Способ обработки металла газом Советский патент 1993 года по МПК B22D11/10 

(Л

С

Использование: в металлургии при разливке металла в металлургические емкости с подачей инертного или нейтрального газа в струю металла через полый стопор стале- разливочного ковша под избыточным давлением. Сущность изобретения: способ включает подачу газа в период разливки под избыточным давлением, равным избыточному давлению металла в струе, под действием которого происходит истечение жидкого металла из сталеразливочного ковша. При этом при разливке металла с использованием экзотермических материалов для утепления металла в металлургической емкости на последних стадиях разливки подачу газа прекращают сразу после присадки экзотермических материалов. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области ме- аллургии, в частности к разливке металла в i металлургические емкости.

Цель изобретения - повышение качест- i а металла и уменьшение расхода инертно- i о или нейтрального газа (аргона, азота, i елия, углекислого и др.) за счет нормиро- знной его подачи (в струю жидкого металла ри разливке) через полый стопор в опти- эльных количествах и повышения стабиль- ости процесса воздействия газа на металл струе и металлургической емкости.

Поставленная цель достигается тем, что збыточное давление инертного или нейт- ального газа в период разливки поддержи- ают равным избыточному давлению металла в струе, под действием которого роисходит истечение жидкого металла из талеразливочного ковша. При этом при

разливке металла с чистым зеркалом или с применением инертных теплоизолирую- щих материалов подачу газа прекращают после окончания разливки, а при использовании экзотермических смесей для утепления металла в металлургической емкости на последних стадиях разливки подачу газа прекращают сразу после присадки экзотермических материалов.

Величина избыточного давления металла в струе, под действием которого происходит истечение жидкого металла из сталеразливочного ковша, в процессе разливки уменьшается и зависит от массы жидкого металла и шлака в ковше и площади его основания и определяется по известной формуле:

поме т Сшл гизб. ш

00

со

00

о

CJ XI

CJ

где Р изб. - избыточное давление металла в струе, под действием которого происходит его истечение из сталеразливочного ковша; Сме - масса жидкого металла в ковше; Сшл- масса жидкого шлака в ковше; S - площадь основания сталеразливочного ковша.

Следовательно, избыточное давление инертного или нейтрального газа, вдуваемого через полый стопор в струю металла, по мере опорожнения сталеразливочного ковша должно снижаться от первоначально установленной величины до минимальной, определяемой силой тяжести, возникающей под действием массы металла и шлака, остающихся в ковше после окончания разливки в металлургическую емкость. При этом величина избыточного давления газа в процессе разливки в предполагаемом изобретении определяется тем, что превышение ее приводит к разбрызгиванию металла газом и ухудшению качества затвердевшего металла, а также к повышенному расходу газа. Подача же газа через полый стопор в струю под меньшим избыточным давлением, чем избыточное давление металла в струе, не обеспечивает достаточно эффективных защиту металла газом от окисления и рафинирующего воздействия на металл в металлургической емкости. Вместе с тем становится возможна частичная инжекция воздуха из окружающей среды в металлургическую емкость и дополнительное загрязнение затвердевающего металла неметаллическими включениями.

Необходимо прекратить подачу газа при использовании экзотермических материалов для утепления металла в металлургической емкости на последних стадиях разливки сразу после присадки экзотермических материалов, так как инертный или нейтральный газ, практически не влияя на качество металла, будет способствовать уменьшению количества кислорода, поступающего к экзотермическим материалам, и тем самым теплоизолирующей их способности, которой во многом определяется развитие дефектов усадочного происхождений при затвердевании металла в металлургической емкости.

