермических материалов для утепления металла в металлургической емкости на последних стадиях разливки подачу газа прекращают сразу после присадки экзотермических материалов. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 22 0 11/10

tHOE ПАТЕНТНОЕ

CCP

ССР) ПАТЕНТУ

1)5007782/02

2) 31.10.91

6) 30.08.93. Бюл, й. 32

1) Златоустовский металлургический зад

2) S.G. Михайлов, А.Б. Покровский. Ю. И, Пянин, А.А.Егоров, С.Б.Клюквин, С.А.Копейн и А.Б.Шутихин

3) Златоустовский металлургический зад

6) Авторское свидетельство СССР

458352, кл. В 22 0 11/10, 1975.

Поживанов А.M. и др..БНТИ "Черная етзллургия" ° M., 1983, вып.6(938), с.40:-41.

) СПОСОБ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛА ГАОМ

Изобретение относится к области меаллургии, в частности к разливке металла в. еталлургические емкости.

Цель изобретения — повышение качеств металла и уменьшение расхода инертноо или нейтрального газа (аргона, азота, елия, углекислого и др.) за счет нормироанной его подачи (в струю жидкого металла ри разливке) через полый стопор в оптиальных количествах и повышения стабильости процесса воздействия газа на металл струе и металлургической емкости.

Поставленная цель достигается тем, что збыточное давление инертного или нейтального газа в период разливки поддержиают равным избыточному давлению еталла в струе, под действием которого роисходит истечение жидкого металла из талеразливочного ковша. При этом при

„„5U,, 1838037 АЗ (57) Использование; в металлургии при разливке металла в металлургические емкости с подачей инертного или нейтрального газа в струю металла через полый стопор сталеразливочного ковша под избыточным давлением. Сущность изобретения: способ включает подачу газа в период разливки под избыточным давлением, равным избыточному давлению металла в струе, под действием которого происходит истечение жидкого металла из сталераэливочного ковша. При этом при разливке металла с использованием экзотермических материалов для утепления металла s металлургической емкости на последних стадиях разливки подачу газа прекращают сразу после присадки экэотермических материалов. 1 з.п.ф-лы, 2 ил, разливке металла с "чистым зеркалом" или с применением инертных теплоизолирующих материалов подачу газа прекращают после окончания разливки, а при использовании экэотермических смесей для утепления металла в металлургической емкости на последних стадиях разливки подачу газа прекращают сразу после присадки экзотермических материалов.

Величина избыточного давления металла в струе, под действием которого происходит истечение жидкого металла из сталераэливочного ковша, в процессе разливки уменьшается и зависит от массы жидкого металла и шлака в ковше и площади его основания и определяется по известной формуле;

GMe +Ошл

Ризб.

1838037 где Р u o. — избыточное давление металла в струе, под действием которого происходит его истечение из сталеразливочного ковша;

G< — масса жидкого металла в ковше;

G n — масса жидкого шлака в ковше;

3 — площадь основания сталеразливочного ковша.

Следовательно, избыточное давление инертного или нейтрального газа, вдуваемого через полый стопор в струю металла, по мере опорожнения сталеразливочного ковша должно снижаться от первоначальна установленной величины до минимальной, определяемой силой тяжести, возникающей пад действием массы металла и шлака, остающихся в ковше после окончания разливки в металлургическую емкость. При этом величина избыточного давления газа в npogeese разливки в предполагаемом изобретении определяется тем, что превышение ее приводит к разбрызгиванию металла газом и ухудшению качества затвердевшего металла, а также к повышенному расходу газа.

Подача же газа через полый стопор в струю под меньшим избыточным давлением, чем избыточное давление металла в струе, не обеспечивает достаточно эффективных защиту металла газом от окисления и рафинирующего воздействия на металл в металлургической емкости. Вместе с тем становится возможна частичная инжекция воздуха из окружающей среды в металлургическую емкость и дополнительное загрязнение затвердевающего металла неметаллическими включениями, Необходимо прекратить подачу газа при использовании зкзотермических мате- риалов для утепления металла в металлургической емкости на последних стадиях разливки сразу после присадки экэотермических материалов, так как инертный или нейтральный газ, практически не влияя на качества металла, будет способствовать уменьшению количества кислорода, поступающего к экзотермическим материалам, и тем самым теплоизолирующей их способности, которой во многом определяется развитие дефектов усадочного происхождения при затвердевании металла в металлургической емкости.

