Патент на изобретение №2208054

(54) СПОСОБ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ СТАЛИ В КОВШЕ

(57) Реферат:

Изобретение относится к способам внепечной обработки жидкого металла в ковше в черной металлургии. Способ перемешивания стали в ковше включает продувку стали снизу газом или газопорошковой смесью через предусмотренные по меньшей мере два продувочных устройства, расположенных на диаметрально противоположных сторонах ковша. Продувку осуществляют поочередно – вначале через одно из устройств, расположенное на одной стороне ковша, затем через другое, находящееся на другой стороне ковша, при этом в продувочном устройстве, через которое в данный момент не проводят продувку, поддерживают давление, исключающее затекание в него металла. Период смены работы продувочных устройств увеличивают с увеличением массы стали в ковше, а при переключении подачи газа или газопорошковой смеси с одного продувочного устройства на другое объем подаваемого газа сохраняют неизменным. Технический результат изобретения – расширение активной зоны охвата газом или газопорошковой смесью объема металла, за счет чего сокращено время достижения гомогенизированного состава металла без увеличения количества подаваемого газа, т.е. решена задача интенсификации перемешивания стали в ковше при ее продувке газом или газопорошковой смесью. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способам внепечной обработки жидкого металла в ковше в черной металлургии.

Известно, что при внепечной обработке стали инертный газ (аргон) и технологические порошки подают в расплав либо через погружаемые в расплав фурмы, либо через устанавливаемые в днище ковша специальные пробки.

Важное значение в процессе внепечной обработки металла в ковше имеет интенсификация процесса перемешивания металла, позволяющая сократить время обработки стали. Гомогенизация расплава ускоряет процессы раскисления, удаления неметаллических включений, а также десульфурации и дефосфорации стали, что обеспечивает достижение целей ковшовой металлургии.

Известен способ интенсификации перемешивания металла в ковше путем увеличения расхода газа на продувку. В известном способе газ подают через фурму типа “полый стопор”, а для исключения разбрызгивания металла при повышенной подаче газа используют дисковую торцовую часть (экран) на стопоре [см., например, Сталь. 12. 1999, с. 17-19].

Основной недостаток способа – это попытка решения задачи интенсификации перемешивания металла путем увеличения расхода газа. К тому же, перемешиванием в этом случае не охватывается большая часть металла ковша, особенно его придонные зоны. В совокупности отмеченное снижает эффективность известного способа в решении поставленной задачи.

Известен способ перемешивания стали в ковше, включающий введение в стали растворимого газа, который при вакуумировании выделяется в стали (как в газированной воде) в виде мельчайших пузырьков, всплывающих на поверхность ванны [см., например, “Сталеплавильное производство на пороге третьего тысячелетия”, приложение 7 к журналу “Новости черной металлургии за рубежом”. 2000, стр. 25].

Основной недостаток известного способа состоит в очевидной его дороговизне, в том числе из-за необходимости использования циркуляционного вакуумирования [процесс NK – PERM фирмы “Nippon Kokan”].

Известен способ перемешивания стали в ковше, включающий ее перемешивание электромагнитными силами [см., например, “Инжекционная металлургия”. Пер. с анг. под ред. Сидоренко М.В. -М.: Металлургия, 1986, с. 90].

Основной недостаток способа – высокая стоимость используемого оборудования при относительно низком эффекте перемешивания.

Известен способ перемешивания стали в ковше, включающий продувку стали снизу газом или газопорошковой смесью через продувочные устройства, расположенные в нижней части ванны и по меньшей мере одно из которых смещено от центра ковша [см., например, указанный источник “Инжекционная металлургия”, с. 142-143 и рис. 12]. Хотя при реализации известного способа предпочтение отдают подаче газа или газопорошковой смеси через специальные пробки в днище ковша, его реализация не исключает подачу указанных составляющих через погружную фурму (фурмы).

По существенным признакам этот известный способ перемешивания металла в ковше путем подачи газа/ газопорошковой смеси является наиболее близким предлагаемому, поэтому принят за прототип.

Известному способу присущ существенный недостаток. В процессе продувки стали газом/ газопорошковой смесью металл не в одинаковой степени перемешивается по объему ковша. Интенсивному перемешиванию прежде всего подвергаются участки жидкого металла, расположенные на пути поступления в сталь газа/ газопорошковой смеси (наиболее активная зона). По мере приближения газа/ газопорошковой смеси к поверхности металла в ковше эти участки расширяются, проходят в верхних слоях ванны (теряя скорость) и в виде ослабленных ниспадающих потоков опускаются вниз от поверхности. Естественно, отмеченная картина движения перемешиваемого металла существенно снижает эффективность перемешивания стали, так как медленно охватывает весь объем металла в ковше и особенно придонные зоны ванны. В совокупности поставленная задача ускорения гомогенизации состава металла не достигается, процесс требует повышенных затрат газа и особенно времени, которого в реальном технологическом потоке производства стали в основном не хватает.