Пример. Опыты проводили в промышленных условиях. По новому способу разлили свыше 20 плавок стали и сплавов марок ЭП678, 1ЮХ18М, Х12Н20Т2, 14Х17Н2, 12Х18НТОТ (разлиты на МПНЛЗ в кристаллизаторы кр.19, 300 и 530 мм), ХН65МВ, СВ.01Х23Н28МЗДЗТ, Х12МФ (разлиты в изложницы на слитки массой 0,5 и 1,1 т). Сталь, разлитую на МПНЛЗ и в изложницы для электродов массой t,1 т(Х12МФ), подвергали электрошлаковому и взкуумно-дуговому переплавам или одному из них. Слитки всех марок стали и сплавов, в т.ч. ВДП и ЭШП, передавали на ковку и прокатку.

Для вдувания в струю металла аргона при разливке на МПНЛЗ или в изложницы сталеразливочные ковши 3 (см. фиг.1) емкостью от 2 до 10 т оборудовали полыми стопорами 2 и системой 1 подвода к ним

аргона. Стопор представлял собой полую металлическую трубу 8, футерованную с внешнего диаметра шамотными стопорными трубками 9, установленными на огнеупорной массе. В нижней части стопора

.располагалась огнеупорная шамотная пробка 10, навинченная на коническую резьбу наконечника 11, крепление которого к металлической трубе 8 осуществляли сваркой. Диаметры входного отверстия наконечника

11 и пробки 10 были равны 10 и 7 мм, соответственно. Внутренний диаметр трубы 8- 35 мм, наружный - 50 мм.

v.

Решая задачу об оптимальном количестве нейтрального газа, исходили из того, чтобы избыточное давление газа, вдуваемого в струю, было равно по величине избыточному давлению металла в струе, под действием которого происходит истечение жидкого

металла из сталеразливочного ковша.

Скорость уменьшения избыточного давления газа, вдуваемого в струю, в процессе разливки определяется для каждого конкретного случая по скорости вытягивания

электродов на МПНЛЗ или по скорости разливки металла в изложницы, установленные в технологических инструкциях для соответствующих типоразмеров кристаллизаторов МПИЛЗ, изложниц, марок стали или сплаBOB, размеров рабочего объема сталеразли- вочиых ковшей.

Процесс обработки металла газом в струе ив металлургической емкости осуществляли следующим образом. За 1-5 мин до

начала разливки через систему 1 (фиг.1) в

полый стопор 2 сталеразливочного ковша 3

подавали аргон под избыточным давлением

0 0,1-0,2 атм. 8 процессе выхода на заданную

скорость разливки металла через центровую А, сифонную проводку 5 в изложницы 7, установленные на поддоне 5, или непосредственно в кристаллизаторы МПНЛЗ избыточное давление газа плавно увеличивали

до максимальной величины, равной отношению массы жидкого металла и шлака в ковше к площади его основания. Например, для плавки массой 1,4 т (масса металле плюс масса шлака) при емкости ковша 1.8 т мак-. симальная величина избыточного давления

г зза принималась равной атм, для 6000 кг

7249,64 см 12 т-до

. 1400,0 кг

0,52

2723,33 cvT ковша емкостью 6 т .- до

- 0,83 атм, для ковша емкостью

12000кг

1 атм,

11958,48 см

В дальнейшем по ходу разливки давление аргона уменьшали со скоростью, определяемой массовой скоростью разливки металла. Например, при разливке стали |«арки 110Х18М на МПНЛЗ в кристаллиза- тэр 190 мм из ковша емкостью 1800 кг(мас- са плавки - 1400 кг) масса электрода составила 1200 кг, тела 1090 кг и прибыльной части 110 кг, время отливки тела элек- тэода 10 мин, прибыльной части 2,5 мин. Следовательно, средняя массовая скорость разливки составляла: тела электрода 109 кг/мин, прибыльной части 44 кг/мин. Отсюда скорость понижения избыточного газа, вдуваемого в струю; составляла 0,04 агм/мин при отливке тела электрода и 0,016 атм/мин при отливке прибыльной его ч зсти..Обычные плавки исследованных марок стали разливали по способу-прототипу с вдуванием арго.на через полый стопор под постоянным избыточным давлением, равным для всех типоразмеров ковшей 1 атм (расход - 0,3 м /мин). В результате нормированной подачи средний расход газа изменялся в пределах от 0,05 до 0,1 м /мин, т.е. уиеньшился в 3 и более раза. Кроме того, испытали вариант разливки, в котором избыточное давление в начале и в ходе разлив- кл было на 30% меньше, чем избыточное давление металла в струе.

