Устройство для вакуумирования жидкой стали

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(1)М. Кл. С 21 С 7/1 О Государственный комитет СССР по аеиаи изобретений и открытий(5 Й) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВАКУУИИРОВАНИЯ ЖИДКОЙ СТАЛИ1Изобретение относится к чернойметаллургии, в частности к устройствам, используемым при вакуумнойобработке жидкой стали струйнымиметодами,Известны устройства для вакуумирования жидкой стали струйными методами "в ковше при выпуске из сталеплавильного агрегата" и "прелива изковша в ковш".Известно устройство, состоящееиз сталеразливочного ковша, снабженного плоским горизонтальным фланцем,на который устанавливают соединеннуюс вакуумным насосом крышку с уплотнителем. На крышке вакуумплотно устанавливают промежуточную емкость,из которой жидкий металл в процессеего выпуска туда из сталеплавильногоагрегата можно переливать в сталераз"ливочный ковш. В рабочем пространствесталеразливочного ковша перед переливом создают необходимое разрежение.Вакуумирование стали заканчивают в 2момент окончания выпуска стали изплавильного агрегата и израсходова:ния металла в промежуточном ковше 03.Известно устройство, состоящееиз вакуумной камеры, внутрь которой 5 помещают пустой сталеразливочный.ковш. Второй сталеразливочный ковшс металлом (или пустой промежуточныйковш в случае большой емкости стале"разливочного ковша) вакуумплотно устанавливают на крышке камеры.Передпереливом в рабочем пространстве камеры создают необходимое разрежение.Вакуумирование стали заканчивают вмомент израсходования металла во втором сталеразливочном ковше или проме"жуточном ковше, куда его переливаютиз второго сталеразливочного ковша 23.Однако недостатки известных устройств заключаются в том, что продолжение вакуумной обработки при израс"ходовании жидкого металла в первомсталеразливочном (промежуточном) ковше возможно только в случае оставле"94329 ния в этих емкостях слоя металла толщиной 100-150 мм. Однако в этих условиях из-за износа разливочной пары разливочного стакана-стопора или шиберного устройства) нередки случаи подтекания металла, что последовательно приводит к израсходованию этого слоя металла, к попаданию шлака на второй сталеразливочный ковш и к значительному натеканию воздуха 1 в в рабочее пространство ковша или камеры, Попадание шлака в сталеразливочный ковш с вакуумируемым металлом является крайне нежелательным, особенно в случае вакуумной обработки 15 нераскисленной низкоуглеродистой стали, когда шлак характеризуется высоким содержанием окислов железа, Взаимодействие такого шлака с металлом неизбежно приводит к угару углерода или элементов, обладающих повышенным сродством к кислороду, Степень угара этих элементов в данном случае не поддается точному учету. При этом оставление в сталеразливочном промежуточном ковше слоя металла толщиной 100-150 мм связано с потеря. ми около 5-8 т металла, который впоследствии можно использовать только в виде шихты; с дополнительными затратами на обработку этих ковшей удаление из ковша застывшей части этого слоя, дополнительный ремонт футеровки ковша). Кроме того, устройства для вакуумирования характеризуются значительным натеканием воздуха в рабочее пространство по пути: между корпусом первого сталеразливочного 1, промежуточного ковша) ковша и его футеровкой через зону выпускного отверстия разливочного устройства. Причем недостатки устройства 113 заключаются в натекании воздуха в рабочее пространство при вакууми" ровании через естественные неплотности в зоне разливочного устройства сталеразливочного ковша.Необходимость продолжения вакуумной обработки в ковше после завершения периода струйного рафинирования особенно важна для группы низкоугле 50 родистых нераскисленных марок стали, где максимальный эффект по экономии ферросплавов и чистоте металла по неметаллическим включениям достигают при введении этих добавок в расплав в момент, когда содержание кислорода в нем минимально. Такой момент наступает спустя 3-5 мин после завершения 8, 4периода струйного рафинирования при условии продолжения вакуумирования расплава в ковше. Этот момент оптимален и для введения в расплав через дозаторы корректирующих добавок, необходимых для обеспечения узких пределов по содержанию элементов, концентрация которых изменяется при вакуумном переливе жидкой стали. Бсли учесть, что для равномерного распределения добавок необходимо перемешивание расплава путем его продувки инертным газом через донные пористые элементы ковша на протяжении 2-3 мин, то необходимость продолжения вакуумной обработки в ковше рафинированного в струе расплава в течение 5-8 мин становится очевидной. Дополнительное вакуумирование расплава в ковше в течение тех же 3-5 мин требуется и в целях глубокого обезуглероживания металла и полу- чения в нем менее 0,014 углерода.