Способ порционного вакуумирования стали

 

1. СПОСОБ ПОРЦИОННОГО ВАКУУМИРОВАНИЯ СТАЛИ, включающий продувку его нейтральньи газом, вводимым в патрубок вакуум-камеры Ц струями (и 1,2,3,4) через равные интервалы по диаметру патрубка, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности установки, снижения содержания водорода , а также эффективной реализации процессов деазотации, десульфура ции и удаления неметаллических включений при порционном вакуумировании металла , инертный газ вводят плоскими струями с соотношением длины к высоте поперечного сечения плоской струи в месте входа ее в металл в пределах

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

Э ЛЛИ Ю И

РЕСПУБЛИК (19) (И) 4(51) С 21 С 7/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

fi0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПВСТВУ

13 1 (2 1) 3625070/22-02 (22) 2!.07.83 (46) 23.01.85. Бюл. В 3 (72) Е.Ф.Мазуров, Ю.М.Неровный, А.Ф.Каблуковский, В.В.Шахнович, ГеГФЖитник9 АФВФТилинину

Б.П.Крикунов и И.E.Ìåëüíèêoâà (71) Центральный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский институт черной металлургии им.И.П.Бардина (53) 669.18.27(088.8) (56) 1. Патент Японии !! 10-154, кл. С 21 С 7/10 опублик. 1975.

2. Патент Японии )) 55-62187, кл. С 21 С 7/10, опублик. 1980.

3. "Черные металлы". 1982, )) 23, с ° 15-19. (54)(57) 1. СПОСОБ ПОРЦИОННОГО

ВАКУУМИРОВАНИЯ СТАПИ, включающий продувку его нейтральным газом, вводимым в латрубок вакуум-камеры И струями (h = 1, 2, 3, 4) чере з равные интервалы ло диаметру латрубка, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности установки, снижения содержания водорода, а также эффективной реализации процессов деазотации, десульфурации и удаления неметаллических включений при порционном вакуумировании металла, инертный газ вводят плоскими струями с соотношением длины к высоте поперечного сечения плоской струи в месте входа ее в металл в пределах (20-60):(0,51-1,0) при расходе аргона 0,5 ° 10 >

2,9 10 м /т.мин.

3 3

2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что плоские струи аргона вводят под углом 77-89 проо тив движения металла, при этом углы наклона плоских струй отличаются

12 друг от друга на величину

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ичающий с я тем, что аргон I подают на расстоянии 0,5-1,0 диаметра (Dg от нижнего среза патрубка вакуум-камеры.

4. Способ по пп. и 3, о т л ич а ю шийся тем, что плоские р

Ф струи аргона вводят на разной высоте через равные интервалы размером

0,5 3„ (n-1) равномерно по ортогональной йроекции диаметра патрубка через каждые 360 /)) градусов. о

5. Способ по пп. 3 и 4 ° о тл и ч а ю шийся тем, что.плоские струи аргона подают перпендикулярно по отношению к движению металла в латрубке под углом 22-45 к радиусу патрубка.

1135773 ка $3) Ф

Изобретение относится к черной металлУргии, конкретно к обработке жидкой стали вакууиои и инертным газом.

Известен способ обработки жидкой спали вакуумом и нейтральным газом при порционном вакуумировании, при котором аргон подают через огнеупорную пористую фуриу, установленную и* днище ковша соосно под патрубком 10 вакуум-камеры так, чтобы при .своем подъеме инертный гаэ попадал в патрубок. Одновременно производится продувка металла в ковше через такую же Фурму, расположенную в стороне от .!5 вертикальной оси патрубка ft) .

Известен также способ обработки жидкой стали вакуумои и нейтральным газом при порционном вакуумировании, при котором аргон или его смесь с кислородом подают в металл через отверстие, расположенное в днище вакуум-камеры )2j .

Недостатком этих способов является низкая эффективность использования аргона ири вакууиировании. В первом случае - за счет неполного попадания аргона в вакуум-камеру и иедостаточиого увеличения поверхности раздела металл-газ при слиянии пузырей во время подъема в ковше, во втором— эа счет малой глубины продувки металла при вводе его через отверстие в днище.

Наиболее близким по технической

35 сущности и достигаемому результату к изобретению является способ порционного вакууиирования металла, включающий продувку его нейтральным газом, вводимым в патрубок вакуум-камеры и струями (, и t,2,3,4) через равные интервалы по диаметру патрубНедостатком известного способа 45 является высокий, расход аргоиа при относительно невысоком увеличении эффективности дегазации от водорода.

