Способ циркуляционного вакуумирования стали



Способ циркуляционного вакуумирования стали
Способ циркуляционного вакуумирования стали
Способ циркуляционного вакуумирования стали
Способ циркуляционного вакуумирования стали
Способ циркуляционного вакуумирования стали
Способ циркуляционного вакуумирования стали

 


Владельцы патента RU 2441924:

Закрытое акционерное общество "КОРАД" (RU)

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при внепечном рафинировании стали путем циркуляционного вакуумирования. Способ включает опускание патрубков вакуумной камеры в ковш с металлом, снижение давления над металлом, ввод аргона в металл во всасывающий патрубок и в вакуумную камеру горизонтальными струями в радиальном направлении при соотношении расходов аргона во всасывающем патрубке и вакуумной камере в пределах (1:1)-(2:1). Аргон вводят со звуковой скоростью истечения при содержании [С] в металле в интервале 0,040-0,001%. Аргон в вакуумной камере в металл вводят плоскими струями шириной при входе их в металл 0,5-1 мм и длиной 6-14 мм. Изобретение позволяет гарантированно получать ультранизкие содержания углерода и газов - водорода и азота, при снижении расхода энергоносителей на вакуумирование стали. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при внепечном рафинировании стали путем циркуляционного вакуумирования.

Известен способ циркуляционного вакуумирования стали, включающий подачу транспортирующего газа (аргона) во всасывающий патрубок, в котором расход газа (аргона) для ковшей емкостью 100-400 т (наиболее употребительных в высокопроизводительных кислородо-конверторных и электросталеплавильных цехах) принимается в диапазоне от 400 л/мин до 1200 л/мин, что соответствует удельному расходу аргона (3-4)·10-3 м3/(мин·т) [Морозов А.Н. Внепечное вакуумирование стали. / А.Н.Морозов, М.М.Стрекаловский, Г.И.Чернов, Я.Е.Кацнельсон. - М.: Металлургия, 1975. - С.143-154].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому способу является способ циркуляционного вакуумирования стали, включающий ввод аргона в металл во всасывающем патрубке и в вакуумной камере горизонтальными струями в радиальном направлении с соотношением расходов аргона через всасывающий патрубок и вакуумную камеру в пределах (1:1)-(2:1) соответственно. Ввод аргона в металл в вакуумной камере осуществляется через 16 фурм диаметром 3 мм. Параметры вакуумной обработки при этом: емкость ковша (масса плавки) 250 т, скорость отсоса 1500 кг/час, расход аргона через патрубок составляет от 240 до 300 м3/час (16-20)·10-3 м3/(мин·т), расход аргона в вакуум-камере составляет от 120 до 300 м3/час (8-20)·10-3 м3/(мин·т) [Производство стали с ультранизкими содержаниями углерода и азота на заводе фирмы «Ниппон Кокан» в Фукуяма. // Новости черной металлургии за рубежом. 1996. №2. С.37-39].

Недостатком этого способа является высокий удельный расход аргона, требующий применения вакуум-насосов повышенной производительности - 6 кг/(час·т) (1500 кг/час:250 т) по сравнению с обычной производительностью (около 3 кг/(час·т)). Это связано с увеличением затрат на стоимость аргона, производство пара и водоподготовку.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является снижение расхода энергоносителей (аргона, пара, воды) на вакуумирование стали при гарантированном получении ультранизких содержаний углерода и газов (водорода, азота).

Техническим результатом изобретения является снижение общего расхода вводимого в вакуумную камеру аргона и уменьшение требуемой производительности вакуумного насоса (относительно прототипа) при гарантированном получении ультранизких содержаний углерода и газов.

Указанная задача решается тем, что в способе циркуляционного вакуумирования стали, включающем опускание патрубков вакуумной камеры в ковш с металлом, снижение давления над металлом, ввод аргона во всасывающий патрубок и в вакуумую камеру горизонтальными струями в радиальном направлении с соотношением расходов аргона через всасывающий патрубок и вакуумную камеру в пределах (1:1)-(2:1) соответственно, согласно изобретению, аргон вводят со звуковой скоростью истечения до содержания [С] в металле в интервале 0,040-0,001%.

Кроме того, аргон в вакуумной камере в металл вводят плоскими струями шириной при входе их в металл 0,5-1 мм и длиной 6-14 мм.

Кроме того, общий расход аргона в вакуумной камере составляет (5-7,9)·10-3 м3/(т·мин).

Кроме того, аргон в вакуумной камере в металл вводят пульсирующими струями.

Известно, что удаление из металла углерода и растворенного газа хорошо описывается кинетическим уравнением первого порядка:

,

где С, C0 - текущая и начальная концентрации углерода или газа;

F/Vm - удельная поверхность раздела фаз металл-газ.

