СПОСОБ ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОЙ СТАЛИ
OUT-OF-FURNACE LIQUID STEEL TREATMENT METHOD

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, а конкретно к внепечной обработке жидкого металла.
Известен способ внепечной обработки жидкой стали, включающий вдувание в расплав реагентов в виде газопорошковой смеси через погружную фурму (см. например /А.В. Протасов, Н.В. Пасечник, Б.А.Сивак. Обоудование для внепечной обработки стали // М. Интермет инжиниринг. 2010, - С.29, рис.1.3/.
К недостаткам известного способа относятся ограниченные функциональные возможности вследствие неравномерного распределения реагентов в объеме ванны и отсутствия средств для дегазации металла.
Из известных наиболее близким к предлагаемому является способ внепечной обработки жидкой стали, включающий наведение высокоосновного шлака на поверхности металла, порционное вакуумирование, осуществляемое путем возвратно-поступательных перемещений вакуумной камеры с патрубком, погруженным в металл, и подачу инертного газа через вертикальные сопла, равномерно расположенные по периферии патрубка /Патент РФ №1448677, опубл. 10.04.2001, БИ №10/.
Данный способ позволяет осуществлять вакуумную дегазацию, а также десульфурацию металла за счет обработки шлаком, при этом по сравнению с традиционными инжекционными методами обеспечивается повышенная эффективность обработки вследствие рассредоточенности дутья по объему ванны, однако эффективность его применения ограничена вследствие отсутствия средств для вдувания порошкообразных реагентов, а в случае их применения возникла бы опасность попадания шлака внутрь вакуум-камеры и образования настылей, ухудшающих качество металла и условия службы футеровки. Кроме того, интенсивность перемешивания металла в верхней части ковша недостаточна, что отрицательно сказывается на эффективности обработки реакционным шлаком.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в создании универсального технологического процесса внепечной обработки жидкого металла, объединяющего процессы дегазации и десульфурации, и в расширении технологических возможностей оборудования. Ожидаемый технический результат достигается тем, что в известном способе внепечной обработки, включающем выпуск расплава металла в ковш, наведение на поверхности расплава металла высокоосновного шлака, порционное вакуумирование расплава металла путем возвратно-поступательных перемещений вакуумной камеры с погружным патрубком, по периферии которого равномерно расположены вертикальные сопла для продувки расплава металла инертным газом, при этом дополнительно осуществляют подачу порошкообразных реагентов и продувку расплава металла путем постоянной подачи инертного газа через пористую фурму, расположенную в днище ковша соосно с погружным патрубком, а через вертикальные сопла подают в струе инертного газа порошкообразные реагенты или инертный и реакционный газы.
Подачу порошкообразных реагентов осуществляют после погружения патрубка в расплав металла до начала вакуумирования.
В качестве реакционного газа используют кислород, который подают после снижения давления в вакуумной камере до 0,67 кПа.
Подачу порошкообразных реагентов осуществляют порциями во время движения вакуумной камеры вверх.
Подачу порошкообразных реагентов осуществляют порциями во время выдержки вакуумной камеры в верхней точке ее рабочего хода.
В начале и в конце обработки подают чистый инертный газ, порошкообразные реагенты после погружения патрубков в металл подают непрерывно: до начала вакуумирования или при возвратно-поступательных перемещениях вакуум-камеры или порциями: при движении вакуум-камеры вверх (при сливе порции металла), или при выдержках вакуум-камеры в верхней точки рабочего хода, а реакционные газы подают после снижения давления в вакуум-камере до 0,67 кПа.
Помимо известного эффекта улучшения перемешивания и дополнительной дегазации жидкого металла при донной продувке ванны подача инертного газа соосно с погружным патрубком позволяет подавать через вертикальные сопла, располагаемые на патрубке, порошкообразные реагенты без риска попадания частиц шлака внутрь вакуум-камеры и тем самым существенно повысить эффективность внепечной обработки. Кроме того, при этом расположение восходящего расширяющегося потока инертного газа внутри встречного концентричного потока газа или газо-порошковой смеси способствует распределению газового потока по объему ковша и повышению интенсивности перемешивания в верхней части ванны, то есть в зоне контакта металла с реакционным шлаком, и также способствует повышению эффективности обработки.
