Спосіб вводу добавок в металевий розплав

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при раскислении и (или) легировании металлического расплава в ковше. Широко известно техническое решение, когда добавками являются раскислители, которые в виде алюминиевых "чушек" забрасывают под струю металлического расплава при выпуске его в ковш. В известных решениях при расплавлении раскислителей на поверхности основного металла происходит их взаимодействие с атмосферным кислородом, что влечет за собой большой угар раскислителей, увеличение себестоимости и снижение эффективности процесса. Известно техническое решение, в котором для раскисления сталей при помощи специальных приспособлений в расплав вводят алюминиевую проволоку или алюминиевые дюбели. В известном решении увеличивается стоимость раскислителей при их подготовке, а также появляется необходимость в сложном дополнительном оборудовании. Известно техническое решение, принятое за прототип, включающее заполнение легковесными раскислителями - алюминием расходуемой тары, верхний торец которой замазывают глиной, закрепление и фиксирование ее на стопорной штанге, размешенной вдоль оси ковша, защищенной керамическими стопорными трубками, сдавливаемыми гайками, и размещение нижнего торца тары в 300-400 мм от дна ковше до начала его заполнения [1]. В известном техническом решении требуется тр удоемкая подготовка добавок в виде их расплавления и заливки в тару; кроме того, тара, находясь в области высоких температур, нагревается, а термическое расширение металла, из которого изготовлена тара, выше, чем у глины, в результате чего происходит растрескивание глиняной заглушки с образованием несплошностей на верхнем торце тары и плавящийся алюминий получает возможность контактировать с атмосферным кислородом через зазоры между трубой и алюминиевым монолитом, образующиеся при его затвердевании вследствие объемной усадки алюминия, что повышает угар вводимой добавки. Кроме того, после расходования 1/2 - 2/3 тары происходит подавление поверхностного сдоя алюминиевого монолита и нарушается связь его с тарой, которая спадает с монолита и: погружается в расплав. Оголенный монолит интенсивно окисляется атмосферным кислородом, что также обусловливает повышенный его угар. В прототипе существенно сужается возможность применения способа: при разнообразном сортаменте марок выплавляемой стали, когда количество вводимого алюминия колеблется в пределах от 0,04 до 0,22 и более процентов, что при постоянной высоте ковша требует иметь порядка 10 типоразмеров труб диаметром от 130 до 400 мм, длиной по 3500 мм, и не случайно в прототипе способ используют только для одной марки стали. В основу изобретения поставлена задача разработать способ введения добавок в металлический расплав, в котором новое действие и условия его выполнения позволят снизить угар и за счет этого повысить эффективность процесса и упростить технологию. Для решения поставленной задачи в способе ввода добавок в расплав, включающем их размещение и фиксирование в расходуемой таре продольно оси ковша, заполняемого расплавом, где в соответствии с изобретением, порции добавок заключают в отдельные секции тары и дискретно порциями погружают под уровень расплава в процессе заполнения ковша. Кроме того, добавки в секциях защищают от проникновения воздуха сверху и с боков. Кроме того, в верхней части секций размешают балласт. Во всех известных процессах введения добавок в расплав сталей наблюдается большой их угар вследствие того, что расплавление добавок сопровождается непосредственным взаимодействием и окислением значительной части вводимых материалов (например, алюминия) атмосферным кислородом, что существенно снижает эффективность процесса, так как большая часть вводимых добавок расходуется не по назначению - на угар. В прототипе эта задача частично решается тем, что доступ атмосферного кислорода к плавящимся добавкам ограничен, но не исключен, в связи с чем расплавление добавки происходит над расплавом и сопровождается ее стеканием на его поверхность (алюминий втрое легче стали) и она, расплавляясь, остается на поверхности обрабатываемого расплава и недостаточно быстро смешивается с ним, в результате чего добавка