Способ обработки струи расплавленного металла при разливке из ковша в металлоприемник

СООз СГПЕ ГСКИХ СОЦИЛЛИ.ТИЕСКИХ РЕСГ 1 УЕ)ЛИК(5 П 5 В 22 О 7/12, Е 27 О 3/15 ГОСУДЛРСТГ 1 Е.И КОМИТЕТПО ИЗОБРЕ ГЕН 11 ЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР фз.1ю, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЯ."ЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ+(71) Институт черной металлургии и Череповецкий металлургический комбинат им, 50- летия СССР(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТРУИ РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА ПРИ РАЗЛИВКЕ ИЗ КОВША В МЕТАЛЛОПРИЕМНИК (57) Изобретение относится к металлургии, конкретно к сталеплавильному производству, может бить использовано при разливке стали иэ ковша в изложницу или на УНРС Изобре 1 ен 11 е относится к металлургии, а именно к плаоильнол 1 у производству, и может быть использовано при разливке металла, например при разливке стали из ковша в изложицу или на УНРС при раэлике из сталькооша в промкоош.Специ "Рической особенностью процесса разливки стали иэ коооа в изло кницу яоляется дополнительный конакт Гтруи металла с окрь:аОщ 1 м ооздулпл. что пп 11 Г- дит как к вторичОму Осл.;Ию л 1 тал;л, т а к 11 к н а сс Е11 О с. ГОЭ ООЦОД с р, . л 1 П О о ьс11 е к ае с т о а 1 с т лл эе р л Тр ьсс о я 3 аО с ул ефл о р е дс,3 ОО с Оно таких как кислород,; От огдород при разливке из стальковша в громовш и позволяет повысить качество металла за счет увеличения степени дегазации в процессе разливки, Обработка струи расплавленного металла при разливке из ковша в металлоприемник включает подачу защитного газа от днища ковша вокруг струи металла в виде наружной кольцевой расходяцейся струи на периметр металло- приемника и внутренней кольцевой сходящейся струи в зону поступления в металлоприемник металла на его струю и отличается от известного способа тел, что защитный газ в виде наружной кольцевой струи подают о количестве 80-90от общего расхода газа со скоростью истечения 6 Р м/с, а о виде внутренней кольцевой струи подают в количестве 10-20от общего расхода газа со скооостью истечения 7-12 м/с при величине общего расхода газа на струю металла 6080 м /ч, 1 ил., 2 табл,Исследованиями установлено, что содержание кислорода о стали при разливке увеличивается в среднел в 1,5 2 раза, а содержание неметалличесхих вк,ючений возраст ает при этом о среднем на:10-80 ф, Оислеие леталла при разлисе прнооДнт К ЦООЬШЕНИЮ КОЛИЧЕСтВа ПОсСРХ ТСТНЫХ ТРЕЩ 1, УаРУ ЛГКСОКИСЛсОЦ,ХСЯ КОМПОНЕНТОВ И, В КОНЕЧНОМ СЧЕТЕ, К ЗН;ЧИтль 01 у ухудое н 11 ю качес 1.", л 1,Т, лопро,Укц 111. На 1 болс ц ростьм с рсдс тйолдс 1 С Л 111 Я ЙЛ яЕТС с 3 1, а ЛсСЕ Л 1: ОТк" ГРЛ ОЗДУха11;"Г Е СЦОСОс Зац 1 Ты Сру 11СлавЛС нс ГО. ТатЛа, оклочаЮщц. цс,. у нЕР1704909 члни адьо нишэ т ОГО Газ-, ОГ Л:(:),ъОФ) О ., 1);О ХгЛЬЦВОй сходящейся сруи вокруг струиеталлд, поГтупдющего -.,; )т:,попрно 111,.Такое т:,н,1 ческое г)сн)енпо обладает су цес)вено,; н:достд)хо 1, здкл 1 очдю 1 цимся В и" дасннпм окъ 1 слительном по- теицидГО и","с р.нстд;, прии 1 ыхдюгцого к с) руе ь 1 етдлл; пр: цессе разливки, что привод;1 Т к ндс, :они.д ь)ет; Глд ) ислородом, Ооьясняетс, .-. о годсосом окружа;ощего воздуха к дкт, ной струе инертного газа и вздимодейст .1 у:;е во".душ,.о-инертной газовой см.-.: пвпряностью рдзливаемого металла,и гахс м способе г;)дктически не; ащищае 1 С-. -Олгсп иэпохо ицы от окисления окружд:, р;им воэд,хом,Известен тд,)хо способ здв;иты струи МЕТДЛЛЭ. ВХЛИ Дюкдий ПОДаЧУ ИНОРТНОГО Гдээ от днища кроша д виде двух кольцевых струй, ндру .