Спосіб рафінування металевого розплаву у проміжному ковші

Реферат: Винахід належить до чорної металургії. Спосіб рафінування металевого розплаву в проміжному ковші включає формування струменів подаваного під тиском інертного газу навколо струменя стікаючого металевого розплаву, що забезпечує введення пузирчиків інертного газу в металевий розплав, при цьому струмені подаваного інертного газу формують паралельно осі струменя стікаючого металевого розплаву протилежно його напрямку діаметром, який UA 103293 C2 (12) UA 103293 C2 визначають відповідно до представленої залежності. Використання запропонованого способу забезпечує підвищення ступеня рафінування та запобігає забрудненню металу поверхневим шлаком за рахунок підвищення площі контакту металевого розплаву і загальної поверхні пузирчиків інертного газу. UA 103293 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до чорної металургії, зокрема до способів рафінування металевого розплаву інертним газом у проміжному ковші й може бути використаний при безперервному розливанні сталі. Відомий спосіб рафінування металевого розплаву в проміжному ковші, розділеному на приймальну й розливні ємкості вогнетривкими перегородками, що включає випуск металевого розплаву зі сталерозливного ковша, перерозподіл швидкостей потоків розплаву й продувку інертним газом, при цьому в приймальній ємкості проміжного ковша за допомогою металоприймача, установленого під струмінь падаючого розплаву, здійснюють спрямовану до шлакової фази хвилеподібну подачу розплаву з подальшим його перетіканням у розливні ємкості через вогнетривкі перегородки під кутом 15-30° до днища проміжного ковша убік розливних ємкостей, а продувку інертним газом здійснюють над випускним отвором у розливних ємкостях (UA, № 67695 U, кл. B22D 11/116, опубл. 12.03.2012 г.). Рафінування металевого розплаву перетіканням його через вогнетривкі перегородки для збільшення площі контакту розплаву з шлаковою фазою й подальша його продувка інертним газом над випускним отвором не забезпечують необхідний ступінь рафінування й приводять до забруднення металевого розплаву поверхневим шлаком. Це обумовлене низькою турбулентністю розплаву, що призводить до вповільнення спливання неметалевих включень і частковому захопленню металевим розплавом шлакової фази. Крім того, виникають застійні зони в обсязі проміжного ковша, що викликають нерівномірний розподіл температури й концентрації неметалевих включень, що також погіршує ступінь рафінування металевого розплаву. Найбільш близьким аналогом пропонованого винаходу є спосіб рафінування металевого розплаву в проміжному ковші, реалізований відомим пристроєм, що включає формування струменів подаваного під тиском інертного газу навколо струменя стікаючого металевого розплаву перпендикулярно його осі через газовипускні отвори стінки приймальної воронки, що забезпечує введення пузирчиків інертного газу в струмінь стікаючого металевого розплаву (UA, № 55806 U, кл. B22D 11/10, B22D 27/00, опубл. 27.12.2010 г.). Відомий спосіб не забезпечує досягнення необхідного технічного результату по наступних причинах. Формування струменів інертного газу навколо струменя стікаючого металевого розплаву перпендикулярно його осі обумовлене тим, що подаваний інертний газ після проходження через пористу вставку потрапляє в горизонтально розташовані газовипускні отвори, у яких через наявність верхнього обмежувального контуру відбувається скупчення й, як наслідок, об'єднання безлічі дрібних пузирчиків у більші. При цьому введення газових пузирчиків інертного газу здійснюють перпендикулярно струменю металевого розплаву безпосередньо в зоні його витікання, що приводить до захоплювання струменем металевого розплаву великої кількості пузирчиків і спільному витіканню вниз, що знижує ступінь рафінування. Протистояти захопленню струменем і потрапити в металевий розплав, що перебуває в проміжному ковші зможуть тільки найбільш великі пузирчики, але через їхню незначну кількість не представляється можливим створити суцільну пузирчикову завісу і сумарної площі контакту з металевим розплавом недостатньо для ефективного рафінування. Реалізація способу не передбачає оптимізації параметрів формованих струменів подаваного інертного газу, що впливають на механізм утворення пузирчиків і їх розмірів. Це приводить до того, що при введенні дрібних пузирчиків (діаметром менш 10 мм) інертного газу перпендикулярно струменю стікаючого металевого розплаву, більшу їх кількість затягує струмінь стікаючого металевого розплаву, що негативно позначається на ступені рафінування. Уведення великих пузирчиків (діаметром більш 10 мм) інертного газу перпендикулярно струменю стікаючого металевого розплаву приводить до їхнього збільшення за рахунок зіштовхування й подальшого об'єднання, зменшуючи площу контакту металевого розплаву й загальної поверхні пузирчиків, що також знижує ступінь рафінування. Таким чином, реалізація відомого способу характеризується невеликою площею контакту металевого розплаву й загальної поверхні пузирчиків, не забезпечуючи необхідний ступінь рафінування й приводить до забруднення металевого розплаву поверхневим шлаком. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу рафінування металевого розплаву в проміжному ковші, в якому за рахунок оптимізації механізму утворення пузирчиків і їх розмірів забезпечується можливість створення стійкої суцільної дрібнопузирчикової завіси по всій висоті металевого розплаву, що перебуває в ковші, що приводить до підвищення площі контакту металевого розплаву й загальної поверхні пузирчиків, забезпечуючи підвищення ступеня рафінування й запобігання забрудненню металу поверхневим шлаком. 1 UA 103293 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Поставлена задача вирішується тим, що в способі рафінування металевого розплаву в проміжному ковші, що включає формування струменів подаваного під тиском інертного газу навколо струменя стікаючого металевого розплаву, що забезпечує введення пузирчиків інертного газу в металевий розплав, згідно з винаходом, струмені подаваного інертного газу формують паралельно осі струменя стікаючого металевого розплаву протилежно його напрямку діаметром, обумовленим з наступної залежності: 1/2 dcтp.=(d пyз.·q·р·g)/0,9·, де dcтp. - діаметр струменя інертного газу, мм; dпyз. - діаметр увідних пузирчиків інертного газу, рівний 4,0-10,0 мм; 7 3 q - витрата інертного газу, що вдувається, для одного струменя, рівна (2,5-8,5)·10- м /с; 3 р - різниця густини металевого розплаву й густини інертного газу, кг/м ; 2 g - прискорення вільного падіння, рівне 9,8 м/с ; 2  - поверхневий натяг металевого розплаву, кг/с , при цьому струмені інертного газу формують на відстані один від одного не менш двох їх діаметрів, а введення пузирчиків інертного газу в металевий розплав здійснюють на границі контакту металевого розплаву із внутрішньою поверхнею частини дна ковша навколо випускного отвору. Доцільно струмені подаваного інертного газу формувати групами. Суть способу рафінування металевого розплаву в проміжному ковші пояснюється фігурами, де на фіг. 1 показаний фрагмент проміжного ковша з металевим розплавом; на фіг. 2 зображені увідні одним струменем інертного газу пузирчики в момент їх уведення в рідину, що моделює металевий розплав; на фіг. 3 представлена стійка суцільна дрібнопузирчикова завіса по всій висоті рідини, що моделює металевий розплав. На фіг. 1 позначені: 1 - вогнетривкий шар днища ковша; 2 - металевий розплав, що перебуває в ковші; 3 - сформовані струмені інертного газу; 4 - струмінь стікаючого металевого розплаву. Спосіб здійснюють таким чином. Інертний газ подають під тиском, передбаченим технологічним режимом до днища проміжного ковша, у вогнетривкому шарі 1 якого попередньо навколо випускного отвору радіально виконують вертикальні газовипускні отвори. Газовипускні отвори виконують діаметром, що забезпечує формування струменя інертного газу діаметром, обумовленим заявлюваною залежністю з розташуванням на відстані один від одного не менш двох їх діаметрів. У міру потрапляння інертного газу в газовипускні отвори навколо струменя 4 стікаючого металевого розплаву формують струмені 3 інертного газу, протилежно його напрямку 1/2 діаметром, обумовленим з наступної залежності: dcтp.=(d пy.·q·р·g)/0,9·, де dстp. - діаметр струменя інертного газу, мм; dпyз - діаметр увідних пузирчиків інертного, рівний 4,0-10,0 мм; q 7 3 витрата інертного газу, що вдувається, для одного струменя, рівна (2,5-8,5)·10- м /с; р 3 різниця густини металевого розплаву й густини інертного газу, кг/м ; g - прискорення вільного 2 2 падіння, рівне 9,8 м/с ;  - поверхневий натяг металевого розплаву, кг/з . Оптимальний діаметр увідних у металевий розплав пузирчиків інертного газу й витрата інертного газу, що вдувається, для одного струменя визначають "холодним" моделюванням як рідину, що моделює металевий розплав, використовують воду при температурі 20 °C, як інертний газ - повітря). При цьому стійку суцільну дрібнопузирчикову завісу по всій висоті рідини, що моделює металевий розплав, створюють уведенням у металевий розплав пузирчиків інертного газу діаметром 4,0-10,0 мм і витратою інертного газу, що вдувається, для одного 7 3 струменя, рівною (2,5-8,5)·10- м /c. (фіг. 2, 3). За допомогою сформованих струменів інертного газу параметрами по залежності, що заявляється, у металевий розплав 2 на границі контакту металевого розплаву із внутрішньою поверхнею частини дна ковша навколо випускного отвору здійснюють