Установили, что скорость возгорания экзотермических материалов в атмосфере инертного газа заметно уменьшается, поэ- . т эму при разливке металла с их присадкой рпя утепления жидкого металла в прибыль- ой части электродов МПНЛЗ или слитков окончания разливки подачу аргона пре- кэащали сразу после присадки экзотермических материалов (110Х18М, Х12Н20Т2).

Качество металла оценивали по загрязненности неметаллическими включениями, с эдержанию газов, степени ликвации химических элементов по сечению литых электродов и выходу годного. Результаты исследований приведены в табл. 1,2 и на фиг.2 (а - по предлагаемому способу, б - по способу-прототипу; цифры - расстояние, мм, от верхнего края электрода). I Содержание газов и загрязненность стали исследованных марок, разлитых по способу-прототипу, заметно выше, чем разлитых предлагаемым способом (табл.1): в

подусадочной зоне литого электрода стали марки 110Х18М, разлитой по способу-прототипу, обнаружено большое количество крупных (размером до 200 мкм) глобулей 5 силикатов и довольно много одиночных кристаллов размером до 10-15 мкм. В опытном металле крупные глобули шлаковых включений отсутствовали и значительно меньше (в 3,5 раза) выявлено мелких глобулей разме0 ром до 20,0 мкм и одиночных оксидных включений. В металле, разлитом по предлагаемому способу, в 1,5 раза уменьшилось содержание кислорода, на 7 единиц в третьем знаке после запятой - содержание азота

5 ив среднем с 2,0 до 1,4 см /100 г - содержание водорода по сравнению с металлом, разлитым по способу-прототипу.

В опытном металле заметно уменьшилась ликвидация химических элементов по

0 высоте и сечению слитков и электродов МПНЛЗ. Так на фиг.2 приведена величина ликвации Mn, Si, P и S по высоте и сечению литых электродов из стали марки 110Х18М, разлитой по технологии предлагаемого спо5 соба и прототипа. Видно, что величина ликвации указанных элементов по высоте и . сечению опытного электрода практически не изменяется и заметно меньше, чем аналогичная для электрода, отлитого по спосо0 бу прототипа.

Выход годного опытного металла оценили на. тех стадиях передела, на которых находились плавки к настоящему времени. Результаты оценки приведены в табл.2.

5 Сравнение их позволяет сделать вывод о том, что при разливке стали по предлагаемому способу существенно повышается технологическая пластичность стали: уменьшается образование дефектов при

0 ковке и прокатке металла, отсутствует брак по дефектам поверхности и макроструктуры и соответственно сокращается расход на производство металлопродукции, - по сравнению с прототипом.

5Формула изобретения

0 полый стопор еталеразливочного ковша под избыточным давлением до начала разливки и прекращение подачи газа в конце разливки, отличающийся тем, что, с целью повышения качества металла и уменьшения

5 расхода газа, избыточное давление газа в период разливки поддерживают равным избыточному давлению металла в струе, под действием которого происходит истечение жидкого металла из сталеразливочного ковша.

Расход металла на переделах .

кости на последних стадиях разливки подачу газа прекращают сразу после присадки экзотермических материалов.

Таблица 1

Таблица 2

1838037

665

+ V% W HWJK «MX 0% e%

+il% «x

860

CM .

f«; + 7,0%+t%

м

л; { « %ex1

tfvffM-paa mt ifon kpjutu ф,л Фнг. 2