Способ обработки струи металла при разливке Советский патент 1992 года по МПК B22D7/00 B22D7/12 

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к плавильному производству, и может быть использовано при разливке металла, например при разливке стали из ковша в изложницы, а также в УНРС при разливке из стальковша в про- мковш и из промковша в кристаллизатор.

Специфической особенностью процесса разливки из ковша в металлоприемник является дополнительный контакт струи металла с окружающим воздухом, что приводит ко вторичному окислению металла. Исследованиями установлено, что при разливке спокойных сталей происходит дополнительное окисление металла, при этом содержание неметаллических включений возрастает в среднем на 40-80%, а сталь насыщается дополнительно азотом и водородом. Это приводит к увеличению поверхностных трещин, росту брака по рванине, насыщению вредными газами, угару легкоокисляющихся компонентов и, в конечном

итоге, к существенному ухудшению металлопродукции.

Известно также решение, при котором вокруг струи металла формируют концентричные две струи инертного газа,при этом дальнобойность и устойчивость этих струй достигается путем значительной кинетической энергии, создаваемой при истечении. Это усложняет реализацию способа и требует обрабатывающего газа высоких энергопараметров, что снижает эффективность газовой обработки.

Перечисленные недостатки частично снижены в известном решении, согласно которому инертный газ подают двумя потоками, один из которых направляют внутрь трубы, а другой - вдоль ее наружной поверхности, при этом обработку струи металла осуществляют путем ее эффективного дробления и предотвращения ее окисления. Применение данного способа препятствует образованию настылей и приводит к снижеЁ

VI

О

00 О

нию кислорода в атмосфере вокруг струи метал ладо 5%, что при разливке легированных сталей уменьшает содержание крупных оксидных включений в 1,5 раза. Такое решение характеризуется подачей повышенного расхода инертного газа, необходимого для эффективного дробления струи металла, что приводит к интенсивному насыщению струи металла газом, и, ка к следствие, к интенсификации барботажа в металлоприемнике, к затруднению их выделения из объема слитка.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому эффекту является способ обработки струи металла при разливке, включающий выпуск ее из ковша в металлоприемник через защитную трубу с обдувом входной части этой трубы и герметизацией ее входной части (путем погруже- ния в расплав). Это решение взято заявителем в качестве прототипа, Данный способ обладает существенным недостатком, заключающимся в низкой степени обработки струи металла в процессе разливки за счет его слабой дегазации, возможности поглощения струей вредных газов, например, воздуха, азота, водорода, а также сплошностью струи металла при разливке в закрытом пространстве защитной трубы. Указанные недостатки вызываются возможностью проникновения аргона или природного газа, подаваемых на обдув защитной трубы, в смеси с окружающим воздухом в полость трубы за счет разрежения, создаваемого струей металла в зоне истечения из стакана разливочного ковша. Защитно-воздушная смесь поступает в полость трубы через неплотности стыка между трубой и стаканом, создаваемыми при вибрации ковша и трубы в процессе разливки, при заме- талливании их контактных поверхностей при нарушениях работы манипулятора и установки защитной трубы в его посадочное место. Ввод такой газовой смеси в трубу приводит к ее поглощению струей металла, к недопустимому бурлению расплава в металлоприемнике, к захвату шлака с поверхности расплава, к взаимодействию газовых компонентов с алюминием и легирующими добавками, в результате чего снижается эффективность обработки металла и ухудшается качество слитка или непрерывнолитой заготовки.

Целью настоящего изобретения является повышение качества металла путем увеличения степени дегазации и безгазового диспергирования струи металла в процессе разливки. Достигается это тем, чтд герметизацию нижней части защитной трубы и защиту струи металла от окисления осуществляют отсосом отходящих газов газовыми струями, причем отсос отходящих газов осуществляют через зазор между защитной трубой и ковшом, а газовые струи равномерно распределяются по периметру зазора, а также и тем, что отсос газов осуществляется тангенциальными газовыми струями.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, где на фиг. 1 схематически показано устройство для осуществления способа; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - то же, с поверхностью соплами.

Согласно заявляемому способу разливку расплавленного металла производят путем его выпуска в виде струи 1 из отверстия стакана 2 разливочного ковша 3 в металлоприемник 4, например, в промковш, изложницу или иную емкость. Для уменьшения вредного воздействия окружающей атмосферы струю металла в процессе разливки изолируют от пространства защитной трубой 5. При этом входную часть трубы 5 устанавливают манипулятором к стакану 2 с равномерным кольцевым зазором 6 между их контактными поверхностями, Из зазора б осуществляют отсос газов из струи металла равномерно распределенными газовыми струями 7. В качестве газа может использоваться азот, сжатый воздух и другие газы, имеющиеся в плавильных цехах на разливочной площадке. Для повышения экономичности обработки и улучшения экологической обстановки в процессе разливки целесообразно использовать сжатый воздух. Степень отсоса газа из зазора 6 зависит от скорости истечения и расположения газовых струй, формируемых скоростными соплами, к которым подводится газ-энергоноситель от распределительного коллектора, например от кольцевого коллектора, установленного на шиберном

затворе разливочного ковша 3. Оптимальная величина скорости истечения газовых струй находится в пределах 60-300 м/с. Истечение газа с такими скоростями и расположение источника истечения равномерно

по периметру кольцевого зазора 6 приводит к устойчивому равномерному отсосу газов из струи металла за счет формирования вокруг последней области пониженного давления (разрежения), достаточной для

проведения активной дегазации и диспергирования струи металла. Разрыв такой струи приводит к развитию ее массообмен- ной поверхности, что в свою очередь снижает плотность металла и обеспечивает высокую скорость его дегазации за счет снижения парциального давления.

