УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОННОЙ ПРОДУВКИ МЕТАЛЛА ГАЗОМ

Техническое решение относится к металлургии и может быть использовано при внепечной обработке стали в ковше путем продувки инертным газом.
Донная продувка металла аргоном в ковше осуществляется через систему донной продувки и используется для обработки жидкой стали при выпуске плавок из конвертера при обработке на агрегатах доводки стали, на установке вакуумирования стали, на агрегатах печь-ковш, установке электродугового нагрева стали.
С помощью системы донной продувки осуществляются операции усреднения химического состава металла и его температуры по объему сталеразливочного ковша, интенсификации процесса дегазации металла при вакуумной обработке, удаления газов и неметаллических включений из жидкой стали, рафинирования металла от серы при обработке его на установке печь-ковш.
Одним из основных узлов системы донной продувки металла является устройство для донной продувки, размещенное в днище сталеразливочного ковша.
Устройство для донной продувки, размещенное в днище сталеразливочного ковша, включает в себя гнездовой блок, внутри которого выполнено отверстие в форме усеченного конуса, в которое вставляется пробка из огнеупорного материала, защищенная по нижней и вертикальным поверхностям стальным кожухом. Стальной кожух продувочной пробки выполнен в форме усеченного конуса, суженный конец его входит в контакт с расплавом. Для прохождения газового потока огнеупорная пробка может быть выполнена либо пористой, либо со щелевыми каналами и соединена в своей нижней части с патрубком для подвода продувочного газа
В сталеразливочном ковше осуществляются различные высокотемпературные химические процессы, в ходе которых продувочная пробка играет важную роль. Обычно через продувочную пробку продувают такой газ, как аргон. В своей верхней части, которая обращена к расплаву металла продувочная пробка, сильно изнашивается. При уменьшении высоты пробки до минимально допустимого уровня ее необходимо заменять новой. Процесс замены продувочной пробки трудоемок и продолжителен по времени, кроме того.
В связи с тем, что расплавленный металл обладает высокой проницаемостью, при каждой замене пробки снижается надежность уплотнения в зоне расположения продувочного устройства, происходит нарушение целостности футеровки гнездового блока ковша в этой зоне, снижается срок службы как устройства для продувки, так и самого ковша.
В процессе освоения технологии внепечной обработки жидкой стали основными направлениями в развитии являются повышение надежности конструкции продувочного устройства, обеспечение гарантированной пропускной способности продувочной фурмы, увеличение срока службы продувочного устройства, простота замены его при ремонтах, увеличение межремонтного периода ковша по причине нарушения футеровки в зоне установки продувочного устройства.
Одним из основных направлений развития является разработка конструкций продувочных устройств с использованием в них специальных керамических пробок, устанавливаемых в днище ковша. Для продувочной пробки выбирают огнеупорный материал, исходя из условий эрозии и абразивного износа при использовании с учетом конструктивного исполнения и способа изготовления.
Известны различные конструкции устройств для донной продувки стали, представляющие собой фурму с плотным наружным слоем из огнеупорного материала и пористым внутренним слоем (ст. «Фурмы и пористые вставки ковшевой металлургии», Балтизманский В.И. и др. Бюл. «Черметинформация» М. 1989. Вып. 2. с. 6-16).
К недостаткам известных устройств относятся относительно низкие эксплуатационные возможности, а именно малый срок службы пористой пробки, обусловленный наличием температурных напряжений, нестабильной подачей инертного газа за счет закупоривания каналов продувки металлом.
Более высокими эксплуатационными свойствами, такими как повышенный срок службы, стабильность потока инертного газа на выходе из пористой пробки, обладает «Устройство для донной продувки металла», содержащее гнездовой блок с расположенной в нем и имеющей форму усеченного конуса пористой пробкой, пористость которой образована каналами, заключенную в оболочку конической формы, прикрепленную вместе с пористой пробкой посредством огнеупорного склеивающего материала к гнездовому блоку и имеющую со стороны большого основания пористой пробки фланец с отверстием для подачи инертного газа, причем между фланцем и пробкой выполнена полость для распределения инертного газа (см. патент РФ №2129165, МПК C21C 5/48, 1999 г.)
К недостаткам продувочного устройства такой конструкции относится то, что продувочное устройство не имеет стабильные продувочные характеристики из-за углеродосодержащих отложений на стенках продувочных каналов, которые образуются при выгорании каналообразователей в процессе термической обработки фурмы. Повышенная пористость продувочной пробки обуславливает высокую скорость износа продувочного узла, и соответственно по мере износа изменение продувочных характеристик устройства. Кроме того, при эксплуатации происходит размывание гнездового блока.
С целью повышения стойкости гнездового блока для его изготовления используют материалы с, обеспечивающие существенное повышение его огнеупорных свойств (см. патент РФ №2388570, C21C 7/072, 2008 г.)
