Спосіб позапічної обробки рідкого металу в ковші

УКРАЇНА U A /d« ) 1 > 5 (0,5 + 100 m/M ) ( Wi/Vg dK ) (/зр/рм ) ( периодов изменения давления металла в камере опускают со скоростью а затем в течение 7 °' щ - 11,7 (100 m/M) периодов изменения давления скорость опускания металла увеличивают до 1 (57) Способ внепечной обработки жидкого металла в ковше, включающий периодическое заполнение металлом погруженной в ковш камеры, подачу в камеру с металлом реагентов с высокой упругостью пара при давлении в камере, превышающем упругость пара реагентов, вытеснение металла из нее за счет изменения давления, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что давление в камере изменяют от 1,01-1,03 упругости пара реагентов до величины снижения уровня металла в камере на 0,5-3,0 гидравлических диаметра потока металла, причем реагенты вводят в металл отдельными порциями массой 0,3-5,0% от массы металла в камере, после чего на протяжении - о. і] (і + а«) а5 < W2 0,083 dk го газа. 30 сопровождается резким уменьшением скоОптимальное изменение уровня металрости плавления реагентов в камере и соотла в камере находится в пределах 1-2 гидветственно снижением эффективности равлических диаметров его потока. Если обработки. Вместе с тем использование реизменение уровня металла составляет меньше 1,0 гидравлического диаметра потока, то 35 агентов фракцией из-за небольшого количества металла в камере температура его при вводе реагентов 1р/А-) периодов изменения давления. Уменьшение числа периодов изменения давления в камере ниже указанного не обеспечивает полного расплавления реагентов в ней, а увеличение - приводит к неоправданному удлинению продолжительности обработки. Поскольку растворимость реагентов с высокой упругостью пара в металле характеризуется очень низкой величиной (0.0040,032%), то после полного расплавления таких реагентов в камере дальнейшее увеличение эффективности обработки металла связано только с вытеснением жидких реагентов из камеры в объем ковша. С целью 11 исключения потерь реагентов путем их испарения при попадании в ковш, расплавленные реагенты необходимо вытеснять из камеры определенными порциями, которые при всплывании полностью прореагируют с металлом в жидком виде. Экспериментально vcTaHOBneHO, что такие условия достигаются при опускании металла в камере со скоростью " - сі] (і + W 2 5,3 12 8076 0,13 Вытеснение пузырей газа из камеры в ковш сопровождается снижением сіепени усвоения металлом реагентов с высокой упругостью пара, поскольку при этом из-за более высоких скоростей восходящих потоков, полученных в результате всплывания пузырей газа, уменьшается время взаимодействия реагентов с металлом при давлении, превышающем упругость их пара. Кроме то10 го, наличие газовой фазы в ковше существенно облегчает условия и с п а р е н и я элементов с высокой упругостью пара, а это также ведет к снижению степени их усвоения металлом. Рациональная скорость опускания ме15 талла в камере, обеспечивающая стабильное вытеснение жидких реагентов в ковш без вовлечения в него газа, превышает нижний заявляемый предел на 60-80% от разно20 сти между верхним и нижним ее пределами, т.е. W2om25 + { 5 , 3 d K + 0,13-[VgdK(1 + vl 1+ +dicj ї0-5>\ Н *U 6 1 1 ' - 0.1] x 8 0 °і100 — • тіп 30 Уменьшение указанной скорости ведет к нарушению равномерности вытеснения жидких реагентов в ковш, что обусловливает увеличение продолжительности обработки. Вытеснение металла из камеры со скоро35 стью, превышающей рациональный ее предел, сопровождается аэрацией металла в камере без вовлечения в ковш газа, которая вызывает уменьшение количества металла в камере, т.к. часть ее рабочего объема зани40 мает аэрируемый металлом газ, а это ведет к увеличению продолжительности обработки металла. Уменьшение числа периодов изменения 45 давления ниже заявляемого (пг) не обеспечивает полное вытеснение жидких реагентов из камеры в ковш, в результате чего они накапливаются в камере в жидком виде. Увеличение количества жидких реагентов в ка50 мере ведет к снижению массы порции металла, поступающего в камеру за один период изменения давления, и, как следствие, к уменьшению ее теплосодержания. Это может вызвать переохлаждение метал55 ла в камере и при определенных условиях привести к заметалливанию внутренней ее полости. Увеличение числа периодов изменения давления свыше заявляемого ведет к повы 8076 шению длительности обработки, что снижаре. соответствующей оптимальным ее преет ее эффективность. делам. Концентрация чистого вещества с выПовышение концентрации в реагенте сокой упругостью пара в реагенте (кальция) элементов с высокой упругостью пара при составляет 30%, а удельный расход его І.5 прочих равных условиях вызывает, с одной 5 кг/т