Обладнання сталерозливного ковша великої місткості для обробки металу

Реферат: Винахід належить до галузі чорна металургія. Обладнання сталерозливного ковша для обробки металу містить футерований ківш, кришку з отвором для подачі добавок та продувний вузол, виконаний із двох фурм (Ф1, Ф2), розташованих на певній відстані відносно центра днища ковша та центра отвору в кришці, при цьому фурма Ф1 розташована на відстані: RФ1=(0,570,83)R3=(0,71-1,41)RФ2, де RФ1 і RФ2 - радіуси від центра днища ковша та центра кришки до центра фурм Ф1 і Ф2 відповідно, R3 - радіус від центра кришки до центра отвору, а відносно одна від одної фурми (Ф1, Ф2) та отвір у кришці розташовані під кутом до горизонтальної центральної осі ковша та кришки: 1=(0,63-1,45)3=(0,33-1,17)2, де 1 - кут між горизонтальною віссю ковша та кришки і віссю, яка проходить через центр фурми Ф 1, 2 - кут між горизонтальною віссю ковша та кришки і віссю, яка проходить через центр фурми Ф 2, 3 – кут між горизонтальною віссю кришки та ковша і віссю, яка проходить через центр отвору у кришці. Винахід підвищує ефективність перемішування рідкого металу. UA 114060 C2 (12) UA 114060 C2 UA 114060 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до галузі чорної металургії, а точніше до обладнання позапічної обробки металу та може бути використаним для доводки, гомогенізації та рафінування рідкої сталі в сталерозливних ковшах (далі - ковшах) великої місткості. Важливе значення в процесі позапічної обробки металу має організація ефективного перемішування розплаву, що дозволяє не тільки скоротити тривалість обробки, але також забезпечити зменшення об'єму застійних зон розплаву у ковші. Ефективне перемішування сприяє інтенсифікації процесів рафінування, доводки та гомогенізації сталі, створює сприятливі умови для видалення неметалевих включень з розплаву та забезпечує досягнення технологічних цілей етапу позапічної обробки з мінімальними енергетичними та матеріальними витратами. В процесі продування сталі газом/газопорошковою сумішшю через донні фурми метал не однаковою мірою перемішується в об'ємі ковша. Інтенсивному перемішуванню, перш за все, піддаються об'єми рідкого металу, що зосередженні на шляху подачі в сталь газу/газопорошкової суміші (найбільш активна зона). З поступовим наближенням газу/газопорошкової суміші до поверхні металу в ковші, ці об'єми (потоки) розширюються, потім, проходячи по верхніх поверхневих шарах металу у вигляді направлених до стінки ковша потоків, втрачають швидкість і опускаються вниз від поверхні до дна. Звичайно, відмічений характер руху металу, що обробляється, суттєво знижує ефективність перемішування, бо повільно охоплює весь об'єм розплаву в ковші та особливо придонні зони рідкого металу, розташовані по обидві сторони від продувних фурм. В результаті задача позапічної обробки металу не досягається, процес потребує підвищених витрат газу та особливо часу, якого в реальному технологічному потоці виробництва сталі, як правило, не вистачає. Проте ефективність перемішування значною мірою визначається конструктивним розташуванням продувного пристрою. Особливий вплив на розповсюдження активної зони при продуванні розплаву справляє розташування фурм у днищі ковша. За рахунок раціонального розташування фурм забезпечується ефективне перемішування металу, що призводить до скорочення часу його обробки у ковші, зменшення об'єму застійних зон у ванні, досягнення цілей цього етапу виробництва сталі з одночасною економією матеріальних та енергетичних ресурсів. Відомо обладнання сталерозливного ковша для позапічної обробки сталі (патент РФ № 2 208 054, С21С7/072, B22D 1/00, опубл. 10.07.2003), що включає продувний вузол у вигляді фурм, які попарно розташовані по діаметрально протилежним сторонам днища ковша. Розташування фурм по діаметрально протилежних сторонах днища ковша з наявністю зустрічних потоків приводить до створення обмеженої за об'ємом активної зони. Конструкція відомого обладнання сталерозливного ковша з розташуванням донних продувних фурм в ковші без урахування відносного їх віддалення від центра днища та від центра отвору для вводу добавок, не забезпечує ефективного перемішування. Це сприяє підвищеним витратам енергоносіїв, добавок та вогнетривких матеріалів футерівки ковша, а процес продування характеризується низькою керованістю. Найбільш близьким по технічній суті та ефекту, що досягається, є обладнання сталерозливного ковша для позапічної обробки металу (патент РФ № 2 465 339, МПК7/00, опубл. 