УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

: УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ Полезная модель относится к металлургии, а именно к устройствам для обработки стали в вакууме способом окислительной циркуляционной вакуумной дегазации и может быть использована для глубокого рафинирования, в частности для получения сверхнизкоуглеродистой стали. Известна установка для циркуляционной вакуумной обработки с кислородным обезуглероживанием, содержащая ковш и установленную над ним с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости вакуумкамеру, включающую вакуумпровод, патрубок для присадки ферросплавов и водоохлаждаемую кислородную фурму, установленную в верхней части вакуумкамеры, а также всасывающий и сливной патрубки, выполненные в днище, и устройство для подачи транспортирующего газа во всасывающий патрубок (см., например, Кнюппель Г. Раскисление и вакуумная обработка стали. Основы и технология ковшевой металлургии: Пер. с нем. М.: Металлургия, 1984. с.343). Недостатком данной установки является низкая эффективность обезуглероживания при получении низкоуглеродистых сталей, связанная со снижением температуры стали со скоростью 2°С/мин и непроизводительной компенсацией потерь тепла. Для поддержания футеровки вакуумкамеры в межоперационный период в разогретом состоянии используют газовые горелки. Объект - полезная модель МПК С21С7/10 v пламя от которых способствует окислепию настылей на футеровке и вторичному загрязнению стали углеродом. Радиальная подача транспортирующего газа во всасывающий патрубок и осевая подача кислородсодержащего газа в продувочную фурму способствуют настылеобразованию, которое вызывает скачки содержания углерода в стали. Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является установка для производства низкоуглеродистой стали содержащая ковш, установленную над ним с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости циркуляционную вакуумкамеру с патрубками для присадки ферросплавов, верхняя часть которой сообщена с вакуумпроводом, а в днище выполнены симметрично расположенные относительно оси вакуумкамеры сливной патрубок с каналами для подачи транспортирующего газа, герметично установленные в вакуумкамере графитовый нагреватель и подвижную продувочную фурму, при этом на расположенном внутри вакуумкамеры конце продувочной фурмы выполнены сопла, а на противоположном её конце снаружи вакуумкамеры - патрубки для подачи газов и реагентов (см. заявку Франции № 2187921, С21С7/10). Недостатками известной установки являются низкая глубина удаления углерода из стали, а также невозможность стабилизации температуры стали. Это происходит в результате того, что подача транспортирующего газа во всасывающий патрубок осуществляется радиально, при этом интенсивность движения стали через вакуумкамеру ограничивается критическим расходом газа, превышение которого приводит к снижению скорости циркуляции и да/// гз У2. ч глубины обезуглероживания. В то же время осевая подача кислородсодержащего газа в продувочную фурму приводит к сильному фонтанированию стали в вакуумкамере, способствующему последующему вторичному науглероживанию стали при оплавлении настылей. Возможности стабилизации температуры при использовании комбинированного нагрева стали (с помощью графитового нагревателя и тепла окислительных реакций), в данной установке лимитируются низкой стойкостью графитового нагревателя в режиме кислородного дутья. Также наблюдается нерациональное распределение тепловых потоков с увеличенными тепловыми потерями через ограждения вакуумкамеры и с низким к.п.д. нагрева стали, что снижает эффективность её обезуглероживания и стабилизации температуры. Технической задачей, на рещение которой направлена заявляемая установка для производства низкоуглеродистой стали, является обеспечение глубокого удаления углерода из стали при одновременной стабилизации её температуры. Поставленная задача решается тем, что в известной установке для производства низкоуглеродистой стали, содержащей ковщ, установленную над ним с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости циркуляционную камеру с патрубком для присадки ферросплавов, верхняя часть которой сообщена с вакуумпроводом, а в днище выполнены симметрично расположенные относительно оси вакуумкамеры сливной патрубок и всасывающий патрубок с каналами для подачи транспортирующего газа, герметично установленные в вакуумкамере графитовый нагреватель и подвижную продувочную фурму, при этом на конце продувочной