Спосіб видалення неметалевих включень з металу

Реферат: Спосіб видалення неметалевих включень з металу включає вимірювання початкового вмісту кисню в металі і визначення імовірнісного розміру неметалевих включень, продувки металу в ковші інертним газом. Інтенсивність продувки змінюють, надаючи їй пульсаційний характер, при якому максимальна інтенсивність визначається мінімальним розміром неметалевих включень, що підлягають видаленню, а мінімальна - максимально можливим розміром включень, а частота - вільним об'ємом ковша. UA 102231 U (54) СПОСІБ ВИДАЛЕННЯ НЕМЕТАЛЕВИХ ВКЛЮЧЕНЬ З МЕТАЛУ UA 102231 U UA 102231 U 5 10 15 20 25 30 Корисна модель належить до галузі металургії, а саме до виробництва сталі, зокрема до обробки сталі в ковші інертним газом. Відомий спосіб продувки металів в ковші нейтральним газом, який включає подачу газу під гострим кутом в горизонтальній площині до стінки ковша [1]. Недоліком відомого способу є те, що неметалеві включення видаляються недостатньо якісно, оскільки частинки мають різний розмір і для видалення потребують різної витрати газу при продувці. Найбільш близьким до пропонованої корисної моделі є спосіб, який включає вимірювання початкового вмісту кисню в металі і визначення імовірнісного розміру включень [2]. Недоліком способу є те, що інтенсивність продувки може перевищити допустимі значення, при яких можуть виникати виплески металу, якщо ж проводити продувку на малому рівні, то видалення неметалевих домішок буде проходити неефективно. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу видалення неметалевих включень з металу, шляхом збільшення ефективності видалення неметалевих включень з металу. Поставлена задача вирішується тим, що у способі видалення неметалевих включень з металу, що включає вимірювання початкового вмісту кисню в металі і визначення імовірнісного розміру неметалевих включень, продувки металу в ковші інертним газом, згідно з корисною моделлю з метою підвищення ефективності процесу змінюють інтенсивність продувки, надаючи їй пульсаційний характер, при якому максимальна інтенсивність визначається мінімальним розміром неметалевих включень, що підлягають видаленню, а мінімальна - максимально можливим розміром включень, а частота - вільним об'ємом ковша. Спосіб реалізується наступним чином. Проводять вимірювання початкового вмісту кисню в металі, що дозволяє визначити імовірнісний розмір включень. Продувку рідкого металу в ковші проводять змінюючи інтенсивність продувки, надаючи їй пульсаційний характер, при якому інтенсивність визначається розміром неметалевих включень, а частота - вільним об'ємом ковша. Ківш складається з зварного кожуха, виготовленого із сталевих листів і має форму усіченого конуса з розширенням до верху. Вільний об'єм ковша визначають з геометричних співвідношень і відомій висоті металевої ванни. Вільний об'єм ковша представляє усічений конус. Враховуючи, що r  r2 hMe  r1  r2 hk 35 (1) де hk , hMe - висота ковша і металевої ванни відповідно, [м]; r1 , r2 - верхній і нижній радіус ковша відповідно, [м]; r - радіус ковша в перетині, відповідному позначці рівня ванни, [м], отримаємо: 2   1  r 2  r   hMe  r  r   r    hMe  r  r   r      Vв     hk  hMe   1 1  1 2 2  1 2 2  h  3  k   hk     (2) 3 де V в - вільний об'єм ковша, [м ]; hk , hMe - висота ковша і металевої ванни відповідно, [м]; r1 , r2 - верхній і нижній радіус ковша відповідно, [м]. 