Способ вакуумирования жидкой стали

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

Ю ЛИР

PECllYSЛИН

„Я0„„1025732 у С 21 С 7/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТДТ СССР

ГО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3353192/22-02 (22) 13.11.81 (46) 30.06.83. &an, М 24 (72) А. И. Лукутин, В. В, Поияков

Е, 3, Кацов и Н, Г. Гладышев (71) Научно-производственное объединение "Тулачермет и Институт метаппургии им, А. А. Байкова (53) 669.18,27 (088.8) (56) 1. Морозов А. H. и др, Внепечное вакуумирование стали. М., Металлургия", 1975 с. 169-170.

2, Авторское свидетельство СССР

М 379638, кл, С 21 С 7/00, 1973. (54) (57 ) СПОСОБ ВА,КУУМИРОВАНИЯ

ЖИДКОЙ СТАЛИ в ковше, включающий непрерывное по ходу вакуумирования измерение расхода вдуваемого в расплав инертного газа, измерение скорости выделения газа иэ рабочего пространства, о т и и ч а ю ш и и с я тем, что, с цепью сокращения дпитепьности вакуумирования и оптимизации процесса вакуумирования в целом, эа 3-10 мин перед ва, куумированием расплава производят холостую откачку рабочего пространства, объем которого уменьшен на величину объема расплава и футерованного сталеразливочного ковша, а процесс вакуумирования заканчивают при достижении по- . стоянной минимальной величины скорости выделения rasa из вакуумируемого расплава после образования максимума на кривой ее изменения и последующего снижения, причем текущие значения скорости выдеаения газа иэ вакуумируемого рае пцава опредепяют по остаточному давпению в рабочем пространстве дпя каждо- а го момента времени в виде разности меж. ду скоростью откачки рабочего пространства при вакуумировании расплава и суммарной величиной, состоящей из расхода С

1 инертного газа и скорости хопостой откачки уменьшенного. объеме рабочего пространства.

1026732 2 ветствующий достижению этого максимума f2), Однако известный способ применим практически только к циркуляционному ва5.куумированию. Применение способа к вакуумированию ковшевым методом или его разновидностями ограничено в силу резких различий в механизме газовыделения из обрабатываемого в вакууме рас10 плава. Кроме того, способ не содержит приемов, позволяющих определить расход компонентов откачиваемого газа, особенНо в .случаях HpHMeHeHNst пароэжекторных насосов, 15 Бель изобретения - сокращение длительности вакуумирования и оптимизация. npomecca вакуумирования в целом.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу вакуумирования

gg жидкой стали в ковше, включающему непрерывное по ходу вакуумирования измерение расхода вдуваемого в расплав инертного газа, измерение скорости выделения газа из рабочего пространства, эа 325 10 мин перед вакуумированием расплава производят холостую откачку рабочего пространства, объем которого уменьшен на величину объема расплава-. и футерованного сталераэливочного ковша,а процесс

3Q вакуумирОвания заканчивают ВрН достижении постоянной минимальной величины скорости выделения газа из вакуумируемого расплава после образования максимума на кривой ее изменения и последующего снижения, причем текущие значения скорости выделения газа из вакуумируемого расплава определяют по остаточному давлению в рабочем пространстве дпя каждого момента времени в виде разности меж4> ду скоростью откачки рабочего пространства при вакуумировании расплава и сум. марной ведичиной, состоящей из расхода . инертного газа и скорости холостой откачки уменьшейного объема рабочего пространства.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам вакуе умирования жидкой стали ковшевым методом

Оперативная информация о ксаичестве газов, выделяющихся при вакуумной обработке жилкой стали ковшевым методом или его разновидностями, позволяет использовать этот параметр ддя управления процессом вакуумирования. В частности, по llaHHblM о скорости выделения газа иэ расплава возможны: точное определение момента окончания этапа вакуумного раскисления и дегазации и обоснованный переход к реализации последукхцих технологических операций.

Известен способ, согласно которому при использовании данных по непрерывному измерению состава и количества вы деляющихся газов возможно управлять процессом вакуумировання (13, Недостатком данного способа является ro, что в случае использования,пароэжекторного насоса в качестве откачного средства измерение скорости выдедяющего из рабочего пространства при вакууми ровании расплава газа связано со строительством ладностью герметизированного допопнительного узла вакуумного насоса, в котором парогазовая смесь должна полностью освободиться от паров воды. Малейшее отклонение от 100%-ной конденса ции паров воды. отрицательно сказывает» ся на точности определения количества выделяющихся при вакуумировании газов, замер которых производи тся посредством диафрагмы, установленной на выхлоп ной трубе этого |ерметизированного дополнительного узла. Кроме того, само наличие этого узда отрицательно сказывается на производительности пароэжектор.ного насоса.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому . эффекту является способ автоматического управления процессом вакуумирования, включакзцнй непрерывное по ходу вакуумирования измерение расхода вдуваемого в расплав инертного газа, измерение скорости выделения газа из рабочего пространства, Способ заключается в том, что.в процессе вакуумной обработки жидкой стали непрерывно измеряют расход компонентов откачиваемого газа, который суммируют, устанавпивая момент достижения максимума расхода откачиваемого газа, и под» держивают технологическими режим, соотПри вакуумировании расплава и холостой откачке. сохраняют неизменным режим . открытия вакуумной задвижки, сообщающей.камеру с вакуумным насосом.

Скорость выделения rasa при вакуумированни расплава f9 +) можно выразить в виде суммы составлякяпих ее частей по формуле

505Щ бр 51+62, где 9 - скорость выделения газа иэ вакуумируемого расплава;

732 з 1025

5 - расход (скорость подачи) инерт-.

4 ного газа для продувки распла- ва в процессе вакуумной обработки; . > - скорость откачки пустой камеры, 5 куда установлен c талеразливочный ковш с твердым металлом, объем которого равен обычному объему расплава при вакуумировании. 10

В этом случае величину 5р=боб„-(Q tc ) можно определить, зная составляющие в правой чисти уравнения.

Изменение величины 5„определяют простым замером расхода инертного га- 15 за по ходу всей продувки этим газом вакуумируемого расплава.

Величины г, и с < определяют расчетным образом по результатам непрерывного или с интервалом 15-20 с из- 20 мерения давления в рабочем пространстве вакуумной системы соответственно при вакуумировании расплава (для g, 1 нли при откачке пустой камеры (дпя Q

Расчет производят, используя метод по- 25 стоянного объема. По данному методу скорость откачки камеры с вакуумируемым расплавом (5 „„)можно определить по формуле

Р ОбЩ 23 gg p и где Ч вЂ” объем пустой вакуумной камеры и участка вакуумпровода, где производят замер давления;

Ч - объем, занимаемый жидким ме1 35 таплом, а также фу терованным ковшом; — время откачки объекта от давления P до давления Р„. для случая, когда величины Р, и Р1, 4 близки к предельно низкому давлению, достигаемому современными пароэжекторными вакуумными насосами (Р ), т.е. начиная с достижения в рабочем пространстве камеры давления 2-3 мм рт. ст., 4 дпя расчета скорости откачки использу-. ют формулу

Ч-М.1 Е Р -Р, Общ 4 К р р

Скорость откачки (5 ) пустой камеры определяют по формуле

60 2Ъ " РД и где Ч вЂ” объем сталеразливочного ковша

4 с твердым металлом . 55

Объем твердого металла равен обычно" му объему расплава при вакуумировании, В диапазоне давлений в рабочем простран» стве камеры, величина которого близка к предельно низкому давлению (P ), достигаемому при использовании откачки систе-, мой, расчет скорости откачки Пустой камеры производят по формуле

Скорость откачки пустой камеры (уменьшенного свободного объема камеры). определяют за 3-10 мин перед вакуумированием расплава. Это вызвано тем; что в этих условиях основные параметры, обеспечивающие стабильность и воспроиэводимость режима работы пароэжекторного насоса, (давление пара, температура пара, влажность пара, температура воды, степень прогрева насоса):, становятся практически одинаковыми как в случае откачки пустой камеры, так и при вакуумировании расплава. Последнее обеспечивает одинаковые характеристики производительности насоса в рассмотренных случаях. Пределы по времени (3-10 мин) обусловлены необходимостью разгерметизации камеры, извлечения иэ нее сгаперазливочного ковша с твердым металлом. и установки в камеру нового сталераэливочного ковша с расплавом.

Сохранение неизменным режима степени открытия вакуумной задвижки, сообщающей рабочее пространство камеры с вакуумным насосом,. обусловлено тем фактором, что различие в степени открытия этой задвижки влияет на сопротивление прохождению откачиваемых газов через узел задвижки. Последнее в конечном т итоге, отражается на скорости откачки насоса в целом.

Наличие величины обусловлено тем фактором, что современные технологические приемы по вакуумной обработке жидкой стали в ковше обязательно включают операцию продувки вакуумируемого расплава инертным газом.

Учет объема камеры, который занимает сталеразливочный ковш и вакуумируемый расплав, существенным образом влияет на точность определения величины скорости выделения газа иэ расплава, так как при нормальной компоновке размеще ния ковша в камере доля объема ковша с расппавом составляет 50-70% от объема камеры.

Скорость выделения газов из расплава (5р ) является единственным параметром,, иэмейение которого непосредственно связано с течением процессов, протекающих.1025732 в вакуумируемом расплаве. Йругим наиболее доступным дпя измерения параметром ь является общая скорость выдепения газов из рабочего пространства при вакуумирования расплава (5 g ). Однако 5 этот параметр, xoropaN часто используют для оценки интенсивности процессов, протекающих в расппаве при его вакуумировании, может быть сильно искажен, поскольку включает в себя такие переменные факторы, как скорость натекания воздуха в камеру, явпяюшуюся функцией давления,в рабочем пространстве, скорость выделения газов из футеровки камеры и сталераэливочного ковша. 15

Кроме того, текущие значения „„зависят и от величины пустого объема рабочего пространства, где происходит -вакуумирование расплава, от расхода инертного газа, вдуваемого в расппав при ваку- 20 умировании, а также, в первую очередь, от индивидуальных особенностей работы

° вакуумного насоса в различных диапазонах остаточного давления. Величина

25 скорости выдепения газа из вакуумируемог4 расплава (Qp) не зависит от упомянутых выше погрешностей, так как ее определение производят по формуле бр

S -(S,(+5 ) где все без исключения

О6(Ц и ( погрешности опредецения текущих значений скорости выделения газа входят в одинаковой степени в вепичины5О и 6

На фиг. 1 приведено изменение вели чин 5о, (и g ; на фиг. 2 - иэмеt нение скорости выделения газов из ваку- З5 умируемого расппава в процессе вакуум— ной обработки.

Изменение величин 5 он, и 9 в

F процессе вакуумирования приведено в ков40 ше 10 т нераскиспенной низкоуглеродистой стали, где в качестве откачной системы использован пароэжекторный вакуумный насос типа НЗВ 100х0,5 с про ектной производительностью 100 кг сухого воздуха в час при давлении 0,5 мм

45 рт. ст. (фиг. 1). Как видно из данных, величина 6о щ (llew% спучая, когда pBclUIBB не продувают инертным. газом), достигнув максимапьного эйачения на второй минуте вакуумирования, затем уменьшается до постоянного минимапьного уровня. Этот уровень получен на восьмой минуте вакуумирования. Кривая изменения величины 6, также достигнув максимального значения, асимптотически прибпижа- 55 ется к кривой 5 < и начиная с 3,5 мин вакуумирования, изменяется идентично кривой 5о !, . При этом расс(тояние между ! этими кривыми в дальнейшем сохраняется постоянным. Кривая изменения величины ! р=В, „-9 также носит экстремальный характер, но для нее постоянный. минимальный уровень бып достигнут на

3,5 мин вакуумирования. Поспеднее означает, что в этот момент (на 3,5 мин) выдепение газа иэ вакуумируемого рас— плава фактически прекращается. Этот факт подтверждается прямым анализом проб металла, отобранных по холу вакуумирования.

Таким образом, момент достижения постоянных минимальных значений ско« рости выделения газов иэ вакуумипуемого расппава свидетельствует о прекраще- нии процесса его дегаэации. Применение того же приема при ориентации на ха— ! рактер изменения величины 5 „привеоь (ц дет к необоснованному удлинейию данного периода вакуумирования на 4,5 мин и

О к увеличению тепловых потерь на 40 С (дпя рассмотренных условий,).

Я.

Для кривой изменения величины 5, „„ (в спучае, когда расплав при вакуумировании продувают инертным газом) характерны те же особенности, что и дпя кри( вой Во @,но в момент начапа продувки расплава инертным газом (. ) набпюдается увеличение величины 5о6!ц, которое ф продопжается до момента (Ъ2), когда увеличение расхода инертного газа прекращается, Дапее кривая S><< монотонно 2. снижается, причем достижение минимапьного постоянного уровня ее текущих значений происходит за период, значительно превышающий 8 мин обработки в вакууме. Последнее означает, что при ориентации на характер изменения величины

5 . определение момента окончания

Я процесса вакуумирования будет связано с необоснованным его удлинением и увеличением, тепповых потерь при вакуумировании.

Спедует отметить, что как дпя случая р5оэщ-5, так и для случая 5р=Э

Ф.

-Я !+5 ) кривая изменения бр остается без изменения.

Пример. В. 20 т конвертере выплавпяют 18,5 т низкоуглеродистой стали, после чего плавку в нераскиспенном состоянии снивают в ковш вместе с частью окислитепьного шлака, количество которого составляет 70 кг.

Химический состав металла перед ваку-умированием, %: С 0,08; Ми 0,40; Ь1 спеды; 5 0,030 P 0,025; !.О 3 0,05; и 10,018; ЕН 3 4,6 см /100 r. Содер1025732

55 жанйе легковосстановимых окислов железа в шкале перед вакуумированием составляет 20,0% (в пересчете на закись железа).

Непосредственно перед вакуумировани- 5 ем в камеру бьщ установлен сталеразливочный ковш с твердым металлом, обьем которого составляет 2,7 м . При объеме сталераэливочного ковша с футеровкой

3,0 м величина /4 составляет 2,7 +

+ 3,0 = 5,5 (м ). После установки ковша с твердым металлом в камере осущесч впена калибровочная откачка камеры до предельно низкого давления. (1,0мм рт.ст,).

В процессе откачки с интервалом в 15 с производят измерение давления в рабочем пространстве камеры. Место измерения давления находится на вакуумпроводе сообщающем камеру с пароэжекторным насосом, на расстоянии около 2 м от -камеры. Объем вакуумной камеры и участка вакуумпровода до места измерения давления составляет 35,1 м .. Момент проведения испытания рассчитан таким образом, что после извлечения иэ камеры первого сталераэливочного ковша с твердым металлом через 1,0 мин,в камеру начинают устанавливать ковш с рас плавом дпя вакуумирования.

При вакуумировании расплава ковше- ЗО вым методом с интервалом 15 с также производят измерение давления в рабочем пространстве камеры. Место замера . давпения сохраняют неизменным. Начиная с третьей минуты вакуумирования, в целях достижения полноты вакуумного раскиспения и дегаэации, расплав .начинают продувать аргоном через данный пористый элемент ковша. На протяжении всего периода продувки расход аргона поддер-40 живают постоянным равным 2,0 1СГ нм >/

/мин.т. стапи.

При вакуумировании режим степени открытия вакуумной задвижки, сообщающей камеру с пароэжекторным насосом, выдер-45, живают одинаковым с режимом, который используют при калибровочной откачке.

Для каждого замера давления при калибровочной откачке и при вакуумировании расплава рассчитывают действительную скорость откачки насоса и, используя указанные выше приемы, вычисляют скорость выделения газов из вакуумируемого расплава дпя каждого момента вакуумной обработки.

Изменение скорости выдепения газов из вакуумируемого расплава в процессе вакуумной обработки приведено на фиг.2.

Из приведенных на фиг. 2 данных видно, что, достигнув максимума на 1,5:2,0 мин, скорость выдепения газов иэ расплава затем плавно уменьшается и, начиная с

5,5 мин от начала обработки, сохраняется постоянной на минимальном уровне.

Исходя из этого,- этап вакуумной обработки,. целью которого бьщо осуществление процесса вакуумного раскисления расплава углеродом, удаление иэ расплава водорода и азота, бьщ .прекращен после 5,5 мин продапжитепьности. В этот же момент прекращают продувку расплава аргоном.

Осуществив окончатепьное раскиспение и легирование расплава алюминием, камеру сообщают с атмосферой, извлекают иэ нее ковш и в атмосферных условиях стапь разливают на мащине непрерывного литья заготовок.

Химический состав металла nocne oxoHчания pBccMQTpBHHoro этапа вакуумной об» работки, %: С 0,03; Ми 0,39; .% следьц 6 0,028 Р 0,025; 503 0,004

PQ 0,012у g4 g 1,9 см /100 r.

Содержание данных элементов сохраняется в стали неизменным и после окончания всего цикла вакуумной обработки.

Сокращение длительности процесса ва» куумирования и его оптимизация достигаются за счет точного определения окончания этапа вакуумного раскисления и

4дегаэации расплава, что позволяет в оп тимальный момент перейти к реализации

Ф других вспомогательных операций, например к окончатепьному раскислению расплава, легированию его компонентами, обладающими высоким сродством с кислородом, либо гомогенизации расплава по химическому составу и температуре.

Высокая точность определения момента завершения процесса вакуумирования обусловлена использованием такого параметра, как скорость выделения газа иэ расплава, который непосредственно связан с его дегазацией. Достижению высокой точности определения этого параметра способствует применение приема холостой (капибровочной) откачки рабочего пространства, объем которого уменьшен на суммарную величину объема pacaaaha и сталераэливочного ковша, осуществляемого непосредственно перед вакуумиро ванием расплава.

Кроме того, предлагаемый способ прост и доступен, так как не связан со снижением производи тельности вакуумного насоса, а определение скоростей от10

1025732

9 качки производится только по показаниям контрольно-измерительной аппаратуры, наличие которой обязательно для каждой установки, предназначенной для вакуумиро« вания жидкой стали, Экономический еф 1 2

Продолж иательноспчь огпкачки, мин

Фиг. 1

Ъ

1

1

Ь 4b

Ф

% о

М фект от применения предлагаемого способа при годовой потребности в релейной стали в размере 40000 т/г по сравнению с известным составит 3,36 py6/т х х 40000 т/г = 134000 руб/г, 1025732

О 2 т 6 8 10 12

Яродолжипьельноскюь Вакууииро Ьания, иим

Фие. 8

Составитель А. Щербаков

Редактор Ю. Ковач Техред Т.Маточка Корректор Г. Решетник.

Заказ 4500/20 Тираж -568 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ио делам изобретений и открытий

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

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