Агрегат проточного типу для рафінування сталі

Изобретение относится к области металлургии и литейного производства и может быть использовано при разливке жидких расплавов через промежуточные устройства. В настоящее время для снижения загрязненности металлов и сплавов неметаллическими включениями (особенно экзогенными) и повышения их механических и служебных характеристик, используют промежуточные устройства различных конструкций, позволяющие за счет перегородок, имеющих сквозные каналы для пропуска металла, изменять как скорость, так и направление его движения и, таким образом, создавать более благоприятные условия для ускорения флотации неметаллических включений из расплава. Наиболее близким к описываемому изобретению из известных по технической сущности, является промежуточное разливочное устройство [1], содержащее монолитную огнеупорную перегородку, разделяющую объем разливочного устройства на отдельные отсеки со сквозными отверстиями. Указанные отверстия расположены в несколько рядов и имеют как различную форму сечения, так и различно ориентированы: нижние два ряда представляют собой каналы эллиптической формы диаметром 76,2мм с углом наклона 45° и два последующих ряда с цилиндрическими отверстиями такого же диаметра, ось которых расположена горизонтально. Таким устройством при разливке получают два типа потоков металла: наклонный, создаваемый нижними эллиптическими каналами наклонного типа в направлении к шлаковому слою, и горизонтальный, формируемый верхними рядами цилиндрических каналов и служит как для улучшения контакта между металлом и шлаком, так и протекания процесса перемешивания в отсеке промежуточного разливочного устройства. Однако, такая конструкция и параметры перегородки устройства не обеспечивают такое распределение скоростных полей и давлений, которые бы способствовали удалению более мелких (менее 100мкм) неметаллических включений из зоны поступления и перемещению их к открытой поверхности металла в промежуточном ковше. Это объясняется следующими причинами: 1. Форма сечения нижних переточных каналов (эллиптическая) не обеспечивает требуемой скорости истечения наклонных затопленных струй и потока в целом, поскольку в этом случае осевая скорость распространения струй уменьшается пропорционально 1/S, где S - расстояние от выходного отверстия (быстрое затухание скорости). 2. Суммарное сечение наклонных эллиптических каналов не регулируемо и не является оптимальным, поскольку не обеспечивается устойчивая и интенсивная подача металла снизу вверх к открытой поверхности. 3. Перегородка с таким соотношением площадей наклонных и горизонтальных переточных каналов формирует затопленные струи, направленные горизонтально, объем и работа которых излишне большая при, одновременно, недостаточно энергичном движении потоков металла вверх. В этом случае процесс выноса неметаллических включений происходит не так активно, как их ассимиляция в результате контакта между металлом и слоем шлака. С учетом того, что этап выноса неметаллических включений является определяющим в процессе рафинирования стали, этот параметр перегородки приобретает особое значение (см. сравнительную таблицу в первоначально представленном описании). 4. Конструкция перегородки не обладает универсальностью применения из-за однотипного и монолитного варианта ее исполнения (постоянные параметры), а также отличается дороговизной, обусловленной производством таких перегородок, требующих создания специализированных участков с разработкой сложной формовочной оснастки, огнеупорных материалов и специального термического оборудования. В основу изобретения поставлена задача создать универсальную эффективную конструкцию агрегата проточного типа для рафинирования стали путем устройства сменной перегородки с параметрами переточных каналов наклонного и горизонтального типов, обеспечивающих силы и скорости потоков стали, способствующие сосредоточению неметаллических включений и выносу их затопленными струями в сторону открытой поверхности агрегата. Поставленная задача решается тем, что сменная перегородка в агрегате выполнена из двухсекционных блоков, причем, нижний ряд их образует щелевидные каналы, суммарная площадь сечения которых составляет 55 - 70% общей площади перетока. На фиг.1 изображена схема агрегата; на фиг.2 различные варианты конструкций фильтрационных элементов; на фиг.3 - фрагмент устройства перегородки с фильтрационными элементами при футеровке агрегата. Агрегат проточного типа предлагаемой конструкции состоит из корпуса 1, футерованного обычными ковшевыми огнеупорами, сменной перегородки 2 с установленными в нижней