Способ обескремнивания жидкого чугуна Советский патент 1993 года по МПК C21C1/04 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способам обработки жидкого чугуна.

Известный способ обескремнивания жидкого чугуна, включает заливку в ковш жидкого металла, погружение фурмы с колоколом, подачу кислорода под колокол с фор- мированием поверхности контакта кислород - чугун равной 3-25% от площади чугуна в установленном сечении ковша.

Данный способ обработки чугуна обеспечивает высокую степень использования тепла от окисления кремния и высокую степень использования вдуваемого кислорода, сохранив при этом высокую стойкость футеровки ковша.

Однако, недостатком данного способа является большая длительность обработки чугуна, вызванная тем, что реализация способа, обеспечивающая достижение цели возможно при, малой интенсивности продувки. Обработка чугуна при высокой интенсивности продувки (250 и более м3/ч) по данному способу нецелесообразна ввиду перехода режима истечения кислорода из изолированного от чугуна объема из режима вытеснения с образованием газовых пузырей малого диаметра в режим струйного вы- теснения по периметру ограничителя с образованием газовых, пузырей большого диаметра.

Режим струйного вытеснения кислорода в жидкий чугун ввиду образования газовых пузырей большого диаметра и всплывании их вблизи друг друга приводит к увеличению скорости всплывания газовых пузырей и уменьшению времени контакта кислорода с чугуном, что снижает степень

ю

использования вдуваемого кислорода и выделяющегося тепла, и увеличивает вынос окислов железа в виде бурого дыма, и тем самым повышает пылевыделения,

Кроме того, большая длительность обработки приводит к технологическим задержкам чугуноврзных ковшей на установке обработки чугуна, йтатедовательно, к задержкам подачи чугуна к сталеплавильным аг регатам., ;: С.:.;:- ,...;

Целью изобретения является сокраще - нйе длительности обработки чугуна за счет .повышения интенсивности продувки, снижение пылевыделений при сохранении высокой степени использования вдуваемого кислорода и тепла. ; : ; .

Поставленная цель достигается тем, что в способе обескремнйвания жидкого чугуна, включающего заливку чугуна в ковш, погружение в ковш фурмы с колоколом, подачу кислорода под колокол с формированием поверхности контакта кислород-чугун, равной 3-25% от площади чугуна в установленном сечении ковша, кислород в количестве 70-90% от общего расхода подают:в пузырьковом режиме вверх равномерно по всей поверхности газопроницаемого колокола. ;-V:. ... ;. . -. . :

Сущность изобретения заключается в том, что вдуваемый в жидкий чугун кислород, формируя дополнительную поверхность контакта, истекает из изолированного от чугуна объема одновременно в двух режимах: у кромок ограничителя - в режиме / вытеснения, а над остальной площадью ог раничителя - в пузырьковом режиме, Истечение из изолированного от чугуна объема основной части (70-90%) вдуваемого кислорода в жидкий чугун приводит к увеличению суммарной площади контакта кислорода с жидким чугуйом за счёт образования газовых пузырей малого диаметра. Кроме того,

образование газовых пузырей малого диа: метра Приводит к уменьшению скорости их

всплыва ния и, следовательно, приводит к

увеличению времени контакта кислорода с

чугуном, Д;;.;л . .-.... ..

Истечение из изолированного от чугуна объема части вдуваемого кислорода (30- 10%) в режиме вытеснения приводит к образованию газовых пузырей, которые всплывая захватывают микрообъемы жидкого метал л а и образуют восходя щие цйрку- ляционные потоки, приводящие к локальному повышению уровня металла на поверхности чугуна в виде кольцеобразного буруна с диаметром, близким диаметру ограничителя, и меняющие направление на противоположное по обе стороны восходящих потоков (у стенок и в центральной части ковша)..

Газовые пузыри, всплывающие в центральной части ковша в пузырьковом режиме

.и имеющие меньший диаметр, чем пузыри образованные при истечении в режиме вытеснения, попадают в противоток нисходящих потоков и поэтому скорость их всплывания в чугуне уменьшается, и следо0 вательно время контакта кислорода с чугуном увеличивается, что приводит к полному растворению кислорода пузырей малого диаметра на окисление элементов чугуна, а также снижению выноса окислов железа в

5 атмосферу.

Истечение кислорода из изолированного объема происходит одновременно в двух режимах: пузырьковый режим с образованием пузырей, малого диаметра и режим

0 вытеснения с образованием пузырей большего диаметра чем в пузырьковом режиме, но меньшего чем в струйном.

Основная часть вдуваемого кислорода, за счет меньшего противодавления металла

5 сверху ограничителя, истекает в пузырьковом режиме, а избыточный кислород - в режиме вытеснения.