Предлагаемый способ перемешивания металла в ковше свободен от указанных недостатков. В нем существенно расширена активная зона охвата газом/ газопорошковой смесью объема металла, за счет чего сокращено время достижения гомогенизированного состава металла без увеличения количества подаваемого газа, т.е. решена техническая задача интенсификации перемешивания стали в ковше при ее продувке газом/ газопорошковой смесью.

Перечисленные технические результаты достигаются за счет того, что в способе перемешивания стали в ковше, включающем продувку стали снизу газом или газопорошковой смесью через предусмотренные по меньшей мере два продувочных устройства, расположенных на диаметрально противоположных сторонах ковша, согласно изобретению продувку осуществляют поочередно вначале через одно из устройств, расположенное на одной стороне ковша, затем через другое, находящееся на другой стороне ковша, при этом в продувочном устройстве, через которое в данный момент не проводят продувку, поддерживают давление, исключающее затекание в него металла. Период смены работы продувочных устройств увеличивают с увеличением массы стали в ковше, а при переключении подачи газа или газопорошковой смеси с одного продувочного устройства на другое объем подаваемого газа сохраняют неизменным.

Предлагаемый способ перемешивания металла в ковше путем продувки газом или газопорошковой смесью пояснен чертежами, где на фиг.1 показан ковш с металлом, в котором предусмотрено два продувочных устройства в виде пробок в дне ковша; на фиг.2 аналогичный ковш изображен с двумя продувочными устройствами в виде фурм; на фиг.3 – вид по стрелке А на фиг.1; на фиг.4 – вид по стрелке А на фиг.2.

При этом минимальное число продувочных устройств в ковше равно двум.

Сталеразливочный ковш 1 наполнен жидкой сталью 2. В дне ковша (фиг.1) предусмотрено по меньшей мере два устройства 3, диаметрально расположенные по разные стороны ковша 1 (фиг.3). Число этих устройств может быть большим, но оно четное. В ковше 1 могут быть установлены фурмы 4, диаметрально расположенные по разные стороны ковша 1. Число фурм может быть и большим, но оно четное. Газ или газопорошковая смесь 5 подается в ковш соответственно через пробки в дне ковша (фиг.1) или фурмы 4 (фиг.2). Газ и газопорошковая смесь могут подаваться в ковш порознь, тогда число устройств 3 (фурм 4) увеличивают до следующего четного числа. На фиг.1-4 тонкими линиями 6 показаны основные потоки металла, формируемые при подаче газа или газопорошковой смеси с одной стороны ковша, и пунктирными линиями 7 – при переключении продувочных устройств. Увеличение числа пробок 1 (фурм 4) в способе не меняет его сущности и получаемого эффекта, но дополнительно увеличивает интенсивность перемешивания стали, т.е. повышает эффективность (но существенно усложняет конструкцию).

Способ перемешивания стали в ковше реализуют следующим образом.

В ковш 1 наливают сталь 2. Необходимые для легирования, десульфурации и дефосфорации стали элементы вносят в сталь известным способом или в виде порошка через описанные устройства 3 (или 4), или тем и другим способом одновременно.

Включают подачу газа (газопорошковой смеси) 5 через пробку 3 (фурму 4), расположенную, например, на фиг.1-4 слева. Используют инертный газ, например аргон. В результате в ванне металла формируют основные потоки, условно очерченные линиями 6. В это время в пробке 3 (фурме 4) на противоположной стороне ковша поддерживают давление газа, исключающее затекание в нее стали. Через определенное время (период) изменяют на противоположное направление основных потоков металла в ванне ковша, для чего осуществляют подачу газа (газопорошковой смеси) 5 через пробку 3 (фурму 4), расположенную на противоположной стороне ковша (расположенные на фиг. 1-4 справа). Основные потоки металла в ванне начинают двигаться примерно так, как показано пунктиром 7 на фиг. 1-4. Периодической сменой направления движения основных потоков металла 6 –> 7 –> 6 и т.д. существенно интенсифицируют процесс перемешивания металла, в результате в течение более короткого времени получают гомогенизированный состав стали в ковше, т.е. решают поставленную техническую задачу.

Период смены направления подачи газа (газопорошковой смеси) определяют практически. Однако с увеличением массы стали в ковше периодичность указанной смены увеличивают, т.к. только в этом случае потоки металла 6 и 7 имеют законченный вид (показан на фиг. 1 и 2) и реверсирование подачи газа (газопорошковой смеси) минимально будет тратиться на их взаимное гашение.

Существует период смены направления подачи газа, оптимальный для данных условий эксплуатации ковша. Уменьшение значения этого периода не рекомендуется, т.к. в объеме стали появляются зоны с неполной гомогенизацией расплава. Увеличение значения этого периода допускается и определяется общим технологическим ритмом производства стали.

