Способ вакуумирования жидкой стали

 

СПОСОБ ВАКУУМИРОВАНИЯ ЖИДКОЙ СТАЛИ В КОВШЕ, включающий измерение скорости и состава выделяющихся по ходу вакуумирования газов, отличающийся тем, что, с целью сокращения длительности вакуумирования и оптимизации процесса вакуумирования в целом, процессы обезуглероживания стали и удаления из нее водорода при вакуумировании заканчивают по достижении заданного значения разности между исходным содержанием контролируемого компонента в системе металл - шлак и суммарным его количеством в выделяющихся газах, причем количество контролируемого компонента в выделяющихся газах определяют путем суммирования текущих значений скорости откачки рабочего пространства, где происходит вакуумирование стали, умноженных последовательно на теку1цую долю этого компонента в выделяющихся газах и (Л на промежуток-времени между замерами давления в этом пространстве, а текущие скорости откачки определяют по остаточному давлению в рабочем пространстве камеры.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) С 21 С 7/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3353193/22-02 (22) 13. 11. 81 (46) 07. 04, 83, Бюл. Г 13 (72) А. И. Лукутин, В. В. Поляков, Н. Г. Гладышев и Е. 3. Кацов (71) Научно-производственное объединение "Тулачермет" и Институт металлургии им, А,А.Байкова (53) 66 9. "8, 27 (088. 8) (56) 1, Морозов. А. Н. и др. Внепечное вакуумироаание стали. М., "Металлургия", 1975, с. 169-170.

2. Соколов Г,А, Внепечное рафини" рование стали. М., "Металлургия, 1977, с. 22-23. (54) (57) СПОСОБ ВАКУУМИРОВАНИЯ жИДК0Н СТАЛИ В КОВЙЕ, включающий измерение скорости и состава выделяющихся по ходу вакуумирования газов, отличающийся тем, что, с целью сокращения длительности вакуумирования и оптимизации процесса вакуумирования E: целом, процессы обезуглероживания стали и удаления из нее водорода при вакуумировании заканчивают по достижении заданного значения разности между исходным содержанием контролируемого компонента в системе металл - шлак и суммарным его количеством в выделяющихся газах, причем количество контролируемого компонента в выделяющихся га" зах определяют путем суммирования текущих =.Hà÷åíèé скорости откачки ра" бочего пространства, где происходит вакуумирование стали, умноженных последовательно на текущую долю этого компонента в выделяющихся газах и на промежуток-времени между замерами давления в этом пространстве, а те" куцие скорости откачки определяют по остаточному давлению в рабочем про" странстве камеры.

1 10101

Изобретение относится к черной металлургии и, в частности, к способам производства стали, реализуемым с применением внепечной вакуумной обpBGoT ки, %

Оперативная по ходу вакуумирования информация о степени удаления иэ расплава водорода и о количестве вы" гор е вш е го у гл ер ода поз воля ет, оц енив ситуацию, принят ь необходимые 1р меры либо по интенсификации, либо по торможению этих процессов, добиться требуемой полноты их завершения и обоснованно перейти к реализации последующих технологических операций. 15

Известен способ, согласно которому при использовании данных по непрерывному изменению состава и количест ва выделяющихся газов возможно осуществление контроля процесса ва- 2р куумирования 1

Недост ат ком способа я вля ет ся то, что в случае использования в. качестве откачного средства пароэжекторного насоса измерение общего количест- 25 ва выделяющегося при вакуумировании газа связано с необходимостью обору, дования насоса герметизированным конденсатором, в котором парогазовая смесь должна полностью освободиться зр от пара. Отклонение от 100 -ной конденсации паров воды крайне отрицательно сказывается на точности определения коли че ст ва выделяющихся при вакуумировании газов, замер которых пр ои з води т ся по ср едст вам ди афр а г мы, установленной на выхлопной трубе этого конденсатора. Помимо этого, нали.чие подобного рода конденсатора отрицательно сказывается на производитель- р ности пароэжекторного насоса.