но 1 и внутренней, создаваемых вокруг струи расплавленного металла, при этом скорость внутренней газовой струи в двэ и б.) пее рдэ превышает скорость наружной газовол сруи, И хотя в этом решении внутрен.1 яя активная газовая струя защищена более пасслвной наружной газовой струей, оно обладает существенным недостатком, заключающимся во взаимодействии наружной эжектируемой струи с конде;т;вными потоками окружаю- гцРГО воздуха, в )х взаимном поперечном проникновении н с;щении, что приводит к подсосу в активную внутреннюю струю инертного г азз воздушно-ине ртнол газовой смеси, при зто гоэдает достаточную степень окислительного потенциала пространства, Окружаюв,.;Го струю расплавленного металла.В связи с тем. что струя металла создает вокруг себя в э:;не истечения значительное разрежение, наружная и внутренняя газовые струи, истока)ощие параллельно, активно подсасывд:отгя к струе металла, что приво,1 ит к е р .Сгир."нг ю и ",зак 1 одействует с ней как с продольном, так и в поперечном напрдяпо -.иях, насыщая последнюю окислительнь), н;.Омпонентами.Ндибглее "лнзкнм по своей технической сущности -.1 дсс игае эму эффекту, внагоично г.р,;,лагземому рего энию, являе)с" спсссГ да",нть и:брдботки струи металла при р : л 4 гке иэ ковша в медллопр;.л:, эклл-ча)ощ по ,чу защитного Газа от днипра РО 1 дд вокруг струи металла в виде . (ой кольцевой расхо- ГЯН",ЭТ4,;1 Г,1,)1,.)И ДЯЩВйСЯ СТОУ .,О .ДСНГ УЛаэднНО.)У ,сп."Г.г 1 "ст л, гнд 1 о 1 дв ьн е внут ргннс О сходяцОся кгл .ц")дго потока направляют нд г. )рзбо ку струи 10 15 20 25 30 35 40 45 50 рдсплд )л нного л 1 етэлла путем их взаимо. дойстли ., д другую честь газа в виде наружного рд Одя)цегосл потока направляют на созддние наружной защитной оболочки. Данное техническое решение обладает следующими недостагкдми. Наружный поток инертного газа при высокоскоростном истечении через сопло Лаваля в значительной, мере насыщде гся кислородом о;рун;ающего воздуха за счет подсоса в зону истечения, где фор лируется эона активного разрежения, прн этом снижается безокислительный потенциал защитной оболочки.Усиление продольных колебаний в нэ ружной кольцевой струе отсекает о поперечном направлении конвективные потоки окружающего воздуха от проникновения в межструйную полость, но активно вовлекает подсосднный воздух в зоне истечения струи в продольно-лолебдтельный процесс, что усугубляет процесс смешения инертного газа с воздухом в направлении движения струи, 3) о дополнительно снижает безокислителы ый потенциал защитной струи и повышает степень проникновения воздуха в расплав.Высокоскоростное истечение газа требует использование газа высоких энергопэРаметэоов, таких как Давление и РасхоД До 300 м /ч, что сни)кает экономичность обработки и безопасность в процессе как эксплуатации, так и его транспортировке за счет возможных утечек в зоне обслуживания. 8 процес:е истечения через сопло Лаваля наступает режим критического истечения газовой струи. что приводит к снижению ее температурного потенциала и к возможности охлаждения струи расплавленного металла, что в свою очередь усложняет процесс разливки и снижает качество металла.