Способ порционного вакуумирования стали

%й " л"дьчтвюш ЕТЕНИЯ еровныи ахнович ФьниковаТрудового -исследовай металлургии 8,8)онии В 10-154,опублик. 1975.ии У 55-62187,опублик. 1980.аллы". 1982 в ф 23 ю л ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВЩ(71) Центральный орденаКрасного Знамени научнотельский институт черноим.И.П.Бардина(54)(57) 1. СПОСОБ ПОРЦИОННОГОВАКУУИИРОВАНИЯ СТАПИ, включающийпродувку его нейтральным газом, вводимым в латрубок вакуум-камеры Иструями ( ь = 1,2,3,4) через равныеинтервалы по диаметру латрубка,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения производительностиустановки, снижения содержания водорода, а также эффективной реализациипроцессов деазотации, десульфурациии удаления неметаллических включенийпри порционном вакуумировании металла, инертныи газ вводят плоскими струями с соотношением длины к высоте поперечного сечения плоской струи в месте входа ее в металл в пределах (20-60):(0,51-1,0) при расходе аргона 0,5102,9 10 м /т.мин.3 32. Способ по л. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что плоские струи аргона вводят под углом 77-89 проо тив движения металла, при этом углы наклона плоских струй отличаются12 ф друг от друга на величину3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что аргон подают на расстоянии 0,5-1,0 диамет ра (0) от нижнего среза патрубка вакуум-камеры.4 Способ по пп.и 3 о т л и 3Э ч а ю щ и й с я тем, что плоские рФ струи аргона вводят на разной высоте через равные интервалы размером 0,5 Э (л) равномерно по ортогональной проекции диаметра патрубка через каждые 360 / и градусов.о5. Способ по пп. 1,3 и 4, о ти ч а ю щ и й с я тем, что.плоские струи аргона подают перпендикулярно по отношению к движению металла влатрубке под углом 22-45 в к радиусу патрубка.Изобретение относится к черной металлУргии, конкретно к обработке жидкой сталивакуумои и инертным газом.Известен способ обработки жидкой саади вакуумом и нейтральным газом при порционном вакуумированни, при котором аргон подают через огнеупорную пористую Фурму, установленную иднище ковша соосно под патрубком 1 О вакуум-камеры так, чтобы при .своем подъеме инертный гаэ попадал в патрубок. Одновременно производится продувка металла в ковше через такую же Фурму, расположенную в стороне от 5 вертикальной оси патрубкаИзвестен также способ обработки жидкой стали вакуумои и нейтральным газом при порционном вакуумировании, при котором аргон или его смесь с кислородом подают в металл через отверстие, расположенное в днище вакуум-камеры 2.Недостатком этих способов является низкая эффективность использования аргона нри вакуумировании. В первом случае - за счет неполного попадания аргона в вакуум-камеру и недостаточного увеличения поверхности раздела металл-газ при слиянии пузырей во время подъема в ковше, во втором - эа счет малой глубины продувки металла при вводе его через отверстие в днище.Наиболее близким по технической35 сущности и достигаемому результату к изобретению является способ норционного вакууиирования метална, включающий продувку его нейтральным газом, вводимым в патрубок вакуум-камеры й струями ( г 1 щ 1,2,3,4) через равные интервапы по диаметру патрубка ЯНедостатком известного способа 45 является высокий, расход аргона прн относительно невысоком увеличении эффективности дегазации от водорода. При этом не решаются вопросы деаэотации, десульфурации и удаления 50 неметаллических включений.Цель изобретения - повышение производительности установки, сниже" ние содержания водорода, а также эффективная реализация процессов 55 деазотации, десульфурации и удаления неметаллнческих включений при порционном вакуумировании иеталла. Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу порционного вакуумирования стали, включающему продувку его нейтральныи газои,вводимым в патрубок вакуум-камерый струями (и =1,2,3,4) через равныеинтервалы по диаметру патрубка,инертный газ вводят плоскими струямис соотношением длины к высоте поперечного сечения плоской струи вместе входа ее в металл в пределах(20-60);(0,51-1,0) при расходе аргона0,5 ф 1 О 3-2,9 10 м) т иин,Плоские струи аргона вводят под углом 77-89 против движения метал 0ла, при этом углы наклона плоских струй отличаются друг от друга на12величину --- .о Аргон подают на расстоянии 0,5- 1,0 диаметра О от -нижнего среза патрубка вакуум-камеры.Плоские струи аргона вводят на разной высоте через равные интервалы размером 0,5 0 д(п) равномерно по ортогональной проекции диак тра патрубка через каждые 360 /и градусовПлоские струи аргона подают перпендикулярно по отношению к движениюо металла в патрубке под углом 22-45 к радиусу патрубка.Известно, что удаление из металла растворенных газов хорошо описывается кинематическим уравнением первого порядка:С 1 рЬ=: .,ь 23где С, Со - текущая и начальнаяконцентрации газа;Г /Ч, - удельная поверхностьраздела фаз металл-газ.Продувка аргоном плоской струей в приведенном режиме приводит к созданию скоростной струи, дробящейся в объеме металла на множество иелких пузырьков, увеличивая по иного крат значение Г/ 9, и тем самым скорость и эФфективность дегазации. Кроме того, в околоструйном пространстве происходит разгон металла. Наличие градиента скоростей в объеме металла приводит к образованию зон пониженного давления с выделением в них пузырьков растворенного газа, т.е. происходит так называемое явление газовой кавитации, которая, какизвестно, возникает при определенномотношенииФРЖ (обычно 0 3 10)5где ,М - плотность и скоростьрасплава;Ь - разность между общим ипарциальным давлениемгаза в данной точке.Таким образом, наряду с пузырьками аргона в объеме металла поднимающегося в вакуум-камеру, дополнительно возникают и находятся пузырьки 5выделяющегося газа (водорода, азота).Эти пузырьки термодинамически неустойчивые при атмосферном давлении,в условиях пониженного давления,особенно в вакуум-камере, энергично 2 Орастут, увеличивая еще больше эффектрафинирования металла,Верхние значения отношения выбраныиз условий недопущения выбросовметалла в вакуум-провод установки, 25нижние - из условий получения дополнительного при продувке аргоном эффекта от возникновения газовой кавита-,ции,оВведение аргона под углом 77-89 0против движения металла увеличиваетвремя контакта металл-газ и, следовательно, его рафинирующий эффект. Привводе аргона в нескольких местах, нан"ример в трех, струи его направляютсяпод разными углами против движенияметаллапри всасывании в вакуум-камеру: одна под углом 89 , другая -Опод углом 83 , третья - под угломв77 . Зто позволяет ввести аргон в 4 ООбольший объем металла в единицувре:мени, че допуская нежелательногоявления слияния отдельных болеемелких пузырьков аргона в крупные, иувеличивает значение удельной поверх,ности Г /1,1. и рафинирующий эффект.При движении металла из вакуум-камеры в ковш струи, направленные вту же сторону, позволяют производитьлучшее перемешнвание металла в ковше и, ЗОподнимаясь в нем, лучше отмываютоставшиеся неметаллические включения.Вход аргона на расстоянии 0,5 диаметра от нижнего среза натрубка позволяет осуществлять продувку в течение всего срока службы вакууматора,так как нижний конец его всегда силь-.но изнашивается, и длина патрубка уменьшается. Ввод аргона на расстоянии, больше чем 1,0 диаметр от нижнего среза, сильно уменьшает эффект рафинирования эа счет снижени 4 пребывания пузырьков газа в металле. Ввод аргона под углом 90 по отноошению к движению металла в патрубке, но с разворотом угла ввода струй на 22-45 по отношению к радиусуопатрубка, позволяет получить дополнительное вращательное движение металла. Время нахождения пузырьков аргона в металле увеличивается, что повышает эффект рафинирования. Кроме того, вращательное движение жидкости при переливе металла из ковша в ваку- ум-камеру и обратно повышает эффект перемешивания всей массы металла в ковше и вакуум-камере. Зто также . повышает эффективность. Уменьшение угла ниже 22 не эффективно с точки зрения придания вращательного движения металлу, увеличение сверх 45 нежелательно, так как увелиочивается износ футеровки.