В р и и е р. Опыты проводили в промышленныхх условиях. По новому способу разлиw свыше 20 плавок стали и сплавов марок

ЭП678, 310X18M, Х12Н20Т2, 14Х17Н2, 12Х18Н10Т (разлиты на МПИЛЗ в кристаллизаторы кр.19, 300 и 530 мм), ХН65МВ, св.01Х23Н28МЗДЗТ, Х12МФ (разлиты в изложницы на слитки массой 0,5 и 1,1 т). Сталь, разлитую на МПНЛЗ и в изложницы для электродов массой 1,1 т(Х12МФ), подвергали электрошлакавому и вакуумно-дуговому переплавам или одному из них. Слитки всех марок стали и сплавов, в т.ч. ВДП и ЭШП, передавали на ковку и прокатку.

Для вдувания в струю металла аргона при разливке на МПНЛЗ или в изложницы сталеразливочные ковши 3 (см. фиг.1) емкостью ат 2 до 10 т оборудовали полыми стопорами 2 и системой 1 подвода к ним

"0 аргона. Стопор представлял собой полую металлическую трубу 8, футерованную с внешнего диаметра шамотными стопорными трубками 9, установленными на огнеупорной массе. В нижней части стопора

"5 . располагалась огнеупорная шамотная пробка 10, навинченная на коническую резьбу наконечника 11, крепление которого к металлической трубе 8 осуществляли сваркой, Диаметры входного отверстия наконечника

11 и пробки 10 были равны 10 и 7 мм, соответственно. Внутренний диаметр трубы 835 мм, наружный — 50 мм, 1

Решая задачу об оптимальном количест25 ве нейтрального газа, исходили иэ тога, чтобы избыточное давление газа, вдуваемого и струю, было равно по величине избыточному давлению металла в струе, под действием которого происходит истечение жидкого

30 металла из сталераэливочного ковша.

Скорость уменьшения избыточнога давления газа, вдуваемого в струю, в процессе разливки определяется для каждого конкретного случая по скорости вытягивания

35 электродов на МПНЛЗ или па скорости разливки металла в изложницы, установленные в технологических инструкциях для соответствующих типоразмеров кристаллизаторов

МПНЛЗ, изложниц, марок стали или сппа 10 вов, размеров рабочего обьема сталеразливочных ковшей.

Процесс обработки металла газон в струе и в металлургической емкости асуще45 ствляли следующим образом. За 1-5 мин да начала разливки через систему 1 (фиг.1) в палый стопор 2 сталеразливочного ковша 3 подавали аргон под избыточным давлением 0,1-0,2 атм, 8 процессе выхода на заданную

50 скорость разливки металла через центровую 4, сифонную проводку 5 в изложницы 7, установленные на поддоне 5, или непосредственно в кристаллизаторы МПНЛЗ избыточное давление газа плавна уввличивэли

55 до максимальной величины, равной отношению массы жидкого металла и шлака в кав" ше к площади его основания. Например, для плавки массой 14 т (масса металле плюс масса шлака) при емкости ковше 1.8 т мак-. симальная величина избыточного давления

1838037 1400,0 кг г за принималась равной- — 0,52

2723,33 см атм, для ковша емкостью 6 т .— до

6000 кг — 0,83 атм, для ковша емкостью

249,64 см

12 т — до

12000 кг — — 1 атм, 11958,48 см

В дальнейшем па ходу разливки давлеие аргона уменьшали со скоростью, опрееляемой массовой скоростью разливки еталла. Например, при разливке стали арки 110Х18М на МПНЛЗ в кристаллизат р 190 мм из ковша емкостью 1800 кг (масса плавки — 1400 кг) масса электрода составила 1200 кг, "тела" 1090 кг и прибыльой части 110 кг, время отливки "тела" элект ода 10 мин, прибыльной части 2,5 мин. ледовательно, средняя массовая скорость азливки составляла; "тела" электрода 109 кг/мин, прибыльной части 44 кг/мин, Отсю а скорость понижения избыточного газа, вдуваемого в струю, составляла 0,04 а гм/мин при отливке "тела" электрода и

