Способ вакуумирования жидкой стали Советский патент 1983 года по МПК C21C7/10 

11 Изобретение относится к черной ме таллургии и, в частности, к способам производства стали, реализуе 1м с применением внепечной вакуумной обработки. Оперативная по ходу вакуумирований информация о степени удаления из расплава водорода и о количестве выгоревшего углерода позволяет, оценив ситуацию, принять необходимые меры либо по интенсификации, либо по торможению этих процессов, добиться требуемой полноты их завершения и обоснованно перейти к реализации последующих технологических опергщий. Известен способ, согласно которому - при использовании данных по непрерывному изменению состава и количества выделяющихся газов возможно ocyщectвлeниe контроля процесса вакуумирования С Недостатком способа является TQ, что в случае использования в. качестве откачного средства пароэжекторного насоса измерение общего количества выделяюцегося при вакуумировании газа связано с необходимостью оборудования насоса герметизированным кон денсатором, в котором парогазовая смесь должна полностью освободиться от пара. Отклонение от 100%-ной конденсации паров воды крайне отрицател но сказывается на точности определения количества выделякэдихся при ва куумировании газов, замер которых производится посредством диафрагмы, установленной на выхлопной трубе это го конденсатора. Помимо этого, нали.чие подобного рода конденсатора отри цательно сказывается на производител ности пароэжекторного насоса. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ вэкууми рования жидкой стали в ковше, включающий измерение скорости и состава выделяющихся по ходу вакуумирования газов, согласно которому в вакуумпро вод между камерой и вакуумными насосами вводят с заданной интенсивность газ-индикатор, а на достаточно большом расстоянии от места ввода отбиpaiOT по ходу вакуумирования пробы газа. Анализ газовой смеси, содержащей индикатор, позволяет определить состав газа, его общее количество и количество каждого ее компонента Однако известный способ сложен и связан со значительными ошибками ,нали02чие которых обусловлено тем, что современные вакуумные установки оснащаются выcoкoпpoизвoдитeльны 1 пароэжекторными насосами, которые подсоединяются к вакуумным камерам при помощи трубопроводов больших диаметров (900-1200 мм). Величина диаметров трубопроводов связана с получением в них ламинарного движения откачиваемых газов. В подобных условиях достижение полного перемешивания в трубопроводе газа-индикатора с выделяю114ИМИСЯ газами становится проблематичным. В связи С тем, что современные пароэжекторные насосы стремятся максимально приблизить к вакуумным установкам, где происходит обработка стали, температура выделяющихся газов в трубопроводе достаточно высока, чтобы использовать в качестве газа-индикатора углеводороды, как это предложено в известном способе. Использование инертных негорючих газов приводит к значительному усложнению аналитической аппаратуры и технике . анализа по определению их концентрации в выделяющихся газах. Цель изобретения - сокращение длительности вакуумирования и оптимизации процесса вакуумирования в целом. Поставленная цель достигается тем, что согласно извест1ному способу вакуумирования жидкой стали в ковше, включающему измерение скорости и состава выделяющихся по ходу вакуумирования газов, процессы обезуглероживания стали и удаление из нее водорода заканчивают по достижении, заданного значения разности между исходными содержанием контролируемого компонента в системе металл - шлак и суммарным его количеством в выделяющихся газах, причем суммарное количество контролируемого компонента в выделяющихся газах определяют путем суммирования текущих значений скорости откачки рабочего пространства, где происходит BaKyyf poeaние стали, умноженных последовательно на текущую долю этого компонента в выделяющихся газах и на промежуток времени между замерами давления в этом пространстве, а текущие значения скорости откачки определяют по остаточному давлению в рабочем пространстве камеры. При этом измерение давления, а также отбор газа для анализа производят из мест, максимально приближенных друг к другу и расположенных на участке вакуум-провода от камеры до магистральной задвижки, при помощи которой рабочее пространство камеры сообщается с вакуумным насосо Сущность способа вакуукирования заключается в следующем.Непосредственно перед вакуумированием определяют количество-контролируемого компонента (С или Н) в системе металл-- щлак, для чего отбирают и анализируют пробы металла и шлака на содержание углерода (лроба металла) и водорода (проба металла и шлака) , а затем после слива плавки из плавильного агрегата производят определение количества металла и шлака р сталеразливочном ковше, В процессе вакуумирования непрерывно (или с интервалом 10-20 с) измеряют остаточное давление в рабочем пространстве, а также содержание СО, С02, Н, в выделяющихся газах. Измерение давления и забор газа для анализа производят из мест, максимально приближенных друг к другу и расположенных на участке вакуум-провода от камеры до магистралъной задвижки. По текущим зна чениям остаточного давления вычисляют скорость откачки рабочего пространства, используя соотношение ,3 . где S - скорость откачки рабочего пространства при вакуумирова нии расплава, объем рабочего пространства V до места измерения давления, Т - время откачки рабочего пространства от давления Р до давления Р. Вычисленные текущие значения скорости откачки рабочего пространства последовательно умножают на процентное содержание контролируемого компонента в выделяющихся газах, опреде ленное в тот же момент вакуумной обработки расплава, а затем -на промежytoк времени (1), в течение которого были определены знамения Р и Р. Полученные значения суммируют по ход вакуумной обработки расплава. Резуль тат суммирования представляет собой количество контролируемого компонента, выделившегося из расплава за рас- 55

