СПОСОБ ЗАЩИТЫ СТРУИ МЕТАЛЛА ПРИ РАЗЛИВКЕ Российский патент 1997 года по МПК B22D7/12 

Изобретение относится к металлургии, преимущественно металлургии черных металлов, и может быть использовано при разливке стали в изложницы и на машинах непрерывного литья.

В процессе разливки стали из ковша в изложницу струя металла контактирует с окружающим воздухом, что приводит как к вторичному окислению металла, так и к насыщению его азотом и водородом. Вторичное окисление металла, а также его наводораживание повышает количество поверхностных трещин, угар легкоокисляющихся компонентов и в конечном счете приводит к значительному ухудшению качества металлопродукции.

Известен способ защиты струи разливаемого металла от вторичного окисления, включающий подачу защитного газа двумя концентрично расположенными потоками наружным расходящимся и внутренним сходящимся. При этом предусмотрена возможность подачи двух разных газов в наружную инертного газа, а во внутреннюю газа-поглотителя кислорода (природного, коксового и др. ) /Бюллетень НТИ "Черная металлургия", 1991, вып.9, стр.67/.

В известном устройстве окружающий воздух подсасывается в корень наружной высокоскоростной струи, перемешивается с ней, попадает в пространство между струей металла и наружным газовым потоком и поглощается газом-поглотителем, подаваемым в эту зону.

Недостатком указанного способа является то, что он предусматривает подачу газа-поглотителя сходящейся струей, т.е. активно взаимодействующей со струей разливаемого металла. При этом взаимодействии неизбежно происходит наводораживание последнего, что резко увеличивает число пороков металлопродукции.

Внутренний поток делают сходящимся вынужденно, т.к. в противном случае наружный и внутренний потоки будут взаимодействовать друг с другом, активно перемешиваться, турбулизироваться, что делает защиту неэффективной.

Поэтому известный способ может использоваться только при подаче в оба потока инертного газа. Однако, и в этом случае ему присущ существенный недостаток, а именно наружный высокоскоростной поток в значительной степени насыщается кислородом за счет подсоса окружающего воздуха. Струя расширяется и, учитывая низкие скорости внутренней газовой струи, последняя не является большим препятствием для проникновения воздушно-инертной газовой смеси в пространство между струей металла и газовым потоком. Окислительный потенциал пространства окружающего струю металла достаточно высок. Он обусловлен также и подсосом воздуха в корень внутренней газовой струи, увеличивающим суммарное количество захватываемого воздуха. Кроме того, конструкция устройства для двухпоточной защиты сложна в изготовлении и эксплуатации.

Наиболее близким к заявляемому является способ защиты струи металла при разливке из ковша в металлоприемник, включающий подачу равномерного кольцевого потока нейтрального газа по ходу струи на участке между разливочным ковшом и металлоприемником. При этом газ подают по касательной к поверхности металлоприемника со скоростью потока 10 30 м/с в районе его верхнего торца.

Известное техническое решение обладает существенным недостатком, заключающимся в повышенном окислительном потенциале пространства, примыкающего к струе металла. Это объясняется тем, что поток инертного газа при высокоскоростном истечении в значительной мере насыщается кислородом окружающего воздуха за счет подсоса его в зону истечения. Указанный недостаток резко снижает качество разливаемого металла.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение качества металлопродукции за счет снижения окислительного потенциала пространства окружающего струю разливаемого металла.

Причем решение этой задачи осуществляется при минимальных экономических затратах.

Сущность заявляемого способа защиты струи металла заключается в предварительном смешивании инертного газа с газом поглотителем кислорода и подаче этой смеси равномерным кольцевым потоком по ходу струи разливаемого металла.

При этом в качестве газа поглотителя кислорода используют природный газ в количестве 2 -5% от общего расхода смеси.

В заявляемом способе, так же как и в прототипе, используется один энергоноситель инертный газ, который подается кольцевым потоком вокруг струи металла.

Отличительным признаком является подача в этой же струе газа - поглотителя кислорода за счет предварительного его смешивания с инертным газом.

Если в известном способе кислород воздуха, подаваемого высокоскоростным потоком инертного газа, попадает в пространство вокруг струи разливаемого металла, то в заявляемом способе этот кислород поглощается газом - поглотителем и не проходит защитного барьера, т.е. явление подсоса воздуха в струю остается, но кислород при этом нейтрализуется, что значительно снижает окислительный потенциал пространства вокруг струи металла.

Заявляемый способ позволяет использовать второй компонент в газовом потоке без потенциальных энергетических затрат, т.к. энергии инертного газа достаточно для создания высокоскоростного потока смеси двух газов, т.к. доля газа поглотителя невелика. Эта доля определяется энергетическими характеристиками потока защитного газа, обуславливающими объем подсасываемого в него воздуха и химическим составом газа-поглотителя.

Заявляемый способ так же, как и прототип, может быть реализован простым устройством как в плане конструкции, так и в эксплуатации.

