Спосіб рафінування рідкого металу від розчинених газів

Спосіб рафінування рідкого металу від розчинених газів, що включає донну продувку рідкого металу газами в шлейфовому режимі, який відрізняється тим, що продувку здійснюють з моменту заповнення ковша вуглекислим газом нерозкисленого металу з вмістом вуглецю вище нормативного, при досягненні вмісту вуглецю заданих значень проводять наступну продувку інертним або нейтральним газом, причому необхідні за технологією виробництва металу легуючі добавки вводять через 2-3 хвилини після початку продувки інертним або нейтральним газом. (19) (21) u200804189 (22) 03.04.2008 (24) 12.01.2009 (46) 12.01.2009, Бюл.№ 1, 2009 р. (72) ВОЛОШИН В'ЯЧЕСЛАВ СТЕПАНОВИЧ, U A, ФІРСТОВ СЕРГІЙ ОЛЕКСІЙОВИЧ, UA, ЖИВЧЕНКО ВОЛОДИМИР СЕМЕНОВИЧ, UA, ТРОЦАН АН АТОЛІЙ ІВАНОВИЧ, U A, КОВУРА ОЛЕКС АНДР БОРИСОВИЧ, UA, БРОДЕЦЬКИЙ ІГОР ЛЕОНІДОВИЧ, UA, БЄЛОВ БОРИС ФЕДОРОВИЧ, U A, КРЕЙДЕНКО ФІРА СЕМЕНІВН А, U A, АЛЕКС АНДРОВ ВАЛЕРІЙ ДМИТРОВИЧ, U A, СОСНОВЦЕВ МИ ХАЙЛО МИКОЛАЄВИЧ, UA (73) ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ, UA, ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАТЕ 3 38752 строями і низхідних потоків відрізняється більш ніж в 100 разів, отже, час взаємодії поверхні пузирів і рідкого металу мінімальний; - крім того, газ рухається у вигляді щільного потоку і, як наслідок, участь в масообмінних процесах беруть тільки периферійне розташовані пузирі. Найбільш близьким за технічною суттю й результату є спосіб обробки рідкого металу донною продувкою нейтральним газом в шлейфовому режимі, при якому кожен з пузирчиків відокремлений, а площа масообміну вища від локальної продувки більш ніж в тисячу разів [2]. Однак слід відмітити, що при використанні нейтрального газу вилучення водню з металевого розплаву при його низькому початковому вмісту є важко здійснимою операцією з багатьох причин. Однією з причин є те, що вилучення розчиненого в розплаві газу відбувається завдяки різниці парціального тиску у пузирчику нейтрального газу та розплаву і, якщо при високому початковому вмісті розчинених газів процес рафінування одержує помітний розвиток, то із зниженням їх вмісту для рафінування потрібен час, що робить цей процес, з точки зору технологічного ланцюжку, практично неможливим. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу рафінування рідкого металу, в якому завдяки зміни умов здійснення способу досягається підвищення ефективності рафінування. Поставлена задача розв'язується тим, що в способі рафінування рідкого металу від розчинених газів використовується донна продувка рідкого металу газами в шлейфовому режим і відповідно до корисної моделі продувку здійснюють з моменту заповнення ковша вуглекислим газом, нерозкисленого металу з вмістом вуглецю ви ще нормативного, при досягненні вмісту вуглецю заданих значень проводять подальшу продувку інертним або нейтральним газом, причому необхідні за технологією виробництва металу легуючі добавки вводять через 2-3 хвилини після початку продувки інертним або нейтральним газом. Наявність приведених істотних ознак способу є необхідною і достатньою на всі випадки області розповсюдження використовування способу. Між істотними ознаками способу і технічним результатом - підвищення ефективності рафінування від розчинених газів, зокрема водню, продуванням рідкого металу газом, без використовування вакуум ування існує причинно-наслідковий зв'язок, який пояснюється наступними доказами. За даними Н.