смотренный промежуток вакуумирования, Это количество можно пересчитать на процентное содержание данного компоных перед вакуумной обработкой, устанавливают, что содержание углерода в металле 0,15, а содержание легконента в металле. Удаление из расплава контролируемого компонента считают завершенным в момент, когда разность между его исходным содержанием в системе металл - шлак и суммарным количеством в выделяющихся газах достигает заданного значения. Способ лишен недостатков присущих известному способу, так как определение количества выделяющихся газов производят по давлению в рабочем пространстве, а состав этих газов определяют способами непрерывного непосредственного контрг пя , для которых эти недостатки не характерны. Кроме того, способ достаточно прост и его реализация возможна при использовании контрольно-измерительной аппаратуры, наличие которой на современных вакуумных установках обязательно, он обладает высокой точностью, например, при вакуумировании в ковше 18,5 т нераскисленной низкоуглеродистой ста ли по приемам способа измеряют об-,, щее количество выделившихся газов, а также долю окиси и двуокиси углеро да, водорода и азота. При объеме вакуумной камеры 3,2 м это количество за 8-минутиый период откачки камеры 5,6 м . С другой стороны, определенное по фактическому изменению химического состава обработанного в вакууме расплава количество выделившегося газа составляет 53,9 м. Относительная ошибка определения количества выделившегося газа не превышает в данном случае 2%, Аналогичная картина наблюдается и по количеству каждого из контролируемых компонентов. Здесь ошибка при сопоставлении рассмотренных способов не превышает 1. Пример осуществления способа. В электроду-говой печи выплавляют полупродукт, химический состав которого соответствует, %: ,17, Нп 0,07; Si - следы, ,028, ,010, ,,016, ,OIO. Полупродукт в нерэскисленном состоянии с тивают . в сталеразливочный ковш вместе с частью конечного печного шлака. После слива плавки взвешиванием определяют вес металлической части расплава в ковше (10 т), а по толщине слоя шлака в ковше - вес шлака (200 кг). Анализом проб металла и шлака, отобран510восстановии51х окислов железа в шлаке 20 (в пересчете на закись железа). Вакуумную обработку осуществляют ковшевым способом в камере, объем ра бочего пространства которой .м. Цель вакуумирования заключается в по лучении качественной трансформаторной стали, В процессе вакуумирования нео ходимо обеспечить обезуглероживание расплава до 0,02-0,03% углерода, глубокое раскисление расплава углеродом удаление из расплава водорода, внесе ного с ферросилицием. Для достижения необходимой степени обезуглероживания металла в ковш на шлак перед вакуумированием вводят 30 кг прокаткой окалины 5 что обеспечивадаг стехиометрическое соотношение между количеством кислорода в системе металл шлак (в металле, в окислах железа шла ка и прокатной окалине) и количеством углерода, которое необходимо выжечь при вакуумировании (0,15-0,,121) В процессе вакуумной обработки непрерывно измеряют давление в рабочем пространстве камеры и анализируют выделившийся газ на содержание СО, -СОг,, N2- Подачу газа в прибор-анализатор осуществляют при помощи сухого вращательного высоковакуумного насоса. Через каждые 15 с показания прибора по измерению остаточного давления в рабочем пространстве попают на вычис лительную машину, где определяют текущее Значение скорости откачки по соотношению 3::2,3 где с - время откачки, Р -давление в начале 15 с периода откачки, Р давление в конце 15 с пе риода откачки м - объем рабочего пространства камеры, уменьшенный на величину объема сталеразливочного ковша с расплавом. Текущее значение скорости откачки умножают вначале на суммарную долю СО+СОп в выделяю1цихся газах, а затем полученное произведение умножают на промежуток вакуумирования, т.е. на 15 с. Вычисленные подобным образом величины, каждая из которых представляет собой количество выделившегося ко нтролируемог-о ком-понента (в д.эниом о4 случае СО+СО нм- ) за 15-секундный период вакуумироаания, после пересчета на процентноесодержание углеро да в металле последовательно вычитают из исходного содержания в расплаве. За 3 5 минутный период вакуумирования количество выгоревшего углерода составляет О,) после чего величи на скорости обезуглероживания резко уменьшается. На четвертой минуте ваку умирования в расплав через дозаторы вводят дополнительно 15 кг прокатной окалины, что обеспечивает снижение содержания углерода в расплаве на 0,025% в течение последующей минуты вакуумирования. Контроль за количеством выгоревшего углерода осуществляют с помощью рассмотренного приема способа. В момент достижения в расплаве 0,025 углерода в него через дозаторы вводят рафинированный от алюминия и титана ферросилиций в количестве 410 кг. Одновременно с введением ij epросилиция расплав начинают продувать инертным газом. Введение такого количества ферросилиция нередко сопряжено с получением отливок из этого металла, пораженных дефектами связанными с повышенным содержанием водорода (рослость, газовые пузыри), Поэтому определение периода обработ-ки5 в течение которого удаляется до требуемого уровня водород, имеет пер-востепенное значение. Для реализации этой задачи с помощью приемов способа перед вакуумироваиием ог.ределяют содержание водорода в ферросилиции (35 г). Общее количество внесенного, в металл водорода 3(5 м-. Используя тот же прием, но где в качестве контролируемого компонента был принят водород, продувку расплава инертным газом в вакууме продолхоют 2 мин 50 с, т.е до момента удаления из расплава с выделяющим ся газаi м водорода, после чего продувку и вакуу 4 рование прекращают а ковш с металлом извлекают из камеры и подают на разливку. Отливки из вакуумированной стали не имеют дефектов, связанных с повышенным содержанием в них водорода. Химический состав металла после вакуумирования следующий, : С 0.025, ,0б, ,0, ,026, ,010, ,003, ,00, ,9 . Отсутствие угара кремния свидетельствует о высокой степени раскисле710