Повышение интенсивности вдуваний кислорода в изолированный от чугуна объем

0 приводит в первую очередь к повышению интенсивности истечения кислорода из изолированного объема в пузырьковом режиме до определенной критической величины, характеризующейся пропускной способно5 стью каналов ограничителя и противодавлением металла, после которой происходит повышение давления кислорода в изолированном объеме и перераспределение вдуваемого кислорода по режимам ис0 течения.

Предлагаемый способ обескремнйвания жидкого чугуна, за счет подачи 70-90% кислорода, вдуваемого в изолированный от чугуна объем в жидкий чугун в пузырьковом

5 режиме с равномерным распределением по поверхности, ограничивающей изолированный объем, позволяет повысить интенсивность продувки, тем самым, сократить длительность обработки чугуна, снизить пы0 лёвыделения сохранив при этом высокую степень использования вдуваемого кислорода и тепла.

;Лри истечении кислорода из изолированного объема в жидкий чугун более 90%

5 от общего расхода в пузырьковом ре жиме и менее 10% в режиме вытеснения, в результате малого расхода кислорода на образование циркуляционных потоков, основная часть всплывающих пузырей кислорода имеет недостаточное время контакта, что

приводит к неполному взаимодействию кислорода пузыря и уменьшает степень использования кислорода и выделяющегося тепла, и следовательно, для достижения цели требует увеличения длительности обработки. Кроме того, неполное взаимодействие кислорода пузыря приводит к повышению пылевыделений.

При истечении кислорода из изолированного объема в жидкий чугун менее 70% от общего объема в пузырьковом режиме и более 30% в режиме вытеснения, в результате большого расхода кислорода на образование циркуляционных потоков, скорость всплывания кислорода в пузырьковом режиме уменьшается. Однако, кислород, истекающий в режиме вытеснения, имеет меньшую степень усвоения и меньшую степень обескремнивания, что дли достижения цели требует увеличения длительности об работки. Кроме того, образование газовых пузырей большого диаметра приводит к повышению пылевыделений ввиду недостаточного времени контакта на растворение пузырей кислорода. 1 . На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа.

На схеме 1 - ковш, 2 - жидкий чугун, 3 - фурма; 4-ограничитель, 5-изолированный объем кислорода, 6 - дополнительная поверхность контакта кислорода с чугуном, 7 - область всплывания газовых пузырей в пузырьковом режиме в противотоке с нисходящими потоками жидкого чугуна, 8 - проходимые каналы в ограничителе.

Пример конкретного выполнения.

Заливочный ковш емкостью 100 тонн, заполненный чугуном, подают на установку продувки чугуна кислородом, оборудованную погружной фурмой у сопла которой расположен ограничитель всплывания газовых пузырей, служащий для образования изолированного объема кислорода в чугуне, формирования дополнительной поверхности контакта кислорода с чугуном и распределении кислорода по режимам вдувания на пузырьковый режим и режим вытеснения.

В качестве ограничителей использовали конусы, выполненные из корундографи- та, пяти вариантов, высотой 0,4 м и диаметром расширенной нижней части равным 0,28; 0,35; 0,78; 1,0 и 1,25 м, что соответствует 2, 3, 15, 25 и 28 процентам от 3,14 м площади чугуна в сечении ковша на глубине 2,5 м.

Для регулирования вдуваемого кислорода по режимам истечения использовали 5 вариантов ограничителей, имеющих следующее количество отверстий 256, 242, 215, 188 и 175. Что соответствует 95, 90, 80, 70 и

-

65% от общего расхода кислорода, истекающего в пузырьковом режиме. Количество отверстий для каждого варианта определяли расчетным путем-.

5Погружная фурма выполнена в виде трубы футерованной шамотными катушками.

Погружение фурмы в чугун начинают при подаче кислорода 120 м /ч и с увеличением глубины погружения фурмы до 2,5 м 10 расход кислорода увеличивают до 400 м3/ ч.

После вдувания 180 м3 кислорода (27 мин) фурму поднимают из ковша с одновременным снижением расхода кислорода до 120 м3/ч, извлекают из чугуна и закрывают 15 подачу кислорода.. . :.--.

Эффективность предлагаемого способа обескремнивания жидкого чугуна оценивали по длительности обработки (вдувания кислорода) и по интенсивности продувки чу- 20 гуна кислородом..-.

Снижение пылевыделения оценивали по содержанию плавильной пыли в отходящих газах.