0,016 атм/мин при отливке прибыльной его ч сти.,Обычные плавки исследованных маак стали разливали по способу-прототипу с вдуванием аргона через полый стопор под остоянным избыточным давлением, равым для всех типоразмеров ковшей 1 атм (асхад — 0,3 м /мин). В результате нормиз ованной подачи средний расход газа измеялся в пределах от 0,05 до 0,1 м /мин, т.е, у еньшился в 3 и более раза, Кроме того, спытали вариант разливки, в котором изыточное давление в начале и в ходе разливг. было íà 30% меньше, чем избыточное авление металла в струе.

Установили, что скорость возгорания экзотермических материалов в атмосфере нертного газа заметно уменьшается, поэ-, т му при разливке металла с их присадкой я утепления жидкого металла в прибыльай части электродов МПНЛЗ или слитков о окончания разливки подачу аргона прек ащали сразу после присадки экзотермич ских материалов (110Х18М, X12H2072). .Качество металла оценивали по загрязненности неметаллическими включениями, с держанию газов, степени ликвации химич ских элементов по сечению литых электродов и выходу годного, Результаты исследований приведены в табл.1,2 и на иг.2 (а — по предлагаемому способу, б — по способу-прототипу; цифры — расстояние, н м, от верхнего края электрода).

Содержание газов и загрязненность стали исследованных марок, разлитых по . с особу-прототипу, заметно выше, чем разл тых предлагаемым способом (табл,1): в

10 подусадочной зоне литого электрода стали марки 110Х18М, разлитой па способу-прототипу, обнаружено большое количество крупных (размером до 200 мкм) глобулей силикатов и довольно много одиночных кристаллов размером до 10 — 15 мкм. B опытном металле крупные глобули шлаковых включений отсутствовали и значительно меньше (в

3,5 раза) выявлено мелких глобулей размером до 20,0 мкм и одиночных аксидных включений. В металле, разлитом по предлагаемому способу, в t,5 раза уменьшилось содержание кислорода, на 7 единиц в третьем знаке после запятой — содержание азота

15 и в среднем с 2,0 до 1,4 см /100 г — содержание водорода по сравнению с металлом, разлитым по способу-прототипу, В опытном металле заметно уменьшилась ликвидация химических элементов по

20 высоте и сечению слитков и электродов

МПНЛЗ. Так на фиг.2 приведена величина ликвации Mn, Si, P u S по высоте и сечению литых электродов иэ стали марки 110Х18М, разлитой по технологии предлагаемого спо25 саба и прототипа, Видно, что величина ликвации указанных элементов по высоте и сечению опытного электрода практически не изменяется и заметно меньше, чем аналогичная для электрода, отлитого по спосо30 бу и ро тоти па, Выход годного опытного металла оценили на. тех стадиях передела, на которых находились плавки к настоящему времени.

Результаты оценки приведены в табл.2.

35 Сравнение их позволяет сделать вывод о том, что при разливке стали па предлагаемому способу существенно повышается технологическая пластичность стали: уменьшается образование дефектов при

40 ковке и прокатке металла, отсутствует брак . па дефектам поверхности и макроструктуры и соответственно сокращается расход на производство металлопродукции, — по сравнению с прототипом.

45 Формула изобретения

1. Способ обработки металла газом, включающий разливку металла в металлургическую емкость и подачу инертного или нейтрального газа в струю металла через

50 полый стопор сталеразливочного ковша под избыточным давлением до начала разливки и прекращение подачи газа в конце разливки, а т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества металла и уменьшения

55 расхода газа, избыточное давление газа в период разливки поддерживают равным избыточному давлению металла в струе, под действием которого происходит истечение жидкого металла из сталеразлиэочнага ковша.

18З8ОЗ7

Таблица 1

Загрязненность неметаллическими включениями и содержание газов в подусадочной зоне электродов МПНЛЗ кр.190 мм стали марки 110Х18М.

-Таблица 2

Расход металла на переделах

2, Способ по п,1, отличающийся тем, что при разливке металла с использованием экзотермических материалов для утепления металла в металлургической емкости на последних стадиях разливки подачу газа прекращают сразу после присадки экзотермических материалов, 1838037