СПОСОБ ВНЕПЕЧНОГО НАГРЕВА ЖИДКОГО МЕТАЛЛА В КОВШЕ И ОБОЛОЧКОВАЯ ПРОВОЛОКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК C21C7/00 C21C1/00 

Изобретение относится к металлургии черных металлов, а именно к внепечной обработке металлургических расплавов на основе железа, и может быть использовано для повышения температуры чугуна и стали в промковше.

Одной из главных целей внепечной обработки является получение заданной температуры стали в промежуточном ковше МНЛЗ с заданной точностью. Для повышения температуры плавки в ковше используют дуговой нагрев постоянного или переменного тока или так называемый химический нагрев, заключающийся в растворении в металле алюминия или кремния с последующим их окислением газообразным кислородом.

Известен способ дугового нагрева плавки в ковше, включающий ввод электрода внутрь ковша, нагрев плавки с помощью трехфазной дуги переменного тока между электродом и поверхностью металла и перемешиванием плавки продувом ее инертным газом [1].

Недостатком известного способа является низкий тепловой кпд процесса (до 65%), ограничения вводимой мощности термостойкостью огнеупоров ковша, продувка плавки инертным газом только через донные фурмы и высокие капитальные затраты.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ химического подогрева стали в ковше, включающий ввод алюминиевой проволоки с помощью трайб-аппарата под уровень металла в ковше и продув его кислородом через верхнюю фурму. Скорость нагрева 5-10^oС/мин при интенсивности подачи кислорода 0,2 м³ (т•мин) и расходе алюминия 40-50 г/ (т•град) [4].

Недостатками способа являются: недостаточно высокий тепловой кпд, низкая стойкость продувочных фурм и высокие капитальные затраты.

Известно использование экзотермических смесей для нагрева стали при разливке ее в изложницы [3]. При горении указанных смесей после их засыпки на поверхность металла в изложнице выделяющееся тепло разогревает прибыльную часть слитка, вследствие чего макроструктура слитка улучшается. Примеры составов экзотермических смесей, используемых для этих целей, включают также смесь окалины и алюминиевого порошка.

Наиболее близким решением является порошковая проволока, состоящая из металлической оболочки и магний-кальцийсодержащего наполнителя, выполненного в виде гранул с размером 0,4-2,0 мм, в котором наполнитель выполнен в виде механической смеси гранул магния и кальция [2]. Данная проволока применяется для десульфурации чугуна и не может быть использована для нагрева металла в ковше, тем более что в случае использования в качестве наполнителя экзотермической смеси возникают затруднения с предотвращением неконтролируемого процесса окисления экзотермической смеси, который может выйти из расплава металла внутри ковша и перекинуться на механизм подачи проволоки в бунтах.

Задача изобретения - увеличение теплового кпд процесса, снятие ограничений на быстрый нагрев металла в ковше и уменьшение капитальных затрат и обеспечение контроля за процессом химического подогрева металла в ковше.

Сущность изобретения заключается в нагреве жидкого металла за счет экзотермической реакции горения наполнителя оболочковой проволоки. Используют проволоку с наполнителем в виде чередующихся участков экзотермической смеси и участков негорючего материала различной длины, предназначенных для прерывания процесса горения экзотермической смеси.

Для осуществления способа предложена оболочковая проволока, состоящая из металлической оболочки и наполнителя. Наполнитель выполнен в виде чередующихся участков экзотермической смеси и участков негорючего материала различной длины, предназначенного для прерывания процесса горения экзотермической смеси. В качестве экзотермической смеси использованы окислы железа и один или несколько металлов, сродство к кислороду у которых больше, чем сродство железа к кислороду.

В качестве негорючего материала используют флюс, состоящий из извести, металлургических шлаков, минералов. Экзотермическая смесь содержит один или несколько металлов из группы, включающей алюминий, магний, кальций, цирконий, кремний, марганец.

Используют флюс, применяемый для внепечной обработки жидкого металла, например раскисления, десульфурации и т.д. Дополнительное тепло на обработку металла также может быть получено от горения экзотермической смеси.