Продувка аргоном в вакууме по указанному способу создает воэможность удаления серы из металла во время выпуска за счет обработки раскисленного металла восстановительным известковыч шлаком. В этом случае кинетика раскисленного металла, необходимая для эффективной дегазацин в вакууме, обеспечивается вводом аргона в натрубок по описанному способу, Кроме водорода удаляется азот, так как сочетание высокого значения удельной поверхности раздела/ 1 яцщ с низким содержанием поверхностно-активных примесей серы и кислорода устраняет препятствия для удаления азота, имеющие место при порционном вакуумировании.Хорошая раскисленность металла и воэможность десульфурации в сочетании с перемешиванием металла мелкими пузырьками, хорошо очищающими его от кислородных неметаллических включений в еще жидкой стали, позволяют получать чистую по всем видам включений сталь. П р и и е рВыплавленный в дуговой печи металл, например, состава, Х: С 0,40; 51 0,15; Мп 0,20; Сг 10 не раскисляя алюминием выпускают в ковш вместе со шлаком. Ковш с металлом подают на установку порционного вакуумирования, До начала1135773 орционныйргоном без продувк 83 Порционн арагоном способу продувк звестномуНет сведений Нет сведений ет св ий ционныйоном пособу продувкойедлагаемому2 60 5 отношению к Мв с 3,Тс 1.,в и ЩВставу ме перед выпуском из пе тн.7.) 10 де Я концентрацияконце вакуум ыпуско ственн из печ римеси перед ования соотв вакуумщзования (за 1-2 мин) в путрубок начинают подавать аргон двумя плоскими струями с соотношением 1.: и : М равным 20;0,51:0,5 10в каждой струе. Струи подают: одну 5 псевд углом 89 , другую - под угломо77 против движения металла в патОрубке при всасывании. Затем опускают патрубок вакуум-камеры в металл и включают пароэжекторный насос. Вакуумируют при О ор = 1 мм рт.ст. Через 4 мин подают аргон при: Ь ; В 20:0,5.1,5. За 2-4 мин по окончании вакуумирования присаживают легирующие и алюминий. Через 8 мин после начала вакуумирования останавливают насос и поднимают вакуум-камеру. Затем прекращают подачу аргона.П р и м е р 2. Выплавленный в дуговой печи металл выпускают в 20 ковш. Во время выпуска производят десульурацию и раскисление металла за счет обработки металла восстановительным высокоосновным шлаком, например, состава, Х: СаО 50-55; И.у Я 8-10; АЗ 0 5-10; 60 10-20; фРеО и ГеО 0,5-1, 5 ДСч О и Ип 0 О, 51,0 СаР 5-5 с одновременным раскислением металла алюминием. Затем ковш с десульфурированным и раскислен- ЗОным металлом подают на установку порционного вакуумирования. До начала вакуумирования в патрубок начнкают подавать аргон тремя плоскими струями с соотношением (. : Ь : Ф равным 60:1,0:2,9"1 О в каждой струе, подаваемыми: одна под углом 89 , другая " под углом 83 , третья -Опод углом 77 против движения металла при всасывании его в вакуум-камеру. Затем опускают патрубок вакуум-камеры и включают пароэжекторный насос. Вакуумируют при Иост 0,9,5 мм рт.ст. Во время вакуумирования корректируют химсостав стали. Через 10 мин прекращают вакуумирование остановкой насоса. Вынимают патрубок из металла и прекращают подачу аргонаП р и м е р 3. Процесс проводят так же, как и в примере 2, но с соотношением ,: и : Э = 30:0,8:;1,510 в каждой струе, подаваемыми под углом 90 по отношению к движущемуся металлу, но расположенным в интервале высот: одна на расстоянии 0,5 мм от нижнего среза патрубка, 1другая - на расстоянии 0,75 мм, третья - на расстоянии 1,0 мм, при 1этом каждая из струй повернута на 22 по отношению к радиусу патрубка,П р и и е р 4. Процесс проводят так же, как и в примере 3, но каждая из струй повернута на 45 по отношению к радиусу патрубка.Результаты вакуумной обработки порционным способом представлены в таблице,