ния металла и шлака углерода при вакуумировании.

Таким образом, использование приемов ciTOco6a позволяет оптимизировать процесс вакуумирования в целом и добиться снижения себестоимости обрабатываемой в вакууме стали. Оптимизация процесса дос игается за счет точного определения продолжительности периодов вакуумного обезуглерожива- ния и раскисления расплава углеродом, его дегазации ( удаления водорода). При этом удается исключить случаи необоснованного удлинения этих Периодов, которые в современный

практике встречаются наиболее часто и связаны с увеличением теплопотерь, также неоправданного их сокращения, сопровождаьэщихся снижением эффективности вакуумирования.

Способ в одинаковой степени применим и для условий, когда расплав в процессе его вакуумной обработки продувают инертным газом. В этом случае возможно также и точное определение технологически оправданного начала и продолжительности продувки расплава инертным газом. КроО8

ме этого, при реализации способа. появляется возможность регулируемого обезуглероживания расплава с остановкой на заданном содержании углерода. Такая возможность особенно важна для ковшового способа вакуумирования нераскисленной стали,, отличительной особенностью которого является активное участие конечного печного шлака в обменных реакциях с металлом. Без данного способа осуществление регулируемого обезуглероживания в этом случае крайне затруднено вследствие нестабильности окислительного потенциала системы металлшлак на протяжении цикла вакуумной обработки, вызванного выбросами части шлака через край ковша или его налипанием на стенки ковша.

Снижение себестоимости обрабатываемой в вакууме стали достигают сокращением продолжительности вакуумироеания, а также периода продувки расплава в вакууме инертным газом, уменьшением тепловых потерь при вакуумировании и перегрева стали в плавильных агрегатах, увеличением стойкости футеровки ковша.

СПОСОБ ВАКУУМИРОВАНИЯ ЖИДКОЙ СТАЛИ В КОВШЕ, включающий измерение скорости и состава выделяющихся по ходу вакуумирования газов, отличающийся тем, что, с целью сокращения длительности вакуумирования и оптимизации процесса вакуумирования в целом, процессы обезуглероживания стали и удаления из нее водорода при вакуумировании заканчивают по достижении заданного значения разности между исходным содержанием контролируемого компонента в системе металл - шлак и суммарным его количеством в выделяющихся газах, причем количество контролируемого компонента в выделяющихся газах определяют путем суммирования текущих значений скорости откачки рабочего пространства, где происходит вакуумирование стали, умноженных последовательно на теку1цую долю этого компонента в выделяющихся газах и (Л на промежуток-времени между замерами давления в этом пространстве, а текущие скорости откачки определяют по остаточному давлению в рабочем пространстве камеры.