Способ газодинамического отделения шлака от жидкого металла Советский патент 1993 года по МПК C21C5/46 

СП

С

Использование: в черной металлургии при отсечке шлака на выпуске жидкого металла из конвертера. Сущность изобретения: газ вводят пульсирующий струей, увеличивая его расход в конце слива до значений, обеспечивающих соотношение площадей зоны, свободной от шлака, находящейся над выпускным отверстием, и сечения канала в пределах 16-100. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к отделению шлака, попадающего в ковш, при выпуске металла из сталеплавильных агрегатов, например конвертера.

Известны газодинамические способы отделения металла от шлака при помощи газовых струй за счет ввода воздуха (азота) непосредственно в канал выпускного отверстия в конце выпуска при помощи пневматического устройства или аргона в специальный сифон.

Однако способ не устраняет вихреоб- разного движения металла в конце слива плавки - в воронку затягивается шлак и попадает в ковш со сливаемым металлом. Общим недостатком указанных способов является подстывание металла и шлака в канале отверстия, требующее межплавоч- ного обслуживания - рассверливания, что наряду со сложным конструктивным оформлением этих приемов, снижает технологичность процессов и увеличивает эксплуатационные затраты.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ предотвращения вытекания шлака, плавающего на поверхности жидкого металла при выпуске, заключающийся в подаче инертного газа через фурмы в металл вокруг выпускного отверстия.

К недостаткам способа следует отнести то, что в конце слива металла, например, из конвертера при резком понижении его у ровня часть шлака обязательно попадает в ковш, а процесс вдувания газа является нестабильным из-за образования - растворения отложений настылей на соплах фурм и соответственного изменения-их пропускной способности, что может приводить к появлению сливной воронки, В результате повышается концентрация вредных примесей и

х| со

О

° о

о

разброс содержания остальных элементов в готовом металле. На высоком уровне остается также окисленность металла.

Цель изобретения - повышение эффективности отсечки шлака, уменьшение угара легирующих элементов и улучшение качества металла.

Поставленная цель достигается тем, что в способе газодинамического отделения шлака от жидкого металла, включающего выпуск жидкого металла через канал из металлургического агрегата, например конвертера, вдувание нейтрального газа в металл во время выпуска плавки с образованием на поверхности металла.зоны, свободной от шлака, нейтральный газ вводят пульсирующей струей, увеличивая его расход в конце слива при снижении уровня металлической до значений, обеспечивающих соотношение площадей зоны, свободной от шлака, находящейся над выпускным отверстием, и сечения канала в пределах 16-100.

Сущность способа заключается в следующем.

Вдувание во время слива плавки нейтрального газа пульсирующей струей вызывает каталитические колебания расплава, дезорганизующие сливную воронку. В то же время при направленном течении к отверстию металла, колеблющегося с определенной частотой, вблизи футеровки создаются местные напряжения, приводящие к разрыву сплошности жидкого металла и образованиюкавитационных пузырей. Одновременно интенсифицируются массо- обменные процессы и усиливаются флюктуации давления в металлической ванне. В результате происходит более активное обновление поверхности металла возле зародышей пузырьков, облегчается диффузия и адсорбция в них растворенных газов и соответственно рост пузырьков до критических размеров. С другой стороны, локальные уменьшения давления в некоторых точках на границе металл-футеровка провоцируют образование новых пузырей.

Таким образом, во время слива плавки активизируется дегазация металла, что наряду с основным эффектом пульсации металла (встряхивания) исключает образование сливной воронки при меньших расходах дорогостоящих технологических газов. Снижается также содержание вредных газов в металле (таблицы).

Кроме того, струя металла, вытекающего из отверстия, приобретает пульсирующий характер, увеличивается ее кинетическая энергия, что улучшает условия перемешивания металла и легирующих материалов в ковше и является весьма полезным при производстве легированных марок сталей, устраняет ручной труд, снижает расход легирующих и стабилизирует химический

состав готовой стали.

Применение пульсирующего дутья позволило также значительно снизить количество случаев образования настылей на дутьевых устройствах и за счет этого улуч0 шить организацию потоков газа для отсечки шлака и уменьшить износ фурменных зон.

Эффективная отсечка шлака в конце слива металла при снижении его уровня в плавильном агрегате достигается поддер5 жанием оптимального соотношения площадей зоны, свободной от шлака, над выпускным отверстием и сечения канала (Ss/So). Соотношение определялось экспериментально при проведении выпусков из

0 22-тонного конвертера с фотографированием поверхности металлической ванны кинокамерой. Выплавляли сталь 09Г2С из предельного чугуна. При соотношении площадей зоны, свободной от шлака, и сечения

5 появления чистой стальной зоны без шлака достаточно вдувать аргон со скоростью 300 л/мин-1.

