Способ газодинамического отделения шлака от жидкого металла
Использование: в черной металлургии при отсечке шлака на выпуске жидкого металла из конвертера. Сущность изобретения: газ вводят пульсирующий струей, увеличивая его расход в конце слива до значений , обеспечивающих соотношение площадей зоны, свободной от шлака, находящейся над выпускным отверстием, и сечения канала в пределах 16-100. 2 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)з С 21 С 5/46
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ1 ииюнц (Л
i@) 0 Î
0
»
1 ъ !
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4731856/02 (22) 22,08,89 (46) 07,01,93, Бюл, N. 1 (71) Урал ьс к ий науч но-исследо вател ьский институт черных металлов, Нижнетагильский металлургический комбинат и Производственное объединение "Азовмаш" (72) С.Ф.Одинаков, M.À.TðåTüÿêo8, О.Н,КОкареко, Ю.С.Щекалев, Ю.А.Дерябин, В.Н.Жириков, А,С,Беседин, В,Д.Клименко, В,М.Стремовский и Г.А.Голодухин (56) ЭИ ЧМ. Серия "Сталеплавильное производство", 1988, вып. 12, с. 3-4.
Заявка Японии N. 52-152711, кл. В 22 D
43/00, опублик. 1977, Изобретение относится к металлургии, конкретнее к отделению шлака, попадающего в ковш, при выпуске металла из сталеплавильных агрегатов, например конвертера, Известны газодинамические способы отделения металла от шлака при помощи газовых струй за счет ввода воздуха (азота) непосредственно в канал выпускного отверстия в конце выпуска при помощи пневматического устройства или аргона в специальный сифон, Однако способ не устраняет вихреобразного движения металла в конце слива плавки — в воронку затягивается шлак и попадает в ковш со сливаемым металлом, Общим недостатком указанных способов является подстывание металла и шлака в канале отверстия, требующее межплавочного обслуживания — рассверливания, что наряду со сложным конструктивным оформ„„Я „„1786096 А1 (54) СПОСОБ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ ШЛАКА ОТЖИДКОГО МЕТАЛЛА (57) Использование: в черной металлургии при отсечке шлака на выпуске жидкого металла из конвертера, Сущность изобретения; газ вводят пульсирующий струей. увеличивая его расход в конце слива до значений, обеспечивающих соотношение площадей зоны, свободной от шлака, находящейся над выпускным отверстием, и сечения канала в пределах 16-100, 2 табл. лением этих приемов, снижает технологичность процессов и увеличивает эксплуатационные затраты.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ предотвращения вытекания шлака, плавающего на поверхности жидкого металла при выпуске, заключающийся в подаче инертного газа через фурмы в металл вокруг выпускного отверстия.
К недостаткам способа следует отнести то, что в конце слива металла, например. из конвертера при резком понижении его уровня часть шлака обязательно попадает в ковш, а процесс вдувания газа является нестабильным из-за образования — растворения отложений настылей на соплах фурм и соответственного изменения-их пропускной способности, что может приводить к появлению сливной воронки, В результате повышается концентрация вредных примесей и
1786096 разброс содержания остальных элементов в готовом металле. На высоком уровне остается также окисленность металла.
Цель изобретения — повышение эффективности отсечки шлака, уменьшение угара легирующих элементов и улучшение качества металла.
Поставленная цель достигается тем, что в способе газодинамического отделения шлака от жидкого металла, включающего выпуск жидкого металла через канал из металлургического агрегата, например конвертера, вдувание нейтрального газа в металл во время выпуска плавки с образованием на поверхности металла зоны, свободной от шлака, нейтральный газ вводят пульсирующей струей, увеличивая его расход в конце слива при снижении уровня металлической до значений, обеспечивающих соотношение площадей зоны, свободной от шлака, находящейся над выпускным отверстием, и сечения канэла в и редел ах 16-100.
Сущность способа заключается в следующем, Вдувание во время слива плавки нейтрального газа пульсирующей струей вызывает каталитические колебания расплава, дезорганизующие сливную воронку. В то же время при направленном течении к отверстию металла, колеблющегося с определенной частотой, вблизи футеровки создаются местные напряжения, приводящие к разрыву сплош ности жидкого металла и обрэзованию кавитационных пузырей.
Одновременно интенсифицируются массообменные процессы и усиливаются флюктуации давления в металлической ванне. В результате происходит более активное обновление поверхности металла возле зародышей пузырьков, облегчается диффузия и адсорбция в них растворенных газов и соответственно рост пузырьков до критических размеров. С другой стороны, локальные уменьшения давления в некоторых точках на границе металл-футеровка "провоцируют" образование новых пузырей.