части ее двухсекционными блоками 3, имеющими наклонные каналы со щелевидной формой сечения. Над рядом блоков с наклонными каналами расположены аналогичной конструкции блоки с горизонтальными каналами и круглой формой сечения. Сменная перегородка агрегата с рациональным соотношением суммарных площадей сечений наклонных и горизонтальных переточных каналов, с учетом оптимально выбранной формы наклонных - щелевой и обеспечиваемое блочной конструкцией перегородки, позволяет организовать такое течение металла, поступающего из стальковша и переток его через разливочное устройство, при котором блоки, установленные в нижних рядах перегородок и имеющие наклонные щелевидные каналы, формируют выходящие из них и направленные вверх жесткие потоки стали, способствующие подъему и всплыванию неметаллических включений, а затем их отделение в шлак. Эти потоки, направленные к открытой поверхности металла, вызывая объемные течения, достигают уровней стали, контактирующих со шлаковым слоем с минимальными потерями осевой скорости. Это становится возможным, поскольку скорость, кинетическая энергия и дальнебойность щелевидной (прямоугольной) струи значительно больше, чем круглой. Осевая скорость ее распространения в этом случае уменьшается пропорционально (для эллиптической 1/S). Верхние же ряды блоков, образующие систему горизонтальных цилиндрических каналов, порождают горизонтальные потоки, которые изменяют направление наклонных, вызывая эффект перемешивания струй, тем самым улучшая контакт между жидкой сталью и слоем шлака и способствуя ассимиляции включений. Переток через перегородку с такой формой нижних каналов и соотношением площадей улучшает показатели характеристик течения металла: наряду с ликвидацией застойных зон на открытой поверхности металла, увеличивает время пребывания стали в разливочном устройстве, а значит, повышает эффективность флотации более мелких неметаллических включений и последующей их ассимиляции. Данные по выбору оптимальных параметров перегородок (варианты B, C, D), обеспечивающих переток металла с высокой эффективностью рафинирования, приведены в таблице. Любой вариант выполняется установкой требуемого количества блоков с той или иной формой внутренних переточных каналов. Промышленные испытания агрегата проточного типа для рафинирования стали от неметаллических включений приводили на действующих промежуточных ковшах МНЛЗ конвертерного цеха меткомбината "Азовсталь". Футеровку промковшей производили в соответствии с требованиями технологической инструкции лишь с той разницей, что при устройстве перегородки, выполняемой многоярусной укладкой огнеупорных кирпичей, шесть рядов кладки были заменены двухсекционными блоками следующим образом: 5 блоков с щелевидными наклонными каналами и суммарной площадью сечения 65% общей площади перетока, расположили в 1 - 4 ряду, считая от дна ковша. Они обеспечивают поток металла из приемной камеры 5 в дозирующую 6 в направлении снизу вверх. В 6 - 7 ряду кладки перегородки установили три блока с цилиндрическими горизонтальными каналами, суммарная площадь которых составила 35% общей площади перетока. Размеры секций блоков 230 ´ 110 ´ 80мм обеспечили надежную увязку их в кладке. Блоки изготавливаются по разработанным нами техническим условиям на огнеупорном заводе на линии производства обычных огнеупорных изделий. Остальные ряды перегородки выполнены обычными, применяемыми при футеровке огнеупорами. Разливка промышленных серий плавок стали марок 09 10Г2ФБ, 13Г1СУ, ASTM A - 36 через промковши с перегородками, имеющими указанные параметры, показала, что таким соотношением суммарных площадей сечений переточных каналов поступающая из стальковша жидкая сталь наиболее равномерно распределяется на отдельные затопленные струи с формированием объемного течения поднимающимися потоками, создавая флотационный эффект. Работа горизонтальных струй гарантирует ликвидацию застойных зон и волнообразного движения на открытой поверхности промковша. По результатам металлографических исследований установлено, что в этом случае достигается эффективное и стабильное удаление неметаллических включений размером 20мкм и более. Применение предлагаемого способа рафинирования стали позволяет: снизить загрязненность стали неметаллическими включениями в 1,8 - 2,0 раза; - повысить механические и служебные свойства металла на 15 -20%; - снизить как количество листов, отсортированных по дефектам, выявленным УЗК, так и количество металла, удаляемого в обрезь по этой причине, более чем в 3 раза; - ожидаемый экономический эффект от внедрения технологии рафинирования составит 2,5 3,0грн/т стали.