Способ обескремнивания жидкого чугуна

 

Сущность изобретения: за время продувки формируется постоянная по площади поверхность контакта кислорода с чугуном, расположенная на глубине погружения продувочной фурмы, которая является дополнительной (к суммарной поверхности всплывающих газовых пузырей) поверхностью взаимодействия кислорода с элементами чугуна; дополнительная поверхность контакта формируется путем вдувания кислорода в изолированный от чугуна объем, полученный в результате скопления кислорода под ограничителем всплывания газовых пузырей; кислород из изолированного объема истекает в двух режимах; 70-90% от общего расхода - в пузырьковом режиме, а 30-10 % -в режиме вытеснения из изолированного объема . Способ эффективно реализуется при формировании дополнительной поверхности контакта кислорода с чугуном площадью 3-25% от площади чугуна в заданном сечении ковша. 1 табл., 1. ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 21 С 1/04

ГОСУДАPСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОспАтент сссР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4927812/02 (22) 16.04.91 (46) 15.01.93, Бюл. N. 2 (71) Донецкий политехнический институт (72) А.Я,Бабанин, В.И.Шевченко, Н,M.Блащук, Д.А.Дюдкин, В.Л,Жук, Б.Ф.Белов и

В. Б,Морозов (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1684344, кл. С 21 С 1/04, 1989, (54) СПОСОБ ОБЕСКРЕМНИВАНИЯ ЖИДКОГО ЧУГУНА (57) Сущность изобретения; за время продувки формируется постоянная по площади поверхность контакта кислорода с чугуном, расположенная на глубине погружения продувочной фурмы, которая является дополниИзобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способам обработки жидкого чугуна, Известный способ обескремнивания жидкого чугуна, включает заливку в ковш жидкого металла, погружение фурмы с колоколом, подачу кислорода под колокол с формированием поверхности контакта кислород — чугун равной 3 — 25% от площади чугуна в установленном сечении ковша.

Данный способ обработки чугуна обеспечивает высокую степень использования тепла от окисления кремния и высокую степень использования вдуваемого кислорода, сохранив при этом высокую стойкость футеровки ковша, Однако, недостатком данного способа является большая длительность обработки чугуна, вызванная тем, что реализация спо,. Ы„„1788024 At тельной (к суммарной поверхности всплывающих газовых пузырей) поверхностью взаимодействия кислорода с элементами чугуна; дополнительная поверхность контакта формируется путем вдувания кислорода в изолированный от чугуна объем, полученный в результате скопления кислорода под ограничителем всплывания газовых пузырей; кислород из изолированного объема истекает в двух режимах; 70-90% от общего расхода — в пузырьковом режиме, а 30-10 % — в режиме вытеснения из изолированного обьема. Способ эффективно реализуется при формировании дополнительной поверхности контакта кислорода с чугуном площадью

3 — 25% от площади чугуна в заданном сечении ковша. 1 табл„1 ил. саба, обеспечивающая достижение цели возможно при малой интенсивности продувки. Обработка чугуна при высокой интенсивности продувки (250 и более м /ч) по

3 данному способу нецелесообразна ввиду перехода режима истечения кислорода иэ изолированного от чугуна объема из режима вытеснения с образованием газовых пузырей малого диаметра в режим струйного вытеснения по периметру ограничителя с образованием газовых пузырей большого диаметра.

Режим струйного вытеснения кислорода в жидкий чугун ввиду образования газовых пузырей большого диаметра и всплывании их вблизи друг друга приводит к увеличению скорости всплывания газовых пузырей и уменьшению времени контакта кислорода с чугуном, что снижает степень

1788024

15

25

40

50 использования вдуваемого кислорода и выделяющегося тепла, и увеличивает вынос окислов железа в виде бурого дыма, и тем самым повышает пылевыделения.

