Способ обработки стали в разливочном ковше

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

ЬЭ

М

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5025382/02 (22) 03.02.92 (46} 15.1 1.93 Бюл. hh 41-42 (71) Орско-Халиловский металлургический комбинат (72} Лисицкий В.В„Myra êî Г.Н.; Кулаков В.В„Павлов

В.В„Тарынин НГ„Милюц В.Г. (73) Орска-Халиловский металлургический комбинат (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТАЛИ В РАЗЛИВОЧНОМ КОВШЕ (57) Изобретение может быть использовано в черной металлургии, конкретно при внепечной обработке стали в ковше в процессе ее доводки перед разливкой на МНЛЗ или в изложницы. Сущность: ведут продувку расплавленного металла инертным (в) RU (11) 2002815 С1 (5l) 5 С 21 С 7 00 В 22 В 41/00 газом и эвакуацию газов через вертикальный футерованный полый цилиндр, погруженный нижней частью в металл, при этом наружную поверхность расплавленного металла вне цилиндра защищают шлаком, а внутрь цилиндра сверху вводят присадки в виде кусковых (дробпеных) материалов. Внутреннюю поверхность футеровки цилиндра вне зоны расплавленного металла поддерживают на температурном уровне не ниже температуры плавления присадок например, ферросплавов. Температуру внутренней поверхности футеровки вне зоны рас— плавленного металла поддерживают на 20-70 С ,выше температуры плавления присадок. В полости цилиндра над зеркалом металла поддерживают разрежение. 2 з.п.ф-пы, 1 ил.

2002815

Изобретение относится к металлургии, конкретно к плавильному производству, и может быть использовано при енепечной обработке стали в ковше в процессе ее доводки перед разливкой на МНЛЗ или в изложницы, В последнее время определилось новое направление в области производства стали, в котором традиционно металлургическим агрегатом для выплавки стали (печь, конвертор) отводится роль расплавления твердой шихты и окисления углерода, кремния, марганца, фосфора, жидкого чугуна, Все остальные рафинированные и доводочные работы проводятся вне печи (в разливочном ковше).

Комплекс обработки стали по такой схеме позволяет осуществить рафинирование стали, ее дегазацию, обезуглероживание, десульфурацию, дефосфорацию, инжекцию технологических порошков.

B процессе обработки стали в стелераэливочном ковше решаются следующие задачи; выравнивание, корректировка и установка точных значений температуры, химсостава стали, ускорение расплавления и распределения в объеме ковша легирующих элементов, раскислителей и присадок, повышение степени частоты по оксидным включениям, Известное наиболее простое решение, обеспечивающее обработку стали в сталераэливочном ковше, включает продувку расплавленного металла инертным газом, например аргоном или азотом, с помощью гаэопроницаемых пробок, расположенных в донной. части ковша, и эвакуацию газов из расплава вверх, непосредственно в цех (1), Другое иэеестное аналогичное решение для решения той же задачи включает продувку расплавленного металла инертным газом с помощью вертикальной подвижной фурмы (2), Эти известные решения включают также и ввод сверху е разливочный ковш ферросплавов и различных добавок (3), Перечисленные решения обладают существенными недостатками, заключающимися в низкой степени обработки стали, связанной со слабой дегаэацией расплава и значительным уносом металла иэ ковша, Для повышения эффективности обработки стали раэливочный ковш помещают в камеру, герметизированную крышкой, снабженную отсосом, продувочной фурмой и вводом ферросплавов (4). Согласно этому известному решению металл подвергают интенсивному перемешиванию в ковше путем продувки инертным газом с эвакуацией отходящих газов посредством отсоса (насосом) из камеры, что повышает степень дегазации металла.

Однако данное техническое решение характеризуется существенными недостатками, связанными с возмо>кными выбросами металла в процессе его вскипания при продувке, сложностью герметизации камеры, громоздкостью конструкции и значительными энергозатратами, необходи10 мостью развитого знергохозяйства.

В результате перечисленного снижается эффективность обработки стали.

Наиболее близким по-своей технической сущности и достигаемому эффекту яв15 ляется способ обработки стали в разливочном ковше, включающий продувку расплавленного металла инертным газом и эвакуацию газов через вертикальный футерованный полый подъемно-опускной ци20 линдр, погру>кенный нижней частью в металл, при этом наружную поверхность расплавленного металла вне цилиндра защищают шлаком, а внутрь цилиндра сверху вводят присадки, например ферросплавы в виде кусковых (дробленных) материалов (5).