Наиболее близким к предлагае.мому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ вакуумирования жидкой стали в ковше, включающий и з мере ни е с корости и состава выделяющихся по ходу вакуумирования газов, согласно которому в вакуумпровод между камерой и вакуумными насосами вводят с заданной интенсивностью газ-индикатор, а на достаточно большом расстоянии от места ввода отбирают по ходу вакуумирования пробы газа. Анализ газовой смеси, содержащей индикатор, позволяет определить сост а в гаэ а, е ro общее коли че ст во и количество каждого ее компонента (2 ).

Однако известный способ сложен и связан со значительными ошибками,нали

40 2 чие которых обусловлено тем, что. современные вакуумные установки оснащаются высокопроизводительными пароэжекторными насосами, которые подсоединяются к вакуумным камерам при помощи трубопроводов больших диаметров (900-1200 мм) . Величина диаметров трубопроводов связана с получением в них ламинарного движения откачиваемых газов. В подобных условиях достижение полного перемешивания в трубопроводе газа-индикатора с выделяющимисяя газами становит ся пробле мати чным. В связи с тем, что современные пароэжекторные насосы стремятся максимально приблизить к вакуумным установкам, где происходит обработка ст али, темпер атур а выделя ющих ся газов в трубопроводе достаточно высока, чтобы использовать B качестве га- за-индикатора углеводороды, как это предложено в известном способе. Использование инертных негорючих газов приводит к значительному усложнению аналитической аппаратуры и технике анализа по определению их концентрации в выделяющихся газах.

Цель изобретения - сокращение длительности вакуумирования ч оптимизации процесса вакуумирования B целом.

Поставленная цель достигается тем, что согл асно и з вест ному способу вакуумирования жидкой стали в ковше, включающему измерение скорости и состава выделяющихся по ходу вакуумирования газов, процессы обеэуглероживания стали и удаление из нее водорода заканчивают по достижении, заданного значения разности между исходными содержанием контролируемого компонента в системе металл - шлак и суммарным егo количеством в выделяющихся газах, причем суммарное количество контролируемого компонента в выделяющихся газах определяют путем суммирования текущих значений скорости откачки рабочего пространст ва, где происходит ва куу ми р о в ание стали, умноженных последовательно на текущую долю этого компонента в выделяющихся газах и на промежуток времени между замерами давления в этом простран ст ве, а те кущи е з на чени я скорости откачки определяют по остаточному давлению в рабочем пространстве камеры.

При этом измерение давления, а также отбор газа для анализа производят из мест, максимально приблиз 101014 женных друг к другу и расположенных на участке вакуум-провода от камеры до ма ги ст ральной задвижки, при помощи которой рабочее пространство камеры сообщается с вакуумным насосом.5

Сущность способа вакуумирования заключается в следующем. Непосредственно перед вакуумированием определяют количество контролируемого компонента (С или Н2) в системе металл-- шлак, для чего отбирают и анализируют пробы металла и шлака на содержание углерода (*роба металла) и водорода (проба металла и шлака), а затем после слива плавки из пла вил ьно со агре гат а произ водя т ofi ределение количества металла и шлака р сталеразливочном ковше. В процессе вакуумирования непрерывно (или с интервалом 10-20 с) измеряют остаточное давление в рабочем пространстве, а также содержание СО, СО2, Н2 в выделяюц ихся газах. Измерение давления и забор газа для анализа производят из мест, максимально приближенных друг к другу и расположенных на участке вакуум-провода от камеры до магистралвной задвижки. По текущим значениям остаточного давления вычисляют скорость откачки рабочего пространства, используя соотношение

S=23 Ь

V P где S - скорость откачки рабочего

35 пространства при вакууми ро вании расплава, V - объем рабочего пространства до места измерения давления, время откачки рабочего про40 странства от давления Р до давления Р .

Вычисленные текущие значения скорости откачки рабочего пространства последовательно умножают на процент45 ное содержание контролируемого компонента в выделяющихся газах, определенное в тот же момент вакуумной обработки расплава, а затем -на промежуток времени (i), в течение которого были определены значения P u P

I u

Полученные значения суммируют по ходу вакуумной обработки расплава. Результат суммирования представляет собой количество контролируемого компонента, выделившегося из расплава за рас- >> смотренный промежуток вакуумирования, Это количество можно пересчитать на процентное содержание данного компоО 4 нента в металле. Удаление иэ расплава контролируемого компонента считают завершенным в момент, когда разность между его исходным содержанием в системе металл - шлак и суммарным количеством в выделяющихся газах дости" гает заданного значения.