Реализация данного способа требует конструктивно сложного устройства, ч о дополнительно снижает экономичность обработки металла в процессе разливки. Высокочастотные колебания внутренней сходящейся газовой струи приводят к насыщению струн металла кислородом как иэ пространства между струей мегалла и наружной защитной струей, так и путем активизации массообмена в укаэанном пространстве и переносу части кислорода, подсосднного в наружную с)оую.Перечисленные недостатки являются сущ-ственнычи тэк как в цепом приводят к СО,РД.Е 6 И Э ЗНДЧИТЕЛЬНОй Ствг)ЕНИ ОЛИГЛЕН- нос)и протранстеа во ру струи рдгпл,млонного металла, ч;о улудшдет качество слитке, в особенос)и 1 р ".цнночугс)оитепь. ных марок сталей, Иолу сев е спн)и хдрактериэуются значительным браком по тимальнымгазодинамич синамическим режимом, кутрещине,наличиемдовольнокрупныхнеме- да выделяются газов езовые пузырьки с зеркала таллических включений, повышенным со- разливаемого метам талла в изложнице и пары держанием азота и водорода, его компонентов, в рев, в результате чего происхоЦелью изобретения является повы дитактивнаяиравномернаядегаэацияжидшение качества металла за счет увеличе- кой стали, чтопрепп епятствует проникновению ния эффективности обработки путем окружающего воздуха в эту область и споповышения степени дегазации в процес- собствует удалению избытка выделенных се разливки, газов наружной струей инертного газа воУказанная цель достигается тем, что эа внешнее пространство,щитныи газ в виде наружной кольцевой При нижнем гмничном значении расхоструи подают в количестве 80-90от обще- да защитного газа, равном 60 м /ч, брак по го расхода газа со скоростью истечения 60- трещине в предлагаемом способе сокращаг 80 м/м, а в виде внутренней кольцевой ется в 1,3-1,5 раза. а содержание неметалструи подают в количестве 10-20от обще лических включений снижается в среднем в го расхода газа со скоростью истечения 7-12 1,8-2,0 раза.м/с при величине обаего расхода газа на Снижение общего расхода газа менее струю металла 60-80 м /ч. нижнего предлагаемого предела приводит кНа чертеже схематически показан ста- уменьшению скоростей истечения газовых леразливочныи ковш 1 с выпускным кана струй, что нарушает газодинамический релом 2, через который истекает струя жим в области под наружной кольцевой расплавленного металла 3, вокруг которой струей, снижает ее сплошность и безокислиформируют наружный кольцевой расходя- тельный потенциал, что создает возможщийся поток защитного газа 4, направлен- ность для локаль о оный на периметр изложницы 5, и 25 кислородавоэдуха врасплавленныйметалл внутреннии кольцевой сходящийся поток за- и уменьшает эффективность его обработки щитного газа 6, направленный на струю ме- газом.талла в зоне ее поступления в изложницу, При верхнем граничном значении распри этом общий расход защитного газа на хода защитного газа, равном 80 м /ч, брак струю металла составляет 60-80 м /ч. На 30 по трещине сокращается в 1,5-1,7 раза, а формирование наружной струи подают 80- неметаллические включения достаточно 90;ь от общего расхода газа, поступающего мелки.на устройство со скоростью истечения 60-80м с, а на формирование внутренней струи верхнего поедлагаемого предела приводит по ают 10-20 гд -аза со скоростью истече к увеличению скоростей истечения газовых ния 7-12 м/с. В качестве защитного газа струй, что активизирует взаимодействие используют инертный гаэ, например, аргон, внутренней газовой струи с металлом, пр- еормирование внутреннего газового вышает газонасыщенность расплава в изпотока с указанными параметрами и на- ложнице, увеличивает размеры газовых правленностью приводит при наличии на пузырей и барботаж в целом, а также велиружного газового потока с указанными чину брызг на поверхность изложницы, по- параметрами и направленностью к мягкому вышает подсос воздуха к наружной струе. и равномерному обволакиванию струи ме- Это укрупняет неметаллические включения талла с последовательным внедрением газа и ухудшает поверхность слитка эа счет разе жидкий металл в процессе его разливки 45 витого трещинообразования.