М. Чуйко [3] швидкість видалення водню (Vн) із сталевої ванни пропорційна швидкості окислення вуглецю (Vc) і цей взаємозв'язок описується рівнянням: 1 [% H ] VH = VC 2 = K nH[%H ]2 6 K HPCO , де [%Н] - концентрація водню в розплаві; К2н - коефіцієнт розчинності водню в розплаві; РСО - тиск СО у бульбушці в момент його утворення; 4 KvH - коефіцієнт дегазації металу, залежний від швидкості окислення вуглецю (Vc). Відомо, що в період інтенсивного кипіння сталевої ванни величина Vc залежить від концентрації вуглецю і розчиненого в металі кисню. Отже, для забезпечення процесу видалення водню необхідно, щоб реакція окислення вуглецю була максимально розвинена. Вуглекислий газ - слабоокислювальний (в порівнянні з киснем). При розгляді фізико-хімічних особливостей його взаємодії з розплавом важливо визначити можливі варіанти реакцій. Для визначення термодинамічних характеристик реакцій скористалися даними [4]. Взаємодія вуглекислого газу з розчиненим вуглецем за реакцією СO2 + [С] = 2СО, DG 0 = 138400 - 125,44×Т де Т – абсолютна температура,К; DG0 – зміна термодинамічного потенціалу починається при вмісті вуглецю від 0,0066% і більш. В промисловості цей показник значно вищий, тому швидкість видалення водню (Vн) із сталевої ванни має практичне значення. Крім того, ця реакція відбувається з подвоєнням об'єму перемішуючого газу і дозволяє зменшити витрати газу, що подається знизу, або (при тій же витраті і тій же системі, що підводить газ) збільшити ефективність донної продувки. В цій же роботі приведені результати, що свідчать про значне зниження азоту. Досягши нормативного змісту вуглецю, продування вуглекислим газом припиняють і продовжують інертним або нейтральним газом протягом 2¸3хв. і вводять легуючі елементи. Продування інертним або нейтральним газом знижує вміст кисню в розплаві, а отже і угар легуючи х елементів. Приклад здійснення способу. На одному з металургійних заводів проводили обробку рідкої сталі, марки яких приведені в таблиці, аргоном у 150-тонному ковші, обладнаному стрічково-капілярними блоками загальною площею 380см 2. Продувку починали робити вуглекислим газом з моменту зливу металу в ківш в дрібнопузирковому шлейфовому режимі. Вміст вуглецю був ви ще нормативного. Витрата газу склала 0,6¸0,8м 3/хв. (режим видалення водню). При наповненні ковша розплавом на 2/3 та досягненні вмісту вуглецю нижньої межі заданих значень продувку продовжували чистим аргоном протягом 2¸3хв. (режим видалення кисню). Після цього при наповненні ковша на 3/4 вводили необхідні для виробництва сталі легуючі добавки в залежності від марки сталі. Одночасно інтенсивність продувки аргоном збільшували до 1,5¸2,5м 3/хв. (максимальна пропускна спроможність траси аргонопровода, режим гомогенізації розплаву і коагуляції неметалевих включень). Тривалість продувки, у залежності від кількості легуючих добавок, з такою витратою складала 4¸7хв., після чого знижували інтенсивність до 0,5¸0,7м 3/хв. (режим рафінування від неметалевих включень). Тривалість рафінувальної продувки визначалася часом очікування розливного крана. 5 38752 З таблиці видно, що при обробці рідкого дослідного металу в дрібнопузирковому режимі вміст водню знизився в порівнянні з плавками поточного 6 виробництва більш ніж у два рази, при одночасному зниженні загального браку більш ніж у 3 рази. Таблиця Марка сталі Профіль 35ХГСА Æ80 40ХГНМ Æ115 08OМ40 Æ80 07OМ20 Æ115 Середній вміст Брак, кг/т (до- Брак, кг/т (пото- Вміст Н 2 ´ 10-4, % (до- Вміст Н 2´ 10-4, % (послідний метал) чний метал) слідний метал) точний метал) 1,20 6,48 1,4 3,1 0,00 0,00 1,1 2,7 0,04 0,48 1,1 2,6 0,80 0,00 2,1 3,3 0,51 1,74 1,42 2,92 Таким чином, завдяки запропонованому способу, для дегазації рідкого металу відпадає необхідність використання дорогих вакууматорів, скорочується технологічний час, тому що відбувається поєднання технологічних циклів зливу металу з його рафінуванням. Усе це значно підвищує якість і продуктивність сталеплавильного підприємства в цілому, при зниженні собівартості готової сталі. Література 1. "Iron Age". - 1967.- v. 200, №19.-Р. 77-78. Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 2. Живченко B.C., Парахин Н.Ф.Демидович Е.А. Улучшение качества метала продувкой в ковше азотом //Сталь.-№4.- 1981.- С. 45-47. 3. Чуйко Н.М., Чуйко А.Н. Теория и технология электроплавки стали. - Киев -Донецк: Головное издательство, 1983.- 248 с. 4. Дюбанов Г.В., Васильев Г.И., Королев М.Г. Опыт использования диоксида углерода для донной продувки металла в конвертере //Сталь.- №7.1997.- С. 11-14. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601