Патент на изобретение №2388832
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ СТАЛИ В КОВШЕ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству стали, в частности к обработке стали в ковше в процессе выпуска из сталеплавильной печи и на внепечных установках. Способ предусматривает перемешивание жидкой стали путем воздействия на нее ударной пульсацией давлений продувочного газа с установкой длительности импульсов максимального и минимального давлений продувочного газа в каждом продувочном устройстве индивидуально. Каждое продувочное устройство работает в самостоятельном режиме параллельно-одновременно с другими устройствами или независимо от них. Использование предлагаемого способа позволяет охватить перемешиванием все поперечное сечение ковша и весь объем стали в ковше с введенными в сталь легирующими добавками и ферросплавами, а также обеспечить максимальный вынос неметаллических включений без нарушения сплошности шлакового слоя, что способствует улучшению качества стали. 2 ил., 2 табл.
Предлагаемый способ относится к области металлургии, а именно к производству стали при обработке в ковше в процессе выпуска из сталеплавильной печи и на внепечных установках с продувкой стали газом. Известен способ перемешивания стали в ковше, осуществляемый продувочным газом через одну или две продувочные фурмы при постоянном давлении подаваемого газа (Металлург, 2004, Известен способ перемешивания стали в ковше, включающий продувку стали снизу газом или газопорошковой смесью через предусмотренные продувочные устройства, по меньшей мере одно из которых смещено от вертикальной оси ковша в сторону его стенки (RU 2197540 С2, опубликовано 2003.01.27). Перемещение относительно стали продувочных устройств в горизонтальной плоскости осуществляют путем качательного вращения ковша относительно его вертикальной оси. Однако перемешиванием в этом случае не охватывается большая часть объема ковша, что снижает эффективность способа. Известен способ перемешивания стали в ковше, включающий продувку стали газом через по меньшей мере две продувочные фурмы с подачей газа через каждую фурму непрерывно с различной интенсивностью, которую изменяют по синусоидальному закону (RU 2304172, опубликовано 2007.08.10). Способ ускоряет процесс перемешивания металла в сталеразливочном ковше, что позволяет уменьшить время обработки металла, снизить расход даваемых во время обработки металла материалов. Недостаток этого способа заключается в том, что синусоидальный закон предопределяет плавное изменение интенсивности подачи продувочного газа, которая также плавно изменяет характер формируемых над фурмами потоков смеси газа и металла с образованием установившихся вертикальных потоков, не обеспечивая полного охвата сечения ковша. Наиболее близким к предлагаемому способу по принципу переменной подачи продувочного газа является способ перемешивания стали в ковше с продувкой стали снизу газом через два продувочных устройства, в котором продувку ведут поочередно – вначале через одно устройство, затем через другое, расположенное на другой стороне ковша (RU 2208054 С1, опубликовано 2003.07.10). При этом в продувочном устройстве, через которое в данный момент не проводят продувку, поддерживают давление, исключающее затекание в него металла. Недостатки этого способа заключаются в следующем: – перемешивание стали не полное, так как только в момент переключения подачи продувочного газа с одного устройства на другое разрушаются устойчивые вертикальные двухфазные газ-металл потоки. Далее, до следующего переключения, над устройствами устанавливается расширяющийся двухфазный вертикальный поток, который не охватывает весь объем металла в ковше; – режимы перемешивания воды с продувкой газом, созданные в холодной модели ковша с холодной водой и предложенные данным способом для продувки и перемешивания расплавленной стали в ковше, не могут отразить реальные процессы, происходящие в реальном ковше с реальной расплавленной до +1600°С сталью. В реальной жидкой стали, продуваемой снизу газом, при постоянном или периодически постоянном давлении продувочного газа, через 5-8 сек после включения продувки в ковше возникают установившиеся вертикальные потоки газожидкостной смеси с практически отсутствующими интенсивными поперечными перемещениями, слабым охватом всего сечения ковша и недостаточным перемешиванием стали; – следующий недостаток является следствием