имеет возможность окисляться атмосферным кислородом, что приводит к существенному угару. Для предотвращения угара добавок их необходимо защищать от воздействия атмосферного кислорода от момента их расплавления до растворения в основном металле, поскольку окисление растворенных в основном металле добавок атмосферным кислородом происходит на порядки менее интенсивно, чем если они находятся в виде чистого расплава на поверхности основного металла. Поэтому для защиты добавок в процессе их расплавления после удаления фиксаторов предлагается отделять их от атмосферы, для чего в качестве вариантов предложены два возможных пути: - отделение зоны плавления и растворения добавок с помощью газоплотных боковых стенок и верхнего торца секций, в которых находятся добавки погружаемые в расплав; - воздействие балласта на добавки, обеспечивающее расплавление и растворение твердых добавок под уровнем расплава на протяжении всего процесса. Добавки погружают в отдельных секциях, чтобы они планомерно попадали в расплав порциями и, расплавляясь, смешивались с ним, поскольку во время расплавления находятся ниже его уровня, и контакт металлов происходит таким образом, что вводимая добавка смешивается с расплавом в виде дискретно вводимых порций прежде, чем она сможет проконтактировать с атмосферным кислородом. В результате этого добавки в основном расходуются на процесс раскисления. Для того, чтобы добавки дискретно погружались в расплав порциями их в каждой секции фиксируют снизу. Фиксирование уровня размещения добавок в секциях осуществляют с помощью фиксаторов в нижней части секций, удерживающих вводимые добавки на заданных уровня и разрушаемых после их погружения в расплав для того, чтобы вводимая добавка (раскислитель или легирующий компонент) попадала в него только после того, как фиксатор в нижней части секций войдет в контакт с расплавом и разрушится в нем. В результате этого контакт с обрабатываемым расплавом и плавление добавки произойдет под его верхним уровнем и расплавившийся алюминий или иная добавка не сможет контактировать с атмосферой раньше, чем смешается и растворится в расплаве. Это позволяет максимально использовать вводимые добавки на основной процесс, а угар свести к минимуму. Приведенный механизм введения добавок в расплав дает возможность применять способ независимо от количества вводимого в расплав материала, толщины стенки емкости, температуры обрабатываемого металла на выпуске и скорости подъема уровня расплава, а также позволяет использовать торцевую обрезь труб и сортового проката (шпунт, швеллер, уголок и др.), что существенно расширяет возможности способа и повышает его экономичность в сравнении с прототипом. Одним из существенных преимуществ заявляемого способа является то, что для размещения материалов не требуется их предварительное расплавление и розливка, приводящие к дополнительным затратам и потерям, а также исключаются эксплуатационные расходы на плавильные агрегаты. Положительный результат от использования заявляемого технического решения будет достигнут за счет упрощения механизма введения материалов в расплав и их подготовки, расширения возможностей способа, а также за счет повышения эффективности использования раскислителей и добавочных материалов. Пример. Были выплавлены в конвертере 8 плавок из стали марки 08Ю массой 240 т. и разлиты сифонным способом в слитки массой 10 т. на трех поддонах по 8 слитков на каждом поддоне. Все плавки раскислялись алюминием в ковше по базовому и заявляемому варианта. Подготовку раскислителей для раскисления плавки по базовому варианту осуществляли в соответствии с инструкцией ТИ 227-СТ.