Способ обработки струи металла при разливке

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 764780 А 1 51) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. Г. Сус- Кулаков от Вторичтали при988, М 2 21) 4885819/02(71) Институт черной металлургии(56) Авторское свидетельство СССМз 664744, кл. В 22 О 71/10, 1977А, М. Поживанов и др. Защитаного окисления и азотированияразливке на МНЛЗ. Ж-л "Сталь",с, 22-24, рис. 2,Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к плавильному производству, и может быть использовано при разливке металла, например при разливке стали из ковша в изложницы, а также в УНРС при разливке из стальковша в промковш и иэ промковша в кристаллизатор,Специфической особенностью процесса разливки из ковша в металлоприемник является дополнительный контакт струи металла с окружающим воздухом, что приводит ко вторичному окислению металла. Исследованиями установлено, что при разливке спокойных сталей происходит дополнительное окисление металла, при этом содержание неметаллических включений возрастает в среднем на, 40 - 8000, а сталь насыщается дополнительно азотом и водородом. Это приводит к увеличению поверхностных трещин, росту брака по рванине, насыщению вредными газами, угару легкоокисляющихся компонентов и, в конечном(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТРУИ МЕТАЛЛА ПРИ РАЗЛИВКЕ(57) Использование; В металлургии при разливке металла, например, на МНЛЗ и из ковша в изложницу, Сущность изобретения; способ включает выпуск металла из ковша в металлоприемник через защитную трубу и герметизацию ее нижней части, которую осуществляют отсосом отходящих газов газовыми струями, причем отсос отходящих газов осуществляют через зазор между защитной трубой и ковшом, а газовые струи равномерно распределяют по периметру зазора, в частности тангенциально. 1 з. и. ф-лы, 3 ил,итоге, к существенному ухудшению металлопродукции,Известно также решение, при котором вокруг струи металла формируют концентричные две струи инертного газа,при этом дальнобойность и устойчивость этих струй достигается путем значительной кинетической энергии, создаваемой при истечении. Это усложняет реализацию способа и требует обрабатывающего газа высоких энергопараметров, что снижает эффективность газовой обработки,Перечисленные недостатки частично снижены в известном решении, согласно которому инертный газ подают двумя потоками, один из которых направляют внутрь трубы, а другой - вдоль ее наружной поверхности, при этом обработку струи металла осуществляют путем ее эффективного дробления и предотвращения ее окисления. Применение данного способа препятствует образованию настылей и приводит к сниже45 50 55 нию кислорода в атмосфере вокруг струи металла до 50, что при разливке легированных сталей уменьшает содержание крупных оксидных включений в 1,5 раза, Такое решение характеризуется подачей повышенного расхода инертного газа, необходимого для эффективного дробления струи металла, что приводит к интенсивному насыщению струи металла газом, и, как следствие, к интенсификации барботажа в металлоприемнике, к затруднению их выделения из объема слитка,Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому эффекту является способ обработки струи металла при разливке, включающий выпуск ее из ковша в металлоприемник через защитную трубу с обдувом входной части этой трубы и герметизацией ее входной части (путем погружения в расплав). Это решение взято заявителем в качестве прототипа, Данный способ обладает существенным недостатком, заключающимся в низкой степени обработки струи металла в процессе разливки за счет его слабой дегазации, возможности поглощения струей вредных газов, например, воздуха, азота, водорода, а также сплошностью струи металла при разливке в закрытом пространстве защитной трубы. Указанные недостатки вызываются возможностью проникновения аргона или природного газа, подаваемых на обдув защитной трубы, в смеси с окружающим воздухом в полость трубы за счет разрежения, создаваемого струей металла в зоне истечения из стакана разливочного ковша. Защитно-воздушная смесь поступает в полость трубы через неплотности стыка между