Это решение взято в качестве прототипа.

Согласно известному решению в разливочном ковше зеркало металла вне цилиндра после его погружения в расплав

З0 защищено от окисления шлаком, а внутри цилиндра остается чистым, куда присаживают ферросплавы с легирующими элементами раскислители и перемешивают их с расплавом путем продувки через фурму инертного газа, например аргона или азот, осуществляя при этом процесс доводки стали, Отходящие газы по этом способу удаляются через полость футерованного цилиндра, унося с собой мелкие фракции

40 загружаемых кусковых материалов и капли расплава. Однако данный способ обладает существенным недостатком, заключающимся в низкой степени обработки стали в разливочном ковше — за счет образования

45 настылей на футеровке цилиндра, значительного (до 2 ) уноса пыли при вводе ферросплавов и капель металла из расплава через полость цилиндра, низкой дегаэации расплава, поступления холодных ферро50 сплавов в стальковш, В процессе эвакуации (удаления) отходящих газов из расплава происходит их непосредственный контакт с рабочей поверхностью футеровки цилиндра и продувочной фурмы, в результате которого расплавленные частицы оседают, образуя устойчивые плотные настыли на футеровке, имеющей более низкий температурный óðîвень (потенциал). Образовавшиеся настыли уменьшают проходное (живое) сечение как

20020 1 5

30

50 чения их скорости в заданном объеме полости вертикального цилиндра, Поддер>кание температуры внутренней поверхности футеровки на 20-70"С выше температуры плавления присадок обеспечивает оптимальные условия по плавлению пыли (фракция до 2 мм), осевшей нэ поверхности полости цилиндра и беспрепятственное ее стекание в жидком виде непосредственно в расплавленную сталь.

Эти условия включают скоротечность расплавления частиц, жидкоподвижность в процессе стекания, минимальный расход тепловой энергии, При превышении укаэанной температуры на 20"С вышеперечисленные условия соблюдаются для частиц фракцией до 2 мм, При снижении э1ого перепада температур ниже 20 С, например при перепаде в 15"С наблюдается сохранение агрегатного состояния крупных частиц еще в твердом (точнее размягченном) виде и повышение вязкости стекающего расплава.

При поддержании температурного перепада в 70 С тепловая нагрузка в полости цилиндра достигает предельного значения по стойкости его футеровки. Дальнейшее превышение температуры свыше 70 С требует либо дорогостоящих материалов, например циркониевых, либо применения водоохлаждэемого каркаса (например, полой или трубчатой конструкции), при этом обеспечивается значительный перерасход тепла. Сохранение чистым отводящего тракта непосредственно над зеркалом металла увеличивает пропускную способность выделяемых газов. Для дополнительного их выделения при заданной степени перемешивания расплава над зеркалом чистого металла целесообразно поддерживать регулируемое разрежение, не повышая при этом в этой зоне окислительный потенциал. Данный технический результат достигается принудительным отсосом газов с зеркала чистого металла, например, путем сжигания топлива в полости цилиндра тангенциальным способом, т.е. ввод топлива с окислителен осуществляют тангенциально поверхности внутренней футеровки цилиндра.

При таком (тангенциальном) вводе энергоносителя, каким является топливоокислительная смесь, подаваемая под давлением посредством горелок. в полости цилиндра создается пониженное давление, способствующее вскипанию раскисленной стали, которое уменьшается при восстановлении атмосферного давления. При создании незначительного разрежения кипения возобновляется и усиливается при увеличении разреькения, Кипение вызывается выделением растворенных в металле газов, т.е. путем изменения разрежения над поверхностью металла можно осуществить процесс дегазации управляемым. За счет снижения парциального давления водорода и азота происходит выделение этих газов из жидкого металла как путем десорбции с поверхности и диффузии растворенных газов в поверхностный слой, так и путем диффузии во всплывающие пузырьки окиси углерода и десорбции в газовую фазу, За счет облегчения выделения газовых пузырьков обеспечивается достижение высокой химической однородности, выравнивание температуры в объеме стали, а следовательно, и повышение однородности ее механических свойств. Ввод в такой (предварительно раскисленный) металл легирующих элементов обеспечивает в процессе обработки получение более чистой стали по содержанию неметаллических включений. Ввод s такой металл незначительного количества нитридообраэующих элементов устраняет вредное влияние азота при его повышенном содержании. Чистота обработанной стали и однородность химсостава обеспечивает стабильность свойств металла не только s пределах слитка и плавки, но и всей производимой стали при любом способе се выплавки, при этом становится возможным повысить производительность сталеплавильных агрегатов, снизить расход легирующих элементов, уменьшить количество раскислителей