предыдущего: в связи с возникновением установившихся вертикальных потоков смеси газа со сталью с незначительным поперечным сечением, указанные потоки при выходе их на поверхность стали разрывают сплошность специально наведенного шлакового слоя в виде так называемых «пятен» и создают противоречащий технологии контакт стали с атмосферой. В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в повышении качества стали за счет обеспечения равномерности состава расплава путем интенсивного перемешивания его во всем объеме ковша, а также за счет уменьшения содержания в расплаве серы путем выноса пузырьками продувочного газа соединений серы. Для решения указанной задачи в способе перемешивания стали в ковше, включающем продувку стали снизу газом непрерывно с различной интенсивностью через предусмотренные, по меньшей мере, два продувочные устройства, согласно изобретению продувочный газ подают в каждое продувочное устройство или в одно из них при закрытом(-ых) другом(-их) устройстве(-ах) в режиме ударной пульсации давлений, при этом длительность и интенсивность импульсов максимального и минимального давлений продувочного газа устанавливают индивидуально для каждого устройства, и каждое устройство работает в самостоятельном режиме или параллельно-одновременно с другими устройствами. Через одно устройство при закрытом другом устройстве продувочный газ в указанном режиме подают в экстренных случаях, например в аварийной ситуации. Процесс продувки жидкой стали снизу газом происходит по следующим закономерностям гидродинамики газожидкостной системы, когда « Отличие способа заключается в том, что продувочный газ подается в жидкую сталь в режиме ударной пульсации давлений, не позволяя создать более или менее значительный газовый факел (установившийся вертикальный поток), дробится на пузыри на наиболее ранней стадии и охватывает самые нижние слои жидкой стали. Особенностью заявляемого способа является то, что в каждое продувочное устройство газ подают в режиме ударной пульсации давления. При этом для каждого продувочного устройства максимальное Рmах и минимальное Pmin давление и длительность подачи Pmax и Pmin настраивают индивидуально. Интенсивность (расход, л/мин) всегда связана с перепадом давления на продувочном устройстве (или давлением перед продувочным устройством), а так как давление в процессе подачи задают пульсирующее, то меняется и интенсивность в процессе подачи газа через одно продувочное устройство. Поскольку давления Pmax и Pmin для каждого продувочного устройства устанавливаются индивидуально и с различной длительностью, то и интенсивность подачи газа через каждое продувочное устройство различна. Если рассмотреть подачу газа в режиме ударной пульсации давления (см. график фиг.2), например, для двух продувочных устройств, и сравнить с режимом продувки газом по синусоидальному закону, как в прототипе, то видны отличия предлагаемого способа от известного (прототипа). В предлагаемом способе перемешивания стали в ковше изменение давления – как основная причина изменения интенсивности подачи газа, а в способе-прототипе другой принцип изменения интенсивности продувки газом – изменение расхода газа по синусоидальному закону. В таблице 1 даны значения Pmax и Pmin для построения графика подачи давлений двух продувочных устройств. Сущность изобретения поясняется фиг.1, на которой изображен ковш с перемешиваемой сталью и устройствами для подачи продувочного газа. Способ осуществляют следующим образом. В процессе выпуска стали из сталеплавильной печи ковш 1 заполняется сталью 2, на поверхности которой наводится слой жидкоподвижного высокоосновного шлака 3 для исключения контакта стали с атмосферой и поглощения примесей. Устройство пульсирующей подачи 4 (фиг.1), запитанное продувочным газом постоянного давления от (цеховой) сети, в соответствии с заданной длительностью импульсов высокого и низкого давлений, создает ударную пульсацию давлений газа на выходе в один, два и более каналов, по которым газ подается в продувочные устройства 5 и далее в жидкую сталь в ковше 1. Длительность импульсов подбирается таким образом, что и при минимальном, и максимальном давлении не успевает образоваться установившейся вертикальный поток газожидкостной смеси. Поток газа из продувочного устройства «разбивается» о гораздо более плотную среду (жидкую сталь) на дискретные составляющие (пузыри), расширяясь в горизонтальном направлении