Опытные плавки на агрегатах различной емкости, а также модельные экспери0 менты показали, что оптимальное соотношение 5з/50 достигается при различных интенсивностях подачи газа в зависимости от конфигурации агрегата, скорости слива металла, состава шлака, глубины ван5 ны и т.д. При использовании способа перво- начально в опытном порядке отрабатываются дутьевые параметры для реализации критерия - достижения необходимой площади зоны, свободной от шлака, а при

0 дальнейшей эксплуатации способа поддерживается преимущественно оптимальный расход нейтрального газа.

Одной из мер по предупреждению образования сливной воронки является стабили5 зация отношения высоты столба металла над выпускным отверстием к диаметру отверстия на уровне (4-5): 1. Стационарный характер истечения при вытекании жидкости из выпускного отверстия, например, конвертера, в основное время слива обеспечивается дискретным поворотом конвертера на определенный угол в заданный интервал времени.

При предотвращении образования воронки увеличивается скорость слива жидкости, поскольку эффективная площадь поперечного сечения отверстия в этом случае увеличивается.

П р и м е р 1. В 22-тонном конвертере выплавляли сталь марки 09Г2С из передельного чугуна. При повалке конвертера в положение слива металла включали подачу аргона на четыре фурмы, оснащенные газодинамическими пульсаторами, рассчитанными на частоту колебаний газа при его рабочих значениях в пределах 50-100 Гц. Фурмы диаметром 4 мм каждая устанавливали симметрично вокруг огнеупорного блока выпускного отверстия на стыке с футеровкой конвертера. Диаметр выпускного отверстия составлял 75 мм. Регулирование расхода аргона осуществляли с выносного пульта, расположенного на передвижной платформе для раскислителей и легирующих материалов. Расход аргона в конце слива плавки при визуально наблюдаемом снижении уровня ванны увеличивали с 0,5-1 до 2-6 м /мин, поддерживая диаметр пятна металла на поверхности ванны (зону свободную от

шлака) 300-700 мм (-1 16-100).

Jo

Раскисление и легирование стали осуществляли в сталеразливочном ковше алюминием,ферросилицием и силикомарганцем(0,33; 19,1; 8 кг/т). В качестве теплоизолирующего материала использовали шунгезит.

Состав полученной стали, %: С 0,08; Мл 1,53; Si 0,66; Р 0,012; S 0,022; 0 0,002; N 0,003.

Угар марганца и кремния составил соответственно 1 и 5%. Расход ферросплавов 27,43 кг/т. Рефосфорация металла в процессе выпуска и разливки 0,001 - 0,002 абс.%. Ударная вязкость образцов (КСУ) металла при -20°С 1,39; при -40°С 1,17; при -60°С 0,71.

Для сравнения при выплавке стали такого же состава осуществляли отделение шлака от металла по известному способу.

Как следует из данных, приведенных в табл.1, использование для газодинамического отделения шлака от металла пульсирующих струй газа и обеспечение

Зз оптимального соотношения -$- позволяет

00

практически исключить попадание шлака в

сталеразливочный ковш, существенно снизить расход ферросплавов, а также улучшить хладостойкость стали.

Технологические показатели испытаний способа в 160-т конвертерах с иллюстрацией дутьевых параметров приведены в табл.2.

П р и м е р 2. Отделение товарного ванадиевого шлака от углеродистого полупродукта проводили при выпуске плавки из 160-тонного конвертера. При повалке конвертера в положение слива металла включа- ли подачу азота на три фурмы с газодинамическими пульсаторами, установленные симметрично в хромомагнезитовых блоках отверстия. Диаметр каждой из фурм составлял 9 мм, диаметр выпускного отверстия при .расчетной глубине ванны 500 мм составлял 145 мм. Расход азота увеличивали

при снижении уровня ванны по мере необходимости с 2 до 8-10 м /мин (расчетная частота около 100 Гц), поддерживая диаметр чистой металлической зоны без шлака на

уровне 600-1500 мм (| 16-100). Время выпуска 7 мин.

Количество ванадиевого шлака, слитого в ковш, с полупродуктом составило менее 50 кг. В результате коэффициент извлечения

ванадия из чугуна в товарный шлак достиг 92,3% по сравнению с 87,2% на обычных плавках. Существенно уменьшилось выделение дыма при выпуске плавки.

Значительно снизилась пористость отливок из полупродукта, что расширяет границы его использования в машиностроении.

40

Формула изобретения

Способ газодинамического отделения шлака от жидкого металла, включающий выпуск жидкого металла через канал из метал- лургического агрегата, например

конвертера, вдувание нейтрального газа в металл во время выпуска плавки с образованием на поверхности металла зоны, свободной от шлака, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности отсечки

шлака, уменьшения угара легирующих материалов и улучшения качества металла, нейтральный газ вводят пульсирующей струей, увеличивая его расход в конце слива при снижении уровня металлической ванны до

значений, обеспечивающих соотношение площадей зоны, свободной от шлака, находящейся над выпускным отверстием, и сечения канала в пределах 16-100.

Рассчитано на основании замеров толщины слоя шлака и измерения в нем концентрации SrO.