фурмы, расположенном внутри вакуумкамеры выполнены сопла, а на противоположном наружном её конце - патрубки для подачи газов и реагентов, согласно изменению, внутренняя поверхность верхней части вакуумкамеры выполнена в виде усечённого параболоида вращения, в фокусе которого параллельно сливному и всасывающему патрубкам размещён графитовый нагреватель с установленным под ним экраном-отражателем, в котором со стороны графитового нагревателя выполнены открытые каналы для подачи инертного газа, продувочная фурма в вакуумкамере установлена противоположно патрубку для присадки ферросплавов, наклонно к днищу и с возможностью перемещения относительно последнего в вертикальной и горизонтальной плоскости, при этом патрубки для подачи газа и реагентов и/или сопла продувочной фурмы выполнены тангенциально, а каналы для подачи транспортирующего газа во всасывающем патрубке выполнены тангенциально к условной окружности, равной 2/3 его внутреннего диаметра, и ориентированы противоположно направлению патрубков для подачи газов и реагентов и/или сопел продувочной фурмы. Сущность полезной модели поясняется чертежами, где: на фигЛ изображён общий вид установки для производства низкоуглеродистой стали в разрезе; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1; Ч Установка для производства низкоуглеродистой стали включает в себя ковш 1 (фиг.1, 2), над которым с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости установлена циркуляционная вакуумкамера 2 с патрубком для присадки ферросплавов 3 (фигЛ). Верхняя часть 4 вакуумкамеры 2 сообщена с вакуумпроводом 5, а в днище 6 выполнены, симметрично расположенные относительно оси вакуумкамеры 2, сливной патрубок 7 (фиг.1) и всасывающий патрубок 8 (фигЛ, 2) с каналами для подачи транспортирующего газа 9 от патрубка 10. Внутренняя поверхность 11 верхней части 4 вакуумкамеры 2 выполнена в виде усечённого параболоида вращения, описываемого известным (см. Тарасов Н.П. Курс высщей математики. М.: Наука, 1969.С.79-81) уравнением: (R-r)  -2рН; где г, R- соответственно верхний и нижний радиусы верхней части 4 вакуумкамеры 2; Н высота верхней части 4 вакуумкамеры 2; р - геометрический параметр параболы, равный расстоянию между фокусом и директрисой параболы. В плоскости фокуса параболоида вращения параллельно сливному 7 и всасывающему 8 патрубкам установлен графитовый нагреватель 12, который соединён через токоподводы 13 с трансформатором (на чертеже не показан). Под графитовым нагревателем 12 установлен огнеупорный защитный вогнутый экран-отражатель 14 (фиг.1, 2), в котором со стороны нагревателя 12 выполнены открытые каналы 15 для подачи инертного газа, сообщающиеся с патрубком 16. Продувочная фурма 17 герметично установлена в вакуумкамере 2 (фиг.2) противоположно патрубку 3 для присадки ферросплавов. При этом на конце продувочной фурмы 17 (фиг.2), расположенном внутри вакуумкамеры 2, выполнены сопла 18, а на противоположном её конце, расположенном снаружи вакуумкамеры 2, - патрубки 19 для подачи газов и реагентов. Продувочная фурма 17 (фиг.1, 2) посредством шарового уплотнения 20 любой известной конструкции установлена наклонно к днищу бис возможностью перемещения относительно его в вертикальной и горизонтальной плоскости. При этом патрубки 19 для подачи газа и реагентов и/или сопла 18 выполнены тангенциально, а каналы 9 для подачи транспортирующего газа во всасывающем патрубке 8 (фиг.З) выполнены тангенциально к условной окружности 21, равной 2/3 его внутреннего диаметра (Dn), и ориентированы противоположно направлению патрубков 19 для подачи газов и реагентов и/или сопел 18 продувочной фурмы 17 (фиг,2). Па фигЛ, 2 позициями 22 и 23 соответственно обозначены расплавленная сталь в ковше 1 и в вакуумкамере 2. Установка для производства низкоуглеродистой стали работает следующим образом: сталь 22 (фигЛ, 2), содержащую 0,2ч-0,6 % углерода, подают в ковше 1 на стенд вакуумирования с помощью тележки (на чертеже не показана). Вакуумкамеру 2, с закрытым патрубком для присадки ферросплавов 3, размещают над ковшом 1 и предварительно прогревают верхнюю часть 4 вакуумкамеры 2, вакуумпровод 5, днище 6, сливной патрубок 7 и всасывающий патрубок 8, с отключенными от патрубка 10 каналами 9 для подачи транспортирующего газа. Нагрев данных элементов и внутренней поверхности 11, верхней части 4 вакуумкамеры 2, осуществляют с помощью графитового нагревателя 12, подключённого через токоподводы 13 к трансформатору (на чертежах не показан), до рабочей температуры 1500°С. Выполнение внутД  If) 1 6.
