Устройство для рафинирования металла

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ МЕТАЛЛА, сЬдёря(ащёё плавильную емкость, выполненную в виде замкнутой кольцевой камеры с наклонным днищем, включающую зоны смешения, разделения и плавления-регенерации, заливочное устройство, продувочные фурмы, выпускное отверстие и пневмотранспортную систему для вдувания порошков в шлаковый расплав,ртличающее с я тем, что, с целью повьш1ения эффективности рафинирования, устройство снабжено вакуумной камерой, выполненной в виде колпака и размещенной на своде кольцевой камеры в зоне смешения, причем ее поперечные стены погружены в шлаковый расплав, а свод снабжен заливочным отверстием с -воронкой и пульверизирующим узлом. 2. Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что вакуумная камера .снабжена поперечной перегородкой , нижний край которой состыкован с днищем, а боковые края - со стенками кольцевой камеры, а верхний ее край погружен в шлаковый расплав, причем в перегородке выполнен сквозной проем с подвижной заслонкой. 3. Устройство по пп. 1 и 2, о тличающееся тем, что днище кольцевой камеры выполнено в форме винтовой поверхности с наклоном по ходу движения шлакового расплава от поперечной перегородки в зоне разделения к выпускному отверстию в зоне смешения. 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А з(5)) С 21 С 7/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОТКРытий (21) 3625527/22-02 (22) 27.07.83 (46) 30.12.84. Бюл. ) 48 (72) В.M.Ëóïýéêo (71) Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им.С.М.Кирова (53) 669.046.517(088.8) (56) 1. Чуйко Н.М. и др. Внепечные способы улучшения качества стали.

Киев, "Техника", 1978, с. 70, 100101.

2. Авторское свидетельство СССР

У 1080483, кл. С 21 С 7/10, 1981. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ МЕТАЛЛА, содеря(ащее плавильную емкость, выполненную в виде замкнутой кольцевой камеры с наклонным днищ;м,, включающую зоны смешения, разделения и плавления-регенерации, заливочное устройство, продувочные фурмы, выпускное отверстие и пневмотранспортную систему для вдувания порошков в шлаковый расплав, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения эффективности рафинирования, устройство снабжено вакуумной камерой, выполненной в виде колпака и размещенной на своде кольцевой камеры в зоне смешения, причем ее поперечные стены погружены в шлаковый расплав, а свод снабжен заливочным отверстием с .воронкой и пульверизирующим узлом.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что вакуумная камера снабжена поперечной перегородкой, нижний край которой состыкован с днищем, а боковые края — со стенками кольцевой камеры, а верхний ее край погружен в шлаковый расплав, причем в перегородке выполнен сквоз- щ

С2 ной проем с подвижной заслонкой.

3. Устройство по пп. 1 и 2, а тлич ающе е с я тем, чтоднище кольцевой камеры выполнено в форме винтовой поверхности с наклоном по ходу движения шлакового расплава от поперечной перегородки в зоне разделения к выпускному отверстию в зоне смешения.

В вакуумной камере создают разрежение, за счет которого рафинировочный шлак засасывается в трубухобот на высоту (над уровнем шлака, в ковше) 2,5-3,5 м. При открытии стопора струя металла из верхнего ковша поступает в вакуумную камеру, диспергируется на капли и в виде дождя из металлических капель осаждается в нижний ковш через столб шлака в трубе . При этом капли металла подвергаются дегазации (удалению кислорода, водорода, азота) и очищению от серы и неметаллических включений 1 (3

При десульфации и раскислении металла шлак обогащается закисью железа. В рассматриваемом способе верхние слои шлакового столба, подвергающиеся наиболее сильному вли- 40 янию вакуума в этом случае, регенерируются от закиси железа за счет углерода, содержащегося в металлических каплях (особенно при рафинировочной обработке среднеуглеро- 45 дистых и высокоуглеродистых марок стали или же чугуна).

Нижние же слои шлака из-за слабого воздействия вакуума в этом устройстве остаются практически не- 50 раскисленными (нерегенерированными от закиси железа) . Данные способ и устройство не предусматривают регенерацию шлака от серы. Кроме того, недостатком их является цикличность 55 или порционность процесса, т.е., невозможность ведения процесса непрерывно.

1 11З19

Устройство относится к металлургии и может быть использовано при рафинировании стали и чугуна.

Известны внепечные способы улучшения качества стали синтетическими шлаками и вакуумированием.

Обычно эти способы проводят раздельно в различных агрегатах. Однако исветен способ их совмещения в одном устройстве. Этот способ вакуум-шла- 10 ковой обработки реализуется в специальной установке. Установка состоит из вакуумной камеры, соединенной с вертикальной трубой-хоботом и герl метично.соединенной с дном ковша, из которого сталь поступает на рафинирование. Труба-хобот погружается в рафинировочный шлак, залитый в другой ковш.