Кроме того, большая длительность обработки приводит к технологическим задержкам чугуновозных ковшей на установке обработки чугуна, и Ф едовательно, к задержкам йодачи чугуна к сталеплавильным агрегатам, . "" : "-",."., м:Целью изобретения является сокращение длительности обработки чугуна за счет.повышения интенсивностй продувки, снижение пылевыделений при сохранении высокой степени использования вдуваемого кислорода и тепла.

Поставленная цель достигается тем, что в способе обескремнивания жидкого чугуна, включаЮщего заливку чугуна в ковш, погружение в ковш фурмы с колоколом, подачу кйслорода под колокол с формированием поверхности контакта кислород-чугун, рав- ной 3 — 25% от площади чугуна в установленном сечении ковша, кислород в количестве

70-90% от общего расхода подают в пузырьковом режиме вверх равномерно по всей поверхности газопроницаемого колокола.

Сущность йзобретения заключается в том, что вдуваемый в жидкий чугун кислород, формируя дополнительную поверхность контакта, истекает из изолированного от чугуна объема одновременно в двух режимах: у кромок" ограничителя — в режиме вытеснения, а над остальной площадью ограничителя — в пузырьковом режиме. Истечение из изолированного от чугуна обьема основной части (70-90%) вдуваемого кисло рода в жидкий чугун приводит к увеличению суммарной площади контакта кислорода с жидким чугуном за счет образования газовых пузырей малого дйаметра. Кроме того, образование газовых пузырей малого диаметра приводит-к уменьшению скорости их всплывания и, следовательно, приводит к. 45 увеличению времени контакта кислорода с чугуном.

Истечение йз изолированного от чугуна объема части вдуваемого кислорода (3010%) в режиме вытеснения приводит к образованию газовых пузырей, которые всплывая захватывают микрообьемы жидкого металла и образуют восходящие циркуляционные потоки, приводящие к локальному повышению уровня металла на поверхности чугуна в виде кольцеобразного буруна с диаметром, близким диаметру ограничйтеля, и меняющие направление на противоположное по обе стороны восходящих потоков(у стенок и в центральной части ковша), Газовые пузыри, всплывающие в центральной части ковша в пузырьковом режиме и имеющие меньший диаметр, чем пузыри образованные при истечении в режиме вытеснения, попадают в противоток нисходящих потоков и поэтому скорость их всплывания в чугуне уменьшается, и следовательно время контакта кислорода с чугуном увеличивается, что приводит к полному растворению кислорода пузырей малого диаметра на окисление элементов чугуна, а также снижению выноса окислов железа в атмосферу.

Истечение кислорода из изолированного объема происходит одновременно в двух режимах: пузырьковый режим с образованием пузырей, малого диаметра и режим вытеснения с образованием пузырей большего диаметра чем в пузырьковом режиме, но меньшего чем в струйном.

Основная часть вдуваемого кислорода, за счет меньшего противодавления металла сверху ограничителя, истекает в пузырьковом режиме, а избыточный кислород — в режиме вытеснения.

Повышение интенсивности вдувания кислорода в изолированный от чугуна обьем приводит в первую очередь к повышению интенсивности истечения кислорода из изолированного объема в пузырьковом режиме до определенной критической величины, характеризующейся пропускной способностью каналов ограничителя и противодавлением металла, после которой происходит повышение давления кислорода в изолированном объеме и перераспределение вдуваемого кислорода по режимам истечения.

Предлагаемый способ обескремнивайия жидкого чугуна, за счет подачи 70 — 90% кислорода, вдуваемого в изолированный от чугуна объем в жидкий чугун в пузырьковом режиме с равномерным распределением по поверхности, ограничивающей изолированный объем, позволяет повысить интенсивность продувки, тем самым, сократить длительность обработки чугуна, снизить пылевыделения сохранив при этом высокую степень использования вдуваемого кислорода и тепла. При истечении кислорода иэ изолированного обьема в жидкий чугун более 90% от общего расхода в пузырьковом режиме и менее 10% в режиме вытеснения, в результате малого расхода кислорода на образование циркуляционных потоков, основная часть всплывающих пузырей кислорода имеет недостаточное время контакта, что

1788024

30

40

50 бине 2,5 м

55 приводит к неполному взаимодействию кислорода пузыря и уменьшает степень использования кислорода и выделяющегося тепла, и следовательно, для достижения цели требует увеличения длительности обработки, Кроме того, неполное взаимодействие кислорода пузыря приводит к повышению пылевыделений.