ренней поверхности 11 в виде усечённого параболоида вращения, а также установка графитового нагревателя 12 в фокусе данного параболоида, позволяет концентрировать радиационное излучение (на фигЛ, 2 потоки излучения показаны пунктирными линиями со стрелками) от графитового нагревателя 12 на днище 6 и проводить более равномерный и интенсивный нагрев футеровки вакуумкамеры 2 и стали 22. Для повышения отражательной способности на внутреннюю поверхность 11 верхней части 4 вакуумкамеры 2 наносят
покрытия с высоким коэффициентом отражения. Затем вакуумкамеру 2
опускают вниз, до погружения всасывающего 8 и сливного 7 патрубков под уровень зеркала стали 22 в ковше 1, и вакуумнасосом (на чертежах не показан) из вакуумкамеры 2 откачивают газы через вакуумпровод 5. Под действием атмосферного давления сталь 22 (фигЛ, 2) из ковша 1 поднимается по патрубкам 7 и 8 во внутрь вакуумкамеры 2 на барометрическую высоту, равную 1,4 м, и покрывает днище 6. Одновременно в нижнюю часть всасывающего патрубка 8 (фиг.1), через каналы 9 для подачи транспортирующего газа
от патрубка 10 подают аргон (или другие газы), который приводит в движение сталь 22 и поднимают её в вакуумкамеру 2. Происходит дегазация стали 23 и далее она поступает через сливной патрубок 8 в ковш 1 с возможностью многократной циркуляции. Каналы 9 (фиг.З) для подачи транспортирующего газа выполнены с помощью нескольких трубок, например восьми, из нержавеющей стали, причём подача аргона в каждой трубке регулируется отдельно, независимо от других трубок, что исключает прекращение подачи аргона при засорении одной из трубок. Подача транспортирующего газа во всасывающий патрубок 8 через каналы 9, расположенные тангенциально к условной окружности 21, равной 2/3 внутреннего диаметра (Dn) всасывающего патрубка 8, позволяет увеличить газосодержание потока стали 22 и, благодаря этому, глубину рафинирования и скорость циркуляции стали 23 в вакуумкамере 2. При этом вся сталь 22 во всасывающем патрубке 8 движется только вверх с минимальной разницей скоростей в центральной и периферийной зонах, что реализует устойчивый максимальный режим работы металлифта.
Оптимальная тангенциальная подача транспортирующего газа обеспечивает
максимальные диссипацию энергии и дифференциальный импульс струй газа, развитую межфазную поверхность и турбулентность потока стали 23, что способствует более глубокому рафинированию, за счёт эффективной дегазации и удаления из неё неметаллических включений, снижения брызгоуноса и настылеобразования. Одновременно, с началом вакуумирования стали 23, в огнеупорный защитный экран-отражатель 14, установленный под графитовым нагревателем 12, через открытые каналы 15 от патрубка 16 подают
инертный газ, обдувающий поверхность графитового нагревателя 12, защищающий его от агрессивных газов, пыли и капель стали 23. Экранотражатель 14 переизлучает часть радиационных тепловых потоков от графитового нагревателя 12 внутреннюю поверхность И верхней части 4 вакуумкамеры 2 и от неё на зеркало стали 23, повышая эффективность нагрева последней и стабилизацию её температуры. Далее, при необходимости получения стали 22 определённого состава, в вакуумкамеру 2 через патрубок 3 для подачи ферросплавов подают легирующие присадки и/или раскислители. в продувочную фурму 17, через патрубки 19 для подачи газов и реагентов подают кислород или кислородсодержащие газы, а также порошкообразные реагенты, которые через сопла 18 поступают на зеркало стали 23 или под него. Установка продувочной фурмы 17 герметично и с возможностью её перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскости относительно днища 6, обеспечивает гибкую реализацию различных стадий вакуумного обезуглероживания. В течение первой половины цикла обезуглероживания, через сопла 18 продувочной фурмы 17, поддерживаемые на заданной высоте над поверхностью стали 23, подают кислород, который сжигая окись углерода, вьщеляющуюся из стали 23 при вакуумном обезуглероживании, расплавляет настыли, намороженные на стенки вакуумкамеры 2. В течение второй половины цикла через продувочную фурму 17 подают смесь кислорода и аргона, которая поступая под зеркало стали 23, ускоряет реакции обезуглероживания и уменьшает вторичное загрязнение при последующем удалении настылей. В качестве реагента в продувочную фурму 17 можно также подавать природный газ, горение