как через струю, так и через зеркало распла- При нижнем граничном значении скорова в изложнице. Такое внедрение газа в сти истечения наружной струи, равном 60 разливаемую сталь способствует обраэова- м/с, защитный газ практически достигает нию в ней мелкодисперсных газовых пу- горизонтальной плоскости входного торца зырьков, обеспечивающих достаточно 50 изложницы, устраняя при этом боковое проэффективное перемешивание металла в по- никновение окружающего воздуха в полости изложницы, способствуя его рафини- лость изложницы.рованию. Эффективная обработка металла Снижение нижнего предела скорости внутренним газовым потоком возможна при истечения наружной струи приводит к ее одновременной подаче наружного потока в 55 деформации и возможности поступления направлении периметра изложницы при окружающего воздуха в полость изложниукаэанных скоростях истечения струи и при- цы.веденном расходе газа. В этом случае в про- При верхнем граничном значении скостранстве под наружной газовой струей рости истечения наружнойструи, равном 80 создается слаборазреженная область с оп- м/с, подсос воздуха в зону истечения струинезначителен (1-2 ",), ннвртчостл защитной оболочки прв".тичск, сохраняется.Превышение " чего предела скорости истеченич наой соприводит к активному подвое .- " лвне и непроизводительноу г,. - . .о. ю расхода газа,При нижне г-." " 1-,";" ниискорости истечена;:нут, .-,.-. . Г, , равном 7 м/с, обработанныс" т. к "лрактвризуетсч отсутствием кр,п .,х 1 а; ием мелких неметалличес г,- "л -ри 1 то л -влкие включения раа.о .: рвсг;овделены по высоте слигка,:т.;: о к полл шению механических св, ,"э .с сеч.).ю проката,Сниженле н.", .г;еаела скорости истечения в ;г, - :,. -р; у.; е; вшибет равномерность б.,.:х ал: ил газом струи металла, создает локальные гаэонасыщенные области в жь,дк " ме ,лаеПри верхнем гра: ич .чл энаени скорости истечения внутренел струи 12 м/с металл разливается и".актчески сплошной струей и при правильной центровке ковша над изложницей раабоызглвание металла по стенкам изложницы незначительно, что приводит к распоаож; ;ю л приповерхностном слое слитка л сс; вног;хе.",ких включений и к снже; 1 о пораженности поверхности пленойПревышение верх го предела скорости истечения внутре,ней стр.л повышает брызгообразован,. етэлл , снижает контакт газа со стр,.в .; еталла в процессе его истечения, что в це огл ухудшает обработку стали газом.Обработка струи глеталла внутренней сходящейся инеотнои газовой струей с предлагаемымл параетрами при обязательном наличии на,. рсной расширяющейся газовой стоуи знаителлно усиливает массопере.:ос а и;о;,ти металлоприемника, особенно при е.о оазаитых размерах, например в попоетстовой изложницы или в полости громкаца, Это приводит к активиэацли переме ."ванля жидкого металла в объеме металлоприемника, что усредчяет температуру и состав металла, а следовательно и повышает ка ество слитка за счет более оавномерного распределения неметаллических вк;:сений, в том числе и нитридов, а также осгавшихс газов в объеме слитка,Таким образом, .