При истечении кислорода из изолированного объема в жидкий чугун менее 70% от общего объема в пузырьковом режиме и более 30% в режиме вытеснения, в результате большого расхода кислорода на образование циркуляционных потоков, скорость всплывания кислорода в пузырьковом режиме уменьшается. Однако, кислород, истекающий в режиме вытеснения, имеет меньшую степень усвоения и меньшую степень обескремнивания, что для достижения цели требует увеличения длительности обработки. Кроме того, образование газовых пузырей большого диаметра приводит к повышению пылевыделений ввиду недостаточного времени контакта на растворение пузырей кислорода.

На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа.

На схеме 1 — ковш, 2 — жидкий чугун, 3— фурма; 4 — ограничитель, 5 — изолированный объем кислорода, 6 — дополнительная поверхность контакта кислорода с чугуном, 7— область всплывания газовых пузырей в пузырьковом режиме R противотоке с нисходящими потоками жидкого чугуна, 8— проходимые каналы в ограничителе

Пример конкретного выполнения, Заливочный ковш емкостью 100 тонн, заполненный чугуном, подают на установку продувки чугуна кислородом, оборудованную погружной фурмой у сопла которой расположен ограничитель всплывания газовых пузырей, служащий для образования изолированного объема кислорода в чугуне, формирования дополнительной поверхности контакта кислорода с чугуном и распределении кислорода по режимам вдувания на пузырьковый режим и режим вытеснения.

В качестве ограничителей использовали конусы, выполненные из корундографита, пяти вариантов высотой 0,4 м и диаметром расширенной нижней части равным 0,28; 0,35; 0,78; 1,0 и 1,25 м, что соответствует 2, 3, 15, 25 и 28 процентам от 3,14 м площади чугуна в сечении ковша на глуДля регулирования вдуваемого кислорода по режимам истечения использовали 5 вариантов ограничителей, имеющих следующее количество отверстий 256, 242, 215, 188 и 175. Что соответствует 95, 90, 80, 70 и

65% от общего расхода кислорода, истека ощего в пузырьковом режиме. Количество отверстий для каждого варианта определяли расчетным путем.

Погружная фурма выполнена в виде трубы футерованной шамотными катушками.

Погружение фурмы в чугун начинают при подаче кислорода 120 м /ч и с увеличением глубины погружения фурмы до 2,5 м расход кислорода увеличивают до 400 м /ч.

После вдувания 180 мз кислорода (27 мин) фурму поднимают иэ ковша с одновременным снижением расхода кислорода до

120 м /ч, извлека1от из чугуна и закрывают подачу кислорода.

Эффективность предлагаемого способа обескремнивания жидкого чугуна оценивали по длительности обработки (вдувания кислорода) и по интенсивности продувки чугуна кислородом.

Снижение пылевыделения оценивали по содержанию плавильной пыли в отходящих газах.

Степень использования тепла от окисления кремния оценивали по повышению температуры чугуна в пересчете на 1 м вдуваемого кислорода. Замер температуры производили до и после обескремнивания чугуна, погружая термспару на глубину 0,7—

1,0 м.

Степень использования вдуваемого кислорода оценивали расчетным путем по затратам кислорода на окисление углерода, кремния и марганца. Количество окисленных элементов в процессе обескремнивания чугуна определяли пс разности, содержания последних в пробах чугуна, отобранных до и после обработки, Наилучшие показатели по сокращению длительности обработки чугуна за счет повышения интенсивности продувки и снижео ния пылевыделений при сохранении высокой степени использования вдуваемого кислорода и тепла при соблюдении заявляемых признаков соответствуют вариантам 2 — 4. При отклонении заявляемых параметров результаты по цели предлагаемого способа снижаются (варианты 1 и 5).