Однако данное техническое решение также не решает задачу по повышению стойкости всего продувочного узла, в связи с тем, что срок службы устройства сокращается из-за износа пористой пробки, нестабильная подача продувочного газа за счет закупоривания каналов продувки металлом.
Известно устройство для донной продувки металла, обладающее более высокими эксплуатационными свойствами, обеспечивающее стабильность потока продувочного газа на выходе из продувочной фурмы при более длительном гарантированном сроке службы продувочного устройства, что соответственно снижает эрозионный износ футеровки ковша в зоне расположения продувочного устройства.
Известное устройство включает в себя гнездовой блок с расположенной в нем продувочной фурмой, состоящей из собранных из отдельных деталей коаксиально расположенных, прессованных из огнеупорных материалов, выполненных в виде усеченного конуса или в виде усеченной пирамиды, сопряженных с образованием между ними каналов для подачи инертного газа и заключенных в металлическую оболочку, по форме адекватную внешней поверхности продувочного узла, имеющую со стороны большого основания продувочного узла приваренный металлический фланец, выполненный с отверстием для подачи инертного газа, причем между фланцем и продувочным узлом выполнена газораспределительная полость, а продувочная фурма комплектуется с гнездовым блоком (см. патент РФ №2234540, МПК C21C 5/48; C21C 7/072; B22D 1/00, 2003 г. «Устройство для донной продувки газом») - прототип.
В данной конструкции продувочного устройства требуемая пропускная способность фурмы обеспечивается за счет задаваемой ширины и толщины щелевых каналов, расположенных по окружности при сопряжении конусных деталей продувочной пробки, а также количеством составных элементов, которое определяется расчетным путем. Кроме того, при изготовлении требуется точная подгонка составных элементов относительно друг друга, соответственно большая чистота обработки сопрягаемых деталей, что достигается шлифовкой как поверхностей деталей, так и шлифовкой самих каналов. Для обеспечения гарантированной пропускной способности устройства в процессе эксплуатации ковша в устройстве предусмотрено, что отдельные каналы фурмы частично перекрыты на расстоянии 25 мм от рабочей поверхности фурмы, а часть каналов перекрыты на расстоянии 50 мм.. В процессе эксплуатации происходит последовательное открытие каналов продувочной фурмы, что обеспечивает стабильность продувки, продолжительность эксплуатации увеличивается.
Однако, данное устройство обладает рядом существенных недостатков. К недостаткам данного устройства относятся сложность конструкции фурмы, сложность подгонки отдельных деталей фурмы в сопрягаемых поверхностях при ее изготовлении. Кроме того, частичное перекрытие каналов в начале эксплуатации фурмы и последовательное введение дополнительных продувочных каналов по мере износа ее рабочей поверхности, не обеспечивает достаточное количество продувочного газа для обработки жидкого расплава. Качество продувки металла ухудшается, несмотря на относительное увеличение срока службы устройства.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является увеличение срока службы и надежности устройства для продувки металла газом при одновременном повышении стабильности продувки, а также упрощение процесса изготовления устройства.
Указанный технический эффект достигается за счет того, что в устройстве, включающем в себя гнездовой блок с размещенным в нем продувочным узлом, снабженным продувочной фурмой, выполненной в виде усеченного конуса или в виде усеченной пирамиды, заключенной в металлическую оболочку, по форме адекватную внешней поверхности продувочного узла, имеющую со стороны большого основания продувочного узла приспособление для подачи продувочного газа, размещенный в гнездовом блоке продувочный узел имеет дополнительную фурму, снабженную индивидуальным приспособлением для подвода продувочного газа, при этом внутренние рабочие поверхности фурм смещены относительно друг друга на 20-150 мм., причем рабочая поверхность одной из фурм расположена на уровне рабочей поверхности гнездового блока, а рабочая поверхность другой фурмы на 20-150 мм. ниже уровня рабочей поверхности гнездового блока, при этом фурмы продувочного узла выполнены с лабиринтными или щелевыми каналами, а гнездовой блок и размещенный в нем продувочный узел выполнены как единое целое путем прессования или отливки, при этом гнездовой блок в верхней его части имеет форму прямоугольного параллепипеда со скошенными боковыми поверхностями или полукруглыми; фурма продувочного узла, рабочая поверхность которой расположена на уровне рабочей поверхности гнездового блока, выполнена пористой с прямыми или лабиринтными продувочными каналами, а фурма, рабочая поверхность которой расположена ниже уровня рабочей поверхности гнездового блока, выполнена со щелевыми каналами; фурма продувочного узла, рабочая поверхность которой расположена на уровне рабочей поверхности гнездового блока, выполнена пористой с прямыми или лабиринтными продувочными каналами, а фурма, рабочая поверхность которой расположена ниже уровня рабочей поверхности гнездового блока выполнена с прямыми каналами; фурма продувочного узла, рабочая поверхность которой расположена на уровне рабочей поверхности гнездового блока, выполнена пористой или щелевой с прямыми продувочными каналами, а фурма, рабочая поверхность которой расположена ниже уровня рабочей поверхности гнездового блока, выполнена с лабиринтными каналами; фурма, рабочая поверхность которой расположена на уровне рабочей поверхности гнездового блока, выполнена с лабиринтными каналами, а дополнительная фурма выполнена щелевой; обе фурмы продувочного узла выполнены с идентичными каналами.
