Пристрій для рафінування металевого розплаву в проміжному ковші

Реферат: Винахід належить до галузі чорної металургії, зокрема до конструкції пристроїв для рафінування металевого розплаву інертним газом у проміжному ковші й може бути використаний при безперервному розливанні сталі. Пристрій для рафінування металевого розплаву в проміжному ковші містить суцільний вогнетривкий блок, встановлюваний у футерівці днища ковша уздовж його поперечної осі між зоною приймання й зоною випуску, у якому виконані щонайменше три газорозподільні канали для введення інертного газу в металевий UA 105157 C2 (12) UA 105157 C2 розплав, з виходом на робочу поверхню блока, які розташовані послідовно уздовж його поздовжньої осі й взаємозв'язані з розташованою усередині блока камерою, приєднаною до системи подачі інертного газу, при цьому газорозподільні канали виконані діаметром, обумовленим наступною залежністю: Sблока dканалу  , k n  1 2 де dканалу - діаметр газорозподільного каналу, м, dканалу - площа робочої поверхні блока, м , k - безрозмірний коефіцієнт, що враховує вплив фізико-хімічних факторів процесу на міцнісні характеристики блока, рівний 2-8, n - кількість газорозподільних каналів у блоці, при цьому непарні канали розташовані так, що їх осі лежать в одній вертикальній площині з кроком, рівним 2,0-30,0 діаметра каналу, парний канал розташований так, що кут, утворений пересічними в точці осі парного каналу, який лежить у горизонтальній площині, лініями, що перетинають точки осей непарних каналів, які розташовані у тій же горизонтальній площині, рівний 30-180°, а відстань між непарним і найближчим парним каналами становить не менше 0,6 діаметра каналу, причому в кожному каналі розміщена вставка з керамічного матеріалу зі спрямованими уздовж її поздовжньої осі по всій висоті надкапілярними порами. Винахід забезпечує підвищення ступеня рафінування металевого розплаву від інтраметалідних включень і домішок за рахунок формування стійкої суцільної дрібнобульбашкової завіси по всій висоті металевого розплаву. UA 105157 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі чорної металургії, зокрема до конструкції пристроїв для рафінування металевого розплаву інертним газом у проміжному ковші, й може бути використаний при безперервному розливанні сталі. Принцип рафінування металевого розплаву інертним газом заснований на методі флотації, що полягає в прилипанні неметалевих включень до бульбашки інертного газу. Пристрої для рафінування металевого розплаву, встановлюють на шляху руху турбулентних потоків уздовж поперечної осі проміжного ковша між зоною приймання й зоною випуску, забезпечують збільшення тривалості перебування металевого розплаву в ньому. При значній величині часу перебування, близько 10 хвилин, для проміжних ковшів промислових слябових машин безперервного лиття заготовок, у ньому створюються сприятливі умови для проходження таких процесів, як виділення й спливання неметалевих включень, контроль температури й перегрівання, додавання різних присадок й ін. Таким чином, формується багаторівневий багатоструменевий потік, у якому менші швидкості й горизонтальний рух верхніх потоків сприяють розвитку зони зі сприятливими умовами для рафінування. Відомий пристрій для рафінування металевого розплаву в проміжному ковші, що містить вогнетривкий блок для введення газів в розплав, який встановлюється в футерівці донної частини ковша і містить внутрішню газову камеру, приєднану до системи подачі газу та газорозподільні канали, що виходять на контактну поверхню з металевим розплавом, при цьому внутрішня газова камера з'єднана з розташованими по одній прямій в два ряди газорозподільними каналами діаметром d , що дорівнює 1-2 мм, та під кутом  , який дорівнює 15-75° 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 (UA, № 43122 U, кл. B22D 11/10, опубл. 