10 2

Известно устройство для рафинирования металла, содержащее плавильную емкость, выполненную в виде замкнутой кольцевой камеры с наклонным днищем, включающую зоны смешения, разделения и плавления-регенерации, заливочное устройство, продувочные фурмы, выпускное отверстие и пневмотранспортную систему,для вдувания порошков в шлаковый расплав (2) .

При применении этого устройства для обработки жидкой стали синтетическим шлаком сталь в значительной степени очищается от серы, кислорода и неметаллических включений. После разделения рафинированного металла и шлака последний поступает в зону плавления-регенерации, где его подогревают, очищают от серы.

Так же и раскисляют (уменьшают концентрацию закиси железа) введением в шлак углеводородсодержащего порошка (графита, карбида кальция), ферросилиция, алюминия. Раскисление связано с значительными затратами этих дефицитных и дорогостоящих материалов.

Кроме того, сталь после рафинирования в этом устройстве остается загрязненной такими газами, как водород и азот. С целью их удаления металл

/ целесообразно подвергнуть вакуумированию в каком-либо вакуумном агрегате. Однако это связано с организацией дополнительного технологического звена. Потребуются при этом. дополнительные подъемно-транспортные операции по переливу и перевозке стали, дополнительные затраты энергии на перегрев металла .для компенсации значительных теплопотерь на этих операциях, а также значительные, затраты времени на их проведение.

Цель изобретения — повышение эффективности рафинирования. . Цель достигается тем, что устройство для рафинирования металла, содержащее плавильную емкость, выполненную в виде замкнутой кольцевой камеры с наклонным днищем, включающую зоны смешения, разделения и плавления-регенерации, заливочное устройство, продувочные фурмы, выпускное отверстие и пневмотранспортную систему для вдувания порошков в шлаковый расплав, снабжено вакуумной камерой, выполненной в виде колпака и размещенной на своде кольцевой камеры в зоне смешения, причем ее поперечные стены погружены

3 11319 в шлаковый расплав, а свод снабжен заливочным отверстием с воронкой и пульвериэирующим узлом.

Вакуумная камера снабжена поперечной перегородкой, нижний край которой состыкован с днищем, а боковые края — со стенками кольцевой камеры, а верхний ее край погружен в шлаковый расплав, причем в перегородке выполнен сквозной проем с подвижной заслонкой.

Днище кольцевой камеры выполнено в форме винтовой поверхности с нак,лоном по ходу движения шлакового расплава от поперечной перегородки

15 в зоне разделения к выпускному отверстию в зоне смешения.

На фиг. 1.изображено устройство (разрез А-А на фиг. 2); на фиг. 2— 20 то же, вид сверху.

Устройство представляет собой плавильную емкость, выполненную в виде замкнутого полого кольца, включающую зоны смешения, разделения и плавления-регенерации. В поперечном

25 сечении полое. кольцо имеет прецпочтительно прямоугольную форму. Устройство содержит кольцевые наружную 1 и внутреннюю 2 стенки, днище 3 и свод 4. Во внутренней полости кольцевой камеры 5 в районе эоны регенерации располагаются вертикальные топливо-кислородные фурмы 6, а также фурмы 7, предназначенные для,вдувания в шлаковый расплав порошкообразных З1 материалов,:подаваемых по трубопроводу 8 с помощью пневмонагнетателя 9, располагаемого вблизи кольцевой камеры. В зоне плавления-регенерации свод 4 имеет сквозное заливочное 40 отверстие 10 с воронкой 11, предназначенное для заливки во внутрь кольцевой камеры жидкого шлака или ссыпания туда кусковых материалов, необходимых для корректировки состава 45 шлака. Для удаления отработанных газов служит газоход 12. В зоне смешения расположена вакуумная камера, образованная поперечными стенками 13 и 14, дугообразными стенками 50

15 и 16, а также сводом 17, на котором находится пульверизующий узел 18, содержащий сквозное отверстие 19.

Камера также имеет отверстие 20, сочленное с трубопроводом 21, про- 55 тивоположный конец которого подсоединен к вакуумным насосам. Поперечные стенки 13 и 14 камеры опущены ниже

10 4 свода и края стенок 22 и 23 погружены в шлаковый расплав, обеспечивая на этом участке герметизацию вакуумной камеры. В. своей средней эонв вакуумная камера содержит поперечную разделительную перегородку 24, состыкованную нижним. краем с днищем 3, а боковыми краями с наружной 1 и внутренней 2 стенками. Верхний край перегородки 24 погружен в шлаковый расплав ниже его барометрического уровня. Глубина погружения верхнего края перегородки 24 должна быть достаточной для того,.чтобы при наборе вакуума обеспечить свободный проток шлакового расплава через эту перегородку 24. В перегородке 24 выполнен сквозной проем 25, который может перекрываться шиберной задвижкой 26, поддерживаемой на необходймой высоте . с помощью подвески 27. Днище 3 в зоне вакуумной камеры (зона смешения) снабжено выпускным отверстием

28 с затвором.