Продувка аргоном плоскими струями в приведенном режиме в условиях пониженного остаточного давления приводит к созданию скоростных струй, дробящихся в объеме металла на множество мелких пузырьков, увеличивая во много крат значение F/Vm и тем самым скорость и эффективность обезуглероживания и 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 пузырьков растворенного газа, т.е. происходит так называемое явление газовой кавитации, которая, как известно, возникает при определенном отношении

(обычно = 0,3-1,0),

где ρ, V - плотность и скорость расплава;

Δр - разность между общим и парциальным давлением газа в данной точке.

Таким образом, наряду с пузырьками аргона в объеме металла в вакуум-камере дополнительно возникают и находятся пузырьки выделяющегося газа (СО, Н2, N2). Эти пузырьки термодинамически неустойчивые при атмосферном давлении, в условиях пониженного давления, особенно в вакуум-камере, энергично растут, увеличивая еще больше эффект рафинирования металла.

Верхние значения диапазона удельного расхода аргона выбраны из условий недопущения выбросов металла в вакуум-провод установки, нижние - для условий при продувке аргоном со звуковой скоростью, обеспечивающих возникновение газовой кавитации.

Применение пульсирующего потока аргона позволяет дополнительно интенсифицировать перемешивание металла и процесс массопереноса в объеме металла к поверхности раздела «металл - инертный газ» и увеличить контактную поверхность металла и газа без увеличения расхода инертного газа.

Изобретение позволяет гарантированно получать ультранизкие содержания углерода (не более 0,002-0,003%) и газов (водорода (не более 1-2 см3/100 г), азота (не более 0,003-0,004% при использовании шихты чистой по нитридообразующим элементам, например по титану и др.) при вакуумировании нераскисленной стали и низкие содержания газов (водорода не более 1 см3/100 г и азота (не более 0,004%) при вакуумировании даже раскисленной стали.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет гарантированно получать ультранизкие содержания углерода и вредных газов без повышения текущих издержек и ввода дополнительных мощностей для производства пара и подготовленной воды.

Пример реализации предлагаемого способа иллюстрируется на фиг.1-5.

На фиг.1 представлен циркуляционный вакууматор.

На фиг.2 представлен разрез А-А циркуляционного вакууматора.

На фиг.3 представлен разрез Б-Б циркуляционного вакууматора.

На фиг.4 представлен вид В циркуляционного вакууматора.

На фиг.5 и 6 представлено сравнительное количество образующихся пузырьков газа при вводе аргона в металл плоскими струями (фиг.5) и обычными (круглыми) струями (фиг.6).

Позициями (фиг.1-6) обозначены: 1 - ковш, 2 - вакуумная камера, 3 - всасывающий патрубок, 4 - сливной патрубок, 5 - расплавленный металл, 6 - фурма для ввода струи аргона.

Способ осуществляют образом.

Ковш 1 устанавливают под вакуумную камеру 2 RH-установки, у ковша имеется два патрубка, один из которых всасывающий 3, а другой - сливной 4. В нижнюю часть всасывающего патрубка 3 и в вакуумную камеру 2 начинают вдувать аргон. Затем RH-установку опускают патрубками 3 и 4 в металл 5 в ковше 1, включают вакуум-насос, и расплавленный металл 5, вследствие разности давлений между вакуумной камерой 2 и атмосферой, поднимается по обоим патрубкам 3, 4 на барометрическую высоту в вакуумную камеру. Вводимые через фурмы 6 со звуковыми скоростями струи аргона приводят к возникновению огромной дополнительной реакционной поверхности, интенсифицируя и углубляя процесс обезуглероживания и дегазации расплавленного металла 5. Из сливного патрубка 4 дегазированный металл, попадая снова в ковш 1, смешивается с находящимся в ней расплавленным металлом 5, уменьшая содержание углерода и газов. По окончании процесса циркуляции металла насос отключают, RH-установку поднимают и прекращают подачу аргона.

Пример 1

При производстве стали IF-типа требуется иметь сверхнизкий уровень содержания атомов внедрения, особенно [С]≤0,003% и [N]≤0,0035%. При выплавке в кислородном конвертере железоуглеродистый нераскисленный полупродукт выпускают в ковш. При выпуске присаживают точно необходимое количество углерода для предварительного раскисления, устанавливая перед ваккумированием на RH-установке содержание [С]=0,02-0,04% и [О]=0,04-0,05%. Далее ковш с металлом подают на RH-установку. До начала вакуумирования (за 0,5-1 минуту) во всасывающий патрубок и в вакуумную камеру начинают подавать аргон с расходом, исключающим заход металла в фурмы. Затем RH-установку опускают патрубками в металл в ковше. После достижения Рост=300 мм рт.ст. в патрубок и в вакуумную камеру вводят аргон со звуковой скоростью при отношении расходов в патрубке и в вакуумной камере 1:1 и вакуумируют при Рост≤1 мм рт.ст. в течение 15-20 мин. Затем за 4-5 мин до окончания расход аргона уменьшают до обычного уровня и для связывания С, О, S, N в металл вводят необходимое количество алюминия, титана и ниобия. Спустя 5-7 минут после этого насос останавливают. RH-установку поднимают и подачу аргона прекращают.