Таким образом, во время слива плавки активизируется дегазация металла, что наряду с основным эффектом пульсации металла (встряхивания) исключает образование сливной воронки при меньших расходах дорогостоящих технологических газов. Снижается также содержание вредных газов в металле (таблицы).
Кроме того, струя металла, вытекающего из отверстия, приобретает пульсирующий характер, увеличивается ее кинетическая энергия, что улучшает условия перемешивания металла и легирующих мате5
15 жанием оптимвльного соотношения площадей зоны, свободной от шлака, над
20 щадей зоны, свободной от шлака, и сечения
25, канала менее 16 не удается гарантированно
50
45 риалов в ковше и является весьма полезным при производстве легированных марок сталей, устраняет ручной труд, снижает расход легирующих и стабилизирует химический состав готовой стали.
Применение пульсирующего дутья позволило также значительно снизить количество случаев образования настылей на дутьевых устройствах и за счет этого улучшить организацию потоков газа для отсечки шлака и уменьшить износ фурменных зон.
Эффективная отсечка шлака в конце слива металла при снижении его уровня в плавильном агрегате достигается поддервыпускным отверстием и сечения канала (Яз/So). Соотношение определялось экспериментально при проведении выпусков из
22-тонного конвертера с фотографированием поверхности металлической ванны кинокамерой. Выплавляли сталь 09Г2С из предельного чугуна. При соотношении плоснизить количество шлака, теряемого со сливаемым металлом, до значений, исключающих рефосфорацию. Из табл,1 следует, что в этом случае скачкообразно увеличивается содержание фосфора в слитках и угар ферросплавов. Повышение отношения более 100 уже не влияет на показатели отсечки шлака, и повышенный расход газа для этих целей бесполезно охлаждает металл. Для появления чистой стальной зоны без шлака достаточно вдувать аргон со скоростью 300 л/мин-1.
Опытные плавки на агрегатах различной емкости, а также модельные эксперименты показали, что оптимальное соотношение Яз/Soдостигается при различных интенсивностях подачи газа в зависимости от конфигурации агрегата, скорости слива металла, состава шлака, глубины ванны и т.д, При использовании способа первоначально в опытном порядке отрабатываются дутьевые параметры для реализации критерия — достижения необходимой площади зоны, свободной от шлака, а при дальнейшей эксплуатации способа поддерживается преимущественно оптимальный расход нейтрального газа.
Одной из мер по предупреждению образования сливной воронки является стабилизация отношения высоты столба металла над выпускным отверстием к диаметру отверстия на уровне (4-5):1. Стационарный характер истечения при вытекании жидкости из выпускного отверстия, например, конвертера, в основное время слива обеспечи1786096
55 вается дискретным поворотом конвертера на определенный угол в заданный интервал времени.
При предотвращении образования воронки увеличивается скорость слива жидкости, поскольку эффективная площадь поперечного сечения отверстия в этом случае увеличивается.
Пример 1. В 22-тонном конвертере выплавляли сталь марки 09Г2С из передельного чугуна, При повалке конвертера в положение слива металла включали подачу аргона на четыре фурмы, оснащенные газодинамическими пульсаторами, рассчитанными на частоту колебаний газа при его рабочих значениях в пределах 50-100
Гц. Фурмы диаметром 4 мм каждая устанавливали симметрично вокруг огнеупорного блока выпускного отверстия на стыке с футеровкой конвертера. Диаметр выпускного отверстия составлял 75 мм. Регулирование расхода аргона осуществляли с выносного пульта, расположенного на передвижной платформе для раскислителей и легирующих материалов. Расход аргона в конце слива плавки при визуально наблюдаемом снижении уровня ванны увеличивали с 0,5-1 до 2-6 м /мин, з поддерживая диаметр "пятна" металла на поверхности ванны (зону свободную от шлака) 300-700 мм (— =16-100), Зз
Sî
Раскисление и легирование стали осуществляли в сталеразливочном ковше алюминием, ферросилицием и силикомарганцем (0,33; 19,1; 8 кг/т). В качестве теплоизолирующего материала использовали шунгезит, Состав полученной стали, /: С 0,08; Мп
1,53; Si 0,66; P 0,012; S 0,022; (О) 0,002; fN)
0,003.
Угар марганца и кремния сос авил соответственно 1 и 5 /,. Расход ферросплавов
27,43 кг/т. Рефосфорация металла в процессе выпуска и разливки 0,001 — 0,002 абс. .
Ударная вязкость образцов (КСУ) металла при -20 С 1,39; при -40 С 1,17; при -60 С
0,71.
