Устройство для рафинирования металла

(19) (11) АС 21 С 7/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ а Трудовогоитехнический рова88.8) и др. качест 978, с Внепечныа стали.70, 100 етельство СССРС 7/10, 1981. Авторское с80483, кл. С т- е во по пп. 1 и 2, ае с я тем, что днищры выполнено в формехности с наклоном пошлакового расплава отегородки в зоне разденому отверстию в зоне 3. Устроис личающе кольцевой кам винтовой пове ходу движения поперечной пе ления к выпус шения ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРпО делАм изОБРетений и ОТКРытий(21) 3625527/22-02 (22) 27.07.83 (46) 30.12.84. Бюл (72) В.М.Лупэйко (71) Уральский орд Красного Знамени и институт им.С.М.Ки (53) 669.046.517(0 (56) 1, Чуйко Н.М.способы улуишения Киев, "Техника", 1 101.(54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ МЕТАЛЛА, содержащее плавильнуюемкость, выполненную в виде замкнутойкольцевой камеры с наклонным днип;ем,включающую зоны смешения, разделенияи плавления-регенерации, заливочноеустройство, продувочные фурмы, выпускное отверстие и пневмотранспортную систему для вдувания порошков вшлаковый расплав, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повьппения эффективности рафинирования, устройство снабжено вакуумной камерой, выполненной в виде колпака и размещенной на своде кольцевой камеры в зоне смешения, причем ее поперечные стены погружены в шлаковый расплав, а свод снабжен заливочным отверстием с воронкой и пульверизирующим узлом.2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что вакуумная камера .снабжена поперечной перегородкой, нижний край которой состыкован с днищем, а боковые края - со стенками кольцевой камеры, а верхний ее край погружен в шлаковый расплав, причем в перегородке выполнен сквоз- щСй ной проем с подвижной заслонкой.20 В вакуумной камере создают разрежение, за счет которого рафинировочный шлак засасывается в трубу- хобот на высоту (над уровнем шлака, в ковше) 2,5-3,5 м. При открытии стопора струя металла из верхнего ковша поступает в вакуумную камеру, диспергируется на капли и в виде дождя из металлических капель осаждается в нижний ковш через столб шлака в трубе. При этом капли металла подвергаются дегазации (удалению кислорода, водорода, азота) и очищению от серы и неметаллических включений 1 ППри десульфации и раскисленииметалла шлак обогащается закисьюжелеза. В рассматриваемом способеверхние слои шлакового столба, подвергающиеся наиболее сильному влиянию вакуума в этом случае, регенерируются от закиси железа за счетуглерода, содержащегося в металлических каплях (особенно при рафинировочной обработке среднеуглеродистых и высокоуглеродистых марокстали или же чугуна),Нижние же слои шлака из-за слабого воздействия вакуума в этомустройстве остаются практически нераскисленными (нерегенерированнымиот закиси железа) . Данные способф,и устройство не предусматривают регенерацию шлака от серы. Кроме того,недостатком их является цикличность 55или порционность процесса, т.е., невозможность ведения процесса непрерывно. 1 11319Устройство относится к металлургии и может быть использовано при рафинировании стали и чугуна.Известны внепечные способы улучшения качества стали синтетическими шлаками и вакуумированием.Обычно эти способы проводят раздельно в различных агрегатах. Однако исветен способ их совмещения в одном устройстве. Этот способ вакуум-шла О ковой обработки реализуется в специальной установке. Установка состоит из вакуумной камеры, соединенной с вертикальной трубой-хоботом и гер/метично.соединенной с дном ковша, 15 из которого сталь поступает на рафинирование. Труба-хобот погружается в рафинировочный шлак, залитый в другой ковш. 10 2Известно устройство для рафинирования металла, содержащее плавильную емкость, выполненную в виде замкнутой кольцевой камеры с наклонным днищем, включающую зоны смешения, разделения и плавления-регенерации, заливочное устройство, продувочные фурмы, выпускное отверстие и пневмотранспортную систему,для вдувания порошков в шлаковый расплав 12 .При применении этого устройства для обработки жидкой стали синтетическим шлаком сталь в значительнойстепени очищается от серы, кислорода и неметаллических включений. После разделения рафинированного металла и шлака последний поступает в зону плавления-регенерации, где его подогревают, очищают от серы.