27.10.2012), що вміщує футерований ківш, кришку з отвором для подачі добавок та продувний вузол у вигляді фурм, встановлених у днищі ковша. У відомому обладнанні сталерозливного ковша продувний вузол складається з фурм, що розташовані рівномірно по колу днища ковша, а одна з фурм (умовно Ф1) розташована на вертикальній осі з отвором у кришці для подачі добавок. Інші фурми (умовно Ф 2 та Ф3) розташовані під кутом 120° до фурми Ф1 та одна до одної, а відстань усіх трьох фурм від центра днища ковша однакова і знаходиться в межах 0,5-0,8 R, де R - радіус днища ковша. У відомому обладнанні сталерозливного ковша за рахунок запропонованого розташування продувних фурм у днищі ковша забезпечується розширення активної зони охоплення газом/газопорошковою сумішшю об'єму металу, що призводить до деякого скорочення тривалості його обробки у ковші малої місткості. Однак для створення активної зони при обробці металу у ковші великої місткості, в якій для підвищення ефективності перемішування металу потрібно збільшити кількість фурм до трьох, чотирьох та більше, що призведе до ускладнення конструкції пристрою, та відповідно, до гіршої керованості процесом продування усього об'єму металу, зумовленої необхідністю постійного спостереження за виконанням подачі аргону через фурму Ф1, бо розташування отвору для подачі добавок на одній осі з фурмою, одночасно сприяє "виштовхуванню" кусків добавок на поверхню рідкого металу, тим самим погіршуючи умови їх плавлення (розчинення), на відміну від знаходження в глибині розплаву, де ефективність використання добавок найбільша. 1 UA 114060 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Тому при збільшенні об'єму ковша, сформована відносно невелика активна зона, виходячи з вказаного розташування фурм, подовжує час обробки металу в ковші та через недостатню ефективність перемішування не тільки збільшує тривалість процесу, але й зменшує термін служби вогнетривкої футеровки ковша. Поставлена задача удосконалення обладнання сталерозливного ковша великої місткості досягається шляхом раціонального розташування двох продувних фурм у днищі ковша відносно його центра та отвору в кришці для подачі добавок за рахунок збільшення об'єму активної зони, що забезпечує підвищення ефективності перемішування рідкого металу, збільшення терміну служби вогнетривкої футерівки ковша та приводить до спрощення конструкції ковша, а також скорочує тривалість процесу обробки металу. Задача вирішується тим, що обладнання сталерозливного ковша великої місткості для обробки металу містить футерований ківш, кришку з отвором для подачі добавок та продувний вузол у вигляді фурм, що встановлені у днищі ковша, відповідно до винаходу, продувний вузол виконаний з двох фурм (Ф1 і Ф2), розташованих на певній відстані відносно центра днища ковша та центра отвору в кришці, при цьому фурма Ф1 розташована на відстані: RФ1=(0,570,83)R3=(0,71-1,41)RФ2, де RФ1, де RФ1 і RФ2 - радіуси від центра днища ковша та центра кришки до центра фурм Ф1 і Ф2 відповідно, R3 - радіус від центра кришки до центра отвору, а відносно одна від одної фурми (Ф1 і Ф2) та отвір у кришці розташовані під кутом до горизонтальної центральної осі ковша та кришки: α1=(0,63-1,45)α3=(0,33-1,17)α2, де α1 - кут між горизонтальною віссю ковша та кришки і віссю, яка проходить через центр фурми Ф 1, α2 - кут між горизонтальною віссю ковша та кришки і віссю, яка проходить через центр фурми Ф 2, α3 - кут між горизонтальною віссю кришки та ковша і віссю, яка проходить через центр отвору у кришці. Виконання продувного вузла, що складається з двох фурм, спростить конструкцію обладнання сталерозливного ковша великої місткості. Розташування фурм з урахуванням різної відстані відносно центра днища ковша та центра отвору в кришці для подачі добавок забезпечить розширення активної зони охоплення газом/газопорошковою сумішшю об'єму металу в ковші великої місткості. За рахунок