Устройство для рафинирования металла Советский патент 1984 года по МПК C21C7/10 

Устройство относится к металлурги и может быть использовано при рафинировании стали и чугуна.

Известны внепечные способы улучшения качества стали синтетическими шланами и вакуумированием.

Обычно эти способы проводят раздельно в различных агре.гатах. Однако исветен способ их совмещения в одном устройстве. Этот способ вакуум-шлаковой обработки реализуется в специальной установке. Установка состоит из вакуумной камеры, соединенной с вертикальной трубой-хоботом и герметично соединенной с дном ковша, Из которого сталь поступает на рафинирование. Труба-хобот погружается в рафинировочный шлак, залитый в другой ковш.

В вакуумной камере создают разрежение, за счет которого рафини ровочный шлак засасывается в трубухобот на высоту (над уровнем шлака . в ковше) 2,5-3,5 м. При открытии стопора струя металла из верхнего овша поступает в вакуумную камеру, диспергируе ся на капли и в виде дождя из металлических капель осаждается в нижний ковш через столб шлака в трубе. При этом капли металла подвергаются дегазации (удалению кислорода, водорода, азота) и очищению от серы и неметаллических включений Dj

При десульфации и раскислении металла шлак обогащается закисью железа. В рассматриваемом способе верхние слои шлакового столба, подвергающиеся наиболее сильному влиянию вакуума в этом случае, регенерируются от закиси железа за счет углерода, содержащегося в металлических каплях (особенно при рафинировочной обработке среднеуглеродистых и высокоуглеродистых марок стали юш же чугуна). .

Нижние же слои шлака из-за слабого воздействия вакуума в этом устройстве остаются практически нераскисленными (нерегенерированными от закиси железа) . Данные способ

и устройство не предусматривают регенерацию шлака от серы. Кроме того, недостатком их является цикличность или порционность процесса, т.е.

, невозможность ведения процесса непрерывно.

Известно устройство для рафинирования металла, содержащее плавильную емкость, выполненную в виде замкнутой кольцевой камеры с наклонным днищем, включающую зоны смешения, разделения и плавления-регенерации, заливочное устройство, продувочные фурмы, выпускное отверстие и пневмотранспортную систему ,для вдувания порошков в шлаковый расплав 2J ,

При применении этого устройства для обработки жидкой стали синтетическим шлаком сталь в значительной степени очищается от серы, кислорода и неметаллических включений. После разделения рафинированного металла и шлака последний поступает в зону плавления-регенерации, где его подогревают, очищают от серы.

Так же и раскисляют (уменьшают концентрацию закиси железа) введение в шлак углеводородсодержащего порошк (графита, карбида кальция), ферросилиция, алюминия. Раскисление связано .с значительными затратами этих дефицитных и дорогостоящих материалов. Кроме того, сталь после рафинирования в этом устройстве остается загрязненной такими газами, как водород и азот. С целью их удаления металл целесообразно подвергнуть вакуумированию в каком-либо вакуумном агрегате. Однако это связано с организацией дополнителБНого .технологическог звена. Потребзтотся при этом-дополнительные подъемно-транспортные операции по переливу и перевозке стали, дополнительные затраты энергии на перегрев металла .для компенсации значительных теплопотерь на этих операциях, а также значительные, затраты времени на их проведение.

Цель изобретения - повышение эффективности рафинирования.