Степень использования тепла от окис- 25 ления кремния оценивали по повышению температуры чугуна в пересчете на 1 м3 вдуваемого кислорода. Замер температуры производили до и после обескремнивания чугуна, погружая термопару на глубину 0,7 - 30 1,0 м. . - ;-

Степень использования вдуваемого кислорода оценивали расчетным путем по затратам кислорода на окисление углерода, кремния и марганца. Количество окислен- 35 ных элементов в процессе обескремнивания чугуна определяла по разности, содержания последних в пробах чугуна, отобранных до и после обработки.

Наилучшие показатели по сокращению 40 длительности обработки чугуна за счет повышения интенсивности продувки и снижения пылевыделений при сохранении высокой степени использования вдуваемого кислорода и тепла при соблюдении заяв- 45 ляемых признаков соответствуют вариантам 2-4. При отклонении заявляемых параметров результаты по цели предлагаемого способа снижаются (варианты 1 и 5).

Как видно из таблицы предложенный 50 способ обескремнивания жидкого чугуна позволяет сократить длительность обработки чугуна за счет повышения интенсивности продувки с 150 м3/ч (прототип) до 400 м3/ч, что при одинаковом количестве введенного

55 в чугун кислорода соответствует 72 минутам обработки (прототип) и 27 минутам (предложенный способ). Кроме того, предложенный способ по сравнению с основным изобретением позволяет снизить содержание пла вильной пыли в отходящих газах с 18 г/м3

до 4 - 7 г/м3, причем степень использования вдуваемого кислорода и выделяющегося тепла остается высокой, превышающей показатели прототипа.

Формула изобрётения Способ рбёскремнивания жидкого чугуна, включающий заливку чугуна в ковцг, погружение в ковш фурмы с кРлркрлрм, подачу кислРрода под колокол с формированием поеёрхнбсти контакта кислород-чугун, рав0

ной 3-25% от площади чугуна в установленном сечении ковша, о т л и ч. а ю щ и и с я тем, что, с целью сокращения длительности обработки за счет повышения интенсивности продувки, снижения пылевыделений при сохранении высокой степени использования кислорода и тепла, кислород в количестве 70-90% от общего подают в пузырьковом режиме вверх равномерно по всей поверхности газопроницаемого колокола.

Сущность изобретения: за время продувки формируется постоянная по площади поверхность контакта кислорода с чугуном, расположенная на глубине погружения продувочной фурмы, которая является дополнительной (к суммарной поверхности всплывающих газовых пузырей) поверхностью взаимодействия кислорода с элементами чугуна; дополнительная поверхность контакта формируется путем вдувания кислорода в изолированный от чугуна объем, полученный в результате скопления кислорода под ограничителем всплывания газовых пузырей; кислород из изолированного объема истекает в двух режимах; 70-90% от общего расхода - в пузырьковом режиме, а 30-10 % -в режиме вытеснения из изолированного объема. Способ эффективно реализуется при формировании дополнительной поверхности контакта кислорода с чугуном площадью 3-25% от площади чугуна в заданном сечении ковша. 1 табл., 1. ил.

Химический состав чугуна до обескремнивания, I: .

Температура чугуна до обескремнивания, °С .

Площадь пополнительно формируемой поверхности взаимодействия Кислорода с чугуном, %

Расход истекающего кислорода, & об общего объема:

пузырьковый режим- режим вытеснения .:

Количество отверстий диаметг ром 1 мм в ограничителе, шт

Химический состав чугуна после обескремнивания, %:

. - . . : М .. . - / . ;

Степень обескремнивания :

чугуна, t... . . .

Температура чугуна прсле обескремнивзния,сС ...

Количество введённого в чугун кислорода, м3

Интенсивность пролувки , чугуна кислородом, м3/ч

Длительность вдуваний кислорода, мин :

Содержание плавильной пыли в отходячих газах, г/м

Повышение температуры чугуна в пересчете на 1 м3 вдуваемого кислорода,°С

.Степень использования кис- яорода, %

Стойкость футеровки ковша, наливре за всю кампанию

,1.2Ъ,Л

О,

0,960,36

1237123/

1515

О

1DO

k,k24,42

0,740,74

0,360,96

4,424,42 4,42

0,740,740,74

0,960,960,96

1237 Т237 1237 1237

О

130

95

5

256

90

10

242

15

80

20

215

25

70

30

188

1237

28

65

35

175

4,414,414,414,414,4l4,414,41

0,5750,6380,6030,6010,5690,5610,558

0,870,870,370,370,,870,87

22,3013,73: 18,5118,7823,1124,1924,59

0,19 0,13 0,226 0,236 0,238 0,241 0,225 88,4 73,6 89,2 9t,3 92,9 9T,1 88,3

340

333

340

340 337

335

334

4,424,42 4,42

0,740,740,74

0,960,960,96

1237 Т237 1237 1237

1237

90

10

242

15

80

20

215

25

70

30

188

28

65

35

175

340

340 337

335

334