Вогнетривкий блок для введення газів в розплавлений метал

Вогнетривкий блок для введення газів в розплавлений метал, який встановлюється в футерівці металургійної ємкості і містить камеру, приєднану до системи подачі газу, та газорозподільні канали, що виходять на контактну поверхню з рідким металом, який відрізняється тим, що він містить внутрішню газову камеру, з'єднану з розташованими по одній прямій в два ряди газорозподільними каналами діаметром d, що дорівнює 1-2 мм, та під кутом α, який дорівнює 1575°, до її вертикальної осі в поперечному перерізі вогнетривкого блока, а також відстанню S між ними в рядах, що дорівнює 20-40 їх діаметрів, при зміщенні S/2 протилежних каналів в рядах в межах 10-20 їх діаметрів. (19) (21) u200813199 (22) 14.11.2008 (24) 10.08.2009 (46) 10.08.2009, Бюл.№ 15, 2009 р. (72) КИСЛИЦЯ В'ЯЧЕСЛАВ ВОЛОДИМИРОВИЧ, ДІЮК ЄВГЕН ПИЛИПОВИЧ, ГОНЧАР БОРИС СЕМЕНОВИЧ, КОВУРА ОЛЕКСАНДР БОРИСОВИЧ, ІСАЄВ ОЛЕГ БОРИСОВИЧ, ВОЖОЛ МИКОЛА АНТОНОВИЧ, ТРАВІНЧЕВ ОЛЕКСІЙ АНАТОЛІЄВИЧ (73) КИСЛИЦЯ В'ЯЧЕСЛАВ ВОЛОДИМИРОВИЧ, ДІЮК ЄВГЕН ПИЛИПОВИЧ, ГОНЧАР БОРИС СЕМЕНОВИЧ, КОВУРА ОЛЕКСАНДР БОРИСОВИЧ, ІСАЄВ ОЛЕГ БОРИСОВИЧ, ВОЖОЛ МИКОЛА АНТОНОВИЧ, ТРАВІНЧЕВ ОЛЕКСІЙ АНАТОЛІЄВИЧ 3 Недоліками такого пристрою є, по-перше, складність його виготовлення, що пов'язано з необхідністю розробки технології одержання високоякісних вогнетривких елементів-пластин, які забезпечують при з'єднанні утворення каналів прогнозованої форми та розмірів для .протоку газу між ними. По-друге, параметр пристрою, що забезпечує швидкість потоку газу більш ніж 5л/с, не характеризує його, з точки зору надійного виконання, в забезпеченні чіткого напрямку та рівномірності розподілу газового потоку, що подається в розплав. Цей фактор є визначальним для одержання максимальної ефективності процесу рафінування і забезпечення стабільності в роботі впродовж тривалого часу. Найбільш близьким прототипом до запропонованої корисної моделі щодо технічної суті та досягнутого результату є пристрій [патент України кл. B22D11/00 №32074], згідно якому вогнетривкий блок встановлюється в футеровці поперек всієї ширини металургійної ємкості і має канали для подачі газу, які виходять на контактну поверхню з рідким металом. Він виконаний суцільним, встановлюється в донній частині ємкості, має внутрішню газову камеру, з'єднану з розташованими в ряд перпендикулярно до неї газорозподільними каналами діаметром 1,5-1,9мм з відстанню між ними 15-18 діаметрів каналу при загальній довжині блоку L=П+2х, де: П - довжина зони продувки, яка дорівнює ширині потоку розплаву в донній частині металургійної ємкості; х - холоста частина блоку, яка дорівнює товщині футеровки стінки металургійної ємкості з урахуванням оновлюваної її частини. Враховуючи переваги, це технічне рішення має і недоліки: 1. Суцільна газова завіса, яка утворюється цим технічним рішенням, не є найкращим варіантом, оскільки зміна конструкції блоку в частині розподілу інертного газу, який вводиться, дозволить суттєво розширити зону продувки і, в результаті, збільшити ступінь обробки металу, який проходить через цю активну зону. Прототип забезпечує значення коефіцієнту обміну фаз в межах тільки 2-3, що не завжди задовольняє вимоги виробництва в питанні глибокого очищення сталі від НВ, а його можливо суттєво підвищити. 