обрабатываемой стали. Диапазон изместороны, снижение числа порций реагента, нения уровня металла в камере внутренним поступающих в камеру, а с другой - увеличедиаметром 0,6 м равен 1,3-1,9 м. Глубина ее ние количества периодов изменения давлепогружения в расплав 2,35 м. Из приведенния, обеспечивающих вытеснение жидких ной зависимости следует, что увеличение реагентов из камеры в ковш. 10 массы порции реагентов до 3,3% от массы Поступление в камеру реагентов с высометалла, поступающего в камеру за один кой упругостью пара отдельными порциями период изменения давления, вызывает массой 0,3-5% от массы порции металла, уменьшение продолжительности обработзаполняющего камеру в течение одного пеки, а .увеличение массы порции реагентов риода изменения давления, обеспечивает 15 свыше этого значения сопровождается побыстрое протекание процесса обработки вышением времени обработки. металла такими реагентами без потерь их за Оптимальная масса порции, определяесчет испарения. мая наиболее коротким временем обработУстановлено, что уменьшение массы ки металла, составляет 2-4,3% от массы порции реагентов ниже указанной величи- 20 металла, поступающего в камеру за один ны, соответствующей нижнему заявляемому период изменения в ней давления, пределу, не обеспечивает обработку металП р и м е р ы . Обработке подвергают полностью раскисленную сталь марки ла даже с минимальной концентрацией в 09Г2С, находящуюся в 260-т сталеразливочнем серы и кислорода при максимально возможном содержании в реагенте элементов с 25 НОМ КОВШе С ОСНОВНОЙ футерОВКОЙ. П р и СІИве из конвертера в ковш на струю металла высокой упругостью пара (100% чистого везадают силикомарганец. ферросилиций и щества). Вместе с тем для обработки металалюминий, а также шлакообразующую ла используют в основном не чистые смесь, состоящую из извести и плавикового вещества с высокой упругостью пара, а их сплавы с другими элементами (кремнием, 30 шпата. Попадание в сталеразливочный ковш алюминием и др.). Масса порции реагентов конвертерного шлака предотвращают путем с высокой упругостью пара с увеличением отсечки. После слива металла ковш подают содержания в них сопутствующих элеменподустановку пульсационногоперемешиватов возрастает. Экспериментальноустановния, с помощью которой в металл вводят лено, что для применяемых на практике 35 кусковой силикокальций СК-30 (ГОСТ 4762реагентов их количество, обеспечивающее 71) фракцией 20 мм. Содержание кислорода протекание процесса рафинирования меи серы в металле соответственно 0,03 и талла в камере без образования на его стен0,040%, температура его в ковше перед наках металлического гарнисажа и корки на чалом обработки 1600°. Обработку металла поверхности металла, не превышает 5,0% от 40 силикокальцием осуществляют по следующим 13 вариантам: массы металла, поступающего в камеру за I вариант - отвечает оптимальным услоодин период изменения давления. Указанвиям обработки по заявляемому техническоное относительное количество реагентов сому решению; с ответствует верхнему заявляемому пределу. II вариант-обеспечивает условия обраПри увеличении количества реагентов за не- 45 ботки, при которых изменение уровня мебольшое число периодов изменения давлеталла в камере находится ниже заявляемого ния в камере произойдет ее полное предела, а масса порции силикокальция и заметалливание в верхней части, что сделаскорость опускания металла в камере соотет невозможным дальнейшее проведение обработки металла. 50 ветствуют оптимальным значениям; III вариант - изменение уровня металла Установлено, что продолжительность в камере равно нижнему заявляемому предобработки металла в зависимости от массы елу, скорость опускания металла в камере и порции реагентов с высокой упругостью памасса реагентов соответствуют оптимальра при прочих равных других параметрах изменяется не монотонно, а экстремально. 55 ным; IV вариант - скорость опускания «металНа фиг.1 представлена зависимость продолла в камере и масса порции реагентов отвежительности обработки металла в 250-т стачают оптимальным пределам, а изменение леразливочном ковше от массы порции уровня металла в камере соответствует зерпоступающих в камеру реагентов при заявхнему заявляемому пределу; ляемой скорости опускания металла в каме 8076 V вариант - режим обработки при оптимальных значениях скорости опускания металла в камере и массе порции реагента, но изменение уровня металла в камере превышает перхний заявляемый предел; 5 VI вариант - отвечает обработке металла силикокальцием. масса порции которого ниже заявляемого предела. Скорость опускания металла в камере и изменение уровня металла в ней являются оптимальными; 10 VII вариант ~ скорость опускания металла в камере и изменение уровня