уведення газових пузирчиків діаметром 4,0-10,0 мм, створюючи стійку суцільну дрібнопузирчикову завісу по всій висоті металевого розплаву 2, що перебуває в ковші. У таблиці показана залежність розміру пузирчика від діаметра струменя інертного газу при 7 3 витраті газу для одного струменя 5,56·10- м /с. 55 2 UA 103293 C2 Таблиця dпуз, мм 0,5 1 2,5 3 4 5 10 20 30 5 10 15 20 25 30 35 dстр, мм 0,015 0,031 0,077 0,093 0,123 0,154 0,309 0,617 0,926 Технологічні фактори використання Технологічно проблематично виконати отвір для створення струменя такого діаметра Найбільш ефективний для рафінування діаметр пузирчика при технологічно простому способі створення необхідного струменя газу Занадто великий діаметр пузирчика Створена стійка суцільна дрібнопузирчикова завіса по всій висоті металевого розплаву 2, що перебуває в ковші забезпечує значну площу контакту металевого розплаву й загальної поверхні пузирчиків інертного газу, що приводить до високого ступеня флотації неметалічних включень поверхнею пузирчиків, створюючи сприятливі умови для безперервного транспортування неметалічних включень у шлак за допомогою спливаючих пузирчиків інертного газу, забезпечуючи підвищення ступеня рафінування й запобігання забруднення металу поверхневим шлаком. Створення дрібнопузирчикової завіси газу на шляху руху пузирчиків забезпечує максимальну ймовірність їх зіткнення з неметалевими включеннями, при цьому турбулентність металевого розплаву в зоні завіси пузирчиків інертного газу сприяє коагуляції неметалевих включень, що забезпечує збільшення їх розмірів і, як наслідок, збільшення швидкості їх спливання, а також приводить до руйнування великих агломератів. Отже, у високій витраті подачі інертного газу в проміжний ківш немає необхідності. Приклад. Пропонований спосіб рафінування металевого розплаву був реалізований і випробуваний в умовах конвертерного цеху ПАТ "Алчевський металургійний комбінат" на 60-тонному проміжному ковші дворівчакової слябової машини безперервного лиття заготовок. У футеровку днища проміжного ковша навколо зони витікання металевого розплаву був вмонтований бетонний блок, у конструкцію якого були додано 10 вогнетривких продувних елементів на відстані друг від друга 2,5 їх діаметрів, рівновіддалених від осі струменя стікаючого металевого 7 7 розплаву. Продувку здійснювали аргоном з витратою 5-12 л/хв, що становить 4,0·10- -11,0·103 м /с для одного струменя. Реалізація способу підтвердила позитивні результати в порівнянні з найближчим аналогом, а саме: ступінь рафінування щодо загальної кількості неметалевих включень у готовій продукції підвищився на 40-50 %, а щодо максимальних розмірів великих включень на 30 %. Пропонований спосіб забезпечує наступні переваги: - покращення якості безперервнолитої заготовки за рахунок видалення неметалевих включень зі сталі в шлак; - підвищення серійності розливання з одного проміжного ковша при забезпеченні стабільності лиття протягом усього циклу; - запобігання заростанню каналу стакана-дозатора й заглибного стакана. Таким чином, використання заявлюваного способу рафінування металевого розплаву в проміжному ковші забезпечує підвищення ступеня рафінування й запобігання забрудненню металу поверхневим шлаком за рахунок підвищення площі контакту металевого розплаву й загальної поверхні пузирчиків інертного газу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 1. Спосіб рафінування металевого розплаву в проміжному ковші, що включає формування струменів подаваного під тиском інертного газу навколо струменя стікаючого металевого розплаву, що забезпечує введення пузирчиків інертного газу в металевий розплав, який відрізняється тим, що струмені подаваного інертного газу формують паралельно осі струменя стікаючого металевого розплаву, протилежно його напрямку, діаметром, обумовленим з наступної залежності: 1/2 dcтp.=(d пyз.·q·р·g)/0,9·, де dcтp. - діаметр струменя інертного газу, мм, 3 UA 103293 C2 5 10 dпyз. - діаметр увідних пузирчиків інертного газу, рівний 4,0-10,0 мм, -7 3 q - витрата інертного газу, що вдувається, для одного струменя, рівна (2,5-8,5)·10 м /с, 3 р - різниця густини металевого розплаву та густини інертного газу, кг/м , 2 g - прискорення вільного падіння, рівне 9,8 м/с , 2  - поверхневий натяг металевого розплаву, кг/с , при цьому струмені інертного газу формують на відстані один від одного не менше двох їх діаметрів, а введення пузирчиків інертного газу в металевий розплав здійснюють на границі контакту металевого розплаву із внутрішньою поверхнею частини дна ковша навколо випускного отвору. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що струмені подаваного інертного газу формують групами. 4 UA 103293 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5