Спосіб розкиснення рідкої сталі у виливниці

Корисна модель відноситься до металургії, а саме, до виробництва злитків мартенівської сталі і може бути використана при розкиснюванні рідкої сталі в процесі її розливання у виливниці. Відомий спосіб розкиснення низьковуглецевої сталі, у якому в момент розливання металу розкиснювач (алюміній) вводять на поверхню розплаву безупинно при заповненні верхньої частини виливниці [А.с. СРСР №421717, МПК С21С7/06]. При цьому за рахунок високої температури в зоні розкиснення і взаємодії розкиснювача з киснем атмосфери значна частина алюмінію згорає на поверхні рідкої сталі, що приводить до підвищеної витрати розкиснювача. Крім того, продукти горіння алюмінію утворюють неметалеві включення, що погіршують якість злитка і готового прокату. Відомий спосіб обробки киплячої сталі у виливниці, у якому угар розкиснювача зменшують за рахунок його заглиблювання і розплавлювання під рівнем рідкого металу без доступ у кисню атмосфери [А.с. СРСР №418530, МПК С21С7/06]. Заглиблення досягається за допомогою збільшення питомої ваги розкиснювача при додаванні до нього заліза. Таким чином, розкиснювач вводять у виливницю у виді гранул феросплаву. При цьому розподіл феросплаву в тілі злитка є малопрогнозованим і неефективним, тобто стає неможливим створення підвищеної концентрації розкиснювача у верхній частині виливка, що необхідно для успішного завершення операції "хімічного закупорювання". Це приводить до необхідності збільшення концентрації розкиснювача в цілому об'єму рідкої фази злитка і високому рівню витрат розкиснювача на тонну сталі, що розливається. Відомий спосіб розливання киплячої сталі, прийнятий за прототип, у якому після наповнення виливниці металом, на поверхню розплаву вводять розкиснювач у виді гранульованого алюмінію [Технологічна інструкція ТІ 227-ст.М-02-97. Розливання сталі, в тому числі для експорту й атомної енергетики, у мартенівському цеху // Маріуполь, 1997. - С.19]. При цьому створюється необхідна концентрація розкиснювача у верхній частині злитка, що збільшує е фективність його використання в порівнянні з попереднім аналогом. В той же час за рахунок високотемпературної взаємодії розкиснювача з киснем атмосфери, значна частина алюмінію згорає на поверхні рідкої сталі, що приводить до підвищеного (у порівнянні з необхідним) рівня витрат розкиснювача на тонну сталі, що розливається. Крім того, продукти горіння алюмінію утворюють неметалеві включення, що погіршують якість злитка і готового прокату. При розливанні киплячих марок сталі у виливниці для заспокоєння "киплячого" рідкого металу і початку кристалізації головної частини виливка (операція "хімічного закупорювання" злитка) використовують хімічно активні речовини - розкиснювачі. Частіше за всього як розкиснювач застосовують алюміній у чистому виді або у виді феросплавів. Для створення ефективної концентрації розкиснювача у верхній частині злитка і швидкого засвоєння розкиснювача рідким металом розкиснювач вводять на поверхню розплаву у виді дрібних гранул після наповнення виливниці. При цьому значна кількість розкиснювача згорає в окисній атмосфері, тобто витрачається не за призначенням. Продукти горіння розкиснювача (оксиди) є неметалевими включеннями, що погіршують якість сталі. Крім того, при горінні алюмінію виникає піроефект із виділенням великої кількості тепла (температура в зоні горіння досягає 2200°С), що істотно утр удняє кристалізацію головної частини злитка. В основу корисної моделі поставлена задача розробити спосіб розкиснення рідкої сталі у виливниці, у якому за рахунок здійснення нових дій досягається зменшення угару розкиснювача, що дозволить значно знизити його витрату в розрахунку на тонну сталі, що розливається, і поліпшити якість металу в злитку і готовому прокаті. Для розв'язання поставленої задачі в способі розкиснення рідкої сталі у виливниці, що включає введення розкиснювача на поверхню розплаву, відповідно до корисної моделі, починаючи з моменту введення розкиснювача або безпосередньо перед його введенням і до завершення засвоєння розкиснювача металом на поверхню розплаву подають нейтральний газ, наприклад, азот або аргон. Крім того, подачу нейтрального газу здійснюють під тиском, одним або декількома струменями. До цього ж, струмені газу спрямовують відносно поверхні розплаву під різними кутами в діапазоні 0≤j≤90°. В основу пропозиції покладене прагнення відгородити хімічно активний розкиснювач, що попадає в зону високої температури, від хімічно активної (кисеньутримуючої) окисної атмосфери. Один зі способів реалізації цієї задачі полягає у витисненні атмосферного повітря (утримуючого кисень) із зони взаємодії розкиснювача з рідким металом із заміною його хімічно неактивним аналогом (нейтральним газом). Як нейтральний газ може бути використаний будь-який інертний газ або інший газ, що задовольняє умовам "неактивності" і безпеки його застосування, тобто дотримання санітарних норм і норм охорони праці. Крім того, використання газу повинне бути економічно виправданим, тобто