Пример 1.

Холодная модель ковша 1 имела размеры, показанные на фиг.1. В ковш наливали водопроводную воду 2 высотой 430 мм. Ковш был оборудован тремя платиновыми электродами (заранее оттарированными в пределах водопроводная вода – концентрация 0,1% по массе KCl в воде): в нижней части ковша (расстояние 370 мм от поверхности воды), в средней части ковша (расстояние 220 мм от поверхности воды) и в верхней части ковша (расстояние 60 мм от поверхности воды). Все три электрода отстояли от внутренней стенки модели ковша на расстоянии 55 мм. Кроме того, был предусмотрен переносной электрод, которым дополнительно оценивали гомогенизацию раствора в центрах модели ковша, его дна и на поверхности воды, а также в стыках дна и стенок ковша.

Готовили 20%-ный концентрат KCl и в тонком резиновом шаре опускали на дно модели ковша на участке около его стенки, расположенном на 90^o от устройств 3. Шар разрезали. При этом 20%-ный концентрат KCl после своего равномерного распределения по массе воды обеспечивал 0,1%-ный по массе концентрацию KCl в воде, на которую были тарированы электроды. Применение шара вносило минимальное возмущение в ванну воды.

Газ (воздух) подавали через донные устройства в количестве 6 л/мин. При большей подаче воздуха происходило нарушение пузырькового режима продувки.

При указанных условиях и продувке воздухом через одно устройство 3 без реверсирования гомогенный раствор 0,1%-ный по массе концентрации KCl в воде ковша получили через 84 мин, при этом практически одинаковый во всех дополнительно измеренных точках по всей массе раствора.

Пример 2.

При указанных в примере 1 условиях осуществляли реверсивную подачу воздуха с периодом 30 сек. При реверсировании количество подаваемого воздуха сохраняли на уровне 6 л/мин.

Гомогенный раствор в модели ковша отмеченной концентрации получили через 35 мин, т. е. время перемешивания в сравнении с примером 1 уменьшили в 2,4 раза.

Пример 3.

При указанных в примерах 1 и 2 условиях осуществляли реверсивную подачу воздуха с периодом 20 сек. Гомогенный раствор в ковше отмеченной концентрации получили через 60 мин, т.е. в сравнении с примером 1 время перемешивания уменьшили в 1,4 раза. В объеме воды в конце 60 мин перемешивания отмечались зоны с большей и меньшей 0,1%-ной концентрацией KCl в воде, которые основные электроды не фиксировали.

Пример 4.

При указанных в примерах 1 и 2 условиях осуществляли реверсивную подачу воздуха с периодом 10 сек. Гомогенный раствор в ковше отмеченной концентрации получили через 84-87 мин, т.е. в сравнении с примером 1 время перемешивания раствора практически сохранилось. В конце перемешивания в объеме воды отмечались зоны с большей и меньшей 0,1%-ной концентрации KCl в воде, которые основные электроды не фиксировали.

Пример 5.

При указанных в примерах 1 и 2 условиях осуществляли реверсивную подачу воздуха с периодом 40 сек. Гомогенный раствор в ковше отмеченной концентрации получили через 55 мин, т.е. в сравнении с примером 1 время перемешивания уменьшили в 1,5 раза. В объеме воды отсутствовали зоны с концентрацией KCl, отличной от 0,1% по массе.

Пример 6.

При указанных в примерах 1 и 2 условиях осуществляли реверсивную подачу воздуха с периодом 50 сек. Гомогенный раствор в ковше отмеченной концентрации получили через 60 мин, т.е. в сравнении с примером 1 время перемешивания уменьшили в 1,4 раза. В объеме воды отсутствовали зоны с концентрацией KCl, отличной от 0,1% по массе.

Предложенный способ перемешивания стали в ковше позволяет достаточно простой операцией обеспечить существенную интенсификацию процесса перемешивания стали (сокращение времени реализации) без потери качества перемешивания.

Формула изобретения

1. Способ перемешивания стали в ковше, включающий продувку стали снизу газом или газопорошковой смесью через предусмотренные, по меньшей мере, два продувочных устройства, расположенных на диаметрально противоположных сторонах ковша, отличающийся тем, что продувку осуществляют поочередно – вначале через одно из устройств, расположенное на одной стороне ковша, затем через другое, находящееся на другой стороне ковша, при этом в продувочном устройстве, через которое в данный момент не проводят продувку, поддерживают давление, исключающее затекание в него металла.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что период смены работы продувочных устройств увеличивают с увеличением массы стали в ковше.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при переключении подачи газа или газопорошковой смеси с одного продувочного устройства на другое объем подаваемого газа сохраняют неизменным.

РИСУНКИ