СПОСОБ ПОТОЧНОГО ВАКУУМИРОВАНИЯ МЕТАЛЛА ПРИ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК B22D11/10 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к непрерывной разливке металлов.

Известен способ поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке и устройство для его осуществления, включающие подачу жидкого металла из разливочного ковша в вакуумкамеру, создание в ней разрежения до необходимого по технологии остаточного давления, подачу металла из вакуумкамеры непосредственно в кристаллизаторы под уровень металла. Вакуумкамера включает вакуумпровод, соединенный с вакуумнасосом, и патрубки, входящие непосредственно в кристаллизаторы. В этих условиях вакуумкамера служит герметически закрытым промежуточным ковшом, соединенным с вакуумнасосом [1]
Недостатком известного способа является недостаточная производительность и стабильность процесса непрерывной разливки металла. Это объясняется тем, что в случае нарушения герметичности вакуум-камеры происходит переполнение кристаллизаторов. В этих условиях прекращается процесс непрерывной разливки. Кроме того, при известном способе невозможна регулировка расхода металла в кристаллизаторы в зависимости от изменяющихся технологических параметров процесса разливки.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке и устройство для его осуществления, включающий подачу жидкого металла из разливочного ковша в вакуум-камеру, создание в ней разрежения до необходимого по технологии остаточного давления, подачу металла в промежуточный ковш через отдельный патрубок и далее в кристаллизаторы. Расход металла из промежуточного ковша регулируют при помощи стопоров. После подъема уровня металла в промежуточном ковше выше нижних торцов патрубков и герметизации вакуум-камеры жидким металлом начинают производить уменьшение остаточное давление в камере. Вакуумкамера включает вакуумпровод, соединенный с вакуумнасосом, и патрубок, установленный в днище вакуумкамеры и входящий в промежуточный ковш. Промежуточный ковш содержит разливочные стаканы и стопоры для регулирования расхода металла [2]
Недостатком известного способа и устройства является неудовлетворительное качество разливаемого металла. Это объясняется тем, что часть плавки из сталеразливочного ковша разливается в условиях отсутствия вакуумирования. Весь объем металла, находящийся в начале разливки в промежуточном ковше, не подвергается вакуумированию. В результате этого в части разливаемого металла не уменьшается содержание углерода, кислорода, водорода, азота и неметаллических включений. Кроме того, неметаллические включения, находящиеся в металле, не успевают коагулировать и всплывать на мениск металла в промежуточном ковше и попадают вместе со струями металла через разливочные стаканы в кристаллизаторы. Это приводит к браку непрерывнолитых слитков по качеству макроструктуры, наличию газовых включений и неметаллических включений. При этом снижается производительность получения непрерывнолитых слитков высокого качества.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в повышении производительности получения непрерывнолитых слитков высокого качества.

Указанный технический эффект достигают тем, что подают жидкий металл из разливочного ковша в вакуумкамеру, создают в ней остаточное давление, обрабатывают металл в вакуумкамере, подают металл в промежуточный ковш через патрубок и далее в кристаллизаторы. Металл подают из вакуумкамеры в промежуточный ковш с помощью дополнительного патрубка. После подъема уровня металла в промежуточном ковше выше нижних торцов патрубков и герметизации вакуумкамеры жидким металлом осуществляют циркуляционное вакуумирование находящегося в промежуточном ковше металла посредством подачи инертного газа в один из патрубков. После создания в вакуумкамере заданного остаточного давления одновременно с циркуляционным вакуумированием в промежуточном ковше осуществляют обработку металла в вакуум-камере. Металл подают в промежуточный ковш в отдельную центральную зону, отделенную от крайних зон, где располагают разливочные стаканы, а металл в эти крайние зоны подают из центральной зоны на уровне от днища промежуточного ковша, соответствующем 0,4-0,8 глубины погружения патрубков под уровень металла в промежуточном ковше.

Устройство для осуществления способа поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке включают разливочный ковш, вакуумкамеру с патрубком, установленным в днище вакуумкамеры и входящим в рабочую полость промежуточного ковша, вакуумпровод и разливочные стаканы, установленные в днище промежуточного ковша. Вакуумкамера снабжена дополнительным патрубком, оборудованным подводящими трубопроводами, а внутренняя полость промежуточного ковша разделена на три зоны при помощи двух поперечных перегородок, высота которых составляет 0,6-0,8 глубины рабочей полости промежуточного ковша.

Повышение производительности получения непрерывнолитых слитков высокого качества будет происходить вследствие повышения эффективности процесса вакуумирования в условиях одновременного совмещения двух видов вакуумирования: циркуляционного и дегазации струи и слоя металла в проточной вакуум-камере.

При этом процессу вакуумирования будет подвергаться весь разливаемый металл, начиная с его первых порций, наполняющих промежуточный ковш в начале непрерывной разливки, за счет циркуляционного вакуумирования.

Кроме того, наличие на одном из патрубков трубопроводов объясняется необходимостью обеспечения процесса циркуляционного вакуумирования металла посредством пропускания в патрубок инертного газа.