Кроме того, при введении в расплав спустя 3-5 мин после завершения периода струйного рафинирования большого количества таких ферросплавов, как, например, ферросилиция, часто характеризующегося высоким содержанием водорода, появляется необходимость дополнительного удаления из металла водорода, что также достигается путем применения продувки жидкой стали через донные пористые элемен ты ковша на протяжении около 5 мин;Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство для вакуумирования жидкой стали струйным методом, содержащее вакуумную крышку резервуара, где происходит вакуумирование, емкость, установленную герметично на этой крышке 3,1Однако известному устройству присущи некоторые недостатки, характерные для,устройств. Г 1 иГ 23Цель изобретения - повышение эффективности вакуумирования и расши" рение сортамента обрабатываемой в вакууме стали.Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее вакуумную: крышку резервуара, где происходит вакуумирование, емкость, установленную герметично на этой крышке, снабжено цилиндрическим клапаном с помещенным внутри него керамическим ограничителем вакуумного раскрытия струи жидкого металла, установленным94329 между вакуумной крышкой и емкостью соосно с ее выпускным отверстием, а крышка клапана снабжена гидравлическим приводом и системой трубопроводов, при помощи которой пространство между вакуумной крышкой и емкостью сообщено с атмосферой или с рабочим объемом.На фиг, 1 изображено расположение устройства на установке для вакуумироО вания жидкой стали струйным методом "в ковше при выпуске из сталеплавильного агрегата"; на фиг, 2 - то же, струйным методом "перелива из ковша в ковш"; на фиг. 3 - устрой з ство и схема его работы, общий вид.Установка для вакуумирования стали струйным методом "в ковше при выпуске из сталеплавильного агрегата" состоит из сталеразливочного ковша ро 1 с опорами 2, установленного на стенде 3 и оборудованного шиберным разливочным устройством 4, герметично закрытым подпружиненным клапаном 5 и донным пористым элементом 6 для гз продувки расплава при вакуумировании инертным газом. Сталеразливочный ковш 1 в верхней части имеет плоский горизонтальный фланец 7, на который установлена соединенная с вакуумным насосом при помощи трубопровода 8 крышка 9. Вакуумное уплотнение между крышкой 9 и сталеразливочным ковшом 1 достигают за счет, свободно расширяющегося уплотнительного кольца 10, закрепленного на крышке 9 и контактирующего с поверхкостью фланца 7. На крышке 9 вакуумплотно установлена промежуточная емкость 11.Устройство 12 представляет собой цилиндрический клапан с поворотной крышкой, расположенной в пространстве между емкостью 11 и вакуумной крышкой 9 соосно с отверстием 13 в вакуумной крышке 9. Кроме того, на крышке установлены дозатор 14 для ввода в расплав при вакуумировании различного рода добавок и гладелка 15 для наблюдения за процессом вакуумирования стали.50Установка для вакуумирования стали струйным методом "перелива из ковша в ковш" состоит из сталеразливочного ковша 1 с опорами 2, установленного на стенде 3 и оборудованного55 шиберным разливочным устройством 4, донным пористым элементом 6 для продувки расплава при вакуумировании инертным газом, Сталеразливочный 8 6ковш 1 помещен в вакуумную камеру 16,соединенную с вакуумным насосом припомощи трубопровода 8. На крышке 9камеры 16 вакуумплотно установленапромежуточная емкость 11. Предлагаемое устройство 12 расположено в пространстве между емкостью 11 и вакуумной крышкой 9 соосно с отверстием13 в этой крышке, При весе плавкидо 50-70 т, а иногда и до 100 т накрышке камеры вместо промежуточнойемкости 11 устанавливают сталеразливочный ковш одинаковой емкости сковшом 1. На вакуумной крышке камерытакже установлены дозатор 14 для,ввода в расплав в процессе вакуумирования различного рода добавок игляделка 15 для наблюдения за процессом вакуумирования,Устройство 12 представляет собойцилиндрический клапан, установленныйвакуумплотно на крышке 9 соосно свпускным отверстием 13 в этой крышке.