Стенки 13 и 14 и свод 17 вакуумной камеры выполняются герметичными, например металлическими водоохлаждаемыми с внутренней стороны облицованными огнеупорным материалом полностью или выше шлакового уровня расплава. Разделительная перегородка

24 также выполняется предпочтительно металлической нодоохлаждаемой с огнеупорной футеровкой или без нее. В некоторых случаях, когда не требуется очень высокого рафийирования металла, устройство может выполняться и без разделительной перегородки 24.

И, наоборот, при необходимости достижения максимальной степени рафинирования металла за счет шлака усиливают эффект противоточного режима рафини- . рования путем удлинения столба шлака, двигающегося в направлении снизу вверх за счет большего заглубления в шлаковый расплав края стенки 22, чем это требуется для герметизации вакуумной камеры. Воронка в пульверизирующем узле 18 выполняется охлаждаемой с высокоогнеупорной футеровкой и строго калиброванным отверстием 19 для слива металла внутрь вакуумной камеры.

Эта воронка может быть известными приемами герметично состыкована с промежуточным ковшом, в котором постоянно поддерживают слой металла, когда необходимо обеспечить непрерывный

i 131 910 слив металла в вакуумную камеру из нескольких ковшей.

В предлагаемом устройстве в срав нении с прототипом изменяется конструкция днища 3. В устройстве с разделительной перегородкой 24 днище 3 выполняют, как и а прототипе, наклонным в сторону выпускного проема 25, но оно вместо плоской формы приобретает форму винтовой поверхности. При 10 этом верхняя точка его располагается в разделительной перегородке 24 со стороны выхода шлакового расплава из вакуумной камеры, а нижняя — с противоположной стороны перегородки 24 15 у впускного отверстия 28.

Устройство работает следующим образом.

Вначале включают в работу продувочные фурмы 6, затем заполняют шлаковым расплавом внутреннюю полость камеры 5 через отверстие 10 с воронкой 11. Глубину слоя шлакового расплава в этот период при всех прочих равных условиях здесь поддерживают большей, чем в прототипе, так как в условиях рабочего режима (при работе вакуум-камеры) глубина шлакового расплава внутри кольцевой камеры

5 уменьшается за счет подъема уровня расплава шлака в вакуумной камере при создании там пониженного давления (при глубоком вакууме уровень шлакового расплава в вакуум-камере по отношению к его уровню в кольцевой 35 камере выше примерно на 3 м). После заполнения устройства шлаковым рас- . плавом при поднятой шиберной задвижке 26, когда проем 25 открыт, устанавливают необходимый режим продувки 4О шлакового расплава топливо-кислородным факелом горения. Так, например, через фурмы 6, расположенные в начале зоны плавления-регенерации, ведется продувка шлакового расплава 45 окислительным факелом полного горения с целью нагрева и десульфации шлака, а через фурмы 6, расположенные в конце зоны плавления-регенерации, ведут продувку шлака восстановительным факелом неполного горения.

Одновременно в этой же части зоны через фурмы 7 в шлаковый расплав с помощью пневмонагнетателя 9 по трубо- проводу 8 вдувают раскислительный 55 порошок. Воздействие, на шлак вос становительного газа и раскислительного порошка снижает в шлаковом расплаве концентрацию оксидов желеаа и марганца. 3а счет динамического воздействия струй топливо-кислородного факела на шлаковый расплав устанавливается непрерывное движение

его вдоль кольцевой камеры 5. Ско- с рость такой циркуляции шлака может регулироваться как интенсивностью продувки, так и независимо от нее.

Последний вариант осуществляют двумя путями.. Первый путь состоит в соответствующем повороте топливо-кислородных фурм вокруг своей оси, т.е. путем отклонения оси сопел, а следовательно и факельных струй от касательной окружности, по которой движется поток шлака в кольцевой камере.

Второй путь осуществляют эа счет регулирования свободного сечения проема 25, суцестсвующим образом прикрывая его шиберной задвижкой .26.

