Способ вакуумирования жидкой стали

)РЪ.,ч Я 6 л к е объедиут металВнепечМ., "Металое разиниур гия,5 Ц) (5 ОД СТА рение ся по отл с целью ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(56) 1. Морозов. А,Н, и дрное вакуумироаание стали,лур гия", 1975, с, 169-1 02, Соколов Г,А, Внепецрование стали, М "Металл1977, с. 22-23,) СПОСОБ ВАКУУМИРОВАНИЯ ЖИДИ В КОВЙЕ, включающий измеорости и состава выделяющиду вакуумирования газов,чающий с я тем, что,окращения длительности вакуумирования и оптимизации процессавакуумирования в целом, процессыобезуглероживания стали и удаленияиз нее водорода при вакуумированиизаканчивают по достижении заданногозначения разности между исходным со"держанием контролируемого компонента в системе металл - шлак и суммарным его количеством в выделяющихсягазах, причем количество контролируемого компонента в выделяющихся га"зах определяют путем суммирования текущих знацений скорости откачки ра"боцего пространства, где происходитвакуумирование стали, умноженныхпоследовательно на текущую долю этого компонента в выделяющихся газах ина промежуток-времени между замерамидавления в этом пространстве, а те"кущие скорости откачки определяют поостатоцному давлению в рабочем про"странстве камеры, 1 10101Изобретение относится к черной металлургии и, в частности, к способампроизводства стали, реализуемым сприменением внепецной вакуумной обр абот ки. 5Оперативная по ходу вакуумирования инфомация о степени удаления иэрасплава водорода и о количестве вы"горевшего углерода позволяет, оценив ситуацию, принять необходимые 1 Омеры либо по интенсиФикации, либо поторможению этих процессов, добитьсятребуемой полноты их завершения иобоснованно перейти к реализации последуюцих технологических операций, 15Известен способ, согласно которому при использовании данных по непрерывному изменению состава и коли"цест ва выделяющихся газов возможноосуществление контроля процесса ва куумирования 1Недост ат ком способа я вля ется точто в случае использования в. качестве откацного средства пароэжекторного насоса измерение обцего количества выделяющегося при вакуумированиигаза связано с необходимостью обору, дования насоса герметизированным конденсатором, в котором парогазоеая смесь должна полностью освободиться зо от пара. Отклонение от 1003-ной конденсации паров воды крайне отрицатель.но сказывается на тоцности определения коли че ст ва выделяющихся при вакуумировании газов, замер которых пр ои з води т ся по ср едст вам ди афр а г мы, установленной на выхлопной трубе этого конденсатора, Помимо этого, нали.цие подобного рода конденсатора отрицательно сказывается на производитель-оности пароэжекторного насоса.Наиболее близким к предлагае.момупо технической сущности и достигаемому эффекту является способ вакуумирования жидкой стали в ковше, включающий и з мере ни е с коро сти и со с та вавыделяющихся по ходу вакуумированиягазов, согласно которому в вакуумпровод между камерой и вакуумными насосами вводят с заданной интенсивностьюгаз-индикатор, а на достатоцно большом расстоянии от места ввода отбирают по ходу вакуумирования пробыгаза, Анализ газовой смеси, содержащей индикатор, позволяет определить состав газа, его общее колицество и количество каждого ее компонента 2 1.Однако известный способ сложен и связан со значительными ошибками,нали ЙО 2чие которых обусловлено тем что. современные вакуумные установки оснащаются высокопроизводительными пароэжекторными насосами, которые подсоединяются к вакуумным камерам при помощи трубопроводов больших диаметров (900- 1200 мм), Величина диаметров трубопроводов связана с получением в них ламинарного движения откачиваемых газов. 8 подобных условиях достижение полного перемешивания в трубопроводе газа-индикатора с выделяющимися газами становится проблематичным. В связи с тем, что современные пароэжекторные насосы стремятся максимально приблизить вакуумным установкам, где происходит обработка стали, температура выделяющихся газов в трубопроводе достаточно высока, цтобы использовать в качестве га- за-индикатора углеводороды, как это предложено в известном способе. Использование инертных негорюцих газов приводит к знацительному усложнению аналитической аппаратуры и технике анализа по определению их концентрации в выделяющихся газах.Цель изобретения - сокращение длительности вакуумирования и оптимизации процесса вакуумирования в целом.Поставленная цель достигается тем, что согл асно и з вест ному способу вакуумирования жидкой стали в ковше, включающему измерение скорости и состава выделяющихся по ходу вакуумирования газов, процессы обеэуглероживания стали и удаление из нее водорода заканчивают по достижении, заданного з на чения раз ности между и сходными содержанием контролируемого компонента в системе металл - шлаки суммарным его колицеством в выделяющихся газахпричем суммарное количество контролируемого компонента в выделяющихся газах определяют путем суммирования текущих значений скорости откачки рабочего пространства, где происходит вакуумирование стали, умноженных последовательно на текущую долю этого компонента в выделяющихся газах и на промежуток времени между замерами давления в этом простран ст ве, а те кущи е з на цени я скорости откачки определяют по остаточному давлению в рабочем пространстве камеры.