Выделение растворенных в жидком металле водорода и азота происходит за счет десорбции с поверхности струи вследствие снижения парциального давления в газовой фазе и диффузии растворенных газов в радиальном направлении. Следует отметить, что перенос атомов газа происходит в основном посредством конвективной диффузии, усиливающейся как путем воздействия разрежения, так и путем диспергирования струи металла на капли, в том числе и при поверхностном испарении

Процесс дегазации формируется и равномерным расположением отсасывающих газовых струй в зоне выпуска металла из ковша, где снижается сплошность расплава, падает ферростатическое давление и присутствует своя пограничная область пониженного давления, создаваемая динамическим воздействием струи металла в процессе истечения. Достаточная абсолютная величина ширины кольцевого зазора б составляет 5-20 мм, это обеспечивает по периметру защитной трубы 5 оптимальную величину площади живого сечения для стабильного и равномерного отсоса газов из струи жидкого металла при равномерном распределении высокоскоростных газовых струй в радиальном направлении. При тангенциальном расположении равномерно распределенных газовых струй создается интенсивное расширяющееся вращательное движение газового потока в процессе истечения энергоносителя, в результате чего в центральной части вихря, по периметру струи металла в зоне ее выпуска, возникает высокое разрежение. Это дополнительно усиливает как эффект, так и процесс диспергирования струи металла при заданном расходе энергоносителя.

Таким образом, использование предлагаемого способа обработки значительно по- вышает качество слитка или непрерывнолитой заготовки после УНРС за счет высокой степени дегазации металла при разливке и устранения турбулизирую- щего эффекта в воронке при поступлении металла в металлоприемник, т. е. по характеру обработки осуществляется струйное вакуумирование без дорогостоящего и крупногабаритного оборудования, при экономичном расходе экологически чистого и дешевого газа-энергоносителя, например сжатого воздуха, оздоровляющего обстановку на разливочной площадке (в сравнении с обдувом аргоном).

Пример. Исходные данные:

1. Сопоставление предложения производили в сравнении с решением, взятым в качестве прототипа и используемого на установках непрерывной разливки стали электросталеплавильного цеха ОХМК.

2.Разливочный ковш - ковш емкостью 100т.

3.Диаметр выпускного отверстия стакана - 70 мм,

4.Разливку осуществляют посредством использования защитной ша.мотно-графитовой трубы по ТУ 14-8-387-81.

5.Размеры трубы:

-диаметр внутренний - 140 мм;

-диаметр наружный - 190 мм;

-диаметр наружный (входной части) - 310мм;

-высота трубы - 1000 мм

6.Глубина погружения трубы в расплав - 200 мм.

7.Высота зазора между стаканом ковша и входной частью защитной трубы - 10 мм.

8.Скорость истечения газовой струи - 150 м/с.

9.Профиль истекающего отверстия - сопло Лаваля.

10. Минимальный диаметр отверстия 3,5 мм.

11.Количество отсасывающих газовых струй - 12 шт.

12.Расположение газовых струй: -радиальное, равномерное по периметру входной части защитной трубы

-тангенциальное, равномерное по периметру входной части защитной трубы.

13.Характеристика газа-энергоносите- ля - цеховой сжатый воздух.

Согласно заявляемому способу производили отсос газов из струи стали через кольцевой зазор по п. 7 равномерно распре- деленными газовыми струями со скоростью по п, 8, истекающими параллельно зеркалу расплава в металлоприемнике соглас- но п. 12.

При сопоставлении проб отобранных от 10-ти плавок предложения и прототипа, получены следующие средние, практические результаты.

Формула изобретения 1. Способ обработки струи металла при

разливке, включающий выпуск металла из ковша в металлоприемник через защитную трубу и герметизацию ее нижней части, отличающийся тем, что с целью повышения качества металла путем увеличения степени дегазации и безгазового дис- пергирования металла, герметизацию нижней части защитной трубы и защиту струи металла от окисления осуществляют отсосом отходящих газов газовыми струями, причем отсос отходящих газов осуществляют через зазор между защитной трубой и ковшом, а газовые струи равномерно распределяют по периметру зазЬра.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что отсос газов осуществляют тангенциальными газовыми струями.

Использование; В металлургии при разливке металла, например, на МНЛЗ и из ковша в изложницу, Сущность изобретения1 способ включает выпуск металла из ковша в металлоприемник через защитную трубу и герметизацию ее нижней части, которую осуществляют отсосом отходящих газов газовыми струями, причем отсос отходящих газов осуществляют через зазор между защитной трубой и ковшом, а газовые струи равномерно распределяют по периметру зазора, в частности тангенциально. 1 з п ф-лы, 3 ил.

Рузультаты опытной проверки

Брак первого передела (трещины, рванины), % Объем металла с оксидными включениями 5 и более балла. %

Содержание азота, % Содержание водорода, мл/100 г Me

Характеристика газа при обработке

Давление газа перед истечением, эти

Разрежение при радиальном расположении струй, мм рт.ст.

Разрежение при тангенциальном расположении струй, мм рт.ст. Стоимость обработки, руб/т

AL

Прототип

Заявляемый способ

0,32

3,9 0,007

1,95

Сжатый воздух 1,5-2

10-20

13-25 0,666

dA

А-А

Фиг. 2

Фиг.З