которого в объёме стали 23 обеспечивает активное перемешивание стали 23, за счёт образования продуктов сгорания, и одновременно способствует расплавлению настылей. С помощью продувочной фурмы 17, через патрубки 19 для подачи газов и реагентов возможна подача в сталь 23 порошкообразных присадок или флюсов, используя в качестве газа носителя кислород. Это способствует более глубокому обезуглероживанию и десульфурации стали. Кислородная продувка регулируемой в вертикальной и горизонтальной плоскости продувочной фурмой 17 способствует в процессе васШг/ li.9  9куумного обезуглероживания повышению эффективности рафинирования стали 23 путём активации химических реакций в первой половине процесса обработки, когда лимитирующим фактором реакции обезуглероживания является подвод кислорода. При необходимости дополнительного подогрева стали 23 функцией продувочной ф)фмы 17 при её перемещении, является также регулирование температуры, путём локального окисления кислородом алюминия, вводимого в сталь 22 через патрубок для присадки ферросплавов 3. В процессе окислительной продувки футеровка днища 6 вакуумкамеры 2 испытывает значительные нагрузки, при этом горизонтальное перемещение продувочной фурмы 17 позволяет регулировать положение зоны максимальных температур, в связи, с чем присаживаемые в такую зону шлакообразующие, меньше разрушают футеровку. Для продувки стали 23 в вакуумкамере 2 на выходе из продувочной фурмы 17 формируют вихревые струи газа и/или реагентов следующими способами (фиг.1, 2): при использовании односопловой продувочной фурмы 17, газы и реагенты в осевое сопло 18 подают через тангенциальные патрубки 19; при многосопловой продувочной фурме 17 сопла 18 выполняют тангенциально к её оси; при выполнении сопел 18 в виде сопел Лаваля в них устанавливают завихрители (на чертежах не показаны). Использование вихревой струи кислорода и реагентов, истекающей из сопел 18 продувочной фурмы 17, позволяет увеличить эффективную площадь реакции с возрастанием объёмного коэффициента и скорости обезуглероживания стали 23. Так как реакция обезуглероживания протекает только с поверхности стали 23, то тангенциальная подача кислородсодержащего газа позволяет увеличить межфазную поверхность и диспергировать пузырьки газа без сильного разбрызгивания и компенсировать недостаток кислорода в циркулирующей стали 23, причём возможно достижение концентрации кислорода в 2-3 раза выше стехиометрической, что обеспечивает более глубокое обезуглероживание, с получением сверхнизкоуглеродистых сталей. Продувка вихревой струёй реализует режим «мягкого дутья с равномерным распределением газа и реагентов в стали 23, снижает заметалливание огнеупоров вакуумкамеры 2. Конструктивное выполнение каналов 9 (фиг.З) для подачи
транспортирующего газа на всасывающем патрубке 8 тангенциально к условной окружности 21, равной 2/3 его внутреннего диаметра, и ориентированных противоположно направлению патрубков 19 для подачи газов и реагентов и/или сопел 18 продувочной фурмы 17, способствует измельчению, равномерному распределению и увеличению времени пребывания пузырьков газа в стали 23. При этом скорость и глубина обезуглероживания возрастают с увеличением объёма диспергированного газа и интенсивности переметивания стали 23 в вакуумкамере 2. Организация встречной закрутки транспортирующего и продувочного газов позволяет реализовать турбулентную коагуляцию и эффективное удаление мелкодисперсных неметаллических включений, образз ощихся при раскислении или химическом нагреве стали 23. После окончания кислородной продувки и достижения необходимого коэффициента циркуляции, проводят под вакуумом раскисление и корректировку состава стали 23. Полученную сверхнизкозтлеродистую сталь 22, с концентрацией углерода менее 0,003 % подвергают непрерывной разливке, а затем
прокатке с высокой степенью обжатия, например для стали 0810 - с получением автомобильного листа труппы особосложной глубокой вытяжки.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемая установка для производства низкоуглеродистой стали работоспособна и устраняет недостатки, имеющие место в прототипе. Соответственно, заявляемая установка может быть применена в металлургии для обработки стали в вакууме способом окислительной вакуумной циркуляционной дегазации, а следовательно, соответствует условию «промышленной применимости.