. Цель достигается тем, что устройство для рафинирования металла, содержащее плавильную емкость, выполненную в виде замкнутой кольцевой камеры с наклонным днищем, включающую зоны смешения, разделения и плавления-регенерации заливочное устройство, продувочные фурмы, выпускное отверстие и пневмотранспортную систему для вдувания порошков в шлаковый расплав, снабжено вакуумной камерой, выполненной в виде колпака и размещенной на своде кольцевой камеры в зоне смешения, причем ее поперечные стены погружены 3 . в шлаковый расплав, а свод снабжен I заливочным отверстием с воронкой и пульверизирующим узлом. Вакуумная камера снабжена попере ной перегородкой, нижний край которой состыкован с днищем, а боковые края - со стенками кольцевой камеры а верхний ее край погружен в шлаков расплав, причем в перегородке выпол нен сквозной проем с подвижной заслонкой. Днище кольцевой камеры выполнено в форме винтовой поверхности с лаклоном по ходу движения шлакового расплава от поперечной перегородки в зоне разделения к выпускному отве стию в зоне смешения. На фиг. 1-изображено устройство (разрез А-А на фиг. 2); на фиг. 2 то же, вид сверху. Устройство представляет собой плавильную емкость, выполненную в виде замкнутого полого кольца, вклю чающую зоны смешения, разделения и плавления-регенерации. В поперечном сечении полое кольцо имеет предпочтительно прямоугольную форму. Устройство содержит кольцевые наружную и внутреннюю 2 стенки, днище 3 и свод 4. Во внутренней полости кольцевой камеры 5 в районе зоны регене рации располагаются вертикальные топливо-кислородные фурмы 6, а такж фурмы 7, предназначенные для (.вдуван в шлаковый расплав порошкообразных материалов, .подаваемых по трубопроводу 8 с помощью пневмонагнетателя располагаемого вблизи кольцевой камеры. В зоне плавления-регенераци свод 4 имеет сквозное заливочное отверстие 10 с воронкой 11, предназ наченное для заливки во внутрь коль цевой камеры жидкого шлака или ссыпания туда кусковых материалов, нео ходимых для корректировки состава шлака. Для удаления отработанных газов служит газоход 12. В зоне смешения расположена вакуумная каме ра, образованная поперечными стенка ми 13 и 14, дугообразными стенками 15 и 16, а также сводом 17, на кото ром находится пульверизующий узел 1 содержащий сквозное отверстие 19. Камера также имеет отверстие 20, сочленное с трубопроводом 21, противоположный конец которого подсоединен к вакуумным насосам. Поперечн стенки 13 и 14 камеры опущены ниже 04 свода и края стенок 22 и 23 погружены в шлаковый расплав, обеспечивая на этом участке герметизацию вакуумной камеры. В своей средней зоню вакуумная камера содержит поперечную разделительную перегородку 24, состыкованную нижним краем с днищем 3, а боковыми краями с наружной 1 и внутренней 2 стенками. Верхний край перегородки 24 погружен в шлаковый расплав ниже его барометрического уровня. Глубина погружения верхнего края перегородки 24 должна быть достаточной для того,-чтобы при наборе вакуума обеспечить свободный проток шлакового расплава через эту перегородку 24. В перегородке 24.выполнен сквозной проем 25, которьй может перекрываться шиберной задвижкой 26, поддерживаемой на необходимой высоте с помощью подвески 27. Днище 3 в зоне вакуумной камеры (зона смешения) снабжено выпускным отверстием 28 с затвором. Стенки 13 и 14 и свод 17 вакуз мной камеры выполняются герметичными, например металлическими водоохлаждаемыми с внутренней стороны облицованными огнеупорным материалом полностью или выше шлакового уровня расплава. Разделительная перегородка 24 также выполняется предпочтительно металлической водоохлаждаемой с огнеупорной футеровкой или без нее. В некоторых случаях, когда не требуется очень высокого рафинирования металла, устройство может выполняться и без разделительной перегородки 24. , И, наоборот, при необходимости достижения максимальной степени рафинирования металла за счет шлака усиливают эффект противоточного режима рафинирования путем удлинения столба шлака, двигающегося в направлении снизу вверх за счет большего заглубления в шлаковый расплав края стенки 22, чем это требуется для герметизации вакуумной камеры. Воронка в пульверизирующем узле 18 выполняется охлаждаемой с высокоогнеупорной футеровкой и строго калиброванным отверстием 19 для слива металла вйутрь вакуумной камеры. Эта воронка может быть известными приемами герметично состыкована с промежуточным ковшом, в котором постоянно поддерживают слой металла, когда необходимо обеспечить непрерывный слив металла в вакуумную камеру из нескольких