Пример 2

Из кислородного конвертера выпускают железоуглеродистый полупродукт с [С]=0,04%, металл подают на RH-установку. Вводят аргон в патрубок и в вакуумную камеру плоскими струями в количестве, исключающем заход металла в плоские фурмы. Опускают RH-установку в металл в ковше и увеличивают расход аргона в патрубке и в вакуумной камере до 5·10-3 м3/(т·мин). Вводят аргон плоскими горизонтальными струями размером 0,51 мм×6 мм со звуковой скоростью. Затем по достижении [С]=0,002-0,001% расход аргона снижают до обычного уровня (4,0-4,5)·10-3 м3/(т·мин), присаживают раскислители (алюминий, титан, ниобий) и вакуумируют еще 5-7 мин. После этого насос отключают, RH-установку поднимают и прекращают подачу аргона.

Пример 3

Железоуглеродистый полупродукт выпускают из кислородного конвертера при [С]=0,02-0,04%, корректируют [О] присаживанием углерода в ковш до [О]=0,04-0,05% и подают на RH-установку. Затем подают в патрубок и в вакуумную камеру аргон, опускают RH-установку, включают вакуумный насос и подают аргон со звуковой скоростью плоскими струями размером 1 мм×14 мм с расходом 7,9·10-3 м3/(т·мин) в патрубок и в вакуумную камеру соответственно в интервале [С]=0,040-0,001%. По достижении [С]=0,002-0,001% интенсивность ввода аргона понижают до обычной (4,0-4,5)·10-3 м3/(т·мин), присаживают алюминий, титан, ниобий и вакуумируют еще 6-8 мин. Затем насос отключают, RH-установку поднимают и прекращают подачу аргона.

Пример 4

Выполняется как в примере 1, но при этом аргон в вакуумную камеру вводят пульсирующими струями.

Изобретение позволяет гарантированно получать ультранизкие содержания углерода и газов (водорода, азота) при снижении расхода энергоносителей на вакуумирование стали.

1. Способ циркуляционного вакуумирования стали, включающий опускание патрубков вакуумной камеры в ковш с металлом, снижение давления над металлом, обезуглероживание металла путем ввода аргона в металл во всасывающий патрубок и в вакуумную камеру горизонтальными струями в радиальном направлении при соотношении расходов аргона во всасывающем патрубке и вакуумной камере в пределах (1:1)-(2:1), отличающийся тем, что ввод струй аргона в металл осуществляют со звуковой скоростью истечения до содержания [С] в металле 0,040-0,001%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что аргон в вакуумной камере в металл вводят плоскими струями шириной при входе их в металл 0,5-1 мм и длиной 6-14 мм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что общий расход аргона в вакуумной камере составляет (5-7,9)·10-3 м3/(т·мин).

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что аргон в вакуумной камере в металл вводят пульсирующими струями.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к металлургии, конкретно к способу получения низкоуглеродистых сталей. .

Изобретение относится к подъемному механизму для подъема заполненного жидкой сталью ковша со сталевоза к погружным трубам сосуда для вакуумной обработки на установке RH.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при внепечном рафинировании стали. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к внепечной обработке жидкого металла. .

Изобретение относится к производству длинномерных цилиндрических изделий, в частности к производству калиброванной стали и проволоки. .

Изобретение относится к металлургии. .
Изобретение относится к схемам оборотного водоснабжения и может быть использовано в металлургии. .
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству легированной стали. .

Изобретение относится к водоснабжению и может быть использовано в металлургии. .
Изобретение относится к металлургии, конкретнее к внепечной обработке металла в ковше

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к сталеплавильному производству

Изобретение относится к области металлургии, в частности к циркуляционному вакуумированию жидкой стали

Изобретение относится к металлургии, в частности к ремонту внутренней футеровки патрубка вакууматора

Изобретение относится к области металлургии, в частности к устройству для дегазации стального расплава
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам производства низкоуглеродистой стали. В способе во время выпуска стали в сталеразливочный ковш производят предварительное раскисление и легирование марганецсодержащими ферросплавами, внепечную обработку металла проводят на установке циркуляционного вакуумирования стали, причем устанавливают разрежение в вакуумкамере не более 10 мбар и расход аргона для перемешивания от 0,8 до 1,1 л/(т*мин), после чего производят окончательное раскисление и легирование металла в вакуумкамере алюминиевой дробью в количестве 1,5…2,5 кг/т из расчета получения требуемого содержания алюминия в металле, при этом общую продолжительность вакуумирования устанавливают от 10 до 15 мин. Изобретение позволяет максимально удалить неметаллические включения, снизить расход алюминия и стабилизировать процесс разливки металла за счет улучшения качества разливаемой стали.