Клапан выполнен из металлическойтрубы 17, к верхнему торцу которойприварен фланец 18 с пазом, куда уложен вакуумный уплотнитель 19. Труба17 снаружи и изнутри футерована, авнутри ее помещен керамический ограничитель 20 вакуумного раскрытияструи жидкой стали. Труба 17 сверхузакрывается футерованной сверху иснизу крышкой 21. Привод крышки 21обеспечивает ее поворот в горизон"тальной плоскости и прижатие к вакуумному уплотнителю 19. Привод представляет собой вертикально расположенный гидравлический цилиндр 22, шток23 которого жестко соединен с крышкой 21 посредством цапфы 24, На штоке23 жестко укреплена шестерня 25, находящаяся в постоянном зацеплении сзубчатой рейкой 26, один конец которой также жестко прикреплен к штокугоризонтально расположенного гидравлического цилиндра 27. Привод заключен в металлический кожух 28, Пространство между емкостью 11 и крышкой 9 может сообщаться как с атмосферой при помощи трубопровода 29 иустановленного на нем вакуумного вентиля 30 с электроприводом 31, таки с внутреннимрабочим ) пространством ковша 1 при помощи трубопровода32 и установленного на нем вакуумного вентиля 33 с электроприводом 34,Трубопроводы 29 и 32 соединены между собой, Наружная футеровка поворотной крышки 21 выполнена наклонно водну сторону, имеет в периферической части по периметру бурт 33, а также прикрепленный к футеровке крышки в нижнем ее участке керамический сливной носок 36, под которым сектор 37 наружной поверхности вакуумной крышки 9 закрыт слоем футеровки 38 и отгорожен огнеупорными выступами 39, Вместо футерованного сектора может быть использован футерованный 1 О металлический лоток.Устройство работает следующим образом.В момент окончания перелива металла из емкости 11 включают вертикаль% ный гидроцилиндр 22 (фиг. 3 ), что обеспечивает подъем вверх крышки 21, находящейся в процессе вакуумного перелива в положении 1. Затем включают горизонтальный гидроцилиндр 27, 20 шток которого соединен с зубчатой рейкой 26, находящейся в постоянном зацеплении с шестерней 25. Продвиже- ние штока гидроцилиндра 27 приводит к вращению шестерни 25 и к повороту 2 крышки 21 в горизонтальной плоскости в положение П, Включение вертикального гидроцилиндра 22 в обратную сторонувниз ) позволяет крышку 21 при" жать к вакуумному уплотнению 19, за Последующим включением электропривода 31, который открывает вакуумный вентиль 30, производят напуск воздуха в пространство между емкостью 11 и крышкой 9. Давлением воздуха крышка 21 плотно прижимается к уплотнению 19, изолируя рабочее пространство ковша 1 от атмосферы. Окончание напуска воздуха в пространство между емкостью 11 и крышкой 9 контро" лируют при помощи манометра 40. По достижении в этом пространстве давления, равного атмосферному, емкость 11 краном снимают с крышки 9, а ва;куумирование расплава в ковше 1 про"43 1 должают в течение необходимого периода времени. В случае, если после закрывания крышки 21 в период до момента снятия краном емкости 11 бу" дет наблюдаться подтекание остатковь И металла или шлака через выпускное отверстие емкости 11, что бывает довольно часто вследствие износа кроющих частей разливочного устройства, металл и шлак попадут на футерованную поверхность крышки 21 и будут стекать по керамическому носку 36 на футерованный сектор 37 крышки 9, отгороженной огнеупорным выступом 39,или в футерованный металлический короб. После окончания вакуумирования металл и шлак удаляют с поверхности футерованного сектора 37 поверхности крышки 9При необходимости установки на крышку 9 новой емкости 11 с металлом, или жидкой лигатурой, или жидким десульфурирующим шлаком в целях последующего перелива в вакууме содержимого емкости 11 в ковш 1, поступают следующим образом. Устанавливают новую емкость 11 на крышку 9, после чего при помощи электропривода 34 открывают вакуумный вентиль 33 и сообщают через трубопровод 32 пространство между емкостью 11 и крышкой 9 с рабочим пространством ковша 1. В этот момент вакуумный ветиль 30 закрыт. При выравнивании давления в рассмотренных пространствах крышку 21 обратным порядком поворачивают из положения Й в положение 