При этом не решаются вопросы деаэотации, десульфурации и удаления 50 неметаллических включений.

Цель изобретения - повышение производительности установки, снижение содержания водорода, а также эффективная реализация процессов 55 деазотации, десульфурации и удаления неметаллнческих включений при порционном вакуумировании иеталла.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу порционного вакуумирования стали, включающему продувку его нейтральныи газои, вводимым в патрубок вакуум-камеры р струями (и =1,2,3,4) через равные интервалы по диаметру патрубка, инертный газ вводят плоскими струями с соотношением длины к высоте поперечного сечения плоской струи в месте входа ее в металл в пределах (20-60):(0,51-1,0) при расходе аргона

0,5 10 -2,9 10 и )т иин.

Плоские струи аргона вводят под углом 77-89 против движения металО ла, при этом углы наклона плоских струй отличаются друг от друга на

12 величину — — — . и-1

Аргон подают на расстоянии 0,51,0 диаметра О„ от -нижнего среза патрубка вакуум-камеры.

Плоские струи аргона вводят на разной высоте через равные интервалы размером 0,5 Dд(п-1) равномерно по ортогональной проекции диак тра патрубка через каждые 360 /и градусов

Плоские струи аргона подают перпендикулярно по отношению к движению о металла в патрубке под углом 22-45 к радиусу патрубка.

Известно, что удаление из металла растворенных газов хорошо описывается кинематическим уравнением первого порядка.

С < F

Ь ==

& с 2з м— где С, С вЂ” текущая и начальная концентрации газа;

" / V удельная поверхность р аз дела фаз ме талл- газ .

Продувка аргоном плоской струей в приведенном режиме приводит к созданию скоростной струи, дробящейся в объеме металла на множество иелких пузырьков, увеличивая по иного крат значение Г/ Ч,„ и тем самым скорость и эффективность дегазации.

Кроме того, в околоструйном пространстве происходит разгон металла. Наличие градиента скоростей в объеме металла приводит к образованию зон пониженного давления с выделением в них нуэырьков растворенного газа, т.е. происходит так называемое явление газовой кавитации, которая, как

1135773 известно, возникает при определенном отношении

° Р— = Ж (обычно = 0,3-1,0);

5 где,М вЂ” плотность и скорость расплава;

4P — разность между общим и парциальным давлением газа в данной точке.

Таким образом, наряду с пузырьками аргона в объеме металла поднимающегося в вакуум-камеру, дополнительно возникают и находятся пузырьки 5 выделяющегося газа (водорода, азота).

Эти пузырьки термодинамически неустойчивые при атмосферном давлении, в условиях пониженного давления, особенно в вакуум-камере, энергично 26 растут, увеличивая еще больше эффект рафинирования металла.

Верхние значения отношения выбраны из условий недопущения выбросов металла в вакуум-провод установки, нижние — из условий получения дополнительного при продувке аргоном эффекта от возникновения газовой кавита-; ции ° о

Введение аргона под углом 77-89 О против движения металла увеличивает время контакта металл-газ и, следовательно, его рафинирующий эффект. При вводе аргона в нескольких местах, нанример в трех, струи его направляются под разными углами против движения металла при всасывании в вакуум-камеру: одна под углом 89, другая—

0 под углом 83, третья — под углом

О 77 . Зто позволяет ввести аргон в 4О

0 больший объем металла в единицу вре:.мени, не допуская нежелательного ! явления слияния отдельных более мелких пузырьков аргона в крупные, и увеличивает значение удельной поверх-ys ,ности Р /1,»,. и рафинирующий эффект.

При движении металла из вакуум-камеры в ковш струи, направленные в ту же сторону, позволяют производить лучшее перемешнвание металла в ковше и, 50 поднимаясь в нем, лучше отмывают оставшиеся неметаллические включения. Вход аргона на расстоянии О,S диа-. метра от нижнего среза натрубка позволяет осуществлять продувку в тече- у ние всего срока службы вакууматора, так как нижний конец его всегда силь-. но изнашивается, и длина патрубка уменьшается. Ввод аргона на расстоянии, больше чем 1,0 диаметр от нижнеro среза, сильно уменьшает эффект рафинирования эа счет снижения пребывания пузырьков газа в металле.

Ввод аргона под углом 90 по отноо шению к движению металла в патрубке, но с разворотом угла ввода струй на 22-45 по отношению к радиусу о патрубка, позволяет получить дополнительное вращательное движение металла. Время нахождения пузырьков аргона в металле увеличивается, что повышает эффект рафинирования. Кроме того, вращательное движение жидкости при переливе металла из ковша в ваку- ум-камеру и обратно повышает эффект перемешивания всей массы металла в ковше и вакуум-камере. Зто также . повышает эффективность. Уменьшение

0 угла ниже 22 не эффективно с точки зрения придания вращательного движения металлу, увеличение сверх

45 нежелательно, так как увелио чивается износ футеровки.

