Спосіб обробки шлакометалевого розплаву

Изобретение относится к металлургии и литейному производству, а именно к обработке жидких и затвердевающих металлов в ковшах, изложницах и т.п. Известен способ перемешивания жидкостей, осуществляемый при помощи вибрационного перемешивающего устройства по авт.св. СССР №688212, кл. В 01 F 11/00, согласно которому в жидкости возвратно-поступательно перемещается шток с перемешивающим органом, выполненным в виде диска с отверстиями. Интенсивность перемешивания увеличивается путем возрастания степени диспергирования жидкости за счет насадка-диффузора. Однако данный способ сложен в осуществлении при обработке шлако-металлических расплавов и не влияет на выход металла. Известен способ вибрационного воздействия на затвердевающий металл по авт.св. СССР №1532197 кл. В 22 D 27/08, согласно которому обработку жидкого металла производят путем сообщения изложнице колебаний с частотой циклически плавно увеличивающейся от 0,3-0,5 до 80-100 Гц, при этом частота минимальна в начале и конце цикла и максимальна в его середине, а длительность цикла равна 0,02-0,04 периода затвердевания слитка. Однако при обработке шлакометаллических расплавов данный способ из-за недостаточной глубины воздействия колебаний не способствует повышению качества и выхода металла. Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки сталеплавильного шлака по авт.св. СССР №1318566, кл. С 04 В 5/00, согласно которому для повышения эффективности разделения оксидов неметаллов и металлов в процессе охлаждения жидкого шлака его обрабатывают погруженным вибратором в течение 15-30 минут при частоте колебаний 20-200 Гц и амплитуде 1-5 мм. При обработке расплава нижние слои его обогащаются оксидами железа, а верхние слои оксидами металлоидов, например, фосфора, кремния. Недостатками способа являются малая глубина перемешивания шлака вибратором, особенно для вязких шлаков при температуре, например, меньшей ликвидуса, что приводит к недостаточно полному разделению шлака и капель металла, взвешенных в шлаке, а также оксидов металлов и неметаллов. При этом ухудшается качество металла за счет рефосфорации, уменьшается выход жидкого металла. В основу изобретения поставлена задача создания способа обработки шлакометаллического расплава, в котором путем сообщения ему колебаний с частотами, близкими к частотам собственных колебаний расплава, и перемешивания его нейтральным или активным газами обеспечивается увеличение эффективности перемешивания и полноты разделения металла и шлака и за счет этого повышается качество и увеличивается выход металла. Выбор частот вводимых колебаний, близкими к частотам собственных колебаний расплава в сосуде данного размера, способствует значительному повышению амплитуды колебаний поверхности, глубины их проникновения, и соответственно, эффективности перемешивания. Подача нейтрального или активного газов в расплав также существенно активизирует его перемешивание и увеличивает подвижность частиц (капель, неметаллических включений и т.п.) в металле и шлаке. При этом возрастает полнота разделения металла и шлака, а также оксидов металлов и неметаллов в шлаке, что приводит, в конечном счете, к повышению качества и выхода металла. Поставленную задачу достигают тем, что в способе обработки шлакометаллического расплава, включающем сообщение ему колебаний в течение 10-30 мин с амплитудой 0,5-5,0 мм, согласно изобретению осуществляют перемешивание расплава нейтральным или активным газом, при этом мощность вводимых колебаний относится к мощности перемешивания газом, как (0,25-2,5): 1, а частоту колебаний f определяют по формуле f=(0,95-1,05)f mn, где f mn - частота собственных колебаний расплава, m - индекс колебаний (m=0;1;2...) n - номер собственного колебания (n=1; 2; 3...). При этом спектр частот используемых колебаний является дискретно-непрерывным, в силу дискретности собственных частот колебаний жидкости (Моисеев Н.Н., Петров А.А. Численные методы расчета собственных частот колебаний ограниченного объема жидкости. М., 1966.) и возможности непрерывного изменения частоты колебаний в интервале (0,95-1,05) от частот собственных колебаний. Нейтральный газ способствует повышению качества металла за счет перемешивания и рафинирования от неметаллических включений. Активный газ дополнительно способствует повышению качества и выхода металла за счет химического взаимодействия с расплавом. В роли активных газов могут быть использованы, например, углеводороды или их смеси с нейтральными газами. При отношении мощности вводимых колебаний к мощности перемешивания газом, меньшем 0,25, эффективность разделения оксидов неметаллов и металлов в шлаке становится настолько низкой, что снижается выход металла и ухудшается его качество за счет восстановления неметаллов - вредных примесей (например, фосфора) из их оксидов. При отношении мощности вводимых колебаний к мощности перемешивания газом, большем 2,5, шлакометаллический расплав перемешивается, в основном, за счет сообщения ему колебаний. Однако глубина воздействия их сравнительно невелика, особенно при вязком шлаке, что приводит к ухудшению разделения шлака и взвешенных в нем капель металла, а также разделения оксидов неметаллов и металлов. В результате снижается выход металла и ухудшается его качество. Если частота вводимых колебаний находится в интервале (0,95 fmn £ f £ 1,05fmn), то амплитуда стоячих волн на свободной поверхности расплава в несколько раз (в ряде случаев более чем на порядок) превышает амплитуду вводимых колебаний, вследствие развития резонансных явлений. При этом, соответственно, возрастают глубина перемешивания расплава и эффективность обработки за счет колебаний, что способствует увеличению выхода металла и повышению его качества. При значении величины, меньшей 0,95 f mn или большей 1,05 f mn, амплитуды стоячих волн; образующихся на поверхности расплава, мало отличаются от амплитуды вводимых колебаний, сообщаемых при помощи, например, вибровозбудителя или вибрирующего основания. Соответственно эффективность разделения оксидов неметаллов и металлов в шлаке, а также шлака и эмульгированного в нем металла значительно ухудшается, уменьшается выход металла и снижается его качество. Пример. В нагретый до 1200°С ковш диаметром 0,4 м из дуговой печи ДС-0,5 выпустили 400 кг стали 45ФЛ вместе с 50 кг шлака, содержащего, %: СаО 43; МgО 9; AI 2O3; SiO2 22; МnО 4; FeOобщ 11; CaF2 3 Р2О5 1. Затем ковш устанавливали на вибростенд и обрабатывали в течение 15 мин аргоном с сообщением вертикальных колебаний (амплитуда 0,8 мм, частота 1-6 Гц). Аргон вводили при помощи футерованной трубки с щелевым соплом, При отношении мощности вводимых колебаний к мощности перемешивания газом, равном 0,25-2,5, и диапазоне частот (0,95-1,05) f mn был достигнут выход жидкой стали 91-95% против 87% для сравнительной технологии (табл.). Содержание фосфора в металле соответственно снизились от 0,05% (прототип) до 0,02-0,03%, При использовании активного газа (смеси аргона с 30% природного газа) выход жидкой стали дополнительно возрос до 95,8%, а содержание фосфора снизилось до 0,018% (см. таблицу).