Для сравнения при выплавке стали такого же состава осуществляли отделение шлака от металла по известному способу.
Как следует из данных, приведенных в табл.1, использование для газодинамического отделения шлака от металла пул ьсирующих струй газа и обеспечение
8з оптимального соотношения — позволяет
So практически исключить попадание шлака в
35 сталеразливочный ковш, существенно снизить расход ферросплавов, а также улучшить хладостойкость стали.
Технологические показатели испытаний способа в 160-т конвертерах с иллюстрацией дутьевых параметров приведены в табл,2.
Пример 2. Отделение товарного вэнадиевого шлака от углеродистого полупродукта проводили при выпуске плавки из
160-тонного конвертера. При повалке конвертера в положение слива металла включали подачу азота на три фурмы с газодинамическими пульсаторами, установленные симметрично в хромомагнезитовых блоках отверстия. Диаметр каждой из фурм составлял 9 мм, диаметр выпускного отверстия при.расчетной глубине ванны 500 мм составлял 145 мм. Расход азота увеличивали при снижении уровня ванны по мере необходимости с 2 до 8-10 м /мин (расчетная з частота около 100 Гц), поддерживая диаметр чистой металлической зоны без шлака на уровне 600-1500 мм (— =16-100), Время вы з
So пуска 7 мин, Количество ванадиевого шлака, слитого в ковш, с полупродуктом составило менее 50 кг. В результате коэффициент извлечения ванадия из чугуна в товарный шлак достиг
92,37, по сравнению с 87,27, на обычных плавках, Существенно уменьшилось выделение дыма при выпуске плавки.
Значительно снизилась пористость отливок из полупродукта, что расширяет границы его использования в машиностроении.
Формула изобретения
Способ газодинамического отделения шлака от жидкого металла, включающий выпуск жидкого металла через канал из металлургического агрегата, например конвертера, вдувание нейтрального газа в металл во время выпуска плавки с образованием на поверхности металла зоны, свободной от шлака, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности отсечки шлака, уменьшения угара легирующих материалов и улучшения качества металла, нейтральный газ вводят пульсирующей струей, увеличивая его расход в конце слива при снижении уровня металлической ванны до значений, обеспечивающих соотношение площадей зоны, свободной от шлака, находящейся над выпускным отверстием, и сечения канала в пределах 16-100.
1786096
Ю м
Ю м.
Ю м
Ю м
СЗ
С:> (4 (С>
0 1 О
С>
С0
"О
СЗ ("О
С>
СЗ (С>!
-С
C) о >
М\
СЗ (n
CO
СЗ в
СЗ д
СЗ в О
СЗ
Ю! м м
-:3 л
"О в
СЗ м м м
О> (:)
C)
Ю м
СЗ
Ю
Ю м
С>
С>
СЗ м
С>
C)
С> м
C)
С>
CD м
C)
Ю
СЗ м
CD
CD
LC>
СЗ
СЗ
СЗ (Ч
СЗ
СЗ
СЗ (Ч
СЗ
fD
СЗ м
С>
СЗ
СЗ (Ч
С)
C)
CD оз
CD
СЗ
СЗ
СЗ
CD
СЗ м м
Ю D
СЗ Ю
D D (4 (Ч
СЗ
СЗ
С 3 (4
Ю
СЗ
СЧ
СЧ
СЗ
СЗ (4 (4
СЗ
СЗ ю (Ч
Ю
СЗ м (Ч
СЗ
СЗ
С4
Ю
СЗ
СЧ
СЗ
СЗ
С4
СЗ
СЗ оЗ
СЗ
СЗ
СЧ
СЗ
СЗ с4 (4
СЗ м с>
СЗ СЗ
D D
СЗ
СЗ
Ю
Ю с4
»З
СЗ
>О
4З
СЗ
LC>
>4З
С> О
4З
CD 40
ЧЗ
СЗ
С(>
>О
СЗ
-т
ЧЗ
Ю м
,О
СЗ м
1.(\ л в
Ю
СЗ оЗ
СЗ
СЗ
С
СЗ
Ю в
СЗ
СЗ
СЗ
СЗ в
Ю
СЗ в
С:>
СЗ
СГ\
C)
СЗ
0 >
С4
С \
С
С4 м
Г !
С4 и(>лЗ
С (3 м
«3
С (Ч м . С
С4 м
- 3 ( (4
3 !
СЗ
СГ\ м
;33
С4
CD
СЗ
CD
С3
СЗ
С<
Ю
СО ОЗ
W оЗ
В С4
0D (С>
Ф f» вм
C0 СС>
-I 00 в сч
>О )S
СС
Э Э а е с
Iv
Э
f0 >Е
С<
Ес Z
1 I I 1
f0 4> I
Ф <- I
s i o u 1 с! оо 1
f0 ОЕ !