Сущность технического решения поясняется чертежами, где на:
Фиг. 1 - изображен общий вид устройства для донной продувки металла, фронтальный разрез;
Фиг. 2 - изображен горизонтальный разрез устройства для донной продувки металла.
Устройство для донной продувки металла состоит из гнездового монолитного блока 1, имеющего рабочую поверхность 2, взаимодействующую с жидким расплавом металла, внутри гнездового блока 1 заформован продувочный узел, состоящий из фурмы 3, в виде усеченного конуса, имеющей со стороны узкого основания конуса рабочую поверхность 4, расположенную на уровне рабочей поверхности 2 гнездового блока 1 и фурмы 5, имеющей со стороны узкого основания конуса рабочую поверхность 6. Для подвода продувочного газа фурма 3 со стороны своей широкой части усеченного конуса соединена с системой подачи продувочного газа 7, а фурма 5 с системой 8. Фурмы 3 и 5 продувочного узла выполнены из огнеупорного материала, заформованного в оболочку из жаростойкой стали. Продувочные каналы фурма 3 и 5 могут быть пористыми или щелевыми лабиринтными или прямоточными.
Пример конкретного выполнения.
Каждая продувочная фурма продувочного блока изготавливается индивидуально, имеет стальную оболочку в виде усеченного конуса с газоподводящими патрубками со стороны широкого основания конуса, заполненную огнеупорным материалом, и имеет со стороны узкого основания конуса рабочую поверхность. Причем, одну фурму изготавливают короче другой, например, на 100 мм. Длинную фурму изготавливают с лабиринтными каналами путем прессования из корундового сырья. Короткую фурму изготавливают щелевой из наливного корундо-шпинельного бетона. Продувочные каналы фурм могут быть выполнены пористыми или щелевыми прямыми или лабиринтными каналами в различном их сочетании.
Затем их помещают в установленную на стенде форму для изготовления гнездового блока таким образом, что рабочая поверхность длинной фурмы размещается на уровне рабочей поверхности гнездового блока, а рабочая поверхность короткой фурмы размещается на 100 мм ниже уровня рабочей поверхности гнездового блока. Форма для изготовления гнездового блока имеет форму прямоугольного параллепипеда со скошенным верхом или может иметь полукруглые боковые грани. Вся конструкция заливается наливным огнеупорным бетоном таким образом, что гнездовой блок и продувочный узел представляют собой единую монолитную конструкцию.
После термической обработки гнездового монолитного блока устройство готово к эксплуатации.
Устройство для донной продувки металла газом работает следующим образом.
Гнездовой блок герметично встраивается в рабочий слой футеровки в днище сталеразливочного ковша. После начала поступления жидкого металла в ковш газ для его продувки подают через газоподводящий патрубок 7 фурмы 3. Конструктивные параметры продувочных каналов, например, лабиринтных, фурмы 3 подобраны таким образом, что газ поступает в жидкий металл в виде разрыхленного потока мелких пузырьков, осуществляя перемешивание металла, его рафинирование и т.д. Кроме того, подобранные размеры и форма продувочных каналов фурм препятствуют их заметалливанию. Соприкасаясь с жидким металлом, рабочая поверхность 4 фурмы 3 по мере продувки подвергаются износу. При обработке ковша кислородом после каждой разливки плавки, износу также подвергается рабочая поверхность 2 гнездового блока 1. При выработке рабочей поверхности гнездового блока до уровня рабочей поверхности 6 фурмы 5, отключают подачу газа через фурму 3 и производят продувку металла газом через фурму 5. В случае работоспособности фурмы 3, то отключение подачи газа через нее не производят и продолжают продувку металла одновременно двумя фурмами 3 и 5.
По индикатору износа судят об окончании рабочего ресурса продувочного устройства.
Предлагаемая конструкция устройства для донной продувки металла газом обладает высокими эксплуатационными свойствами, имеет повышенный срок службы, обеспечивает стабильность потока газа на выходе из пробки на протяжении всего процесса продувки.
Техническое решение обладает высокой степенью надежности и безопасности в работе, в связи с тем, что пробка является монолитной, соответственно отсутствует угроза ухода металла через пробку.