10.08.2009 p.). Використання відомого пристрою не забезпечує необхідний ступінь рафінування й призводить до забруднення металевого розплаву покривним шлаком. Витікання металевого розплаву з металоприймача в робочий простір проміжного ковша відбувається у вигляді високошвидкісних турбулентних потоків, що призводить до перемішування металевого розплаву з покривним шлаком. Інтенсивне перемішування призводить до неоднорідності по температурі й хімічному складу металевого розплаву в напрямку периферії проміжного ковша, що призводить до одержання металу невисокої якості з високим вмістом неметалевих включень. Крім того, рафінування металевого розплаву з використанням відомого пристрою також не забезпечує високий ступінь рафінування через утворення великих бульбашок газу, обумовлене виконанням газорозподільних каналів діаметром 1-2 мм. Найбільш близьким аналогом запропонованого винаходу є пристрій для рафінування металевого розплаву в проміжному ковші, що містить суцільний вогнетривкий блок, установлюваний у футерівці днища ковша уздовж його поперечної осі між зоною приймання й зоною випуску, у якому виконані газорозподільні канали для введення інертного газу в металевий розплав, що виходять на робочу поверхню блока (контактна поверхня з металевим розплавом), внутрішню газову камеру, приєднану до системи подачі газу й з'єднану з розташованими в ряд перпендикулярно до неї газорозподільними каналами діаметром 1,5-1,9 мм на відстані між ними 15-18 діаметрів каналу, при загальній довжині блока L  П  2x , де: П довжина зони продувки, рівна ширині потоку розплаву в донній частині ковша; x - холоста частина блока, рівна товщині футерівки стінки ковша з урахуванням обновлюваної її частини (UA, № 32074 U, кл. B22D 11/00, опубл. 12.05.2008). Відомий пристрій не забезпечує досягнення необхідного технічного результату за наступними причинами. Рафінування металевого розплаву за рахунок продувки його через суцільні вогнетривкі блоки, що використовуються для створення газової завіси, не забезпечує необхідний ступінь рафінування й приводить до забруднення металевого розплаву поверхневим шлаком. Це обумовлене тим, що великий розмір газорозподільних каналів сприяє утворенню великих бульбашок газу, що призводить до захоплення покривного шлаку при продувці, який є додатковим джерелом неметалевих включень. Крім того, при продувці з утворенням бульбашок великих розмірів нижні обсяги металевого розплаву недостатньо обробляються інертним газом, що призводить до утворення застійних зон, які викликають нерівномірний розподіл температури й концентрації неметалевих включень, що також погіршує ступінь рафінування металевого розплаву. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення пристрою для рафінування металевого розплаву в проміжному ковші, в якому за рахунок конструктивних особливостей забезпечується можливість формування стійкої суцільної дрібнобульбашкової завіси по всій 1 UA 105157 C2 5 10 висоті металевого розплаву, запобігаючи його забрудненню поверхневим шлаком, забезпечуючи підвищення площі контакту поверхні бульбашок і металевого розплаву, що призводить до підвищення ступеня рафінування металевого розплаву. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для рафінування металевого розплаву в проміжному ковші, що містить суцільний вогнетривкий блок, установлюваний у футерівці днища ковша уздовж його поперечної осі між зоною приймання й зоною випуску, у якому виконані щонайменше три газорозподільні канали для введення інертного газу в металевий розплав, що виходять на робочу поверхню блока, розташовані послідовно уздовж його поздовжньої осі й взаємозв'язані з розташованою усередині блока камерою, приєднаною до системи подачі інертного газу, згідно з винаходом, газорозподільні канали виконані діаметром, обумовленим наступною залежністю: dканалу  де dканалу Sблока , k n  1 - діаметр газорозподільного каналу, м; 2 15 20 25 30 35 40 45 50 Sблока - площа робочої поверхні блока, м ; k - безрозмірний коефіцієнт, що враховує вплив фізико-хімічних