саокупность отличительных признаков энаител но повышает эффективность обрабои за ".чет увеличения степени дегаэа, и при сравнительно низких оасходах з.о+ з -к е 1 и в известных способах оасход р;она составляет до 300 и"/ч, то в предла аео."л решении всего 60-80 м /ч, при этом ч металле значительно снижается не только кислород, но также азот и водородП р и м е р, Способ осуществляли вусловиях мартеновского цеха 4 ереповецко го меткомбината.Исходные данные:обьект разливки - ковш сталеразливочнлй емкостью 300 т,вид разливки - разливку ведут сверху из 10 ковша в изложницу;количество изложниц в составе 36 шт; диаметр выпускного канала 60 мм;характеристика изложницы: листовая, свходным сечением 455 х 820 мм;15 вес слитка 11,30 т;характеристика разливаемой стали -спокойные трещиночувстеительные марки типа 15 ХХ, 18 ХГТ, 47 ГТ,расстояние между выходным торцом 20 выпускного канала и входным торцом изложницы 300 мм;характеристика инертного газа - аргонс давлением в зоне разливки 1,5-2,0 ати;общий расход инертного газа на струю 25 металла 60-80 м /ч;характеристика сопел: сопла кольцевые,гладкие, равноширинные;скорость истечения наружной инертнойструи 60-80 м/с;30 скорость истечения внутренней инертной струи 7-12 м/с.Результаты опытно-промышленного опробования предлагаемого способа,Для сопоставления результатов разлив ку проводили двумя ковшами: известнымспособом и предлагаемым. Общее число разлитых ковшей 50.Брак по трещине по данным ОТК уменьшился в среднем в 1,5 раза, что хорошо 40 корреспондируется с данными металлографического анализа, показывающими резкое уменьшение содержания окислов (в 1,8-2,2 раза) и данными газового анализа. отмечающими снижение содержания азота на 10- 45 20и содержания водорода на 20-40(см,табл. 1). При снижении общего расхода газа менее предлагаемого нижнего предела, на пример при 50-59 м /ч, брак по трещине вэобоих способах идентичен по величине, а содержание неметаллических включений в слитках, разлитых по предлагаемому способу, снижается незначительно (на 5-8 ), 55 При увеличении общего расхода газаболее предлагаемого верхнего предела, например при 81-90 м /ч, снижение брака поЭтрещине практически не происходит и возрастают размеры неметаллических включений на 20-30 6).ТаблицаХарактеристик качества обрабатываГаэодииам 133 еские хэрэктеригтики струи ОГ.ц3 й расходгаза 3 аструеНе, и/ч3 1.1 ого ме таллй нару 3333 о:" вну 1 реи 1 ей С 333 ЕН 33 Е СНИ 33 ЕНИЕ блэка по СНИ,33.Е ВРЕДНЬ 1 Хгазов,количествогаза в 3 скоростьиг.т . енияя гд скоростьистак; 3 ил количествогаза в ь солер 333 анилокислов 1 ач тре./ра б о.3 цевсхода от об 331 аторасхода газа, м/с эа, и 30 О 0 70 60 0 0-911При снижен и скорости истечения наружной струи менее предлзсземого нижнего предела, например при 50-5 м/с, газовая струя не достигает изложницы и количество подсосанного воздуха во внутреннюю полость возрастает на 8-14 .При увеличении сксрости истечения наружной струи богее предлагаемого верхнеср предела, например при 81 - 90 м/с, количество подсосзнного воздуха в зоне истечения струи возрзстзе 1 на 10-20% и инертность струи сокращается.При снижении скорости истечения внутренней струи менее предлагаемого нижнего предела. например 5-6 м/с, наблюдаются очаговые крупные неметаллические включения в теле слитка.