трубой и стаканом, создаваемыми при вибрации ковша и трубы в процессе разливки, при заметалливании их контактных поверхностей при нарушениях работы манипулятора и установки защитной трубы в его посадочное место. Ввод такой газовой смеси в трубу приводит к ее поглощению струей металла, к недопустимому бурлению расплава в металлоприемнике, к захвату шлака с поверхности расплава, к взаимодействию газовых компонентов с алюминием и легирующими добавками, в результате чего снижается эффективность обработки металла и ухудшается качество слитка или непрерывнолитой заготовки,Целью настоящего изобретения является повышение качества металла путем увеличения степени дегазации и безгазового диспергирования струи металла в процессе разливки. Достигается это тем, чтд герметизацию нижней части защитной трубы и защиту струи металла от окисления осуще 5 10 15 20 25 30 35 40 ствляют отсосом отходящих газов газовыми струями, причем отсос отходящих газов осуществляют через зазор между защитной трубой и ковшом, а газовые струи равномерно распределяются по периметру зазора, а также и тем, что отсос газов осуществляется тангенциальными газовыми струями. Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, где на фиг, 1 схематически показано устройство для осуществления способа; на фиг. 2 - разрез А - А на фиг. 1; на фиг. 3 - то же, с поверхностью соплами.Согласно заявляемому способу разлив- . ку расплавленного металла производят путем его выпуска в виде струи 1 из отверстия стакана 2 разливочного ковша 3 в металло- приемник 4, например, в промковш, изложницу или иную емкость. Для уменьшения вредного воздействия окружающей атмосферы струю металла в процессе разливки изолируют от пространства защитной трубой 5, При этом входную часть трубы 5 устанавливают манипулятором к стакану 2 с равномерным кольцевым зазором 6 между их контактными поверхностями, Из зазора 6 осуществляют отсос газов из струи металла равномерно распределенными газовыми струями 7, В качестве газа может использоваться азот, сжатый воздух и другие газы, имеющиеся в плавильных цехах на разливочной площадке. Для повышения экономичности обработки и улучшения экологической обстановки в процессе разливки целесообразно использовать сжатый воздух. Степень отсоса газа из зазора 6 зависит от скорости истечения и расположения газовых струй, формируемых скоростными соплами, к которым подводится газ-энергоноситель от распределительного коллектора, например от кольцевого коллектора, установленного на шиберном затворе разливочного ковша 3, Оптимальная величина скорости истечения газовых струй находится в пределах 60 - 300 м/с, Истечение газа с такими скоростями и расположение источника истечения равномерно по периметру кольцевого зазора 6 приводит к устойчивому равномерному отсосу газов из струи металла за счет формирования вокруг последней области пониженного давле- ния (разрежения), достаточной для проведения активной дегазации и диспергирования струи .металла. Разрыв такой струи приводит к развитию ее массообменной поверхности, что в свою очередь снижает плотность металла и обеспечивает высокую скорость его дегазации за счет снижения парциального давления,Выделение растворенных в жйдком металле водорода и азота происходит за счет десорбции с поверхности струи вследствие снижения парциального давления в газовой фазе и диффузии растворенных газов в радиальном направлении, Следует отметить, что перенос атомов газа, происходит в основном посредством конвективной диффузии, усиливающейся как путем воздействия разрежения, так и путем диспергирования струи металла на капли, в том числе и при поверхностном испарении,Процесс дегазации формируется и равномерным расположением отсасывающих газовых струй в зоне выпуска металла из ковша, где снижается сплошность расплава, падает ферростатическое давление и присутствует своя пограничная область пониженного давления, создаваемая динамическим воздействием струи металла в процессе истечения. Достаточная абсолютная величина ширины кольцевого зазора 6 составляет 5-20 мм, это обеспечивает по периметру защитной трубы 5 оптимальную величину площади живого сечения для стабильного и равномерного отсоса газов из струи жидкого металла при равномерном распределении высокоскоростных газовых струй в радиальном направлении. При тангенциальном расположении равномерно распределенных газовых струй создается интенсивное расширяющееся вращательное движение газового потока в процессе истечения энергоносителя, в результате чего в центральной части вихря, по периметру струи металла в зоне ее выпуска, возникает высокое разрежение, Это дополнительно усиливает как эффект, так и процесс диспергирования струи металла при заданном расходе энергоносителя.