факторів процесу на міцнісні характеристики блока, рівний 2-8; n - кількість газорозподільних каналів у блоці, при цьому непарні канали розташовані так, що їх осі лежать в одній вертикальній площині із кроком, рівним 2,0-30,0 діаметра каналу, парний канал розташований так, що кут, утворений пересічними в точці осі парного каналу, що лежить у горизонтальній площині, лініями, що перетинають точки осей непарних каналів, які лежать у тій же горизонтальній площині, рівний 30-180°, а відстань між непарним і найближчим парним каналами становить не менше 0,6 діаметра каналу, причому в кожному каналі розміщена вставка з керамічного матеріалу зі спрямованими уздовж її поздовжньої осі по всій висоті надкапілярними порами. Створювана пристроєм стійка суцільна дрібнобульбашкова завіса по всій висоті металевого розплаву ділить рідку ванну металевого розплаву на зону приймання й зону випуску, тим самим обмежуючи рух спрямованих потоків металевого розплаву, що збільшує резидентний час перебування металевого розплаву в проміжному ковші, за рахунок чого збільшується ступінь рафінування металевого розплаву і його усереднення за температурою та хімічним складом. Загальна кількість ефективних прикріплень неметалевих включень до бульбашок інертного газу в секунду складає: 3 H T0 З Nоб    Qг в  K 3  в , 2 Vст T dn де H - висота ванни металевого розплаву, м; Vст - обсяг металевого розплаву, переміщуваний бульбашкою у процесі флотації на вільній поверхні, м; T0 і T - температура інертного газу в системі подачі газу й у проміжному ковші відповідно, °C; Qг - витрата газу, 3 -1 -3 м •с ; dп - розмір бульбашки, м; в - густина включення, кг•м ; K 3 - константа рафінування. При цьому відсоток видалення неметалевих включень:   1001 exp K 3 , де  - час видалення неметалевих включень. Експериментально встановлено, що підвищення ступеня рафінування металевого розплаву при застосовуваній в практиці витраті газу забезпечується формуванням по всій висоті металевого розплаву стійкої суцільної дрібнобульбашкової завіси оптимального діаметра -3 бульбашок, рівного 3-3,25•10 мм, які утворюються спрямованими надкапілярними порами діаметром більше 100 мкм, при цьому відсоток видалення неметалевих включень становить 9095 %. Поряд з підвищенням ступеня рафінування забезпечуються мінімальні значення часу рафінування (часу, необхідного бульбашкам для спливання через 1 м стовпа металевого розплаву) при високій швидкості спливання. Горизонтальна складова швидкості руху -1 металевого розплаву в зоні випуску становить 0,1-0,25 м • с , а швидкість спливання бульбашки -1 -1 оптимального діаметра - 0,09 м•с і 0,3 м•с відповідно. Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 показаний пристрій для рафінування металевого розплаву в проміжному ковші, поздовжній розріз; на фіг. 2 - пристрій для рафінування металевого розплаву в проміжному ковші з утворенням кута 180°, вид зверху; на фіг. 3 - те ж, з утворенням кута 30°; 2 UA 105157 C2 5 10 на фіг. 4 - розріз частини проміжного ковша з установленим пристроєм для рафінування металевого розплаву; на фіг. 5 - вставка зі спрямованими порами, вид зверху. Пристрій для рафінування металевого розплаву містить суцільний вогнетривкий блок 1 у вигляді паралелепіпеда, в якому виконано десять (фіг. 2) або три (фіг. 3) газорозподільних канали 2 для введення інертного газу в металевий розплав, що виходять на робочу поверхню 3 блока 1. Канали 2 розташовані послідовно уздовж поздовжньої осі блока 1 і взаємозв'язані з розташованою усередині блока камерою 4, взаємозв'язаною з підвідним патрубком 5, з'єднаним із системою 6 подачі газу у вигляді колектора. Газорозподільні канали 2 виконані діаметром, обумовленим наступною залежністю: Sблока , k n  1 де dканалу - діаметр газорозподільного каналу, м; Sблока - площа робочої поверхні блока, 2 м ; k - безрозмірний коефіцієнт, що враховує вплив фізико-хімічних факторів процесу на міцнісні характеристики