Наличие поперечных перегородок, ограничивающих центральную зону в рабочей полости промежуточного ковша, объясняется необходимостью повышения эффективности циркуляционного вакуумирования разливаемого металл, а также удаления неметаллических включений.

Диапазон значений высоты уровня подачи металла в крайние зоны из центральной зоны в пределах, соответствующих 0,4-0,8 глубины погружения патрубков под уровень металла в промежуточном ковше, объясняется необходимостью создания слоя металла на днище вакуумкамеры необходимой толщины. При меньших значениях уменьшается толщина слоя металла на днище вакуумкамеры, что приводит к снижению интенсивности вакуумирования. При больших значениях увеличивается толщина слоя металла на днище вакуумкамеры, что также приводит к снижению интенсивности вакуумирования этого слоя металла.

Указанный диапазон устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от рабочего значения уровня металла в промежуточном ковше.

Диапазон значений высоты поперечных перегородок в диапазоне 0,6-0,8 глубины рабочей полости промежуточного ковша объясняется закономерностями циркуляционного вакуумирования, а также всплывания неметаллических включений. При меньших значениях неметаллические включения не будут успевать всплывать из промежуточного ковша. Большие значения устанавливать не имеет смысла, т. к. при этом не происходит дальнейшего улучшения качества непрерывнолитых слитков.

Указанный диапазон устанавливается в прямой пропорциональной зависимости от глубины внутренней полости промежуточного ковша.

На чертеже показана схема установки для обработки металла в процессе непрерывной разливки.

Установка для осуществления способа обработки металла в процессе непрерывной разливки состоит из разливочного ковша 1, вакуумкамеры 2, патрубков 3 и 4, промежуточного ковша 5, разливочных стаканов 6, кристаллизаторов 7, вакуумпровода 8, трубопровода 9. Позицией 10 обозначен жидкий металл, 11 уровень металла в промежуточном ковше, 12 непрерывнолитой слиток, 13 перегородки, Н глубина погружения патрубков, 14 и 15 зоны промежуточного ковша.

Способ поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке осуществляют следующим образом.

П р и м е р. В начале процесса непрерывной разливки подают жидкую нераскисленную сталь 10 марки ст3 из разливочного ковша 1 емкостью 350 т в вакуумкамеру 2 и создают в ней разрежение до необходимого по технологии остаточного давления в пределах 0,3-0,6 кПа в зависимости от раскисленности стали. Разрежение создают посредством вакуумпровода 8, соединенного с вакуумнасосом. Металл 10 подают из вакуумкамеры 2 в промежуточный ковш 5 емкостью 50 т двумя струями через два огнеупорных патрубка 3 и 4. Далее металл 10 из промежуточного ковша 5 подают через удлиненные огнеупорные стаканы 6 в кристаллизаторы 7 под уровень металла. Из кристаллизаторов 7 вытягивают непрерывнолитые слитки 12 сечением 250х1600 мм с переменной скоростью в пределах 0,6-1,2 м/мин. Расход металла из промежуточного ковша 5 регулируют при помощи стопорных механизмов (на чертеже не показаны).

В начале наполнения промежуточного ковша 5 металлом 10 выше нижних торцов патрубков 3, 4 и герметизации вакуум-камеры 2 уровнем 11 жидкого металла производят циркуляционное вакуумирование металла, находящегося в промежуточном ковше, посредством подачи инертного газа, например аргона, по трубопроводу 9 в патрубок 4 с расходом в пределах 400-600 л/мин. В этих условиях, когда из вакуумкамеры 2 начинают откачивать воздух, под действием атмосферного давления металл поднимается в вакуумную камеру 2 на барометрическую величину, равную примерно 1,4 м, и покрывает подину камеры. Одновременно в нижнюю часть патрубка 4 подводится аргон как транспортирующий газ. Газ, увеличиваясь в объеме, поднимается по патрубку, приводит в движение находящийся здесь металл и приподнимает на некоторую величину уровень зеркала металла 10 в камере 2. Дегазированный металл 10 стекает по патрубку 3 обратно в промежуточный ковш 5. При этом выделившийся газ удаляется из камеры 2 по вакуумпроводу 8.

После герметизации патрубков 3 жидким металлом начинается понижение давления в вакуумкамере до необходимого значения. Объем металла, находящегося в промежуточном ковше и вновь поступающий в вакуумкамеру, подвергается только циркуляционному вакуумированию. В дальнейшем после создания в вакуумкамере необходимого остаточного давления разливку ведут в условиях совместного вакуумирования металла посредством его пропускания через вакуумкамеру и циркуляции металла через патрубки.

В общем случае процесс разливки можно производить в трех вариантах: только пропусканием металла через вакуумкамеру, только при помощи циркуляции металла через патрубки и, наконец, при совмещении этих процессов вакуумирования. В этих условиях повышается эффективность процесса вакуумирования металла в зависимости от раскисленности металла и его весового расхода.

Металл 10 подают в промежуточный ковш 5 в отдельную центральную зону 14, отделенную от крайних зон 15, где располагают разливочные стаканы 6. Металл 10 подают в крайние зоны 15 из центральной зоны 14 на уровне от днища промежуточного ковша 5, соответствующем 0,4-0,8 глубины погружения Н патрубков 3 и 4 под уровень металла 11 в промежуточном ковше 5.