Следует также отметить, что такая обработка стали требует минимальных капитальных и энергетических затрат на ее реализацию и не усложняет технологию ее производства в действующих сталеплавильных цехах, Таким образом, обработка стали в разливочном ковше с частично погруженным полым цилиндром и продувкой за счет поддержания внутренней поверхности цилиндра на температурном уровне не ниже температуры плавления присадок, эа счет превышения его на 20 — 70 С температуры плавления присадок и за счет поддержания регулируемого разрежения над жидким металлом в цилиндре повышает эффективность обработки путем устранения возможности образования настылей в зоне отвода газов, снижения пылеуноса при загрузке присадок и каплеуноса жидкой стали, повышения степени дегазации расплава, подогрева присаживаемых материалов и . уменьшения подсоса холодного воздуха, снижения теплопотерь через полость цилиндра, 8 результате перечисленного возрастает качество обработанной стали и экономичность процесса обработки, 2002815

55 для спуска (ввода) ферросплавов и раскислителей, так и для отвода газов из расплава, а это в свою очередь снижает степень взаимодействия присадок с расплавом и повышает давление над зеркалом металла в цилиндре, что ухудшает дегазацию металла в ковше. Кроме того, ввод холодных присадок в расплав увеличивает тепловые потери металла в процессе его доводки, что в свою очередь приводит к снижению температуры металла в разливочном ковше, а это увеличивает продолжительность плавки в печи и ведет к дополнительному расходу огнеупоров и к росту энергозатрат.

Задача предлагаемого изобретения заключается в повышении качества стали за счет повышения эффективности обработки ее в разливочном ковше в процессе ее доводки.

Технический результат достигается тем, что внутреннюю поверхность футеровки цилиндра вне зоны расплавленного металла поддерживают на температурном уровне не ниже температуры плавления ферросплавов.

Кроме того, результат достигается и тем, что температуру внутренней поверхности футеровки вне зоны расплавленного металла поддерживают на 20-70 С выше температуры плавления ферросплавов, а также и тем, что в полости цилиндра над зеркалом металла поддерживают разрежение, Способ обработки стали в разливочном ковше поясняется чертежом.

Согласно предлагаемому способу разливочный ковш 1 со сталью, выпущенной из печи, устанавливают под вертикальным подъемно-опускным футерованным полым цилиндром 2 внутренним диаметром 600—

1200 мм и высотой 1800 — 2200 мм, который погружают нижней частью в расплав на

200 — 400 мм. при этом зеркало металла в ковше вне футерованного полого цилиндра защищают от окисления шлаком, а внутри цилиндр оставляют чистым, куда присаживают ферросплавы с легирующими элементами и раскислители, которые вводят внутрь цилиндра сверху. в виде кусковых (дробленых) материалов и перемешивают их с распланом путем продувки через подвижную продувочную погружают фурму 3, расположенную соосно цилиндру и ковшу, В качестве газа для продувки расплава используют аргон или азот. Нижний срез фурмы находится в объеме металла на расстоянии 500 — 1000 мм от днища ковша, Для продувки расплава возможно использование различных пористых вставок (пробок), устанавливаемых в донной части

35 разливочного ковша. В зависимости от емкости ковша удельный расход газа составляет 0,015 — 0,6 м /т. Продолжительность з продувки для гомогенизации металла в объеме ковша составляет 3 — 5 мин, для перемешивания с целью рафинирования жидкой стали 5 — 10 мин, В процессе истечения в расплаве струи газа распадаются на мелкие пузырьки и выносятся через зеркало незащищенного шлаком металла, в данном случае через полость погружного вертикального цилиндра. Интенсивность выделения газов из жидкого металла будет возрастать при создании разрежения над зеркалом металла. Для доводки стали в ковше в чистый металл через полость цилиндра присаживают сверху ферросплавы с легирующими элементами, например FeCr, SiMn, FeSi, и раскислители и перемешивают их с расплавом в процессе продувки, При этом интенсивность барботажа в расплаве и выделение газов из расплава возрастает. Одновременно внутреннюю nonëрхность футеровки цилиндра вне зоны (выше границы) расплавленного металла поддерживают на температурном уровне не ниже максимальной температуры плавления загружаемых материалов (присадок), например ферросплавов, путем ее дополнительного подогрева горелками. В этом случае частицы пыли (мелкодисперсная фракция присадок) расплавляются и при попадании на поверхность футеровки вместе с каплями уносимого металла будут в жидком виде стекать в расплав, при этом их оседание на футеровке прекращается, что исключает настылеобразование.