1- Э I
O ХСО 1
t Э Ф 1
1 Щ I r S I
m i оз аде 1
I I- I 1
V I—
Э .О 1
Ф t Vu<ЧЗ
Y i O0
1 1 Y « I .. 1 (О 34
1 S (С 1 I
1 С I О! X 1 D 1 э i ai.оК С
>О О 1 ct! 1 (0 < 1
О< о Ф t а- 1
Х 1 Х 1 (О 3< I CD !
О i CXW»1 С<
И <С: !».; с
>) I S 1 1 1
Л! 1 !
S I 1 1
I I 1 I (О I i I
<О I 1 1 о < I
u ОО I о I с -! о 1
o i (о 1 с 1 о!.с, I
1 1 (0 I I о 1
X 1 Э 1 1
Э i Е i (0 1
СС 1 1 1 с 1 Ф 1 1 (О 1 fÎ I 1 (С 1 I- 1 1
f0 I И I I с! o р« 1 о I
>Х 1 1 1
S 1 >S I 1
z 1 S 1 I (О I Y I 1
<- и л 3
Ф Э i ((3 1
C I S I 1 и I
S I Е I I
t S 1 1
ХiXi 04
I 4ty t I
I Z I 1 I
Z 1 1 I
Э I 1 I с 1
2 1 1 Я 1
à à — -!
Е 1 Ф ОЕ
О (3< 1
О. 1 С (О 1 .,4 1
С<С<эi Oi(f>
ООФ 1
О О.t-a.(0 1 соzaC
Э Э С< О
Л!»Scot Л с о I
1 О! . 4 I
cxi оа
oomSc э i х а о - Х 1<- 1 и а с (33 л и - 1 е1 Фэссиэ С 3 1 О О И Sc-)0> Х 1 СО 1 О)" Х! Г< 1 о<аэ ° э с Охсс=< 1 I Ф (0 (0 Ф Ф 1 Э t i <-сОО I м 3иахае I I И. (<(з 1 г 1 X I о I!. 1 И 1 И I о i I с 1 о х I Х I Ф 1 Х < (0 1 э с 1 1 C 1 I I » 1! 1 li S l- 1 o e I 1 (О m 1 о 3= e c 3 э х Ф ! 0tXe 1 с <- с э 1 оОЗЕ 1 1 I I I 1 1 1 I 1 1 1 I 1 1 1 1 1 I I I 1 1 I I 1 1 1 1 ! 1 1 (1 1 1 1 1 1 1 1 1 ! 1 1 I 1 1 1 1 1 1 1 I 1 I I 1 ! I 1 1 1 ОЗ (4 ОЗ <4. ОЗ-т со В оЗ м СО - С В .-С 3 (3 С М ВМ Вс4 ВМ ВМ Вм с> ! И <С П! О. Э z о х Э Ф (С Е Х Э О. Э Я S С0 х f0 с К о с и 2l S и с о IФ о а Э X е Л S Е П! m о z и о f0 z о z (О IS З и и 1786096 Таблица 2 Технологические покаэатели промыыленных испытаний нового способа отделения плака от металла и иэвестного при выплавке стали С9Г2С в 160-тонном кисло" родном конверторе :Угар элементов .иэ Еераосплавов I Расход, Расход отделения плавох; азота в аэота в Химический состав Ударная металла, Ф ВЯЗКОСТЬ 1 ,Электросва. риваеность, Кол-во алака в I основное: конце вы1 время ; пуска плавки выпуска при снижении плавки, уровня ванны 1 мэ/мин мз/иин !л/мин смэ 1 стали I ! ИДж/мэ пр»; "60 С стапераэ- !2 лив.ковае1Уп ылака от металла P, S 0 ! С,С24 Известный 8 С>027 С,СС8 0,45 2,3 2,3 13 10G 9 15 100 30 40 50, Составитель С.Одиноков Техред М,Моргентал Корректор H. БЧчок Редактор Заказ 228 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Предлагаемый 7 1G 8 7 2,4 2,3 2,5 2,3 6,9 . 38 8,0 45 9,6 54 11,0 63 12,1 69 13,2 75 14,1 80 5С 22 l6 7 11 3 7 2 7 1 4 0,02С С,C15 G,С13 G, G14 С,G12 G,012 С,С12 С,С25 С,С23 С,С23 С,023 С,022 ч,С22 0,022 G,006 0,004 0,004 С,СС3 С,ССЗ С,GC3 С,003 0,56 0,73 0,72 0,7Å С,78 0,77 0,79 135