ковшей. В предлагаемом устройстве в сравнении с прототипом изменяется конструкция днища 3. В устройстве с разде лительной перегородкой 24 днище 3 выполняют, как и а прототипе, наклон ным в сторону выпускного проема 25, но оно вместо плоской формы приобретает форму винтовой поверхности. При этом верхняя точка его располагается в разделительной перегородке 24 со стороны выхода шлакового расплава из вакуумной камеры, а нижняя - с противоположной стороны перегородки 24 у впускного отверстия 28. Устройство работает следующим образом. Вначале включают в работу продувочные фурмы 6, затем заполняют шлаковьм расплавом внутреннюю полость камеры 5 через отверстие 10 с воронкой 11. Глубину слоя шлакового расплава в этот период при всех прочих ра.вных условиях здесь поддерживают большей, чем в прототипе, так как в условиях рабочего режима (при работе вакуум-камеры) глубина шлакового расплава внутри кольцевой камеры 5 уменьшается за счет подъема уровня расплава шлака в вакуумной камере при создании там пониженног;о давлени (при глубоком вакууме уровень шлакового расплава в вакуум-камере по . отношению к его уровню в кольцевой камере вьше примерно на 3 м). После заполнения устройства шлаковым расплавом при поднятой шиберной задвижке 26, когда проем 25 открыт, устанавливают необходимый режим продувки шлакового расплава топливо-кислородным факелом горения. Так, например, через фурмы 6, расположенные в начале зоны плавления-регенерации, ведется продувка шлакового расплава окислительным факелом полного горения с целью нагрева и десульфации шлака, а через фурмы 6, расположенные в конце зоны плавления-регенерации, ведут продувку шлака восстановительным факелом неполного горения Одновременно в этой же части зоны через фурмы 7 в шлаковый расплав с помощью пневмонагнетателя 9 по трубо проводу 8 вдувают раскислительный порошок. Воздействие на щлак восстановительного газа и раскислительного порошка снижает в шлаковом 1 106 расплаве концентрацию оксидов железа и марганца. За счет динамического воздействия струй топливо-кислородного факела на шлаковый расплав устанавливается непрерывное движение его вдоль кольцевой камеры 5. Ско с рость такой циркуляции шлака может регулироваться как интенсивностью продувки, так и независимо от нее. Последний вариант осуществляют двумя путями.. Первый путь состоит в соответствующем повороте топливо-кислородных фурм вокруг своей оси, т.е. путем отклонения оси сопел, а следовательно и факельных струй от касательной окружности, по которой .движется поток шлака в кольцевой камере. Второй путь осуществляют за счет регулирования свободного сечения проема 25, сущестсвующим образом прикрывая его шиберной задвижкой.26. При необходимости введения какоголибо материала в шлак такой материал в соответствующем количестве в порошкообразном виде вдувают с помощью пневмонагнетателя 9 через фурмы 7 или задают кусками через воронку 11 с отверстиями 10. В результате такой обработки шлаковый расплав, протекая через зону плавления-регенерации, приобретает необходимые рафинированные свойства и температуру. Перетекая из зоны плавления-регенерации в зону смешения, шлаковый расплав оказывается в зоне расположения вакуумной камеры. При поступлении первых порций регенерированного шлака в эту зону включают в работу вакуумную систему, откачивая газ из вакуумной камеры через отверстие 20 и трубопровод . По достижении необходимого вакуума через воронку пульверизующего узла начинают сливать в отверстие 19 рафинируемый металл, струя которого после прожига мембранного клапана начинает непрерывно поступать в вакуумную камеру, где под действием вакуума происходит ее пульверизация на капли, которые в некоторых случаях могут дополнительно пульверизоваться за счет пульверизующей системы самого узла 18, например за счет воздействия на металл электротока. Попав в шлаковый расплав, вакуумированные капли металла осажда-. ются сверху вниз через слой шлака, находящийся в объеме вакуумной камеры, который располагается над слое шлака, заполняющего кольцевую камеру 5, в том числе и под вакуумной камерой. Пока открыт проем 25, слой шлака, пасположенный в объеме вакуумной камеры, не обновляется, перетекает по кольцевой камере лишь нижележащий слой шлака. В этом случае вакуумная камера работает в порционном режиме по отношению к шлаку Порция шлака, заполняющая объем вакуумной камеры, относительно быстро расходует свои рафинирующие возможности и после достижения равновесного состояния не участвует в дальнейшем в процессе рафинирования металла. Рафинирование металла