блока, рівний 2-8; n - кількість газорозподільних каналів у блоці. Непарні канали 2а розташовані так, що їх осі лежать в одній вертикальній площині з кроком, рівним 2,0-30,0 діаметрам каналу, а парний канал 2b розташований так, що кут  , утворений пересічними в точці осі парного каналу, що лежить у горизонтальній площині, лініями, які перетинають точки осей непарних каналів, які лежать у тій же горизонтальній площині, становить 180° (фіг. 2) і 30° (фіг. 3). Канали розташовані так, що відстань між непарним каналом 2а і найближчим парним каналом 2b становить не менше 0,6 діаметра каналу. У кожному каналі розміщена вставка 7 (Фіг. 5) з керамічного матеріалу зі спрямованими уздовж її поздовжньої осі по всій висоті надкапілярними порами 8 діаметром 200 мкм. Пристрій працює в такий спосіб. Пристрій встановлюється у футерівці днища 9 (Фіг. 4) проміжного ковша 10 з розташуванням вогнетривкого блока 1 уздовж його поперечної осі між зоною приймання й зоною випуску металевого розплаву. Інертний газ, наприклад аргон, подається від системи 6 подачі газу через установлений у футерівці днища 9 підвідний патрубок 5 (Фіг. 1) у камеру 4 і далі - до газорозподільних каналів 2, що виходять на робочу поверхню 3 блока 1. Потім газ через надкапілярні пори 8, спрямовані уздовж поздовжньої осі вставки 7 по всій її висоті, надходить у металевий розплав у вигляді бульбашок фіксованого діаметра, формуючи стійку суцільну дрібнобульбашкову завісу по всій висоті металевого розплаву, запобігаючи його забрудненню поверхневим шлаком, забезпечуючи підвищення площі контакту поверхні бульбашок і металевого розплаву. Газ, що вдувається, змінює напрямок потоку металевого розплаву в проміжному ковші й спрямовує неметалеві включення до шару шлаку, що обумовлено збільшенням турбулентності, яка сприяє коагуляції неметалевих включень, які адсорбуються бульбашками аргону. При цьому, швидкість поглинання неметалевих включень розміром менше 50 мкм значно збільшується. Таким чином, використання запропонованого пристрою приводить до підвищення ступеня рафінування металевого розплаву за рахунок формування стійкої суцільної дрібнобульбашкової завіси по всій висоті металевого розплаву. dканалу  15 20 25 30 35 40 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 Пристрій для рафінування металевого розплаву в проміжному ковші, що містить суцільний вогнетривкий блок, встановлюваний у футерівці днища ковша уздовж його поперечної осі між зоною приймання й зоною випуску, у якому виконані щонайменше три газорозподільні канали для введення інертного газу в металевий розплав з виходом на робочу поверхню блока, які розташовані послідовно уздовж його поздовжньої осі й взаємозв'язані з розташованою усередині блока камерою, приєднаною до системи подачі інертного газу, який відрізняється тим, що газорозподільні канали виконані діаметром, обумовленим наступною залежністю: Sблока dканалу  , k n  1 2 де dканалу - діаметр газорозподільного каналу, м, Sблока - площа робочої поверхні блока, м , k - безрозмірний коефіцієнт, що враховує вплив фізико-хімічних факторів процесу на міцнісні характеристики блока, рівний 2-8, n - кількість газорозподільних каналів у блоці, при цьому непарні канали розташовані так, що їх осі лежать в одній вертикальній площині з кроком, рівним 3 UA 105157 C2 5 2,0-30,0 діаметра каналу, парний канал розташований так, що кут, утворений пересічними в точці осі парного каналу, який лежить у горизонтальній площині, лініями, що перетинають точки осей непарних каналів, які лежать у тій же горизонтальній площині, рівний 30-180°, а відстань між непарним і найближчим парним каналами становить не менше 0,6 діаметра каналу, причому в кожному каналі розміщена вставка з керамічного матеріалу зі спрямованими уздовж її поздовжньої осі по всій висоті надкапілярними порами. 4 UA 105157 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 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