цього скоротиться час досягнення гомогенізації (усереднення), рафінування та доводки металу та зменшиться об'єм застійних зон без збільшення кількості газу, що витрачається. Таким чином, буде вирішена задача ефективного перемішування металу, спрощення обладнання сталерозливного ковша та підвищення його керованості. Розташування фурм на певному віддалені від футерованої стінки ковша дозволить перерозподілити потоки активної зони в об'ємі ванни ковша таким чином, що приведе до збільшення строку служби вогнетривкої футеровки ковша. При цьому забезпечиться економія дорогих вогнетривких матеріалів футеровки. Суть запропонованого винаходу пояснюється на: Фіг. 1 - показана поєднана компонувальна схема кришки з отвором для подачі добавок та днища ковша великої місткості з розміщенням продувного вузла з двох фурм; Фіг. 2 - показана залежність тривалості перемішування для досягнення гомогенізації т (усереднення) і доводки металу по складу (τ) та по температурі (τ ), а також оцінка величини об'єму застійних зон (Vзз) від різних варіантів розміщення фурм (Кф), де Кф - коефіцієнт компоновки продувного вузла із двох фурм при рівномірній продувці через кожну з них з незмінною інтенсивністю, яка характерна для промислових умов експлуатації ковша великої місткості. Обладнання сталерозливного ковша великої місткості для обробки металу (Фіг. 1) виконано у вигляді футерованого ковша 1 з кришкою 2, в якій знаходиться отвір 3 для подачі добавок. У днищі ковша встановлений продувний вузол, що має дві фурми Ф1 і Ф2, які розташовані від центральної осі днища ковша та кришки на відстані RФ1=(0,57-0,83)R3=(0,71-1,41)RФ2, a відносно одна від одної фурми (Ф1 і Ф2) та отвір у кришці розташовані під кутом до горизонтальної центральної осі ковша та кришки: α1=(0,63-1,45)α3=(0,33-1,17)α2 між горизонтальною віссю кришки та ковша і віссю, яка проходить через центр отвору у кришці. Нижня межа значення коефіцієнта компоновки продувного вузла із двох фурм (К ф)=1,4 на т графічній залежності (Фіг. 2) вибрана виходячи із досягнення області мінімальних величин τ, τ та Vзз, а верхня межа значень цього коефіцієнта (Кф)=2,4 - закінченням області сприятливого впливу та різким підвищенням величин вказаних параметрів. Крім цього, врахування значень коефіцієнта Кф дозволить визначити раціональні координати розташування фурм при різних сумарних рівномірних витратах аргону на продування ванни, що сприяє створенню значної по об'єму активної зони в ковші великої місткості та забезпечує ефективне перемішування металу. Це, в свою чергу, мінімізує тривалість гомогенізації та 2 UA 114060 C2 т 5 10 15 20 25 30 35 40 доводки металу по складу (τ) та по температурі (τ ), забезпечуючи мінімальний об'єм застійних зон (Vзз). Обґрунтування залежності параметрів розташування продувного вузла фурм проводили співставленням результатів попередніх чисельних досліджень з врахуванням певних т мінімальних значень перерахованих вище параметрів (τ, τ , Vзз), отриманих в процесі експериментів при ефективному перемішуванні металу. Обладнання сталерозливного ковша великої місткості для обробки металу застосовується наступним чином. На прикладі ковша великої місткості (250 т), що використовується для обробки металу на установці ківш-піч (УКП) в конверторному цеху ПАТ "Дніпровський меткомбінат ім. Ф.Е. Дзержинського", представлені вибіркові результати порівняльної експлуатації ковшів зі стандартним (прийнятим на комбінаті) та раціональним (згідно з запропонованим) розташуванням донного продувного вузла з двох фурм. Після випуску плавки із конвертера в сталерозливний ківш проводили обробку металу на УКП по прийнятих технологічних режимах. При постановці сталевоза з ковшем на УКП підключали подачу аргону та здійснювали продування металу через дві донні фурми Ф 1 та Ф2. Для проведення необхідних технологічних операцій розігрівали шлак, використовуючи електродуговий нагрів, здійснювали подачу шлакоутворюючих та легуючих добавок через отвір в кришці. При доводці та усереднені (гомогенізації) металу по складу та по температурі контролювали відповідність технологічних параметрів нормативним вимогам, не допускаючи несанкціонованих змін. Після закінчення обробки та отримання результатів контролю складу та температури металу ківш відправляли на машину безперервного розливу сталі. Оцінку ефективності використання запропонованого обладнання сталерозливного ковша великої місткості для обробки металу зі зміненим розташуванням донних продувних фурм в умовах конвертерного цеху ПАТ "Дніпровський меткомбінат ім. Ф.