Таким образом, использование предлагаемого способа обработки значительно повышает качество слитка или непрерывнолитой заготовки после УНРС за счет высокой степени дегазации металла при разливке и устранения турбулизирующего эффекта в воронке при поступлении металла в металлоприемник, т. е, по характеру обработки осуществляется струйное вакуумирование без дорогостоящего и крупногабаритного оборудования., при экономичном расходе экологически чистого и дешевого газа-энергоносителя, например сжатого воздуха, оздоровляющего обстановку на разливочной площадке (в сравнении с обдувом аргоном).П р и м е р, Исходные данные:1. Сопоставление предложения производили в сравнении с решением, взятым в качестве прототипа и используемого на установках непрерывной разливки стали электросталеплйвильного цеха ОХМК,2. Разливочный ковш; ковш емкостью5 100 т.3, Диаметр выпускного отверстия стакана - 70 мм,4. Разливку осуществляют посредствомиспользования защитной шамотно-графи 10 товой трубы по ТУ 14 - 8 - 387 - 81.5. Размеры трубы;- диаметр внутренний - 140 мм;- диаметр наружный - 190 мм;- диаметр наружный (входной части) -15 310 мм;- высота трубы - 1000 мм.6. Глубина погружения трубы в расплав- 200 мм.7. Высота зазора между стаканом ковша20 и входной частью защитной трубы - 10 мм.8, Скорость истечения газовой струи -150 м/с.9. Профиль истекающего отверстия -"сопла Лаваля.25 10. Минимальный диаметр отверстия -3,5 мм,11. Количество отсасывающих газовыхструй - 12 шт.12, Расположение газовыхструй;30 -радиальное, равномерное по периметру входной части защитной трубы:- тангенциальное, равномерное по периметру входной части защитной трубы.13. Характеристика газа-энергоносите 35 ля - цеховой сжатый воздух,Согласно заявляемому способу производили отсос газов из струи стали через кольцевой зазор по п.7 равномерно распре деленными газовыми струями со скоростьюпо и, 8, истекающими параллельно зеркалу расплава в металлоприеМнике согласно и. 12.При сопоставлении проб. отобранных 45 от 10-ти плавок предложения и прототипа,получены следующие средние, практические результаты.Формула изобретения 50 1. Способ обработки струи металла приразливке, включающий выпуск металла из ковша в металлоприемник через защитную трубу и герметизацию ее нижней части, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью 55 повышения качества металла путем увеличения степени дегазации и безгазового диспергирования металла, герметизацию нижней части защитной трубы и защиту струи металла от окисления осуществляют отсосом отходящих газов газовыми струями, причем отсос отходящих газов осущест1764780 Заявляемый способ Прототип 0,44 0,32 6,2 0,009Аргон 1,5-2 10-20 13-25 0,666 1,306 вляют через зазор между защитной трубойи ковшом;а газовые струи равномерно распределяют по периметрузазора,Рузультаты опытной прове киБрак первого передела (трещины, рванины), %Объем металла с оксиднымивключениями 5 и более балла %Содержание азота, %Содержание водорода,мл/100 г МеХарактеристика газа при обработкеДавление газа перед истечением, атиРазрежение при радиальномрасположении струй, ммрт.ст.Разрежение при тангенциальном расположении струй,мм рт.ст,Стоимость об аботки, б/т 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, чтоотсос газов осуществляют тангенциальными газовыми струями,1764780 ектор В. Петраш оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 каз 333 ВНИИ Составитель Е. ХлудоТехред М.Моргентал Тираж 341 Государственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, РауПодписноеениям и открытиям при ГКНТ СССРкая наб 4/5