Как видно из таблицы предложенный способ обескремнивания жидксго чугуна позволяет сократить длительность обработки чугуна эа счет повышения интенсивности продувки с 150 м /ч (прототип) до 400 и /ч, что при одинаковом количестве введенного в чугун кислорода соответствует 72 минутам обработки (прототип) и 27 минутам (предложенный способ). Кроме того, предложенный способ по сравнению с основным изобретением позволяет снизить содержание плавильной пыли в отходящих газах с 18 г/мэ

1788024

7 до 4- 7 г/ м, причем степень использования з вдуваемого кислорода и выделяющегося тепла остается высокой, превышающей показатели прототипа, Формула изобретения

Способ обескремнивания жидкого чугуна, включающий заливку чугуна s ковш, погружение в ковш фурмы с колоколом; подачу кислорода под колокол с формированием поверхности контакта кислород-чугун, равПоказатель для способа

Характеристики

Предлагаемый

Известный

100 1ОО 1OO . 1ОО 100 1ОО IÎÎ

Вес жидкого чугуна, м

Химический состав чугуна до обескремнивания, Ф:

4,42 4,42 4,42 4,42 4,42 4,42 4,42

0,74 0,74 0,74 0,74 0,74 0,74 0,74

О,96 0,96 0,Э6 0,96 0,96 О,96 0,96 м

Температура чугуна до обескремнивания, а

1237 123 / 1237 1237 1237 1237 1237

15 15 2

3 15 25 28

Расход истекающего кисло- рода, Ж об общего объема:

80 70. 65

20 30 35 о о

I00 100

10 пузырьковый режимражим вытеснения

215 188 175

Количество отверстий диамет-. ром 1 мм s о tг.р аsнHиsч и тTеsл еs, ют

256 о о г42

Химический состав чугуна после обескремнивания, 2;

4,41 4,41

0,638 0,603

0,87 0,87

4,41

0,558

0,87

4,41

0,575 о,87

4,41

0,601

0,87

4,41 4,41

0,569 0,561 о,87 О,87

22,30 13,78

18,51

1271 1260

180 180 180 180 180 180 180

150 300 400

400 400 400 400

27 27 27

72 36 27

18 23 8 4

5 7

0,!9 0,13

88,3

89,2 91,3 92,Э 91,1

88,4 73,6

340 339

340

334

340

337, 335

Площадь дополнительно формируемой поверхности взаимодействия кислорода с чугуном, 2

Степень обескремнивания чугуна, 2

Температура чугуна после обескремнивания, С

Количество введенного в чу гун кислорода, мз

Интенсивность продувки чугуна кислородом; мз/ч

Длительность вдувания кислорода, нин

Содержание плавильной пыли. в отходящих газах, г/мз

Повцаение тейпературы чугу. на в йересчете на 1 мт вдуваемого кислорода, С ,Степень использованйя кислорода, Ф

Стойкость футеровки ноева, наливов за всю кампанию ной 3 — 25 от площади чугуна в установленном сечении ковша, о т л и ч:а ю шийся тем, что, с целью сокращения длительности обработки за счет повышения интенсивно5 сти продувки, снижения пылевыделений при сохранении высокой степени использования кислорода и тепла, кислород в коли: честве 70-90 от общего подают в пузырьковом режиме вверх равномерно по

10 всей поверхности газопроницаемого колокола. г

1 (2 3 4 5

18,78 г3,11 24,19 24,59

1278 1279 1280 I 280 I 281

0,226 0,236 0,238 0,24 1 0,225

1788024

Составитель А.Бабакин

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н.Ревская

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 49 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5