Изобретение относится к области металлургии и может найти применение при выплавке и внепечной обработке конструкционных сталей различных марок. Способ включает выплавку в дуговой печи полупродукта, выпуск расплава в ковш, присадку твердо-шлаковой смеси и легирующих, обработку расплава основным шлаком, усреднительную продувку аргоном, контроль окисленности расплава, раскисление алюминием, вакуум-шлаковую обработку и разливку в вакууме, причем выпуск расплава в ковш ведут без отсечения шлака, а обработку расплава в ковше ведут шлаком с основностью (СаО+Аl2O3)SiO2 равной 4,5…16, при этом вакуум-шлаковую обработку проводят дважды при условии, что первую вакуум-шлаковую обработку начинают при активности кислорода в расплаве 0,01…0,05 мас.% и суммарном содержании в шлаке оксидов железа и марганца в диапазоне 15…25 мас.%, а вторую вакуум-шлаковую обработку - при активности кислорода в расплаве не более 0,01 мас.% и суммарном содержании в шлаке оксидов железа и марганца не более 5 мас.%, а перед второй вакуум-шлаковой обработкой проводят дополнительную присадку шлакообразующих и легирующих. Изобретение позволяет создать экономичную технологию производства стали, обеспечивающую содержание в стали водорода не более 0,00025 мас.% и серы не более 0,0050 мас.%, а также повысить вязкость и пластичность стали. 3 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству сталей с низким содержанием углерода, преимущественно для нужд энергетики и создания оборудования, работающего в условиях сверхкритических параметров пара. Способ включает выплавку стали в сталеплавильном агрегате, выпуск расплава в ковш, контроль химического состава расплава, легирование, раскисление, вакуумирование и разливку, причем легирование и раскисление расплава дополнительно ведут редкоземельными металлами и/или их лигатурами, при этом легирование азотом проводят перед завершением раскисления введением в ковш твердых азотсодержащих материалов и/или продувкой газообразным азотом, а суммарное количество раскислителей, вводимое в расплав для достижения заданного содержания кислорода в стали, определяют по формуле: ΣR=1,2÷3,0(ао-[%Огот], где ΣR - суммарное содержание раскислителей, мас.%, aо - активность кислорода в расплаве, мас.%, [%Oгот] - заданное содержание кислорода в стали, мас.%. Изобретение позволяет повысить качество выплавляемой стали, уменьшить содержане неметаллических включений, а также повысить механические и эксплуатационные свойства стали. 5 з.п. ф-лы, 2 табл.

Предлагаемое изобретение относится к металлургии, конкретно - к оборудованию для внепечного вакуумирования жидкой стали. Вакуум-камера содержит три погружных патрубка. Патрубки выполнены с наклоном относительно вертикальной оси вакуум-камеры и расположены со смещением относительно этой оси на расстояние 1-1,5d, где d - внутренний диаметр патрубка. Каждый патрубок снабжен футерованной огнеупорным материалом вставкой, расположенной между днищем вакуум-камеры и верхней поверхностью патрубка, и соплами для подачи транспортирующего газа, расположенными с нижней стороны, противоположно вставке. Использование изобретения обеспечивает расширение функциональных возможностей вакуум-камеры за счет интенсификации перемешивания металла в ковше. 4 ил.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к облицовке стенки металлургической печи, выполненной в виде системы. Система содержит первую холодильную плиту и соседнюю вторую холодильную плиту. Каждая холодильная плита имеет лицевую сторону, обращенную к внутреннему пространству печи, противоположную заднюю сторону, обращенную к стенке печи, и четыре торцевые стороны. Между двумя соседними холодильными плитами расположен заполняющий зазор вкладыш. Вкладыш содержит металлическую переднюю пластину с обращенной к внутреннему пространству печи передней стороной и фиксирующее средство для установки передней пластины между двумя соседними холодильными плитами таким образом, что передняя пластина простирается между торцевыми сторонами обеих холодильных плит, а передняя сторона передней пластины установлена заподлицо с лицевыми сторонами обеих холодильных плит. Использование изобретения обеспечивает защиту холодильных плит от неравномерной эрозии. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх