Способ легирования металла в ковше и устройство для его осуществления

 

Использование: металлургия, в частности внепечная обработка металла. Способ легирования металла в ковше включает продувку металла инертным газом, введение легирующих и раскислителей с помощью фурмы, причем легирующие и раскислители предварительно погружают в металл в контейнере на 3-5 с до глубины 50-200 мм от поверхности металла, поднимают и выдерживают на воздухе в течение 2-3 мин, затем вновь периодически погружают его в металл на глубину, увеличиваемую с каждым погружением на 200-400 мм до образования монолитного блока из кусков легирующих и раскислителей, который погружают в металл на глубину 100-200 мм от днища ковша при одновременной продувке инертным газом, расход которого доводят до 80-100 м³/ч, а расход газа при продувке металла на глубине 100-200 мм выдерживают 20-30 м³/ч; фурма для легирования металла содержит футерованную огнеупорами трубу, на нижней части которой жестко закреплен блок реагентов, выполненный с ярусами, количество которых соответствует загружаемым в него легирующим и раскислителям, а внутри трубы фурмы установлены пористые огнеупорные вставки. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к металлургии, в частности к внепечной обработке металла.

Известен способ ввода модификатора в ковш с жидким металлом, предусматривающий многопорционный ввод в расплав реагента, например марганца, в виде набранного на штангу срезанного шара [1] Известен способ обработки металла в ковше, включающий ввод раскислителя, например алюминия, в виде чушки, через каналы которой осуществляют продувку аргоном [2] Недостатки известного способа обработки металла в ковше заключаются в ограниченных функциональных возможностях их применения ввиду отсутствия производства слитков (чушек) из большинства ферросплавов и легирующих, в недостаточной эффективности вследствие недостаточного перемещения и малой продолжительности контакта газа с вводимым материалом.

Известно устройство для легирования металла в ковше, содержащее с огнеупорным покрытием трубу для подачи газа, на нижнем конце которой жестко концентрично трубе закреплен блок реагента [3] Недостатком известного устройства является создание крупного газового пузыря, скорость всплытия которого велика, а также то, что закрепленный на фурме легирующий элемент не успевает прореагировать с жидким металлом, всплывает и усваивается шлаком.

Целью изобретения является расширение технологических и функциональных возможностей и улучшение качества металла путем стабилизации содержания легирующих элементов по объему ковша.

Цель достигается тем, что в способе легирования металла в ковше, включающем продувку металла инертным газом, введение легирующих и раскислителей с помощью фурмы, предварительно легирующие и раскислители погружают в металл в контейнере на 3-5 с до глубины 50-200 мм от поверхности металла, поднимают и выдерживают на воздухе в течение 2-3 мин, затем вновь периодически погружают его в металл на глубину, увеличиваемую с каждым погружением на 200-400 мм до образования монолитного блока из кусков легирующих и раскислителей, который погружают в металл на глубину 100-200 мм от днища ковша при одновременной продувке инертным газом, расход которого доводят до 80-100 м³/ч, причем расход газа при продувке металла на глубине 100-200 мм выдерживают 20-30 м³/ч.

Цель достигается также тем, что устройство для легирования металла в ковше, содержащее футерованную огнеупорным покрытием трубу для подачи газа, на нижнем конце которой жестко закреплен блок реагентов, снабжено установленными внутри трубы пористыми вставками, блок реагентов выполнен многоярусным, а пористые вставки установлены по его высоте, при этом количество ярусов блока соответствует количеству видов вводимых элементов.

Выбор глубины погружения устройства и продолжительность его нахождения в металле определены получением оптимальных результатов распределения легирующих и раскислителей по объему металла в ковше.

Погружение устройства в металл на глубину менее 100 мм от днища ковша недопустимо из-за быстрого разрушения футеровки днища ковша потоками циркулирующего металла в зоне выхода газа из устройства. Погружение устройства в металл на глубину более 200 мм от днища ковша нежелательно из-за неравномерного распределения легирующих элементов по объему ковша, так как растворенные ферросплавы распределяются в верхних слоях металла, а нижние слои объединены легирующими элементами.

При расходе нейтрального газа ниже 80 м³/ч наблюдается неудовлетворительное качество металла по содержанию легирующих элементов по объему ковша из-за плохого перемешивания расплава. Расход инертного газа более 100 м³/ч недопустим из-за возможных выбросов металла из ковша. Расход нейтрального газа при продувке на глубине 100-200 мм ниже 20 м³/ч практически невозможен, так как подача газа не произойдет из-за замораживания металла в устройстве, при расходе газа на данной глубине более 30 м³/ч наблюдаются выбросы металла из ковша.

Погружение блока реагентов до глубины 50-200 мм менее чем на 3 с практически неосуществимо из-за действующих инерционных моментов технических средств и несрабатывания электросхемы, нахождение же блока на данной глубине более 5 с нежелательно, так как начинается процесс разрушения образовавшегося монолитного блока из ферросплавов.

Погружение блока реагентов на глубину менее 50 мм практически неосуществимо из-за наличия шлака, а погружение блока в металл на глубину более 200 мм нецелесообразно из-за невозможности получения монолита из легирующих материалов.

Таким образом, предлагаемый способ легирования металла в ковше с заявляемой совокупностью и последовательностью выполнения операций, выбором интервалов значений количественных признаков, осуществляемый посредством заявляемого устройства, обеспечивает получение качественного металла со стабильным химсоставом по процентному содержанию легирующих элементов по объему ковша.

Пример. В кислородно-конвертерном цехе N 2 Западно-Сибирского металлургического комбината на установке доводки металла осуществляли легирование расплава в ковше кремнием и марганцем стали марки 35 ГС. Предварительно подготавливают устройство для легирования расплава, при этом изготовили контейнер для ферросплавов и наполнили его одним или смесью легирующих элементов. Подготовленное устройство установили на УДМ, подвели к нему газопровод с нейтральным газом, вывели в режим работы с расходом газа 25 м³/ч и погрузили в ковш с расплавом на глубину 150 мм от поверхности металла на 4 с, периодически погружали в металл, увеличивая глубину с каждым погружением на 3300 мм, и выдерживали на воздухе в течение 2-3 мин до образования монолитного блока из кусков легирующих по всей высоте контейнера. Отбирали ковшевую пробу, определяли наличие легирующих элементов в расплаве и требуемое их количество для доводки металла согласно марочника с учетом угара, из этого расчета подготавливали вес легирующего блока. Последний погружают в металл на глубину 150 мм от днища ковша при одновременной продувке инертным газом, расход которого выдерживали 90 м³/ч в течение 5-6 мин в зависимости от необходимой степени легирования данным элементом, продувку продолжали до полного расплавления и усвоения легирующих материалов. В процессе расплавления ферросплавов освобождаются пузырьки воздуха, расположенные между кусками ферросплавов, и способствуют интенсивному перемешиванию ванны. Мелкодисперсные пузырьки инертного газа, выходящие из фурмы, поднимаются, омывая поверхность блока ферросплавов и способствуя распространению легирующих материалов по всему объему. При выравнивании температур между жидким металлом и оболочкой ферросплава оболочка последнего разрушается, высвобождая жидкий легирующий элемент, который разносится по объему ковша нейтральным газом. Устройство извлекали, визуально определяли расход легирующего материала по диаметру монолита, отбирали пробу из ковша с легированным расплавом, при недостаточном содержании легирующего элемента легирование продолжают до получения заданного химсостава.

На фиг.1 изображено устройство до начала осуществления способа; на фиг.2 то же, во время легирования расплава.

Устройство для легирования металла в ковше 1 содержит трубу 2 для подачи газа, внутри которой установлены пористые вставки 3, а снаружи огнеупорные катушки 4, на нижней части трубы закреплен контейнер 5, выполненный с отсеками, разделенными перегородками 6, куда загружена смесь 7 реагентов (ферросилиция и/или ферромарганца) с размером кусков 25-125 мм, количество которых выбрано в зависимости от технологии обработки металла. Огнеупорное покрытие трубы выполнено и расположено над контейнером, изготовленным из листовой стали 1 мм, диаметром 300 мм.

Устройство 1, выполненное в виде трубы 2 для подачи газа с наружными огнеупорными катушками 4, контейнером 5 со смесью 7 реагентов, перегородкой 6, пористыми вставками 3, опускают в жидкую сталь на глубину 150 мм на 4 с, затем поднимают, выдерживают на воздухе 2-3 мин, затем вновь периодически погружают его в металл, увеличивая глубину с каждым погружением на 300 мм до образования блока реагентов. При погружении тонкие стенки контейнера расплавляются, металл затекает между кусками реагентов, сваривая оболочки каждого кусочка между собой и трубой 2, при выдержке на воздухе образуется монолитный блок. При неоднократных погружениях, извлечениях из ковша с металлом высота монолитного блока растет до полного превращения кусковых ферросплавов в единый монолитный многоярусный блок реагентов. Во время легирования при обгорании крайнего нижнего участка трубы с пористой вставкой 3 в действие вступает следующая пористая вставка, расположенная выше.

Предлагаемая технология обработки металла в ковше имеет повышенную эффективность вследствие интенсивности перемешивания расплава, обеспечивает введение в металл любых легирующих материалов в любой последовательности или в смеси, при этом не требуется производства слитков из легирующих материалов, а также приобретение и монтаж специального технологического оборудования.

Предлагаемое изобретение промышленно применимо в народном хозяйстве для легирования металла в ковше, например, в сталеплавильном производстве для получения качественного металла, одновременно по содержанию легирующих элементов, по объему ковша, что особенно необходимо при наличии отделения непрерывной разливки стали.

Формула изобретения

1. Способ легирования металла в ковше, включающий продувку материала инертным газом и подачу легирующих и раскислителей с помощью фурмы, отличающийся тем, что предварительно легирующие и раскислители погружают в металл на 3 5 с до глубины 50 200 мм от поверхности металла, поднимают и выдерживают на воздухе в течение 2 3 мин, затем вновь периодически погружают в металл на глубину, увеличиваемую с каждым погружением на 200 400 мм до образования монолитного блока из кусков легирующих и раскислителей, который погружают в металл на глубину 100 200 мм от днища ковша при одновременной продувке инертным газом, расход которого доводят до 80 100 м³/ч.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расход газа при продувке на глубине 100 200 мм выдерживают 20 30 м³ ч.

3. Устройство для легирования металла в ковше, содержащее с огнеупорным покрытием трубу для подачи газа, на нижнем конце которой жестко концентрично трубе закреплен блок реагентов, отличающееся тем, что оно снабжено установленными внутри трубы пористыми вставками, блок реагентов выполнен многоярусным, а пористые вставки установлены по его высоте, при этом количество ярусов блока соответствует количеству видов вводимых элементов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2