40 Приклад. Розрахунок проводиться для 160-тоного ковша. З дослідних плавок встановлено експериментальну залежність розміру неметалевих включень від концентрації кисню в сталі у=20,4·х-450,8. При концентрації кисню на рівні 27-28 ppm розмір оксидних включень становить 100-120 мкм відповідно. За геометричними розмірами розраховують вільний об'єм ковша при рівні металу 3,435 м: 45   1 Vв     0,6  1,832  1,83 1,81  1,812  6,24 м3 3 (3) Для повного видалення включень необхідно встановити інтенсивність продувки на рівні: для 3 неметалевих включень мінімального розміру максимальну інтенсивність 0,3 м /хв, а для 3 3 максимально можливих включень - 0,21 м /хв, що дорівнює 0,005-0,0035 м /с відповідно. Час 1 UA 102231 U спливання бульбашки буде складати 20 с, отже визначають початковий об'єм газу в ковші при інтенсивності продувки: q  0,005 м 3 c 20 V01   0,005  20  x   1,05 м 3 (4) x 0 q  0,0035 м 3 c (5) 20 V02   0,0035  20  x   0,74 м 3 x 0 5 де V01 , V02 - початковий об'єм газу, [м ]; x - час спливання бульбашки, змінюється від 0 до 20, [с]. Для розрахунку дійсного об'єму газу, що приймає участь в процесі продувки: 1) при вдуванні газу в метал відбувається моментальне розширення бульбашок, внаслідок збільшення температури металу: 3 10 1   V11  V01 1  t   1,05  1   1600   7,2 м3  273  1   V12  V02 1  t   0,74  1  1600   5,07 м 3  273  (6) (7) де V11 , V12 - об'єм газу після нагрівання, [м ];  - коефіцієнт об'ємного розширення газу, [°С ]; t - температура, [°С]. 2) під час спливання бульбашки феростатичний тиск зменшується і зменшується тиск всередині і об'єм бульбашки збільшується. Чисельні зміни об'єму газу за рахунок цього визначаються з рівняння Менделєєва-Клапейрона: 3 1 15 pV  RT (8) де p - тиск, [Па]; V - об'єм газу, [м ]; R - універсальна газова стала, [Дж/(моль·К)]; T температура, [К]. Оскільки тиск, що діє всередині на бульбашку у 7,8 разів більше, ніж на поверхні, то об'єм в скільки ж разів буде більше, звідси маємо 3 20 V2  8,31 1873  7,8  1,17 м 3 1,01 10 5 (9) Отже, об'єм ванни при інтенсивності продувки q  0,005 м c збільшується на величину 3 25 V  V11  V2  7,2  1,17  8,37 м 3 , що перебільшує вільний об'єм ковша та при інтенсивності 3 3 продувки q  0,0035 м c на величину V  V12  V2  5,07  1,17  6,24 м . 30 Таким чином, в результаті розрахунків встановлено, що при висоті ковша H к  4,035 м , наповненні його металом масою 160 тон на висоту 3,435 м для видалення включень та недопущення переповнення ковша при продувці необхідно змінювати інтенсивність продувки, надаючи їй пульсаційний характер, при якому максимальна інтенсивність продувки q  0,3 м c 3 визначається мінімальним розміром включень 100 мкм, а мінімальна q  0,21 м c максимальним розміром включень 120 мкм мінімальну інтенсивність, а частота становить 15 с. 3 2 UA 102231 U 5 10 Технічним результатом є покращення перемішування металу в ковші з попередженням викидів металу, в результаті впливу на інтенсивність продувки і контролю вільного об'єму ванни, що забезпечують інтенсифікацію як процесів видалення з металу неметалічних включень, так і розчинених у металі газів. Джерела інформації: 1. А. с. 416152 СССР, МКИ B22D 11/10. Способ продувки жидкого металла инертным газом в ковше /М.А. Старосельский, Р.В. Чуднерю, Б.Я. Кокушкин. - № 1391912/22-2; заявл. 04.01.70; опубл. 25.11.74, Бюл. № 7. 2. Исследование влияния параметров внепечной обработки на образование оксидных неметаллических включений в рельсовой электростали /Е.В. Протопопов, Н.А. Козырев, А.А. Уманский, Д.В. Бойков //XIII Конгресс сталеплавильщиков, 2014. - С. 180-183. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб видалення неметалевих включень з металу, що включає вимірювання початкового вмісту кисню в металі і визначення імовірнісного розміру неметалевих включень, продувки металу в ковші інертним газом, який відрізняється тим, що інтенсивність продувки змінюють, надаючи їй пульсаційний характер, при якому максимальна інтенсивність визначається мінімальним розміром неметалевих включень, що підлягають видаленню, а мінімальна максимально можливим розміром включень, а частота - вільним об'ємом ковша. Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3