2. Конструкція цього вогнетривкого блоку може стати більш ефективною, якщо змінити схему розташування газорозподільчих каналів, які виходять на контактну поверхню з рідким металом та їх орієнтованість в просторі. Така конструкція блоку дозволить в 4-5 разів збільшити коефіцієнт обміну за рахунок транспортування в зону контакту "метал-шлак" значно більших об'ємів металу. Це призведе до суттєвого підвищення ефективності видалення НВ з рідкої сталі, особливо в донній частині розливної ємкості. В основу запропонованої корисної моделі поставлена задача розширення спектру використання та, в першу чергу, підвищення ефективності його застосування в цілях одержання особливо чистих від НВ сталей. Поставлена задача вирішується тим, що вогнетривкий блок для введення газів в розплавле 43122 4 ний метал, який встановлюється в футеровці металургійної ємкості і має камеру, приєднану до системи подачі газу та газорозподільчі канали, що виходять на контактну поверхню з рідким металом, відрізняється тим, що він має внутрішню газову камеру, з'єднану з розташованими по одній прямій в два ряди газорозподільними каналами діаметром 1,0-2,0мм та під кутом 15-75° до її вертикальної осі в поперечному перерізі вогнетривкого блоку, а також відстанню між ними в рядах рівній 20-40 їх діаметрів, при зміщенні протилежних каналів в рядах в межах 10-20 їх діаметрів. Вогнетривкий блок запропонованої конструкції, маючи в собі об'єднання приведених вище оптимальних параметрів, визначених модельнорозрахунковим шляхом, дозволяє розширити зону продувки і за цей рахунок транспортувати в активну зону видалення включень суттєво більші об'єми рідкого металу. Внаслідок цього забезпечується зниження сковзання газових струменів відносно рідкого металу та створення найбільш сприятливих умов передачі динамічного імпульсу та розпаду газової фази на окремі пузирі, що інтенсифікує процес видалення НВ, а в результаті підвищується ефективність очистки розплавів до рівнів одержання "особливо чистих" по НВ сталей. (Розмір НВ має відповідати в залежності від типу 1,5-2 балу). Виконуючи газорозподільчі канали під кутом в два ряди, вздовж контактуючої з металом зони та зміщенні їх в протилежних рядах, запропонований блок, що встановлюється в футеровці металургійної ємкості, дозволяє завдяки значно розширеній (в 2,7-3,2 рази) суцільній газо-металевій зоні створювати умови для обробки максимально можливих об'ємів рідкої сталі, яка проходить через цю зону. Розміри розподільчих каналів встановлені на основі результатів гідромоделювання процесу введення газу через запропонований блок. При діаметрі каналів менше 1,0мм збільшується коефіцієнт опору сопла і зменшується величина початкового імпульсу струменя. Відомо, що виконання газорозподільчих каналів малих розмірів ініціює і утворення дрібних пузирів, що найбільш ефективно впливає на видалення НВ. Недолік, приведений в пат. 32074, де мотивується складність одержання блоків з каналами менших 1,0мм, вогнетривка шихта яких складається з різнофракційних компонентів, може бути усунутий селективним підбором зернового складу вогнетривкої маси, чи зміною способу виготовлення (наприклад з самотвердіючих наливних вогнетривких сумішей). Якщо ж розмір розподільчих каналів буде більшим за 2,0мм, то в цьому разі сформовані пузирі газу на границі "метал-шлак" будуть значно більшими за 9-12мм, що суттєво зменшить ефективність рафінування, оскільки відома залежність міцності прилипання НВ від радіуса пузиря, яка суттєво збільшується з його зменшенням [УДК 621.74.04. Ефимов В.А., Эльдарханов А.С. «Современные технологии разливки и кристаллизации сплавов» - М: Машиностроение 1998. С.175]. З іншого боку, пузирі, що утворюються з урахуванням їх росту та злиття по мірі підйому по висоті рівня металу, мають бути не меншими 8-10мм, що забезпечить при виході їх на міжфазну границю, її активізацію по асиміляції НВ, 5 тому розміри розподільчих каналів мають знаходитися в діапазоні 1,0-2,0мм. Вибір меж кутів нахилу газорозподільчих каналів при такій схемі розташування ґрунтується на тому, що при подачі газу через просторовоорієнтовані канали забезпечується значне зниження сковзання газових струменів відносно рідкого металу. При кутах нахилу більш 75° не забезпечується розпад газового струменя по всій висоті його розповсюдження в об'ємі рідкої сталі, оскільки не досягається створення пузиркового режиму продувки та ефективного використання потужності