Для форсированного и экономичного процесса плавления частиц на поверхности футеровки практически достаточно поддержание ее температуры на 20 — 70 С выше температуры плавления максимальной температуры вводимых присадок. Поддер>кание такого температурного уровня обеспечивает стекание капель металла, оседших на футеровке с ее поверхности обратно в жидкий металл, сохраняя футеровку чистой, на которой отсутствуют условия образования настылей. Таким образом, на пути поступления присадок нет препятствия (гидравлического сопротивления) со стороны настылей, что повышает качество доводки стали (с точки зрения нормального ввода присадок) и равномерность удаления отходящих газов, При этом устраняется подсос воздуха к зеркалу чистого металла, а температурный потенциал вводимых присадок повышается за счет противоточного воздействия высокотемпературных газов и увели10

2002815

Таблица 1

Таблица 2

Пример конкретного выполнения в условиях электросталеплавильного цеха Орско-Халиловского меткомбината, Исходные данные, 1, Объект обработки — сталеразливочный ковш емкостью 130 тн.

2. Геометрические параметры полого цилиндра, мм:

Высота 1800

Диаметр внутр, 1150

Диаметр наруж. 1650

3. Глубина погружения цилиндра в расплав 200 — 300 мм;

4. Характеристика футеровки — высокоглиноземистая с содержанием АЬОз выше

75 О/

5. Установка цилиндра — на крышке сталеразливочного ковша, соосно ему.

6. Отопление цилиндра — 3 шт, газовоздуш н ых горелок.

7. Расход природного газа на горелки

30 — 50 м /ч, 8. Установка горелок — на боковой поверхности цилиндра, тангенциально ей, на расстоянии 1100 мм от нижнего торца цилиндра.

9. Характеристика присадок, загружаемых в стелеразлиоочный ковш, — кускавый

FeCr; SiMn; FeSi и другие фракции до 2 мм

10-15, tnn =1540 С.

5 10. Характеристика обрабатываемой стали — спокойные трещиночувствительные марки типа 40Х.

Сопоставление рассматриваемого способа производили в сравнении с решением, 10 взятым в качестве прототипа и используемым в камерной установке доводки стали

ЭСПЦ 0ХМК, При сопоставлении проб, отобранных

10-ти плавок сравниваемых решений, пол15 учены следующие средние практические результаты (см. табл. 1 и 2). (56} 1, Власов Н.H., Король B.Â,, Радя

В,С. Разливка черных металлов. Справоч20 ник, M. Металлургия, 1987, с. 88, рис. 56, а, 2. Там же, рис. 56, б.

3. Там же, с. 89, рис. 57.

4. Новик Л.M. Внепечная вакуумная металлургия стали. M. Наука, 1986, с. 79, рис. 49, 25 5. Кнюппель Г. Раскисление и вакуум-. ная обработка стали. М,: Металлургия, 1984, с. 354, рис. 342.

II °

° Э ° 4

° ° ° ° в ° °

° ° в

° 4 °

° °

° °

Ф В °

4 ° ((° 4!

4 ° I Ф!

° ° ° В

° °

° ° ° ° б °

° 4

° . °

° ° °

° °! е: ° (б Ф °

° Э Ф

° I б ° б °

° ° б ° 4

l ° 1 б °

° Э

° .

° 1

° ° °

° ° °

° б б ° б

° . °: ° б ° .. - ° . ° е ° ° ° °

° ° ° ф Ф/

li I

Г

6 © уб/ / ® фу

° 4

° Э ° ° °

Э i ° !

I ° ° ° ° ° б ° °

° I! °

° ° ° б

° Ф

° ° ВЭ б

«»

»«

«««

«»

««««

«» ф ,ф

° . б 4 ° бе. : - е

Ф.Ф4. ° I! ° !. °