Длина участков оболочковой проволоки, заполненных указанным прерывателем горения, определяется эмпирически в зависимости от диаметра оболочковой проволоки, толщины стальной оболочки, теплопроводности прерывателя и других факторов. Для определения указанной длины участков порошковой проволоки с прерывателем окислительно-восстановительной реакции была изготовлена экзопроволока диаметром 16 мм. В качестве экзосмеси в ней была использована смесь гранулированного алюминия с крупностью частиц 0,5-2,5 мм и окалина прокатных цехов, предварительно прокаленная для удаления влаги и масел. В качестве прерывателя горения использовали порошок Al₂O₃ с размером частиц от 1 до 3 мм. Для определения необходимой длины участков с прерывателем окислительно-восстановительной реакции заполняли оболочковую проволоку следующим образом. Длина участков проволоки, заполненной экзосмесью, составляла 1,5 м, а длину участков с прерывателем горения варьировали от 5 до 50 см. Таким образом, была изготовлена порошковая проволока длиной 17,75 м с участками прерывания горения различной длины. Указанный опытный образец проволоки был подожжен с конца, ближайший участок прерывания горения к которому был длиной 5 см. Горение проволоки самопроизвольно прекратилось, когда был достигнут участок прерывания горения длиной 15 см. Таким образом, при диаметре проволоки 16 мм, толщине стальной оболочки 0,2 мм и использовании в качестве прерывателя горения Al₂O₃ соотношение длины участка прерывания самопроизвольного распространения окислительно-восстановительной реакции между компонентами экзотермической смеси к наружному диаметру проволоки должно составлять 10. После этого была изготовлена опытная партия проволоки из 10 бухт весом 1000 кг каждая, длина проволоки в которых составила 1900 м. Длина участков, заполненных экзосмесью из гранулированного алюминия и прокатной окалины, составляла 2 м, а длина участков прерывания самопроизвольного горения экзосмеси - 13-17 см. Указанная опытная партия экзотермической проволоки "ЭКЗО-ПРО" была опробована в ЭСПЦ ОЭМК для нагрева стали в сталеразливочных ковшах. Проволоку вводили с использованием программируемого трайб-аппарата со скоростью 150-180 м/мин после корректировки химического состава стали и добавления в ванну шлакообразующих (извести и плавикового шпата). Таким образом, время ввода проволоки равнялось приблизительно 8-12 мин.

Результаты нагрева стали при внепечной обработке с использованием химического подогрева в кислородно-конверторном цехе (ККЦ) Северстали представлены в табл. 1, на установке ковш-печь электросталеплавильного цеха (ЭСПЦ) Оскольского электрометаллургического комбината (ОЭМК) - в табл. 2 и с использованием экзотермической оболочковой проволоки "ЭКЗО-ПРО" на ОЭМК - в табл. 3. Представленные данные показывают, что тепловой кпд нагрева имеет наибольшее значение при нагреве стали с использованием экзотермической оболочковой проволоки.

Источники информации
1. Поволоцкий Д.Я., Кудрин В.А., Вишкарев А.Ф. Внепечная обработка стали.- М.: Изд-во МИСиС, 1995, с. 152-154.

2. Патент РФ 2055906 от 27.04.93.

3. Лейкин В. Е. Плавка стали в электропечах.- М.: Гос. научно-техн. изд-во литературы по черной и цветной металлургии. 1951, с.362.

4. Патент РФ по заявке 94015771 от 27.04.94.

Изобретение относится к металлургии, а именно к внепечной обработке металлургических расплавов и может быть использовано для повышения температуры чугуна и стали в промковше. Способ включает ввод под уровень жидкого металла в ковше оболочковой проволоки, состоящей из металлической оболочки и наполнителя. Нагрев металла за счет экзотермической реакции горения наполнителя оболочковой проволоки. Используют проволоку с наполнителем в виде чередующихся участков экзотермической смеси и участков негорючего материала различной длины, предназначенного для прерывания процесса горения экзотермической смеси. В качестве экзотермической смеси использованы окислы железа и один или несколько металлов, сродство к кислороду у которых больше, чем сродство железа к кислороду. Изобретение позволяет увеличить кпд теплового процесса, снять ограничения на быстрый нагрев металла в ковше и обеспечить контроль за процессом химического подогрева металла в ковше. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ внепечного нагрева жидкого металла в ковше, включающий ввод под уровень жидкого металла в ковше оболочковой проволоки, состоящей из металлической оболочки и наполнителя, и нагрев металла за счет экзотермической реакции горения наполнителя оболочковой проволоки, отличающийся тем, что используют проволоку с наполнителем в виде чередующихся участков экзотермической смеси и участков негорючего материала различной длины, предназначенного для прерывания процесса горения экзотермической смеси. 2. Оболочковая проволока для внепечного нагрева жидкого металла, состоящая из металлической оболочки и наполнителя, отличающаяся тем, что наполнитель выполнен в виде чередующихся участков экзотермической смеси и участков негорючего материала различной длины, предназначенного для прерывания процесса горения экзотермической смеси, при этом в качестве экзотермической смеси использованы окислы железа и один или несколько металлов, сродство к кислороду у которых больше, чем сродство железа к кислороду. 3. Оболочковая проволока по п. 2, отличающаяся тем, что экзотермическая смесь содержит один или несколько металлов из группы, включающей алюминий, магний, кальций, цирконий, кремний, марганец. 4. Оболочковая проволока по п. 2, отличающаяся тем, что в качестве негорючего материала использован флюс, состоящий из извести, металлургических шлаков, минералов.