газових струменів. Кути нахилу менші за 15° недоцільні, оскільки газові струмені в цьому випадку створюють інтенсивні циркуляційні потоки поблизу футеровки, що призводить до її місцевого розмиву та насиченню сталі екзогенними НВ. Таким чином, діапазон значень кутів нахилу газорозподільчих каналів в блоці має становити 15-75°. Відстані між газорозподільчими каналами в кожному ряді в сполученні зі значеннями зміщень протилежних каналів в рядах є оптимальними в приведених межах. При недотриманні вказаних меж діапазонів їх розташування, як то виконання з відстанню між ними в кожному ряді меншою ніж їх 20 діаметрів, чи зміщенні протилежних каналів в рядах меншому 10 їх діаметрів, виникає накладання газових струменів. Вони, внаслідок взаємодії зливаються в один, що в результаті, призводить до звуження як загальної площі продувки, так і негативного впливу на рівномірність передачі газового імпульсу та розпаду газової фази на окремі пузирі. В підсумку зменшується зона, що охоплює об'єм рідкого металу, а це призводить до зниження ефективності по видаленню НВ, особливо дрібних розмірів. Якщо ж відстань між каналами в кожному ряді буде більшою за 40 їх діаметрів, а значення зміщення протилежних в рядах більше 20 їх діаметрів, то це призводить до суттєвого зменшення об'єму металу, який задіюється активною зоною обробки його газовими струменями, оскільки в цьому випадку в донній частині ємкості безпосередньо на контактній поверхні блоку з рідким металом виникають локальні так звані застійні зони, куди дія газових струменів уже не розповсюджується. Тому, науково-технічне обґрунтування щодо топографії газорозподільчих каналів, що 43122 6 виходять на контактну поверхню з рідким металом, необхідно визнати переконливим в питанні досягнення найбільш ефективної роботи вогнетривкого блоку. Для пояснення запропонованої корисної моделі наведено креслення, відображене на Фіг.1, 2, 3. Вогнетривкий блок, представлений на ньому, має внутрішню газову камеру 1, з'єднану з розташованими по одній прямій в два ряди газорозподільчими каналами 2, які виходять на контактну поверхню блоку з рідким металом 3 під кутом a до її вертикальної осі в поперечному перерізі вогнетривкого блоку з відстанню між каналами в рядах S та зміщенні протилежних каналів в рядах рівному S/2. Промислові випробування вогнетривкого блоку для введення газів в розплавлений метал запропонованої конструкції проводили на проміжних ковшах МБРС ємкістю 43т, які застосовують в теперішній час в конверторному цеху МК "Азовсталь". Дослідно-промисловою перевіркою окремими експериментами в діапазоні всього інтервалу значень параметрів блоку: координат розташування газорозподільчих каналів в робочій площині блоку S та S/2, їх діаметрів d та кутів нахилу до вертикальної осі a, встановили їх вплив на сковзання газових струменів відносно рідкого металу та їх взаємного злиття на умови розпаду газової фази по висоті робочого рівня металу, об'єм зони охвату його в проміжному ковші при забезпеченні пузиркового режиму продувки. Запропонована конструкція блоку гарантує в цілому як створення, так і забезпечення найбільш ефективних та стабільних режимів рафінування розплаву від НВ всіх типів, в тому числі в розмірному діапазоні, який відповідає виготовленню особливо чистих сталей. Металографічні дослідження показали, що запропонована конструкція вогнетривкого блоку забезпечує сталий вплив на процес рафінування. Кількісним підрахунком вмісту НВ по типам та розмірним групам [ГОСТ 1778-80 метод "Л"] встановлено, що індекс забруднення оксидами знижується до значень 1,6-10-3, а силікатами до 0,5-10-3 при одночасному одержанні залишкових НВ в сталі розміром 5-15мкм 26,5-30,4%. Очікуваний економічний ефект може скласти 2,8-3,0грн/т сталі. 7 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 43122 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601