Внутренняя полость промежуточного ковша 5 разделена на три зоны 14 и 15 при помощи двух поперечных огнеупорных перегородок 13, высота которых составляет 0,6-0,8 глубины рабочей полости промежуточного ковша 5.

В таблице приведены примеры осуществления способа поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке с различными технологическими параметрами.

В первом примере вследствие малой высоты поперечных перегородок неметаллические включения не успевают всплывать и перетекают в крайние зоны промежуточного ковша и далее в кристаллизаторы, что вызывает брак слитков.

В пятом примере вследствие большой высоты поперечных перегородок в промежуточном ковше образуются застойные зоны, что приводит к скоплению в металле неметаллических включений.

В шестом примере вследствие отсутствия второго патрубка и поперечных перегородок происходит неполное раскисление, поточное вакуумирование происходит с недостаточной интенсивностью, увеличивается брак слитков по увеличенному содержанию в слитках неметаллических включений.

В примерах 2-4 увеличивается производительность получения непрерывнолитых слитков высокого качества вследствие повышения эффективности процесса вакуумирования в условиях одновременного совмещения двух видов вакуумирования: циркуляционного и дегазации струи и слоя металла в проточной вакуумкамере. При этом сокращается объем невакуумированного металла. Кроме того, наличие поперечных перегородок с оптимальной высотой обеспечивает эффективное удаление неметаллических включений. При этом оптимальное расположение уровня перелива металла из центральной зоны в крайние зоны обеспечивает распределение конвективных потоков металла, способствующих всплыванию неметаллических включений и их ассимиляцию шлаковой смесью, покрывающей мениск металла в промежуточном ковше.

Применение предлагаемого способа позволяет повысить выход непрерывнолитых слитков высокого качества на 8-10% Экономический эффект подсчитан в сравнении с базовым объектом, за который принят способ и устройство поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке, применяемые на Новолипецком металлургическом комбинате.

В способе поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке металл подают из вакуум-камеры в промежуточный ковш с помощью дополнительного патрубка. После подъема уровня металла в промежуточном ковше выше нижних торцов патрубков и герметизации вакуум-камеры жидким металлом осуществляют циркуляционное вакуумирование находящегося в промежуточном ковше металла посредством подачи инертного газа в один из патрубков. После создания в вакуум-камере заданного остаточного давления одновременно с циркуляционным вакуумированием в промежуточном ковше осуществляют обработку металла в вакуум-камере. Металл подают в промежуточный ковш в отдельную центральную зону, отделенную от крайних зон, где располагают разливочные стаканы, а металл в эти крайние зоны подают из центральной зоны на уровне от днища промежуточного ковша, соответствующем 0,4 - 0,8 глубины погружения патрубков под уровень металла в промежуточном ковше. Устройство для осуществления способа поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке включает разливочный ковш, вакуум-камеру с патрубком, установленным в днище вакуум-камеры и входящим в рабочую полость промежуточного ковша, вакуум-провод и разливочные стаканы, установленные в днище промежуточного ковша. Вакуум-камера снабжена дополнительным патрубком, оборудованным подводящими трубопроводами, а внутренняя полость промежуточного ковша разделена на три зоны при помощи поперечных перегородок, высота которых составляет 0,6 - 0,8 глубины рабочей полости промежуточного ковша. 1 ил., 1 табл.

1. Способ поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке, включающий подачу жидкого металла из разливочного ковша в вакуум-камеру, создание в ней остаточного давления, обработку металла в вакуум-камере, подачу металла из нее в промежуточный ковш через патрубок и далее в кристаллизаторы с помощью разливочных стаканов, отличающийся тем, что промежуточный ковш разделяют на центральную и две крайние зоны, металл из вакуумкамеры подают в центральную зону промежуточного ковша с помощью дополнительного патрубка, а подачу в кристаллизаторы осуществляют из крайних зон промежуточного ковша, после подъема уровня металла в промежуточном ковше выше нижних торцев патрубков и герметизации вакуум-камеры жидким металлом осуществляют циркуляционное вакуумирование находящегося в прмежуточном ковше металла посредством подачи инертного газа в один из патрубков, а после создания в вакуум-камере заданного остаточного давления одновременно с циркуляционным вакуумированием в промежуточном ковше осуществляют обработку металла в вакуум-камере, при этом металл в крайние зоны подают из центральной зоны на уровне от днища промежуточного ковша, равном 0,4 0,8 глубины погружения патрубков под уровень металла в промежуточном ковше. 2. Устройство для поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке, содержащее разливочный ковш, вакуум-камеру с патрубком, установленным в ее днище с заглублением в рабочую полость промежуточного ковша, вакуум-провод и разливочные стаканы, установленные в днище промежуточного ковша, отличающееся тем, что вакуум-камера снабжена дополнительным патрубком, оборудованным подводящими трубопроводами, а внутренняя полость промежуточного ковша разделена на три зоны посредством двух поперечных перегородок, высота которых составляет 0,6 0,8 глубины рабочей полости промежуточного ковша.