и охватывая максимальный объем ковша, о чем свидетельствует отсутствие «пятен» оголенной стали и равномерное кипение всего наведенного жидкоподвижного высокоосновного шлака 3. Такую подачу продувочного газа в режиме ударной пульсации давлений осуществляют в течение выпуска стали из печи в ковш. Затем ковш со сталью переносится на установку внепечной обработки стали (в дальнейшем УВОС), где обработку выполняют также с продувкой стали снизу газом в автоматическом режиме подачи газа с ударной пульсацией давлений. Далее сталь из ковша сливается в промежуточный ковш установки непрерывной разливки стали, где также подвергают продувке снизу газом в аналогичном режиме подачи продувочного газа. Способ можно осуществить известными устройствами. Например, в качестве устройства подачи давления в режиме пульсаций можно использовать обычно применяемые в промышленности распределители потоков газа, имеющие высокое быстродействие. Заявителями при опробовании способа были использованы распределители с временем переключения 8 мсек (0,008 сек), что позволило реализовать подачи давления в ударном режиме. Переключаясь, распределитель соединяет продувочное устройство либо с магистралью с давлением Рmах, либо с магистралью с давлением Pmin. В качестве устройства управления распределителем (устройства, подающего сигналы на переключение распределителя через определенные промежутки времени) может использоваться промышленный контроллер (в случае распределителя с электроуправлением) либо управляющее устройство, реализующее те же функции и собранное из элементов промышленной пневмоавтоматики, работающих на газе, используемом при продувке (в случае распределителя с пневмоуправлением, что и было реализовано заявителями). Для формирования давлений Рmах и Pmin могут использоваться обычные редукционные клапаны для газообразных сред. Ниже приведены примеры осуществления способа с известными и предлагаемыми режимами продувки расплавленной жидкой стали снизу газом через продувочные устройства, расположенные в днище ковша. Во всех режимах на поверхности стали наводился слой жидкоподвижного высокоосновного шлака, предназначенного для исключения контакта жидкой стали с атмосферой и поглощения выводимых из стали примесей, в т.ч. серы. Пример 1 (известный способ) Выплавляемая сталь – Сталь 20А, Сталь Д. Продувка через два устройства снизу газом непрерывно вначале при выпуске стали из печи в ковш, а затем при обработке на УВОС (печь-ковш). Продувка выполнялась газом постоянного давления от цеховой сети без устройства пульсирующей подачи. Пред выпуском содержание серы в печи составляло в среднем 0,031. Время заполнения ковша 10 Во время продувки визуально наблюдался разрыв шлакового слоя в виде так называемых «пятен» диаметром около 300 мм при диаметре ковша 3000 мм. «Пятна» образуются над расположенными в днище ковша устройствами для подачи газа по вертикали, что свидетельствует о возникновении установившихся вертикальных потоков смеси газа и стали с незначительным охватом поперечного сечения ковша и, соответственно, неполным перемешиванием объема стали в ковше. После заполнения ковша и окончания продувки содержание серы составляло в среднем 0,021. Последующая обработка на УВОС с аналогичной продувкой дала содержание серы в среднем 0,014. Режим обеспечивает снижение серы в 2,2 раза. Пример 2 (известный способ) Выплавляемая сталь – Сталь 20А. Выпуск из печи в ковш, затем обработка на УВОС. Продувка стали осуществлялась снизу газом через два продувочных устройства, расположенных на разных сторонах ковша, поочередно – вначале через одно из устройств, затем через другое. При этом в продувочном устройстве, через которое в данный момент не проводилась продувка, поддерживалось давление, исключающее затекание в него металла. Период смены подачи полного давления или в одно, или в другое устройство изменяли от 10 до 50 сек. В любом случае периода смены (реверса) через 5 Пример 3 (предлагаемый способ) Выплавляемая сталь – Сталь 20А, Сталь Д. Продувка – через два устройства снизу газом непрерывно с различной интенсивностью подачи продувочного газа в режиме ударной пульсации давлений, при этом максимальную и минимальную длительность импульсов давлений продувочного газа устанавливали индивидуально для каждого продувочного устройства, а каждое устройство работало в самостоятельном режиме параллельно-одновременно с другим и независимо от него. Режим продувки вначале выполнялся при выпуске стали из мартеновской печи. Затем этот же ковш переносился на УВОС. Время выпуска стали из печи 10 В процессе продувки разрыв шлакового слоя не наблюдался, шлак подвергался вибрационному колебанию на всей поверхности. Всего в эксперименте выпущено 8 плавок. Результаты анализов показали следующее содержание серы: Таблица 2
Пример 4 (предлагаемый способ с одним устройством подачи газа) Пульсирующая продувка стали газом осуществлялась через одно устройство в режиме ударной пульсации давлений продувочного газа в процессе выпуска стали из мартеновской печи. В процессе продувки разрыв шлакового слоя не наблюдался, происходило общее колебание поверхности шлакового слоя, что предполагает создание потока смеси газа и стали со значительным охватом поперечного сечения ковша и достаточное перемешивание объема стали в ковше. Данный режим обычно не применяется в технологическом процессе, однако он может быть использован в аварийной ситуации при работающем одном устройстве подачи газа. Результаты примеров режимов перемешивания стали в ковше показали наибольшую эффективность предлагаемого способа с подачей газа в режиме ударной пульсации давлений по примеру 3. Использование предлагаемого способа позволяет охватить перемешиванием все поперечное сечение ковша и весь объем стали в ковше с введенными в сталь легирующими добавками и ферросплавами, а также обеспечить максимальный вынос неметаллических включений без нарушения сплошности шлакового слоя. Использование предлагаемого способа перемешивания в производстве стали при обработке в ковше в процессе выпуска из сталеплавильной печи и на внепечных установках с продувкой стали газом обеспечивает следующие технические результаты: – исключено образование установившихся потоков продувочного газа в смеси с жидкой сталью, тем самым исключены нарушение сплошности шлакового слоя, оголение стали и ее контакт с атмосферой; – шлаковый слой подвергается вибрационному колебанию на всей поверхности в ковше, что позволяет вводить необходимые материалы не в «пятно», как это вынуждены выполнять на установках внепечной обработки стали (печь-ковш), а в любое место поверхности шлака, и задаваемые материалы легко и быстро проникают через слой колеблющегося шлака в сталь, где и перемешиваются; – поперечное сечение ковша охвачено пузырьками продувочного газа максимально, соединения окислов, сульфидов, силикатов, серы и других неметаллических включений выносятся пузырьками газа из стали и поглощаются пористым жидкоподвижным высокоосновным шлаком по всей его площади на поверхности стали в ковше; – осуществляется интенсивное перемешивание всего объема стали в ковше с введенными в сталь легирующими добавками и ферросплавами; – стабилизируется равномерность состава расплава стали во всем объеме ковша, что в дальнейшем положительно влияет на качество кристаллизации жидкой стали в процессе непрерывной разливки. В итоге, способ обеспечивает значительное повышение качества стали, что определяется интенсивностью десульфурации, так как снижение содержания серы – один из основных показателей качества стали.
Формула изобретения
Способ перемешивания стали в ковше, включающий продувку стали снизу газом непрерывно с различной интенсивностью через предусмотренные, по меньшей мере, два продувочных устройства, отличающийся тем, что продувочный газ подают в каждое продувочное устройство или в одно из них при закрытых других продувочных устройствах в режиме ударной пульсации давлений, при этом длительность и интенсивность импульсов максимального и минимального давлений продувочного газа устанавливают индивидуально для каждого устройства, а каждое устройство работает параллельно-одновременно с другими устройствами или независимо от них в самостоятельном режиме.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2). Недостатками этого способа являются слабое перемешивание, не охватывающее всего объема ковша из-за формирования устойчивого вертикального потока смеси газа и металла, и нарушение потоком на выходе сплошности шлакового слоя с оголением поверхности стали.
при истечении газовой струи в жидкость образуется более или менее значительный газовый факел, который далее дробится на пузыри и создает свое продолжение в виде потока газожидкостной смеси». (Кутателадзе С.С., Стырикович М.А. / Гидродинамика газожидкостных систем. / Монография. / М.: Энергия. 1976. – Глава 4-10.)