При увеличении скорости истечения внутренней струи более предлагаемого верхнего предела. например при 13-15 м/с, возрастает степень разбрызгивания металла на стенки изложницы и во внешнее пространство эоны разливки, что укрупняет приповерхностные неметаллические включения, усложняет процесс разливки и повышает окисленность диспергировзнных частиц металла,Расход аргона по известному способу 200-300 м /ч, по предлагаемому - 60-80 м /ч.Брак по трещине уменьшается в среднем в 1,5 раза, содержание окислов - в 1,8 - 2,2 раза, содержание азота - на 10 - 20и содержание водорода - на 20-40 о(см, табл. 2).При снижении общего расхода газа менее предлагаемого нижнего предела, например при 50-59 м /ч, брак по трещине вэобоих способах идентичен по величине (2,63;ь - известный, 2,59 - предлагаемый), а содержание неметаллических включений в слитках, разлитых по предлагаемому способу, снижается незначительно (площадь, занимаемая оксидзми, уменьшается с 12,8 до 12,0 мм 10 .При увеличении общего расхода газа более предлагаемого верхнего предела, например при 81-90 м/ч, снижение брака по трещине практически не происходит в воэ 10 15 20 25 30 35 40 50 растают размеры неметзллических включ( ний на 20-30(со 100 - 110 до 120 - 130 мкмПри снижении скорости истечения нз ружной струи менее предлагаемого нижн го предела, например при 50-59 м/с газовая струя не достигает изложницы и кс личество подсссзнного воздуха во внутрен нюю полость возрастает нз 8-14с 4,5-4, до 5,0-5,2),При увеличении скорости истечения на ружной струи более предлагаемого нерхнг го предела, например при 81-90 и/с количество подсосанноо воздуха в зоне ис течения струи возрастает нз 10-20% (с 4,5- 4,6 до 5.1-5,3). и инертность струь сокращается.При снижении скорости истечения внут ренней струи менее предлагаемого чижнегс предела, например при 5-6 м/с, наблюдают. ся очаговые крупные (до 150 мкм) неметал. лические включения в теле слитка.При увеличении скорости истечения внутренней струи более предлагаемого верхнего предела, например при 13 - 15 м/с, возрастает степень разбрызгивания металла на стенки изложницы и во внешнее пространство зоны разливки, что укрупняет приповерхностные неметаллические включения (до 140-150 мкм), усложняет процесс разливки и повышает окисленность диспергированных частиц металла.Формула изобретения Способ обработки струи расплавленного металла при разливке из ковша в металлоприемник, включающий подачу защитного газа от днища ковша вокруг струи металла в виде кольцевой наружной расходящейся и кольцевой внутреннел сходящейся струй, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества металла за счет увеличения степени дегаэации в процессе разливки, наружнро кольцевую струю подают на периметр метэллоприемника со скоростью истечения защитного газа 60-00 м/с и его расходом 80-90 от общего расхода защитного газа, а внутреннюю кольцепую струю подают на струю металла в зону его поступления в металлоприемник со скоростью 7-12 м/с и расходом 10-20 оот общэго расхода защитного гзэз, который составляет 60 80 м /ч.133 3 нФ 1 Ф В 1 1 Т П р н н н ч а н н е, .Ва; саас - 1 р;и 3 т, игр Врлктгрнс тнчн наВестта стали,стнной нФт лр 2 ФГ,В н,и т сллс;.;.у, нлн. Гндттс 3, тн 1 нт( 3 а н "Гнн 1 с13 с 3 р 3.3 тано 3 ло с 3 с зу. НВ Н) Н 3н ааес 3 сну111Ф 1 11 11111 11 11 11 11 11 111 11 1 11 1 111 11 1 11 е 1 1 11 11 1 1 11 1 11 1,10 2,.1 С Слигац еддктор аква Яе -р По,1 .;Юзам и от л ,л Пропг; к и Уа ракг рстй ка кац":с таз ктеталлаи редлагаект,й ор 1. Максимки виме севри ГГ.1 ТР