Способ лишен недостатков присущих из вест ному способу, т а к как определение количества выделяющихся raaoa произ водят по давлению в рабочем пространстве, а состав этих газов определяют способами непрерывного непосредственного контр я, для которых эти недостатки не характерны. Кроме того, с по соб дост ат очно прост и его реализ ация воз можна при и спол ьзовании контрол ьно-измерительной аппаратуры, н ал и чи е которой на современных вакуумных установках обязательно, он обладает высокой точностью, например, при вакуумировании в ковше 18,5 т нераскисленной низкоуглеродистой стали по приемам способа измеряют об-, щее количество выделившихся газов, а также долю окиси и двуокиси углерода, водорода и азота. При объеме вакуумной камеры 35,2 м это количество з а 8- ми нут ный период от качки камеры

54,6 м . С другой стороны, определен" ное по факти чес кому изменению химического состава обработанного в ваку уме расплава количество выделившегося газа составляет 53,9 мЗ. Относительная ошибка определения количества выделившегося газа не превышает в данном случае 23, Аналоги чная карти на н абл юд а ет ся и по кол и че ст ву каждо го из контролируем к компонентов. Здесь ошибка при сопост а влении р ассмотренных способов не превышает 3-53.

1. Пример осуществления способа.

В электродуговой печи выплавляют полупродукт, химический состав которого соответствует, 4: С=0,17, Ип=

=0,07; - еды, S=0,028, P=0,010, (О р0,016, tN )=0,010. Полупродукт в нераскисленном состоянии сливают в сталеразливочный ковш вместе с част ью коне чного печного шлака. После слива плавки взвешиванием определяют вес металлической части расплава в ковше (10 т), а по толщине слоя шлака в ковше — вес шлака (200 кг) . Анализом проб металла и шлака, отобранных перед вакуумной обработкой, устанавливают, что содержание углерода в металле 0,15>, а содержание легко5 1010 восстановимых окислов железа в шлаке

203 (в пересчете на закись железа).

Вакуумную обработку осуществляют ковшевым способом в камере, объем рабочего пространства которой 25,2,м .

Цель вакуумирования заключается в получении качественной трансформаторной стали. В процессе вакуумирования необходимо обеспечить обезуглероживание расплава до 0,02"0,03Â углерода, глу-1о бокое раскисление расплава углеродом, удаление из расплава водорода, внесенного с ферросилицием. Для достижения необходимой степени обеэуглероживания металла в ковш на шлак перед вакуумированием вводят 30 кг прокаткой окалины, что обеспечи ааеТ стехиометри че ское соот ношение между коли чеством кислорода в системе металл шлак (в металле, в окислах железа шла20 ка и прокатной окалине) и количеством углерода, которое необходимо выжечь при вакуумировании (О, 15-О,03=0, 12 ), В процессе вакуумной обработки непрерывно измеряют давление в рабочем пространстве камеры и анализируют выделившийся газ на содержание СО, СО2, Í2. Подачу газа в прибор-анализатор осуществляют при помощи сухого вращательного высоковакуумногo насоса.

Через каждые 15 с показания прибора по измерению остаточно-о давления в рабочем пространстве подают на вычи с" лительную машину, где определяют текущее значение cкорости откачки по соотношению

Ч Р ь

QQ где 7ь =15 с — время откачки, Р - давление в начале 15 с периода откачки,, >!

Р - давление в конце 15 с пе- риода откачки II =25,2 I.I — обьем рабочего прост3 45 ранства камеры, уменьшенный на величину обьема сталераэливочног0 ковша с расплавом, Текущее значение скорости откачки умножают вначале на суммарную долю

CO+CO> в выдегяющихся газах, а затем полученное произведение умножают на промежуток вакуумирования „ т.е. на

15 с. Вычисленные подобным образом величины, каждая из которых предст авляет собой колич c T во выдел ившегocR конт роли ру емО > o кО ." по IIc нт c3 (в данн Ом

140 б случае СО+СО нм З ) за 15- секундный

2 период вакуумирования, после пересчета на процентное содержание у глерО да в металле последовательно вычитают иэ исходного содержания в расплаве.

За 3;5" минутный период вакуумирования количество выгоревшего углерода составляет 0,1 03 после чего величина скорости обезуглероживания резко уменьшается . На четвертой минуте ваку умирования в расплав через дозатор@ вводят дополнительно 15 кг прокатной окалины, что обеспечивает снижение содержания углерода в расплаве на

0,025: в течение последующей минуты вакуумирования. Контроль за количеством выгоревшего углерода осущест вляют с помощью рассмотренного приема способа.

В момент достижения в расплаве

0,0253 углерода в него через доэаторы вводят рафинированный от алюминия и тит ана ферросилиций в коли чест ве

410 кг. Одновременно с введением >Рерросилиция расплав начинают продувать инертным газом, Введение такого количества ферросилиция нередко сопряжено с получением отливок и- этого металла, пораженных дефектами, связанными с повышенным содержанием водорода (рослост ь, газовые пузыри) .

Поэтому определение периода обработ" ки, в течение которого удаляв? -; дс требуемого уровня водород, имеет первостепенное значение. Для сеализации этой задачи с помощью приемов спосо= ба перед вакуумированием:>-:?евеляют содержание водорода в Qeppocvлиции (35 см3/100 г) . Общее копи честзо ч внесенного. в металл водорода 3,5 и

ИспользуR TQT же прием, но где i качестзе контролируемогo компонента был принят водород, продувку расплава инертным газом в вакууме продолжают 2 мин 50 с, т„е. до момента удаления из расплава с выделяющииися газами 3,5 м Э водорода, после чег=. продувку и вакуумирование грекращают, а ковш с металлом извлекают vi3 камеры и подают на разливку. Отливки и"- вакуумированной стали не имеют дефектов,. связанных с повышенным содержанием в них водорода, Химический состав металла после вакуумирования следующий., " -,: C=0,.02",. ип-0, Об, s i =3,0, s=0, 026, Р=О,,.I! 0., (О)=0, 003, (N)=0,004, .(И =1, смЗУ100 °

Отсутствие угара кремния свидетельст вует о высокой степени рас ки леСост авит ел ь й. Церба ко в

Редактор К.Волощук Техред С.Мигунова

Корре ктор М. Демчи к

Заказ 2412/14 Тираж 566 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по дел ам и зобрет ений и от крытий

113035, Москва, N-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 1О1 ния металла и шлака углерода при вакуумировании.

Таким образом, использование приемов способа позволяет оптимизировать процесс вакуумирования в целом и добиться снижения себестоимости обрабатываемой в вакууме стали. Оптимизация процесса дос игается за счет точного определения продолжи тел ьности периодов вакуумного обезуглероживания и раскисления расплава углеродом, его дегазации (удаления водорода ). При этом удается исключить случаи необоснованного удлинения этих периодо в, которые в современный практике встречаются наиболее часто и связаны с увеличением теплопотерь, а также неоправданного их сокращения, сопровождающихся снижением эффекти вности вакуумирования.

Способ в одинаковой степени применим и для условий, когда расплав в процессе его вакуумной обработки проду вают и нертны м газом. В этом случае возможно также и точное определение технологически оправданного начала и продолжительности продувки расплава инертным газом. КроО 140 8 ме этого, при реализации способа поя вляется возможност ь регулируемого обезуглероживания расплава с остановкой на заданном содержании углерода. Такая возможность особенно важна для ковшового способа вакуумирования нераскисленной стали,,отличительной особенностью которого я вля" ется активное участие конечного печного шлака в обменных реакциях с металлом. Без данного способа осуществление регулируемого обезуглероживания в этом случае крайне затруднено вследствие нестабильности окислительного потенциала системы металлшлак на протяжении ци кла вакуумной обработки, вызванного выбросами части шлака через край ковша или его налипанием на стенки ковша.

20 Снижение себестоимости обрабатыва" емой в вакууме стали достигают сокращением продолжительности вакуумирования, а также периода продувки рас" плава в вакууме инертным газом, умень"

25 шением тепловых потерь при вакуумировании и перегрева стали в плавиль" ных агрегатах, увеличением стойкости фут еровки ковша.