Так же и раскисляют (уменьшают концентрацию закиси железа) введением в шлак углеводородсодержащего порошка (графита, карбида кальция), ферросилиция, алюминия. Раскисление связано с значительными затратами этих дефицитных и дорогостоящих материалов.Кроме того, сталь после рафинирования в этом устройстве остается загрязненной такими газами, как водород и азот. С целью их удаления металл/целесообразно подвергнуть вакуумированию в каком-либо вакуумном агрегате, Однако это связано с организацией дополнительного технологического звена. Потребуются при этом дополнительные подъемно-транспортные операции по переливу и перевозке стали, дополнительные затраты энергии на перегрев металла .для компенсации значительных теплопотерь на этих операциях, а также значительные, затраты времени на их проведение.Цель изобретения - повышение эффективности рафинирования., Цель достигается тем, что устройстводля рафинирования металла, содержащее плавильную емкость, выполненную в виде замкнутой кольцевой камеры с наклонным днищем, включающую зоны смешения, разделения и плавления-регенерации, заливочное устройство, продувочные фурмы, выпускное отверстие и пневмотранспортную систему для вдувания порошков в шлаковый расплав, снабжено вакуумной камерой, выполненной в виде колпака и размещенной на своде кольцевой камеры в зоне смешения, причем ее поперечные стены погружены3 11319 в шлаковый расплав, а свод снабжензаливочным отверстием с воронкой и пульвериэирующим узлом.Вакуумная камера снабжена поперечной перегородкой, нижний край которой состыкован с днищем, а боковые края - со стенками кольцевой камеры, а верхний ее край погружен в шлаковый расплав, причем в перегородке выполнен сквозной проем с подвижной заслонкой. Днище кольцевой камеры выполненов форме винтовой поверхности с нак,лоном по ходу движения шлаковогорасплава от поперечной перегородки15в зоне разделения к выпускному отверстию в зоне смешения.На фиг, 1 изображено устройство(разрез А-А на фиг. 2); на фиг. 2 -20то же, вид сверху,Устройство представляет собойплавильную емкость, выполненную ввиде замкнутого полого кольца, включающую зоны смешения, разделения иплавления-регенерации. В поперечном25сечении полое кольцо имеет прецпочтительно прямоугольную форму. Устройство содержит кольцевые наружную 1и внутреннюю 2 стенки, днище 3 исвод 4. Во внутренней полости коль- З 0цевой камеры 5 в районе эоны регенерации располагаются вертикальныетопливо-кислородные фурмы 6, а такжефурмы 7, предназначенные для,вдуванияв шлаковый расплав порошкообразных 31материалов,:подаваемых по трубопроводу 8 с помощью пневмонагнетателя 9,располагаемого вблизи кольцевойкамеры. В зоне плавления-регенерациисвод 4 имеет сквозное заливочное 40отверстие 10 с воронкой 11, предназначенное для заливки во внутрь кольцевой камеры жидкого шлака или ссыпания туда кусковых материалов, необходимых для корректировки состава 45шлака. Для удаления отработанныхгазов служит газоход 12. В зонесмешения расположена вакуумная камера, образованная поперечными стенками 13 и 14, дугообразными стенками 5015 и 16, а также сводом 17, на котором находится пульверизующий узвл 18,содержащий сквозное отверстие 19.Камера также имеет отверстие 20,сочленное с трубопроводом 21, противоположный конец которого подсоединен к вакуумным насосам. Поперечныестенки 13 и 14 камеры опущены ниже 10 4свода и края стенок 22 и 23 погружены в шлаковый расплав, обеспечивая на этом участке герметизацию вакуумной камеры. В своей средней эона вакуумная камера содержит поперечную разделительную перегородку 24, состыкованную нижним. краем с днищем 3, а боковыми краями с наружной 1 и внутренней 2 стенками. Верхний край перегородки 24 погружен в шлаковый расплав ниже его барометрического уровня. Глубина погружения верхнего края перегородки 24 должна быть достаточной для того, чтобы при наборе вакуума обеспечить свободный проток шлакового расплава через эту перегородку 24. В перегородке 24 выполнен сквозной проем 25, который может перекрываться шиберной задвижкой 26, поддерживаемой на необходймой высоте . с помощью подвески 27. Днище 3 в зоне вакуумной камеры (зона смешения) снабжено выпускным отверстием28 с затвором.