СПОСОБ ПРОДУВКИ ГАЗОМ МЕТАЛЛА В КОВШЕ Российский патент 1997 года по МПК C21C7/72 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к процессам обработки металла в ковше газом.

Наиболее близким по технической сущности является способ продувки металла в ковше, включающий погружение огнеупорной трубы под уровень металла, подачу в трубу газа под давлением, изменение глубины погружения торца трубы, а также измерение давления газа на входе в трубу [1]
Недостатком известного способа является недостаточные производительность и стабильность процесса продувки металла в ковше. Это объясняется тем, что в процессе продувки происходит постепенное отгорание торца трубы и уменьшение ее длины. В этих условиях происходит выход торца трубы из-под уровня металла в ковше, что сопровождается прекращением процесса продувки металла и его выбросом под действием кинетической энергии струи газа из ковша. Сказанное приводит, кроме того, к нарушению требований техники безопасности.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в повышении производительности и стабильности процесса продувки металла в ковше за счет определения текущего положения торца трубы в металле по высоте ковша.

Указанный технический эффект достигается тем, что способ продувки газом металла в ковше включает погружение огнеупорной трубы под уровень металла, продувку металла подачей в трубу газа под давлением, изменение глубины погружения торца трубы, а также измерение давления газа на входе в трубу в процессе продувки.

Дополнительно фиксируют глубину погружения торца трубы в начале продувки, трубу погружают под уровень металла в начале продувки, а измерение давления газа на входе в трубу осуществляют с фиксацией давления, соответствующего зафиксированной глубине погружения торца трубы в начале продувки, при этом текущее значение глубины погружения торца трубы в процессе продувки устанавливают по зависимости H= К(P± ΔP), где H текущее значение глубины погружения торца трубы под уровень металла, м; P давление газа на входе в трубу, соответствующее зафиксированной глубине погружения торца трубы в начале продувки, кг/м²; ΔP текущее значение изменения давления газа на входе в трубу в процессе продувки металла, кг/м²; K - эмпирический коэффициент, учитывающий гидродинамические закономерности истечения газа из трубы в жидком металле, принимается равным 0,00008^oC0,00015, м³/кг.

Кроме того, в процессе продувки металла давление газа на входе в трубу поддерживают постоянным посредством изменения глубины погружения трубы в металл.

Повышение производительности и стабильности процесса продувки металла в ковше будет происходить вследствие исключения случаев выхода торца трубы из-под уровня металла в ковше и прекращения процесса продувки. Установление текущего значения глубины погружения под уровень металла основано на факте увеличения давления на торце трубы при ее погружении в металл. При этом появляется возможность определения фактического значения нахождения торца трубы под уровнем металла на основе измерения давления газа на входе в трубу. Необходимое значение текущей глубины погружения трубы H устанавливают в зависимости от текущих требований технологии обработки металла в ковше посредством его продувки газом.

Диапазон значений эмпирического коэффициента K в пределах 0,00008 - 0,00015 объясняется гидродинамическими закономерностями истечения газа в слое жидкого металла из трубы. При этом учитываются различные физико-химические явления, происходящие в жидком металле в районе выхода струи газа из трубы. При меньших и больших значениях будет снижаться точность определения глубины погружения торца трубы в металле. Указанный диапазон устанавливают в прямой зависимости от расхода газа через трубу.

Предлагаемый способ предпочтителен для применения при осуществлении способа химического подогрева стали в ковше при ее продувке кислородом и при одновременном подводе к торцу трубы алюминиевой проволоки. В общем случае способ применим и для продувки металла нейтральным газом, например аргоном или азотом.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков способа с известными техническимим решениями. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Ниже дан вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения.

Способ продувки металла в ковше газом осуществляют следующим образом.

Пример. При начале продувки стали марки ст3 в ковше соответствующей емкости под уровень металла в нем погружают огнеупорную трубу с цилиндрическим каналом при помощи соответствующего механизма на фиксированную глубину. Огнеупорная труба состоит из цилиндрического металлического корпуса с огнеупорной обечайкой или покрытием из огнеупорного бетона. Длину первоначального погружения огнеупорной трубы устанавливают и фиксируют при помощи приборов измерения длины, установленных на механизме опускания трубы. За время фиксации длины первоначального погружения трубы ее торец не успевает отгореть.

В начале процесса продувки трубу погружают под уровень металла в ковше, определяют длину погружения торца трубы в начале продувки и измеряют давление газа P, в данном примере кислорода, на входе в трубу на зафиксированной глубине погружения ее торца. В процессе продувки текущую глубину погружения H торца трубы устанавливают по зависимости H=K(P±ΔP), где H текущее значение глубины погружения торца трубы под уровень металла, м; P давление газа на входе в трубу, соответствующее зафиксированной глубине погружения торца трубы в начале продувки, кг/м²; ΔP текущее значение изменения давления газа на входе в трубу в процессе продувки металла, кг/м²; K - эмпирический коэффициент, учитывающий гидродинамические закономерности истечения газа из трубы в жидком металле, принимается равным 0,00008 0,00015 м³/кг.