здесь происходит только слоем шлака, находящимся под застойной порцией шлака и продвигающимся непрерывно по кольцевой камере. Для повышения эффективности рафинирования металла шлаком проем 15 перекрывают шиберной задвижкой 26, после чего двигающийся поток шлака поворачивает в верхнюю часть вакуумной камеры, затем вверху, вновь двигаясь горизонтально, протекает над перегородкой 24, огибает ее и опуЬка ется вниз, где приобретает вновь горизонтальное движение вдоль кольце вой камеры 5 (на фиг. 1 движение потока изображено линией I -ID При этом варианте движения шлакового расплава через вакуумную камеру при соответствующих скоростях этого пот ка и потока осаждающихся капель мета ла, когда скорость последнего больше скорости первого, система металл-шла взаимодействует в режиме противотока Режим противотока при одном и том же количестве шлака и одних и тех же свойствах его позволяет значительно повысить степень рафинирования метал ла. При таком режиме осажденные капл металла собираются на днище, образуя в районе выпускно.го отверстия 28 слой рафинированного металла, которы через это отверстие периодически или же непрерывно сливают в приемную емкость. Очень мелкие капли металла (они всегда образуются в том или ином количестве при дробле-НИИ струи металла) осаждаются со скоростью, меньшей скорости подъема шлакового потока в вакуумной камере Эта часть капель металла выносится шлаковым расплавом в зону разделения, где условия благоприятствуют успешному их осаждению на винтообразное наклонное днище, по которому они стекают в район расположения выпускного отверстия 28. При движении шлакового расплава в режиме противотока его верхние слои будут подвергаться интенсивному вакуумированию, что позволяет за счет углерода металлических капель, осаждающихся через эти слои, рафинировать шлак от закиси железа и закиси железа и закиси марганца (раскислить его). Отделенный в вакуумной камере от основной части рафинированного металла и окончательно освободившись от него в разделительной зоне шлаковый расплав перетекает в зону плавления-регенерации, где вновь подвергается рафинированию от серы и дополнительному очищению от оксидов железа и марганца, корректировке состава и необходимому подогреву. Таким образом, устройство обеспечивает в замкнутом потоке шлакового расплава все стадии непрерывно повторяющегося технологического цикла. Технико-экономическая эффективность применения устройства для рафинирования стали вакуум-шлаковым способом в непрерывном режиме по сравнению с базовым вариантом рафинирования стали - вакуум-шлаковым способом в порционном режиме состоит в том, что стоимость стали за счет затрат на приготовление синтетического шлака возрастает на 4-6 руб/т. Применение предлагаемого устройства позволяет использовать для рафинирования стали один и тот же шлак многократно. С учетом затрат на его регенерацию стоимость стали в этом случае возрастает лишь на 0,4-0,6р/т. Экономия на топливе за счет уменьшения нагрева стали в сталеплавильном агрегате и на сокращение расходов на подъемно-транспортные операции составит около 0,5 руб/т. Суммарно экономия по этим статьям составляет 4,15,9 руб/т стали. Для агрегата производительностью 1 млн.т. стали в год экономический эффект равен 4,1-5,9 млн.руб. 27 2120

иг.1 17

Фиг. 2

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ МЕТАЛЛА, сЬдёря(ащёё плавильную емкость, выполненную в виде замкнутой кольцевой камеры с наклонным днищем, включающую зоны смешения, разделения и плавления-регенерации, заливочное устройство, продувочные фурмы, выпускное отверстие и пневмотранспортную систему для вдувания порошков в шлаковый расплав,ртличающее с я тем, что, с целью повьш1ения эффективности рафинирования, устройство снабжено вакуумной камерой, выполненной в виде колпака и размещенной на своде кольцевой камеры в зоне смешения, причем ее поперечные стены погружены в шлаковый расплав, а свод снабжен заливочным отверстием с -воронкой и пульверизирующим узлом. 2. Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что вакуумная камера .снабжена поперечной перегородкой, нижний край которой состыкован с днищем, а боковые края - со стенками кольцевой камеры, а верхний ее край погружен в шлаковый расплав, причем в перегородке выполнен сквозной проем с подвижной заслонкой. 3. Устройство по пп. 1 и 2, о тличающееся тем, что днище кольцевой камеры выполнено в форме винтовой поверхности с наклоном по ходу движения шлакового расплава от поперечной перегородки в зоне разделения к выпускному отверстию в зоне смешения. 00