1, после чего содержимое емкости 11 переливают в ковш Таким образом, применение устройства на установках струйного вакуумирования стали позволяет, исключив потери металла на создание феррозатвора в ковше, удлинить период вакуумирования расплава в ковше. Необходимость удлинения этого периода связана с тем, что процессы дегазации и раскисления стали углеродом не заканчиваются с окончанием этапа струйного рафинирования. Вынесение операции по глубокому обезуглероживанию, по окончательному раскислению и легированию, а также по доводке химического состава на период удлиненного ковшевого вакуумирования приводит к повышению общей эффективности вакуумирования и позволяет в значительной степени расширить сортамент обрабатываемой в вауууме стали, Кроме того, наличие устройства открывает возможность для реализации ряда дополнительных к струйному и к ковшевому рафинированию технологических операций таких, как легирование расплава большим количеством жидкой лигатуры сложного состава, десульфурация расплава высокореакционным шлаком, осуществление которых возможно путем последовательной установки ряда ковшей с расплавом этих реагентов на крышке реакционной емкости, Примечательно, что съем и установкановых ковшей для перелива не связанысо срывом вакуума в рабочем пространстве, что позволяет испольэоватьоткачные средства установок дляструйного вакуумирования; отличительной особенностью которых являетсясамая низкая удельная мощность откацки,Расчет экономического эффекта отприменения предлагаемого устройствапроизводится на примере производства 10особонизкоуглеродистой электротехнической релейной стали, содержаниеуглерода в которой на конечной стадии сталеплавильного передела недолжно превышать 0,0103. В этом случае из дальнейшего передела такойстали можно исключить обезуглероживающий отжиг промежуточных профилейпроката, стоимость которого составляет 15-20 руб/т стали, 20Применение дяя производства этойстали струйных методов("в ковше привыпуске из сталеплавильного агрегата" или при вакуумном "переливе изковша В кОВш ) возможно тОлькО в 25случае вакуумирования нераскисленного полупродукта с исходным содержанием углерода до 0,0 М при условиипродолжения вакуумирования расплавав ковше в течение 5-8 мин после30окончания периода вакуумного перелива расплава, Весь период вакуумирования стали в ковше должен быть совмещен с продувкой стали инертным газомчерез донные пористые элементы, причем из 5-8 мин общей продолжительности этого периода в течение 3-5 мин,осуществляется дополнительное обезуглероживание расплава до содержанияв нем 0,002-0,010/ углерода, а2-3 мин тратится на перемешиваниеи усреднение химического составарасплава при его окончательном раскислении и легировании твердыми ферросплавами. Если вакуумная обработка данного полупродукта ограничивается только периодом вакуумного перелива расплава, то конечное содержание углерода в нем 0,012-0,0144,что вызывает необходимость проведения дорогостоящего обезуглероживающего отжига промежутоцных профилейпроката из этой стали,Возможность реализации дополнительного периода вакуумной обработкинераскисленного полупродукта в ковшепосле завершения этапа его струйного рафинирования осуществима в двухслучаях при применении предлагаемого устройства на существующих установках струйного вакуумирования и при оставлении в промежуточном или в первом сталеразливочном ковшах слоя металла толщиной около 100-150 мм и весом около 5 т, который является фер;розатвором для установок, не оснащенных устройством типа предлагае- мого. Оставленный металл весом около 5 т может быть использован в дальнейшем только в качестве шихты.Если учесть, что стоимость 1 т релейной стали 120 руб, а стоимость 11 т шихты 30 руб, то удельная экономия от исключения потерь металла в шихту для вакуумирования плавок весом 50 т составляет5 т (120 руб/т - 30 руб/т)50 т- 9 руб/т,Общий экономический эффект от применения предлагаемого устройства при годовой потребности в этой стали в размере 40000 т/год составляет9 руб/т 40000 т/год = 360.000 руб/годЭтот экономический эффект является заниженным, так как получен при производстве только одной марки стали. Если учесть, что промышленность испытывает годовую потребность в размере свыше 200.000 т/год в электротехнической динамной стали с содержанием углерода менее 0,0104 и кремния 1,5-2,03, а удельный экономический эффект от применения предлагаемого устройства остается неизменным и для производства динамных марок стали, сказанное становится очевидным.