металла в ней отвечают оптимальным, а масса порции реагентов равна нижнему заявляемому пределу; 15 VIII вариант - масса порции реагентов отвечает верхнему заявляемому пределу. Скорость опускания металла в камере и изменение его уровня в ней находятся в оптимальных пределах; 20 IX вариант - скорость опускания металла в камере и изменение его уровня в ней соответствуют оптимальным, а масса порции реагентов превышает верхний заявляемый предел; 25 X вариант - изменение уровня металла в камере и масса порции реагентов являются оптимальными, а скорость опускания металла в камере ниже заявляемой; XI вариант - скорость опускания метал- 30 л а в камере соответствует нижнему заявляемому пределу. Масса порции реагентов и изменение уровня металла в камере находятся в оптимальных пределах; XII вариант - масса порции силикокаль- 35 ция и уменьшение уровня металла в камере отвечают оптимальным значениям, а скорость опускания металла в камере равна верхнему заявляемому пределу; 16 XIII вариант - режим обработки при оптимальных массе порции реаіентов и изменении уровня металла в камере, но скорость опускания металла в камере превышает верхний заявляемый предел. Перед началом обработки по каждому из перечисленных вариантов камеру погружают в расплав на 0.3-0,4 м и производят вытеснение из нее шлака через нижнее отверстие, который попадает в камеру при погружении в расплав. Для этого в камеру подают азот с расходом, обеспечивающим опускание расплава в ней со скоростью до 1 м/мин. По достижении уровнем металла нижнего торца камеры газ выходит в ковш и в виде отдельных пузырей покидает расплав. При этом шлак вытесняется из камеры в ковш. Подачу азота в камеру в таких условиях осуществляют на протяжении 20-30 сек., что приводит к полному вытеснению шлака из камеры. Затем подачу азота прекращают и камеру погружают на рабочую глубину, которая рассчитывается в зависимости от заданного изменения уровня металла в камере и упругости пара реагента. Рассмотрим пример конкретного выполнения заявляемого способа по варианту I. Все режимные параметры в этом варианте отвечают оптимальным. Упругость пара кальция при температуре обрабатываемого металла равна 0,19 МПа. Нижний предел давления в камере, превышающий упругость пара кальция в 1,01 раза, составляет 0.19 • 1,01 =0,192 МПа Этому давлению соответствует опускание металла в камере на 0,192 • 10е -3000 -9,81 - 0 , 0 5 - 0 , 1 • 1 0 6 _ -1,28 м, 7000 • 9.81 ( 1 + ггт?) где 3000. 7000 - плотность соответственно шлака и металла, кг/м , 9,81 - ускорение силы тяжести, м/с ; 0,05 - уровень шлака в ковше, м; 0,1 • 10 -атмосферное давление, Па; 0,6,1,1 -диаметр камеры, соответственно внутренний и наружный, м; 3,6 - внутренний диаметр ковша на уровне шлакового пояса, м. Диапазон изменения уровня металла в камере равен 1,5 гидравлических диаметра потока металла. При использовании цилиндрической камеры внутренним диаметром 0,6 м указанный диапазон изменения уровня металла в ней составит 0,6 • 1.5 = 0,9 м. Максимальный уровень опускания металла в камере 1,28+ 0,9 = 2,18 м Давление газа в камере, соответствующее этому уровню металла, равно ПА 2 2,18 ( 1 + ~~ , ) • 7000 • 9,81 + V 3,6^ - 1.22/ f 3000 • 9,81 • 0,05 + 0.1 • 106 - 0.256 МПа. I 17 8076 Для предотвращения выброса газа из камеры через нижнее отверстие вследствие отклонения уровня поверхности металла в ней в процессе обработки от горизонтального положения, а также возможных погрешностей в работе системы управления подачи азота в камеру, нижний уровень металла в камере в спокойном состоянии находится ив 0,4 м выше нижнего ее торца С учетом этого глубина погружения камеры в расплав составляет 18 m - l3.0 • 1780 - . . n m - .у.лг c 53,4 кг Скорость опускания металла в камере, при которой обеспечивается плавление реагента без вытеснения его в ковш, прррчшэющая нижний заявляемый предел на 70 X от » разности между верхним и нижним РЄ пре делами, равна 0.3 V9,81 • 0,6 + [ 2.18 «-0.4 + 0,05 «2,63 м \~ Масса металла, поступающего в камеру за один период изменения давления, равна М -3.14 0.6і ~Обб0/ ~ где 2500; 0,02 - соответственно плотность и фракция силикокальция, кг/м 3 , м. Число периодов изменения давления для полного расплавления одной порции силикокальция составляет 1+ 0,02 \ 15 ( "О600/ П1 9,6 «10 (0.Г+ 100 . Продолжительность одного периода изменения давления при подьеме металла в камере со скоростью 1,0 м/с в условиях плавления реагента равна 1,0 / і + 0,020\б л. V 0.9 • 7000 =1780 кг П 17 • 9 71Я 10° -53,4/1780/- , + Х - 0,3 ^9,81 • 0.6І -j-t - 1,16 м/с. Масса одног порции силикокальция при условии, что она составляет 3,0% от массы металла, поступающего в камеру за один период изменения в ней давления, составляет Т16 0,6 1