При необходимости введения какоголибо материала в шлак такой материал в соответствующем количестве в порошкообразном виде вдувают с помощью . пневмонагнетателя 9 через фурмы 7 или задают кусками через воронку 11 с отверстиями 10. В результате такой обработки шлаковый расплав, протекая через зону плавления-регенерации, приобретает необходимые рафинированные свойства и температуру. Перетекая из зоны плавления-регенерации в зону смешения, шлаковый расплав оказывается в зоне расположения вакуумной камеры. При поступлении первых порций регенерированного шлака в эту зону включают в работу вакуумную систему, откачивая газ из вакуумной камеры через отверстие 20 и трубопровод 21. По достижении необходимого вакуума через воронку пульверизующего узла начинают сливать в отверстие 19 рафинируемый металл, струя которого после прожига мембранного клапана начинает непрерывно поступать в вакуумную камеру, где под действием вакуума происходит ее пульверизация на капли, которые в некоторых случаях могут дополнительно пульверизоваться за счет пульверизующей системы самого узла 18, например за счет воздействия на металл электротока. Попав в шлаковый расплав, вакуумнрованные капли металла осаждаются сверху вниз через слой шлака, находящийся в объеме вакуумной ка7 11319 меры, который располагается над слоем шлака, заполняющего кольцевую камеру

5, в том числе и под вакуумной камерой. Пока открыт проем 25, слой шлака,.расположенный в объеме вакуумной камеры, не обновляется, перетекает по кольцевой камере лишь нижележащий слой шлака. В этом случае вакуумная камера работает в порционном режиме по отношению к шлаку. 1О

Порция шлака, заполняющая объем вакуумной камеры, относительно быстро расходует свои рафинирующие возможности и после достижения равновесного состояния не участвует в даль- 15 нейшем в процессе рафинирования металла. Рафинирование металла здесь происходит только слоем шлака, находящимся под застойной порцией шлака и продвигающимся непрерывно по кольцевой камере.

Для повышения эффективности рафинирования металла шлаком проем 15 перекрывают шиберной задвижкой 26, после чего двигающийся поток шлака д5 поворачивает в верхнюю часть вакуумной камеры, затем вверху, вновь двигаясь горизонтально, протекает над перегородкой 24, огибает ее и опускается вниз, где приобретает вновь горизонтальное движение вдоль кольцевой камеры 5 (на фиг. 1 движение потока изображено линией 1 -Щ . При этом варианте движения шлакового расплава через вакуумную камеру при

35 соответствующих скоростях этого потока и потока осаждающихся капель металла, когда скорость последнего больше скорости первого, система металл-шлак взаимодействует в режиме противотока.

Режим противотока при одном и том же количестве шлака и одних и тех же свойствах его позволяет значительно повысить степень рафинирования металла. При таком режиме осажденные капли . 45 металла собираются на днище, образуя в районе выпускного отверстия 28 слой рафинированного металла, который через это отверстие периодически или же непрерывно сливают в приемную емкость. Очень мелкие капли металла -(они всегда образуются в том или ином количестве при дроблении струи металла) осаждаются со . скоростью, меньшей скорости подъема шлакового потока в вакуумной камере.

Эта часть капель металла выносится

10 шлаковым расплавом в зону разделения, где условия благоприятствуют успешному их осаждению на винтообразное наклонное днище, по которому они стекают в район расположения выпускного отверстия 28. При движении шла- кового расплава в режиме противотока его верхние слои будут подвергаться интенсивному вакуумированию, что позволяет за счет углерода металлических капель, осаждающихся через эти слои, рафинировать шлак от закиси железа и закиси железа и закиси марганца (раскислить его). Отделенный в вакуумной камере от основной части рафинированного металла и окончательно освободившись от него в разделительной зоне шлаковый расплав перетекает в зону плавления-регенерации, где вновь подвергается рафинированию от серы и дополнительному очищению от оксидов железа и марганца, корректировке состава и необходимому подогреву.

Таким образом, устройство обеспечивает в замкнутом потоке шлакового расплава все стадии непрерывно ." повторяющегося технологического цикла.

Технико-экономическая эффективность применения устройства для рафинирования стали вакуум-шлаковым способом в непрерывном режиме по сравнению с базовым вариантом рафинирования стали — вакуум-шлаковым способом в порционном режиме состоит в том, что стоимость стали за счет затрат на приготовление синтетического шлака возрастает на 4-6 руб/т.

Применение предлагаемого устройства позволяет использовать для рафинирования стали один и тот же шлак многократно. С учетом затрат на егорегенерацию стоимость стали в этом случае возрастает лишь на 0,4-0,6 р/т.

Экономия иа топливе эа счет уменьшения нагрева стали в сталеплавильном агрегате и на сокращение расходов на подъемно-транспортные операции составит около 0,5 руб/т. Суммарно эконо- мия по этим статьям составляет 4,1-

5,9 руб/т стали.

Для агрегата производительностью

1 млн.т. стали в год экономический эффект равен 4,1-5,9 млн.руб.

1131910

1131 91.0

Заказ 9722/22

Тираж 539

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Составитель Г. Прусс

Редактор Н. Кнштулинец Техред А.Бабинец Корректор В. Бутяга