КК-06-91. Плавка №1 (базовый вариант). В тару в виде тр убы диаметром 300мм высотой 3500мм и толщиной стенки 10мм заливали расплавленный алюминий в количестве 0,22% (528 кг), в его верхней части вмораживали стопорной стержень, на который одевали стопорные трубки и зажимали гайкой, а верхний торец тары замазывали глиной. Перед началом заливки расплава тара с алюминием находится неподвижно относительно стенки ковша. Однако, в ходе процесса, после расходования примерно 2/3 тары, происходит подплавление поверхностного слоя алюминиевого монолита и нарушается связь его с тарой, которая спадает с монолита и погружается в расплав. Оголенный монолит интенсивно окисляется атмосферным кислородом, что обусловливает повышенный его угар (70%). Подготовку раскислителей для раскисления плавок по заявленному варианту осуществляли по нижеприведенным схемам. Плавка №2. Тару изготавливали в виде стальной трубы диаметром 250 мм длиной 3500 мм и толщиной стенки 10 мм. разделенной фиксаторами по 5 секций, в каждой из которых размещали добавки по 3 алюминиевые "чушки" массой по 16 кг. Перед началом заливки расплава тара с алюминием находится неподвижно относительно стенки ковша. В ходе процесса стальной расплав, постепенно заполняя ковш, расплавляет низ очередной секции только после контакта с ней в течение 15-45 секунд, после чего добавка быстро погружалась и плавилась ниже уровня расплава стали, не контактируя с атмосферным кислородом. Поскольку погружалась только одна чушка, ее всплывание на поверхность расплава исключалось. Плавка №3 аналогична плавке №2, но с герметизацией верхнего торца обваркой заглушки газоплотным швом для предотвращения попадания атмосферного кислорода через тару к месту контакта добавки с расплавом. Плавка №4 аналогична плавке №2, но с размещением над добавками балласта в виде стальной пластины толщиной 50мм и диаметром 190мм для более быстрого погружения добавки под уровень расплава с целью предотвращения его контакта с воздухом. Плавка №5. Два швеллера №30 длиной 3500 мм, сопряжены открытыми частями и разделены фиксаторами на 5 секций, в которых размещали по 3 "чушки" алюминия массой по 16 кг. Плавка №6 аналогична плавке №5, но в каждой секции с балластом из стальной пластины толщиной 50 мм, площадью, равной (с зазорами +5мм на стенку) сечению внутренней полости секций. Плавка №7. Швеллер №30 длиной 3500мм разделенный фиксаторами на 5 секций, открытая полость которых обращена к стенке ковша. Плавка №8 аналогична плавке №7, но с балластом в каждой секции (как в плавке №6). В плавках №2-8 торец нижней секции тары удаляли от дна ковша на 400 мм, а к верхней секции приваривали кронштейн, на котором подвешивали тару на торец стенки ковша. Данные по разливке и результаты определения алюминия в металле для базового и заявляемого вариантов приведены в таблице. Как следует из таблицы, угар алюминия в базовом варианте (плавка №1) составляет 70%, в то время, как в заявляемом варианте он составляет величины порядка 30-50% в зависимости от подварианта способа. Предпочтительный вариант с точки зрения угара добавок соответствуе т плавке №3, в которой тара состоит из пяти секций с газоплотными стенками и герметизированным верхним торцом верхней секции - угар составляет 30%. Однако этот вариант требует дополнительных затрат на расплавление алюминия и заливку монолита. В каждой секции без герметизации и без балласта после разрушения фиксатора добавки ускоренно погружаются в расплав, в нем расплавляются и растворяются до тех пор, пока последняя порция не уподобляется плавающей "чушке" и угар ее будет порядка 80-90%. В связи с этим общий угар несколько повышается и может составить порядка 40-50% (плавки №2, 5 и 7). Поэтому предпочтительнее размещать над добавками в каждой секции балласт, погружающий последние порции алюминия в расплав и обеспечивающий более полное усвоение добавок в расплаве, что уменьшает угар до 30% (плавки № 4, 6 и 8). Эти варианты при одинаковом с вариантом герметизации (плавка №3) угаре алюминия имеют преимущество в том, что для секций может быть использована торцевая обрезь труб и профилей и не требуется герметизация. Таким образом, заявляемый способ в сравнении с прототипом имеет следующие преимущества: 1. Угар алюминия уменьшается на 20-40%. 2. Исключается операция предварительного расплавления алюминиевых чушек и заливки жидкого алюминия в тару (с соответствующим дополнительным, не учтенным в данном примере угаром). 3. Появляется возможность использования торцевой обрези труб и сортового проката типа швеллер, шпунт и др., что уменьшает затраты на подготовку тары. 4. Расширяются возможности применения способа. Таким образом можно вводить в любой другой металл добавки более легкого материала, если имеется необходимость предотвратить их контакт с атмосферой.