Продувка ванны кислородом обеспечивает глубокое обезуглероживание жидкого металла, необходимое для получения нержавеющих, электротехнических, автолистовых сталей и др.
Сущность предложенного технического решения поясняется примером его выполнения со ссылками на чертежи, где:
- на фиг.1 изображена принципиальная схема процесса с вакуум-камерой в процессе движения вверх;
- на фиг.2 - принципиальная схема процесса с вакуум-камерой в процессе движения вниз;
- на фиг.3 - разрез А-А по фиг.1.
Патрубок 1 вакуум-камеры 2 погружают в жидкий металл 3, находящийся в ковше 4, и при помощи вакуумного насоса (на чертежах не показан) в вакуум-камере 2 создают разрежение. Под действием разности давлений: атмосферного и внутри камеры, жидкий металл 3 поднимается и заполняет нижнюю часть вакуум-камеры, после чего вакуум-камера совершает возвратно-поступательные вертикальные перемещения. При движении вакуум-камеры вниз порция жидкого металла заполняет нижнюю часть вакуум-камеры, где подвергается вакуумной дегазации, при подъеме вакуум-камеры - порция жидкого металла сливается в ковш 4.
Через фурмы 5, равномерно расположенные по периферии патрубка 1 под слоем наружной огнеупорной футеровки 6, и через пористую фурму 7, расположенную в днище 8 ковша 4, постоянно подается инертный газ, который способствует интенсификации процесса дегазации, более равномерному перемешиванию жидкого металла в объеме ковша и обработке металла высокоосновным наведенным шлаком 9.
Восходящий поток газа 10, расширяясь, способствует распространению концентрично располагаемого нисходящего потока газа по объему ванны, преимущественно в верхней части, обеспечивая поступление необработанного жидкого металла в зону контакта со шлаком.
Через фурмы 5 при движении вакуум-камеры вверх (при истечении жидкого металла через патрубок) или в верхней части рабочего хода вакуум-камеры (после слива порции) при помощи пневмонагнетателей 11 и индивидуальных трубопроводов 12 в струе инертного газа подают порошкообразные реагенты (десульфураторы, раскислители, модификаторы). Частицы 13 порошка, увлекаемые потоками инертного газа, распространяются по объему ванны. Возможна остановка вакуум-камеры в верхнем положении до полной выдачи требуемого количества порошкообразного реагента.
Выбор варианта подачи порошков (периодически или при остановленной вакуум-камере) определяется потребным количеством вводимых добавок.
Восходящий поток инертного газа при этом предотвращает попадание реагентов внутрь камеры с тем, чтобы исключить образование шлака и трудноудалимых настылей, ухудшающих качество металла при последующих циклах обработки.
3
При обработке плавок стали 08Ю массой 385 т для автолиста с исходным содержанием серы 0,035%, через шесть фурм, встроенных в патрубок порционного вакууматора, подают инертный газ с расходом около 100 нм/ч или газопорошковую смесь с содержанием порошка силикокальция 0,6-1,0 кг/т, и в заключение в течение ≈3 мин - аргон для удаления неметаллических включений.
В результате комбинированной обработки при получении однородного состава содержание водорода в стали уменьшается на ≈50%, а серы на 35-40%. Время достижения гомогенного состава снижается на 5-10%.
Таким образом, применение предлагаемого, способа, позволяет устранить основной недостаток порционного вакуумирования - отсутствие средств для эффективной десульфурации, создать универсальное оборудование внепечной обработки с полным комплексом технологических возможностей, существенно повысить качество обрабатываемого металла, значительно снизить капитальные затраты на оборудование и повысить его производительность.