Продувка аргоном в вакууме по указанному способу создает воэможность удаления серы из металла во время выпуска за счет обработки раскисленного металла восстановительным известковыч шлаком. В этом случае кинетика раскисленного металла, необходимая для эффективной дегазации в вакууме, обеспечивается вводом аргона в натрубок по описанному способу. Кроме водорода удаляется азот, так как сочетание высокого значения удельной поверхности раздела F / 1яеш с низким содержанием поверхностно-активных примесей серы и кислорода устраняет препятствия для удаления азота, имеющие место при порционном вакуумировании.

Хорошая раскисленность металла и воэможность десульфурации в сочетании с перемешиванием металла мелкими пузырьками, хорошо очищающими его от кислородных неметаллических включений в еще жидкой стали, позволяют получать чистую по всем видам включений сталь.

Hp и и е р ° Выплавленный в дуговой печи металл, например, состава, Х: С 0,40; qq 0,15; Мп 0,20;

Сг 10» не раскисляя алюминием выпускают в ковш вместе со шлаком. Ковш с металлом подают на установку порционного вакуумирования. До начала

1135773

Порционный аргоном без продувки

8-10

Дорционный ауганом по способу с продувкой известному

17-19

Нет све- Нет све- Нет сведений дений дений

Порционный с продувкой аргоном по предлагаемому сиособу

25-30

50

50 ф.iV- По отношению к составу металла пеРед выпуском из печи A (отн.у)

Сс3 и е - fc1 „8

100, (.с1 п,в где Я, Щ "- концентрация примеси перед выпуском из печи и в я.ь. конце вакуумирования соответственно. вакуумирования (за 1-2 мин) в путрубок начинают подавать аргон двумя плоскими струями с соотношением (,: : 1Н равньм 20:0,51:0,5.10 в каждой струе. Струи подают: одну 5 псевд углом 89, другую — под углом о

77 против движения металла в пат0 рубке при всасывании. Затем опускают патрубок вакуум-камеры в металл и включают пароэжектарный насос. Вакуумируют при О ост = 1 мм рт.ст. Через

4 мин подают аргон при L : h В

20:0,5 .1,5. За 2-4 мин по окончании вакуумирования присаживают легирующие и алюминий. Через 8 мин после начала вакуумирования останавливают насос и поднимают вакуум-камеру.

Затем прекращают подачу аргона.

Пример 2. Выплавленный в дуговой печи металл выпускают в ковш. Ва время выпуска производят десульфурацию и раскисление металла за счет обработки металла восстановительным высокоосновным шлаком, например, состава, 7: СаО 50-55;

Иу 08-10; АЗ 0 5-10; 5 0g 10-20; Fe0и Ге 0,0,5-1,5Д Сч 0 и 0 0,51,0; СаР 5-!5 с одновременным раскислением металла алюминием. Затем ковш с десульФурированным и раскислен- ЗО ным металлом подают на установку порционного вакуумирования. До начала вакуумирования в патрубок начнкают подавать аргон тремя плоскими струями с соотношением L : :h : :W равным 60: 1,0:2,9 -1О в каждой струе, подаваемыми: одна под углом

89, другая — под углам 83, третья—

0 7 под углом 77 против движения металла при всасывании его в вакуум-камеру.

Затем опускают патрубок вакуум-камеры. и включают пароэжекторный насос. Вакуумируют при Яо z 0,9,5 мм рт.ст. Во время вакуумирования корректируют химсостав стали. Через 10 мин прекращают вакуумирование остановкой насоса. Вынимают патрубок из металла и прекращают подачу аргона °

Пример 3. Процесс проводят так же, как и в примере 2, но с соотношением L : :h : :Э = 30:0,8:

-9

:1,5 ° 10 в каждой струе, подаваемыми под углом 90 па отношению к движущемуся металлу, но расположенным в интервале высот: одна на расстоянии

0,5 мм от нижнего среза патрубка, 1 другая — на расстоянии 0 75 мм третья — на расстоянии 1,0 мм, при

1 этом каждая из струй повернута на 22 по отношению к радиусу патрубка, П р и и е р 4. Продесс проводят так же, как и в примере 3, на каждая из струй повернута на 45 по отношению к радиусу патрубка.

Результаты вакуумной обработки порционным способом представлены в таблице.