Е. Дзержинського" при виробництві сталі поточного марочного сортаменту виконували за період їх експлуатації на протязі більше ніж трьох років. Співставлення експлуатаційних характеристик ковшів з різним розташуванням продувного вузла з двох фурм при прийнятих на підприємстві технологічних параметрах обробки металу на УКП свідчить про підвищення стійкості футерівки ковша при використанні запропонованого обладнання сталерозливного ковша в порівнянні зі стандартним розташуванням двох фурм в т ковші аналогічної місткості, про скорочення тривалості доводки і гомогенізації металу (τ, τ ) та підвищення ефективності його обробки за рахунок скорочення об'єму застійних зон (Vзз). Співставлення результатів експлуатації стандартних ковшів (з прийнятим розташуванням фурм) та ковшів із запропонованим розташуванням двох фурм продувного вузла представлені в таблиці. Розташування фурм з урахуванням різної відстані відносно центра днища ковша та центра отвору в кришці забезпечить розширення активної зони охоплення газом/газопорошковою сумішшю об'єму металу в ковші великої місткості, що підтверджується порівнянням показників, що наведені в таблиці, а саме середня стійкість вогнетривкої футерівки ковша, середня фактична (експериментальна) тривалість гомогенізації металу по складу та температурі. За рахунок цього скоротиться час обробки металу на УКП та зменшиться об'єм застійних зон без збільшення кількості витрачуваного газу. 3 UA 114060 C2 Таблиця № п/п Аналізована характеристика 1 2 3 4 Тип ковша Запропонований Стандартний Середня стійкість вогнетривкої футерівки ковша в кампанії (кількість плавок, шт.) - з ремонтом шлакового пояса; - без ремонту шлакового пояса; Середня фактична (експериментальна) тривалість гомогенізації металу по складу (τ) на УКП Середня фактична (експериментальна) тривалість гомогенізації т металу по температурі (τ ) на УКП Середня розрахункова (чисельна) величина об'єму застійних зон у ванні ковша (Vзз) Ефективність*, %абс. (%відн.) 72 65 +11 67 56 +19 180 200 -10 30 32 -6 4 5 (-20) *) «+» - збільшення, «-» - зменшення 5 Таким чином, за рахунок використання раціонального розташування донного продувного вузла з двох фурм у ковші великої місткості забезпечується більш ефективне перемішування металевого розплаву (скорочення тривалості гомогенізації та доводки металу по складу та по температурі, зменшення об'єму застійних зон) та підвищення строку служби вогнетривкої футерівки ковша, спрощення конструкції обладнання сталерозливного ковша великої місткості для обробки металу та його керованості. В результаті досягається економія матеріальних та енергетичних ресурсів при виробництві сталі. 10 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 Обладнання сталерозливного ковша великої місткості для обробки металу містить футерований ківш, кришку з отвором для подачі добавок та продувний вузол у вигляді фурм, встановлених у днищі ковша, яке відрізняється тим, що продувний вузол виконаний із двох фурм (Ф1, Ф2), розташованих на певній відстані відносно центра днища ковша та центра отвору в кришці, при цьому фурма Ф1 розташована на відстані: RФ1=(0,57-0,83)R3=(0,71-1,41)RФ2, де RФ1 і RФ2 радіуси від центра днища ковша та центра кришки до центра фурм Ф1 і Ф2, відповідно, R3 радіус від центра кришки до центра отвору, а відносно одна від одної фурми (Ф 1 і Ф2) та отвір у кришці розташовані під кутом до горизонтальної центральної осі ковша та кришки: 1=(0,631,45)3=(0,33-1,17)2, де 1 - кут між горизонтальною віссю ковша та кришки і віссю, яка проходить через центр фурми Ф1, 2 - кут між горизонтальною віссю ковша та кришки і віссю, яка проходить через центр фурми Ф2, 3 - кут між горизонтальною віссю кришки та ковша і віссю, яка проходить через центр отвору у кришці. 4 UA 114060 C2 Комп’ютерна верстка О. Рябко 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 5