Кроме того, в процессе продувки металла давление газа на входе в трубу поддерживают постоянным посредством изменения глубины погружения трубы в металл.

Одновременно с подводом кислорода в район под торец трубы подают через уровень металла в ковше алюминиевую проволоку диаметром 8-12 мм со скоростью в пределах 10 12 м/с. При этом в районе торца трубы происходит экзотермическая реакция окисления алюминия в объеме подаваемого через трубу кислорода с выделением тепла, что приводит к нагреву металла в ковше до необходимой по технологии температуры. В процессе сгорания алюминиевой проволоки вследствие выделения значительного количества тепла происходит постепенное сгорание торца огнеупорной трубы, что приводит к уменьшению ее длины и постепенному подъему торца трубы к уровню металла в ковше. Постоянное измерение изменения давления ΔP кислорода на входе в трубу, например, с помощью манометра, позволяет производить соответствующее изменение глубины погружения торца трубы в соответствии с технологическими требованиями подогрева стали в ковше. Для выдерживания постоянной глубины погружения торца трубы под уровнем металла устанавливают и поддерживают постоянным давление кислорода на входе в трубу.

В таблице приведены примеры осуществления способа с различными технологическими параметрами.

В первом примере вследствие малого значения эмпирического коэффициента K глубина погружения торца огнеупорной трубы не соответствует фактическому его положению по высоте ковша. В этих условиях не обеспечиваются условия нагрева металла до необходимой температуры, а также возможен выброс металла из ковша.

В пятом примере вследствие большого значения эмпирического коэффициента К фактическое положение трубы будет находиться на значительной глубине, что исключает возможность экзотермической реакции алюминия в струе кислорода, выходящего из трубы, и тем самым нагрев металла до необходимой температуры.

В шестом примере (прототипе) вследствие отсутствия контроля и регулирования положения торца огнеупорной трубы по высоте ковша происходит непрогнозируемое уменьшение длины трубы, что сопровождается выходом торца трубы над уровнем металла в ковше, прекращением процесса продувки и выбросом жидкого металла из ковша вследствие воздействия кинетической энергии струи газа на поверхность металла.

В оптимальных примерах 2-4 вследствие погружения торца трубы на необходимую глубину под уровень металла в ковше и определения его фактического положения обеспечивается устойчивое протекание экзотермической реакции на необходимой глубине сгорания алюминиевой проволоки и соответствующего выделения тепла для нагрева стали. При этом устраняется возможность выброса металла из ковша.

Применение способа позволяет повысить производительность и эффективность процесса продувки металла в ковше на 12 15%

Использование: металлургия, конкретнее, процессы обработки металла в ковше газом. Сущность: способ продувки газом металла в ковше включает погружение огнеупорной трубы под уровень металла, продувку металла подачей в трубу газа под давлением, изменение глубины погружения торца трубы, а также измерение давления газа на входе в трубу в процессе продувки, причем дополнительно фиксируют глубину погружения торца трубы в начале продувки, погружение трубы под уровень металла осуществляют в начале продувки, а изменение давления газа на входе в трубу осуществляют с фиксацией давления, соответствующего зафиксированной глубине погружения торца трубы в начале продувки, при этом текущее значение глубины погружения торца трубы в процессе продувки устанавливают по зависимости H=К(P + ΔP), где H - текущее значение глубины погружения торца трубы под уровень металла, м; P - давление газа на входе в трубу, соответствующее зафиксированной глубине погружения торца трубы в начале продувки, кг/м²; ΔP - текущее значение изменения давления газа на входе в трубу в процессе продувки металла, кг/м²; К - эмпирический коэффициент, учитывающий гидродинамические закономерности истечения газа из трубы в жидком металле, принимается равным 0,00008 - 0,00015 м³/кг. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ продувки газом металла в ковше, включающий погружение огнеупорной трубы под уровень металла, продувку металла подачей в трубу газа под давлением, изменение глубине погружения торца трубы, а также измерение давления газа на входе в трубу в процессе продувки, отличающийся тем, что дополнительно фиксируют глубину погружения торца трубы в начале продувки, трубу погружают под уровень металла в начале продувки, а измерение давления газа на входе в трубу осуществляют с фиксацией давления, соответствующего зафиксированной глубине погружения торца трубы в начале продувки, при этом текущее значение глубины погружения торца трубы в процессе продувки устанавливают по зависимости
H = K(P ± ΔP),
где H текущее значение глубины погружения торца трубы под уровень металла, м;
P давление газа на входе в трубу, соответствующее зафиксированной глубине погружения торца трубы в начале продувки, кг/м²;
ΔP - текущее значение изменения давления газа на входе в трубу в процессе продувки металла, кг/м²;
К эмпирический коэффициент, учитывающий гидродинамические закономерности истечения газа из трубы в жидком металле, принимается равным 0,00008 0,00015 м³/кг. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе продувки металла давление газа на входе в трубу поддерживают постоянным посредством изменения глубины погружения трубы в металл.