Стенки 13 и 14 и свод 17 вакуумной камеры выполняются герметичными, например металлическими водоохлаждаемыми с внутренней стороны облицованными огнеупорным материалом полностью или выше шлакового уровня расплава. Разделительная перегородка 24 также выполняется предпочтительно металлической нодоохлаждаемой с огнеупорной футеровкой или без нее. В некоторых случаях, когда не требуется очень высокого рафийирования металла, устройство может выполняться и без разделительной перегородки 24. И, наоборот, при необходимости достижения максимальной степени рафинирования металла за счет шлака усиливают эффект противоточного режима рафинирования путем удлинения столба шлака, двигающегося в направлении снизу вверх за счет большего заглубления в шлаковый расплав края стенки 22, чем это требуется для герметизациивакуумной камеры. Воронка в пульверизирующем узле 18 выполняется охлаждаемой с высокоогнеупорной футеровкой и строго калиброванным отверстием 19 для слива металла в%утрь вакуумной камеры.Эта воронка может быть известными приемами герметично состыкована с промежуточным ковшом, в котором постоянно поддерживают слой металла, когда необходимо обеспечить непрерывныйслив металла в вакуумную камеру из нескольких ковшей.В предлагаемом устройстве в сравнении с прототипом изменяется конструкция днища 3. В устройстве с разде лительной перегородкой 24 днище 3 выполняют, как и а прототипе, наклонным в сторону выпускного проема 25, но оно вместо плоской формы приобретает форму винтовой поверхности. При 1 О этом верхняя точка его располагается в разделительной перегородке 24 со стороны выхода шлакового расплава из вакуумной камеры, а нижняя - с противоположной стороны перегородки 24 15 у впускного отверстия 28. Устройство работает следующим образом.Вначале включают в работу продувочные фурмы 6, затем заполняют шлаковым расплавом внутреннюю полостькамеры 5 через отверстие 10 с воронкой 11. Глубину слоя шлакового расплава в этот период при всех прочих равных условиях здесь поддерживают большей, чем в прототипе, так как в условиях рабочего режима (при работе вакуум-камеры) глубина шлакового расплава внутри кольцевой камеры 5 уменьшается за счет подъема уровня расплава шлака в вакуумной камере при создании там пониженного давления (при глубоком вакууме уровень шлакового расплава в вакуум-камере по отношению к его уровню в кольцевой З 5 камере выше примерно на 3 м). После заполнения устройства шлаковым рас- . плавом при поднятой шиберной задвижке 26, когда проем 25 открыт, устанавливают необходимый режим продувки 4 О шлакового расплава топливо-кислородным факелом горения. Так, например,через фурмы 6, расположенные в начале зоны плавления-регенерации, ведется продувка шлакового расплава 45окислительным факелом полного горения с целью нагрева и десульфации шлака, а через фурмы 6, расположенные в конце зоны плавления-регенерации, ведут продувку шлака восстановительным факелом неполного горения.Одновременно в этой же части зонычерез фурмы 7 в шлаковый расплав спомощью пневмонагнетателя 9 по трубо- проводу 8 вдувают раскислительный 55 порошок. Воздействие, на шлак восстановительного газа и раскислительного порошка снижает в шлаковом расплаве концентрацию оксидов желеаа и марганца. За счет динамического воздействия струй топливо-кислородного факела на шлаковый расплав устанавливается непрерывное движение его вдоль кольцевой камеры 5. Ско- с рость такой циркуляции шлака может регулироваться как интенсивностью продувки, так и независимо от нее. Последний вариант осуществляют двумя путями Первый путь состоит в соответствующем повороте топливо-кислородных фурм вокруг своей оси, т.е. путем отклонения оси сопел, а следовательно и факельных струй от касательной окружности, по которой движется поток шлака в кольцевой камере.Второй путь осуществляют эа счет регулирования свободного сечения проема 25, суцестсвующим образом прикрывая его шиберной задвижкой .26. При необходимости введения какого- либо материала в шлак такой материал в соответствующем количестве в порошкообразном виде вдувают с помощью пневмонагнетателя 9 через фурмы 7 или задают кусками через воронку 11 с отверстиями 10. В результате такой обработки шлаковый расплав, протекая через зону плавления-регенерации, приобретает необходимые рафинированные свойства и температуру. Перетекая из зоны плавления-регенерации в зону смешения, шлаковый расплав оказывается в зоне расположения вакуумной камеры. При поступлении первых порций регенерированного шлака в эту зону включают в работу вакуумную систему, откачивая газ из вакуумной камеры через отверстие 20 и трубопровод 21. По достижении необходимого вакуума через воронку пульверизующего узла начинают сливать в отверстие 19 рафинируемый металл, струя которого после прожига мембранного клапана начинает непрерывно поступать в вакуумную камеру, где под