газ повинен бути дешевим і доступним для сучасного металургійного виробництва. Найбільш прийнятними варіантами нейтрального газу, у цьому випадку, є аргон або азот. Ознака подачі нейтрального газу починаючи з моменту введення розкиснювача і до завершення засвоєння розкиснювача металом гарантує наявність захисної атмосфери над поверхнею розплаву протягом усього часу розплавлювання і розчинення (засвоєння) розкиснювача в рідкому металі, що у свою чергу, робить процес горіння вільного (не зв'язаного з металом) розкиснювача неможливим. У той же час, за технологічними причинами, пов'язаними, наприклад, з неможливістю одночасного введення розкиснювача і подачі нейтрального газу, а також з метою спрощення порядку виконання технологічних операцій захисна атмосфера над поверхнею розплаву може бути організована до введення розкиснювача. Ознака подачі нейтрального газу під тиском дозволяє зберегти захисну атмосферу навіть у тому випадку, якщо використовуваний газ є летучим (легше повітря). Постійний надлишковий тиск газу гарантує постійне нагнітання його в небезпечну зону, а кінетична енергія струменя газу забезпечує наявність захисту від окиснювання над усією поверхнею розплавленого металу. Ознака подачі нейтрального газу одним струменем забезпечує виконання поставленої в корисній моделі задачі при максимальній простоті конструктивного виконання пристрою подачі. Ознака подачі нейтрального газу декількома струменями забезпечує більш ефективний захист розкиснювача за рахунок гарантованого створення захисного шару над усією поверхнею рідкого металу. Подача струменів нейтрального газу під різними кутами відносно поверхні розплаву дозволяє розподілити і розосередити "пляму контакту" на поверхні розплаву від струменів газу, що ви ходять з одного джерела. У той же час, заявлений діапазон напрямків кожного зі струменів забезпечує виконання задачі, що поставлена при розробці корисної моделі, у випадку подачі нейтрального газу з джерела, розташованого у будь-якім місці головної частини злитка. Прикладом конкретного застосування корисної моделі є експеримент, виконаний у мартенівському цеху ВАТ "ММК ім. Ілліча". У ході експерименту при розливанні у виливниці киплячої сталі марки 08кп випробувано три варіанти введення розкиснювача для "хімічного закупорювання" 18-тонних злитків однієї плавки. Злиток №1 (валовий) розкиснювався за звичайною (діючою на дійсний момент часу) технологією. Присадка гранульованого алюмінію на дзеркало рідкого металу склала 0,5кг/тн або 9кг/злиток. Введення розкиснювача супроводжувалося бурхливою реакцією горіння на поверхні розплаву з яскравим білим полум'ям і димоутворюванням. Злиток №2 (дослідний) розкиснювався за звичайною технологією з одночасною подачею на дзеркало металу моноструменя азоту від вн утріцехової газової магістралі. Тиск газу в магістралі - 0,4МПа. Діаметр сопла газового патрубка - 50,8мм. Струмінь спрямовували від короткої грані виливниці, уздовж великої осі поперечного переріза злитка, під кутом j=15° до поверхні рідкого металу. Присадка алюмінію, що забезпечувала "закупорювання" злитка склала 0,25кг/тн або 4,5кг/злиток. Горіння алюмінію на поверхні металу не спостерігалося. Злиток №3 (дослідний) розкиснювався за звичайною технологією з одночасною подачею на дзеркало металу п'яти струменів азоту від внутріцехової газової магістралі (0,4МПа). Діаметр газових сопел - 25,4мм. Розміщення сопел на газовому патрубку - через 150мм. Струмені спрямовували від довгої грані виливниці, паралельно короткої осі поперечного переріза злитка, під кутами j=15, 30, 45° до поверхні рідкого металу. Присадка алюмінію, що забезпечувала "закупорювання" злитка склала 0,22кг/тн або 4,0кг/злиток. Горіння алюмінію на поверхні металу не спостерігалося. Після засвоєння алюмінію на всіх трьох злитках додатково робили присадку 65%-го феросиліція з розрахунку 0,4-0,5кг/тн. Введення феросиліція здійснювалось за звичайною технологією. Усі злитки після введення феросплавів і закінчення "закупорювання" (тобто остаточного розкиснення) мали злегка опуклу поверхню головної частини, що відповідає вимогам інструкцій. Дослідження готового прокату показали, що механічні властивості листа з усі х злитків знаходилися в межах вимог ДСТ. При цьому зразки прокату зі злитків №2 і №3 мали більш високі пластичні характеристики. Після дослідження складу металу на наявність неметалічних включень, був установлений підвищений ступінь забруднення металу в злитку №1 (головним чином, включеннями Al2O3). Середня кількість неметалевих включень (глинозему), що визначена на різних рівнях по висоті злитка, склала, 10-4%: Висота, % 55 80 Злитки №№: 1 358 289 2 181 132 3 176 123 Зроблено висновок, що зменшення неметалевих включень у сталі поліпшує якість готового прокату. Таким чином, застосування запропонованої корисної моделі дозволяє при розкисненні рідкої сталі у виливниці зменшити угар розкиснювача, значно знизити рівень його витрати в розрахунку на тонну сталі, що розливається, і поліпшити якість металу в злитку і гото вому прокаті.