При этом измерение давления, а также отбор газа для анализа производят из мест, максимально прибли з 10101 женных друг к другу и расположенных на участке вакуум-провода от камеры до ма ги ст ральной задвижки, при помощи которой рабочее пространство камеры сообщается с вакуумным насосом,5Сущность способа вакуумирования заключается в следующем. Непосредственно перед вакуумированием определяют количество контролируемого компонента (С или Н 2) в системе металл шлак, для чего отбирают и анализируют пробы металла и шлака на содержание углерода (роба металла) и водорода (проба металла и шлака), а затем после слива плавки из пла вил ьно го агре гат а произ водя т определение количества металла и шлака Р сталеразливоцном ковше. В процессе вакуумирования непрерывно (или с интервалом 10-20 с) измеряют остаточное давление в рабочем пространстве, а также содержание СО, СО 2, Н 2 в выделяющихся газах. Измерение давления и забор газа для анализа производят из мест, максимально приближенных друг к другу и расположенных на участке вакуум-провода от камеры до магистралвной задвижки. По текущим значениям остаточного давления вычисляют скорость откачки рабочего пространства, используя соотношение где 5 - скорость откачки рабочего35пространства при вакууми ро вании расплава,Ч - объем рабочего пространствадо места измерения давления,Т - время откачки рабочего проаостранства от давления Р додавления Р И,Выцисленные текущие значения скорости откачки рабочего пространствапоследовательно умножают на процент 45ное содержание контролируемого компонента в выделяющихся газах, определенное в тот же момент вакуумной обработки расплава, а затем -на промежуток времени (Ъ), в течение которого были определены значения Р и РяПолученные значения суммируют по ходувакуумной обработки расплава, Результат суммирования представляет собойколичество контролируемого компонента, выделившегося из расплава за рассмотренный промежуток вакуумирования,Это количество можно пересчитать напроцентное содержание данного компо 0 4нента в металле. Удаление иэ расплаваконтролируемого компонента считаютзавершенным в момент, когда разностьмежду его исходным содержанием в системе металл - шлак и суммарным количеством в выделяющихся газах дости"гает заданного значения,Способ лишен недостатков присущихиз вест ному способу, т а к как определение количества выделяющихся газовпроиз водят по давлению в рабочем пространстве, а состав этих газов определяют способами непрерывного непосредственного контр я, для которых этинедостатки не характерны. Кроме того,с по соб дост ат очно прост и его реализация возможна при использованииконтрольно-измерительной аппаратуры,н ал и ци е которой на современных вакуумных установках обязательно, онобладает высокой точностью, например, при вакуумировании в ковше 18,5 тнераскисленной низкоуглеродистой стали по приемам способа измеряют об-,щее количество выделившихся газов,а также долю окиси и двуокиси углерода, водорода и азота, При объеме вакуумной камеры 3,2 м это количество за 8-минутный период откачки камеры51,6 м. С другой стороны, определен"ное по факти цес кому изменению хи ми ческого состава обработанного в вакууме расплава количество выделившегося газа составляет 53,9 мЗ. Относительная ошибка определения количествавыделившегося газа не превышает в данном случае 23, Аналоги чная карти нан абл юд а ет ся и по кол и це ст ву каждо гоиз контролируемых компонентов. Здесьошибка при сопост а влении р ассмотренных способов не превышает 3-5. 1. Пример осуществления способа.В электродуговой печи выплавляют полупродукт, химический состав которого соответствует, 3: С=0,17, Ип= =0,07; 51 - следы, 5=0,028, Р=0,010, ГО =0,016,й )=0,010, Полупродукт в нераскисленном состоянии сливают в сталеразливочный ковш вместе с частью конечного печного шлака. После слива плавки взвешиванием определяют вес металлической части расплава в ковше (10 т), а по толщинв слоя шлакав ковше - вес шлака (200 кг) . Анализом проб металла и шлака, отобранных перед вакуумной обработкой, устанавливают, цто содержание углерода в металле 0,13, а содержание легко 5 1010 восстановимых окислов железа в шлаке 206 (в пересчете на закись железа).Вакуумную обработку осуществляют ковшевым способом в камере, объем рабочего пространства которой 252,м. Цель вакуумирования заключается в получении качественной трансформаторной стали. В процессе вакуумирования необходи мо обеспечит ь обезуглерожи вание расплава до 0,02"0031 углерода, глуо бокое раскисление расплава углеродом, удаление из расплава водорода, внесенного с ферросилицием. Для достижения необходимой степени обеэуглероживания металла в ковш на шлак перед 1 з вакуумированием вводят 30 кг прокаткой окалины, что обеспеци вает стехиометрическое соотношение между количеством кислорода в системе металл шлак (в металле, в окислах железа шла 2 О ка и прокатной окалине) и количеством углерода, которое необходимо выжечь при вакуумиро вании (О, 15-0,0 3=012 ),8 процессе вакуумной обработки непрерывно измеряют давление в рабочем пространстве камеры и анализируют выделившийся газ на содержание СО, С 02 Н 2. Подачу газа в прибор-анализатор осуществляют при помощи сухого вращательного еысокоеакуумного насоса. Через каждые 15 с показания прибора по измерению остатоцного давления в рабочем пространстве подают на выци с" лительную машину, где определяют текущее значение скорости откачки по соотношениюЧ Р40где ь =15 с - время откачки,Р- давление в начале 15 спериода откачки,,Р - давление вконце 15 с пе-риода откачкиЧ =25,2 м - об.