Расчет экономического эффекта, который может быть получен от применения предлагаемого устройства для производства релейной стали, проведен и по сравнению с базовой технологией, используя которую на Череповецком металлургическом заводе производят самую дешевую и качественную релейную сталь, обладающую высоким запасом электромагнитных свойств (коэрцитивной силой) над нормами ГОСТа как в холоднокатаном, так и в горячекатаном листовых профилях проката, Сущность базовой технологии сводится к реализации следующих технологических .операций, В 100 т дуговой электропечи выплавляют полупродукт с содержанием углерода 0,03-0,103, который в нераскисленном состоянииФормула изобретения 9432выпускарт в нарощенный ( вакуумный )ковш вместе с Конечным печным шлаком,количество которого составляет2,1-5 Ф от веса металла. Непосредствен.но перед вакуумированием производяткорреКтировку между окислительным ивосстановительным потенциалами системы металл-шлак путем введения вковш на шлак кислородосодержащих добавок или углеродсодержащих добавок. 1 оКоличество и тип добавок определяютиз условия обеспечения отношениямежду окислительным и восстановитель"ным потенциалами системы металл-шлакв пределах 1,43-3,33, Затем металл .1с рассмотренным количеством шлакаподвергают ковшевому вакуумированию;которое условно можно разделить надва этапа, На первом этапе металлподвергают вакуумному обезуглероживанию до содержания в нем углеродаменее 0,0103; на втором этапе производят раскисление системы металл-шлаксиликокальцием (преимущественно шлак)и алюминием (металл). Оба этапа вакуумирования сопровождаются продув"кой расплава инертным газом черездонные пористые элементы ковша., Подвергнутую вакуумированию релейнуюсталь разливаюта УНРС в слябовыйкристаллизатор или в изложницы, азатем перерабатывают в прокатныхцехах на горячекатаную или холоднокатаную металлопродукцию,35По сравнению с базовой технологией применение предлагаемого устройства на установках струйного вакуумирования для Производства релейнойстали связано с исключением окислительного шлака, как источника кислорода, идущего на обезуглероживаниестали. Для струйных методов исключение попадания шлака в ковш, где происходит вакуумирование расплава,обеспечивается путем простого пере 4крытия отверстия разливочного устройства промежуточного или первогосталеразливочного ковшей и какихлибо затруднений не вызывает, В связи с этим отпадает необходимость,враскислении шлака силикокальцием,нормы расхода которого для Череповецкого металлургического завода 98 12составляют 2"4 кг/т стали. При стоимости силикокальция 560 руб/т удельный экономический эффект составляет 0,56 руб/кгх 3 кг/т 1,68 руб/т стали. Общий экономический эффект от применения предлагаемого устройства по сравнению с базовой технологией составляет 1,68 руб/т 40. 000 т/год 67200 руб/год.Применение устройства только для производства релейной стали связано с получением экономического эффекта в размере 360,000 руб/год как по сравнению с использованием извест-, ного устройства, так и в размере 67.200 руб/год по сравнению с производством этой стали по современной базовой технологии. Устройство для вакуумированияжидкой стали струйным методом, содержащее вакуумную крышку резервуара,где происходит вакуумирование, емкость с выпускным отверстием, установленную герметично на этой крышке,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения эффективности вакуумирования и расширения сортаментаобрабатываемой в вакууме стали, устройство снабжено цилиндрическим клапаном с помещенным внутри него керамическим ограничителем вакуумногораскрытия струи жидкого металла,установленным между вакуумной крыш"кой и емкостью соосно с ее выпускнымотверстием, а крышка клапана снабжена гидравлическим приводом и системойтрубопроводов, при помощи которойпространство между вакуумной крышкойи емкостью сообщено с атмосферой илис рабочим объемом,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент ФРГ Н 1433413,кл. С 21 С 7/08, 1969,2. Самарин А.М. Обработка жидкойстали в вакууме, М "Металлиздат",1960, с. 12, рис. 5,3Авторское свидетельство СССРйф 370247, кл. С 21 С 7/10, 1973,