действием вакуума происходит ее пульверизация на капли, которые в некоторых случаях могут дополнительно пульверизоваться за счет пульверизующей системы самого узла 18, например за счет воздействия на металл электротока. Попав в шлаковый расплав, вакуумнрованные капли металла осаждаются сверху вниз через слой шлака, находящийся в объеме вакуумной ка 7 11319 меры, который располагается над слоем шлака, заполняющего кольцевую камеру 5, в том числе и под вакуумной камерой. Пока открыт проем 25, слой шлака, пасположенный в объеме вакуумной камеры, не обновляется, перетекает по кольцевой камере лишь нижележащий слой шлака. В этом случае вакуумная камера работает в порционном режиме по отношению к шлаку. О Порция шлака, заполняющая объем вакуумной камеры, относительно быстро расходует свои рафинирующие возможности и после достижения равновесного состояния не участвует в даль нейшем в процессе рафинирования металла. Рафинирование металла здесь происходит только слоем шлака, находящимся под застойной порцией шлака и продвигающимся непрерывно по коль цевой камере.Для повышения эффективности рафинирования металла шлаком проем 15 перекрывают шиберной задвижкой 26, после чего двигающийся поток шлака 25 поворачивает в верхнюю часть вакуумной камеры, затем вверху, вновь двигаясь горизонтально, протекает над перегородкой 24, огибает ее и опускается вниз, где приобретает вновь горизонтальное движение вдоль кольцевой камеры 5 (на фиг. 1 движение потока изображено линией 1 -10 . При этом варианте движения шлакового расплава через вакуумную камеру при35 соответствующих скоростях этого потока и потока осаждающихся капель металла, когда скорость последнего больше скорости первого, система металл-шлак взаимодействует в режиме противотока. Режим противотока при одном и том же количестве шлака и одних и тех же свойствах его позволяет значительно повысить степень рафинирования металла. При таком режиме осажденные капли45 металла собираются на днище, образуя в районе выпускного отверстия 28 слой рафинированного металла, который через это отверстие периодически или же непрерывно сливают в приемную емкость. Очень мелкие капли металла (они всегда образуются в том или ином количестве при дроблении струи металла) осаждаются со . скоростью, меньшей скорости подъема шлакового потока в вакуумной камере. Эта часть капель металла выносится 10шлаковым расплавом в зону разделения, где условия благоприятствуют успешному их осаждению на винтообразное наклонное днище, по которому они стекают в район расположения выпускного отверстия 28. При движении шла- кового расплава в режиме противотока его верхние слои будут подвергаться интенсивному вакуумированию, что позволяет за счет углерода металлических капель, осаждающихся через эти слои, рафинировать шлак от закиси железа и закиси железа и закиси марганца (раскислить его). Отделенный в вакуумной камере от основной части рафинированного металла и окончательно освободившись от него в разделительной зоне шлаковый расплав перетекает в зону плавления-регенерации, где вновь подвергается рафинированию от серы и дополнительному очищению от оксидов железа и марганца, корректировке состава и необходимому подогреву.Таким образом, устройство обеспечивает в замкнутом потоке шлакового расплава все стадии непрерывно." повторяющегося технологического цикла.Технико-экономическая эффективность применения устройства для рафинирования стали вакуум-шлаковым способом в непрерывном режиме по сравнению с базовым вариантом рафинирования стали - вакуум-шлаковым способом в порционном режиме состоит в том, что стоимость стали за счет затрат на приготовление синтетического шлака возрастает на 4-6 руб/т. Применение предлагаемого устройства позволяет использовать для рафинирования стали один и тот же шлак многократно, С учетом затрат на егорегенерацию стоимость стали в этом случае возрастает лишь на 0,4-0,6 р/т. Экономия иа топливе эа счет уменьшения нагрева стали в сталеплавильном агрегате и на сокращение расходов на подъемно-транспортные операции составит около 0,5 руб/т. Суммарно эконо- мия по этим статьям составляет 4,1-5,9 руб/т стали.Для агрегата производительностью1 млн.т. стали в год экономическийэффект равен 4,1-5,9 млн.руб.113191.0 Составитель Г, ПруссН, Кнштулинец Техред А.Бабинед Корректо едак тяга акаэ 9722/22 ираж 539 одписно СССР Государственного комите лам иэобретений и откры сква, Ж, Раушская на о 4/5 130 Узтород, ул. Проектна Пате