На фиг.1 схематично изображен сталеразливочный ковш, продольный разрез; на фиг.2 -разрез по А-А на фиг.1.

Сталеразливочный ковш 1 с выпускным каналом 2, через который истекает струя расплавленного металла 3, вокруг которой формируют кольцевой поток защитного газа 4, направленный на периметр изложницы 3. Защитный газ подают через кольцевое щелевидное сопло 6 из смесителя 7, в который подают инертный газ и газ-поглотитель соответственно по трубопроводам 8 и 9.

В качестве газа-поглотителя, в частности, в мартеновском производстве, может быть использован природный газ, т.к. он применяется для отопления мартеновских печей и отвод от магистрального трубопровода может быть выполнен даже шлангом заданного диаметра, что не представит практически трудностей.

Инертный газ, в частности азотный, используется для создания защитной рубашки вокруг струи разливаемого метала в известных способах защиты.

Смеситель может представлять собой емкость, в которую поступает высокоскоростной поток инертного газа и подводится газ-поглотитель кислорода. Поток инертного газа захватывает газ-поглотитель и выходит из смесителя с минимальными потерями давления.

Оптимальное соотношение расходов инертного газа и газа-поглотителя кислорода установлено экспериментальным путем. При подаче газа-поглотителя с расходом большим чем 5% от расхода инертного газа проявляется эффект дополнительного наводораживания разливаемого металла, а при подаче менее 2% снижение оксидных включений по сравнению с разливкой только с использованием инертного газа незначительно.

Пример. Способ осуществлен в условиях мартеновского цеха АО "Северский трубный завод".

Исходные данные:
объект разливки ковш сталеразливочный емкостью 150 т;
вид разливки сверху из ковша в изложницу;
характеристика разливаемой стали спокойные трещиночувствительные марки типа 28 ГМ, 32Г2, Д;
характеристика инертного газа азот с давлением в зоне разливки 0,5 - 1 кгс/см² (в основном 0,8 кгс/см²);
общий расход инертного газа на струю 150 м³/ч;
характеристика газа-поглотителя природный газ с давлением 0,27 0,45 кгс/см² ( в основном 0,4 кгс/см²);
расход газа поглотителя кислорода 0,5 м³/ч;
скорость истечения струи защитного газа 10 12 м/с;
характеристика сопла кольцевое, щелевидное, гладкое, равнорасширенное.

Устройство по защите струи металла было выполнено в виде распределительного коллектора с подводящим патрубком и щелевого профилированного сопла. Устройство одновременно является обоймой-коллектородержателем специального шиберного затвора. Этот затвор устанавливается на ковш в тех случаях, когда проводилась защита. Для подачи азота на разливочную площадку смонтированы стационарные азотопроводы.

Для регулирования подачи азота и природного газа в зоне защиты были установлены редукторы с манометрами. В патрубок подвода азота был врезан боковой патрубок подвода природного газа. Испытания были проведены при разливке 39 ковшей.

Контрольная группа плавок разливалась под защитой одного инертного газа, а опытная группа отливалась под защитой смеси инертного газа и газа-носителя кислорода.

Подача в зону защиты наряду с азотом природного газа способствовала образованию вокруг струи равноплотного факела, обдувающего периметр верхней части центровой. Содержание кислорода в зоне защиты контрольной группы плавок упало с 21% (содержание кислорода в околоструйном пространстве без защиты) до 14,2% (усредненное значение по 12 ковшам). Среднее содержание кислорода при использовании природного газа составило 0,8 1% т.е. снизилось по сравнению с контрольным вариантом более чем в 14 раз (данные по 27 ковшам).

Результаты прокатки слитков свидетельствовали о снижении количества мартеновских пороков на опытных трубах, так среднее значение по сумме мартеновских пороков в контрольной партии составило 8,1% а по опытным трубам 5,6% т. е. снижение на 31% (по внутренней и наружной плене).

Результаты испытаний свидетельствуют о значительном повышении эффективности защиты струи разливаемого металла при использовании в защитной струе газа поглотителя-кислорода. При этом затраты на внедрение предлагаемого способа минимальны.

Использование: в металлургии черных металлов и может быть использовано при разливке стали в изложницы и на машинах непрерывного потока газа по ходу струи разливаемого металла, обдувающего периметр отверстия металлоприемника. В качестве защитного газа подают предварительно смешанные инертный газ и взаимодействующий с кислородом горючий газ, например природный, причем доля последнего в смеси составляет 2 - 5 об.%.1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ защиты струи металла при разливке, включающий подачу по направлению струи металла равномерного кольцевого потока инертного газа, обдувающего периметр входного отверстия металлоприемника, отличающийся тем, что инертный газ предварительно смешивают с взаимодействующим с кислородом горючим газом. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве взаимодействующего с кислородом горючего газа используют природный газ в количестве 2 5% общего расхода смеси.