ьем рабочего простз 45ранства камеры, уменьшенный на величину обьема сталераэливоцногоковша с расплавом,Текущее значение скорости откачкиумножают вначале на суммарную долюСО+СО 2 в выделяющихся газах, а затемполученное произведение умножают напромежуток еакуумированият.е, на15 с. Вычисленные подобным образомвеличины, каждая из которых представляет собой количес во выделившегосяконтролируемого компонента 1, е данном 1 йо бслучае СО+СО нмЗ) за 15-секундный2период вакуумированияпосле пересчета на процентное содержание углеро да в металле последовательно вычитаютиэ исходного содержания в расплаве.За 3;5-минутный период вакуумироеания количество выгоревшего углерода составляет 01 И после чего величина скорости обезуглероживания резкоуменьшается, На четвертой минуте вакуумирования в расплав цереэ дозаторы вводят дополнительно 15 кг прокатной окалины, что обеспечивает снижение содержания углерода в расплаве на 0 025:о в течение последующей минуты вакуумирования, Контроль за количеством выгоревшего углерода осуществляют с помощью рассмотренного приема способа.В момент достижения в расплаве 0025 углерода в него через доэаторы вводят рафинированный от алюминияи титана ферросилиций е количестве110 кг. Одновременно с введением Рерросилиция расплав начинают продуватьинертным газом, Введение такого количества ферросилиция нередко сопряжено с получением отливок из этого металла, пораженных дефектами, связанными с повышенным содержанием водорода (оослост ь, газовые пузыри),.Поэтому определение периода обработ"ки, в тецение которого удаляется дстребуемого уровня водород, имеет первостепенное значение. Для сеализацииэтой задачи с помощью приемов спосо=ба перед вакуумированием о-:ревеляютсодержание водорода в ферросипиции.внесенного в металл водорода 3,5 и.Используя тот же прием но где в качестве контролируемого компонентабыл принят водород, продувку расплава инертным газом в вакууме продолжают 2 мин 50 с, те. до момента удаления из расплава с выделяющииися газами 35 м водорода, после цего продувку и вакуумирование грекращают, аковш с металлом из вле кают из камеры иподают на разливку. Отливки из еакуумированной стали не имеют дефектов сеязанных с повышенным содержанием в нихводорода,Мимический состав металла после вакуумирования следующий., х; С=О 025,Ип 0,06, 51=3,0, 5=0,02 оо, Р ОО0=0,003, Ц=ООМ Н =1, смУ 100 .Отсутствие угара кремния свидетельствует о высокой степени раскисеСост авит ел ь я. Церба ко вРедактор К, Волощук Техред С.Мигунова Корре ктор М, Демци к Заказ 2412/14 Тираж 566 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, 5- 35Раушская наб д, 4/5 Филиал ППП "Патент", г, Ужгород ул. Проектная,7 101 ния металла и шлака углерода при вакуумировании.Таким образом, использование приемов способа позволяет оптимизировать процесс вакуумирования в целом и добиться снижения себестоимости обрабатываемой в вакууме стали. Оптимизация процесса дос игается за счет точного определения продолжи тел ьности периодов вакуумного обезуглероживания и раскисления расплава углеродом, его дегазацииудаления водорода). При этом удается исключить случаи необоснованного удлинения этих периодов которые в современный практике встречаются наиболее часто и связаны с увеличением теплопотерь, а также неоправданного их сокращения, сопровождающихся снижением эффекти вности вакуумирования.Способ в одинаковой степени применим и для условий, когда расплав в процессе его вакуумной обработки продувают инертным газом. В этом случае возможно также и точное определение технологически оправданного начала и продолжительности продувки расплава инертным газом. Кро 0140 8ме этого, при реализации способапоя вляется возможност ь регулируемого обезуглероживания расплава с ост анов кой на 3 аданном содержании 5 углерода. Такая возможность особенноважна для ковшового способа вакуумирования нераскисленной стали отличительной особенностью которого явля"ется активное участие конечного печ" 10 ного шлака в обменных реакциях с ме"таллом. Без данного способа осуществление регулируемого обезуглероживания в этом случае крайне затруднено вследствие нестабильности окис лительного потенциала системы металлшлак на протяжении цикла вакуумнойобработки, вызванного выбросами части шлака через край ковша или егоналипанием на стенки ковша.20 Снижение себестоимости обрабатыва"емой в вакууме стали достигают сокращением продолжительности вакууМрования, а также периода продувки рас"плава в вакууме инертным газом, умень" 25 шением тепловых потерь при вакуумировании и перегрева стали в плавиль"ных агрегатах увеличением стойкости Футеровки ковша.