[go: up one dir, main page]

RU2231560C1 - Способ раскисления и модифицирования металла и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ раскисления и модифицирования металла и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2231560C1
RU2231560C1 RU2003111415/02A RU2003111415A RU2231560C1 RU 2231560 C1 RU2231560 C1 RU 2231560C1 RU 2003111415/02 A RU2003111415/02 A RU 2003111415/02A RU 2003111415 A RU2003111415 A RU 2003111415A RU 2231560 C1 RU2231560 C1 RU 2231560C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
metal
reagent
hopper
reactant
melting
Prior art date
Application number
RU2003111415/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2003111415A (ru
Inventor
Анатолий Яковлевич Наконечный (UA)
Анатолий Яковлевич Наконечный
В.Н. Урцев (RU)
В.Н. Урцев
Д.М. Хабибулин (RU)
Д.М. Хабибулин
С.Н. Аникеев (RU)
С.Н. Аникеев
В.Ю. Штоль (RU)
В.Ю. Штоль
Original Assignee
ООО "Сорби стил"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ООО "Сорби стил" filed Critical ООО "Сорби стил"
Priority to RU2003111415/02A priority Critical patent/RU2231560C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2231560C1 publication Critical patent/RU2231560C1/ru
Publication of RU2003111415A publication Critical patent/RU2003111415A/ru

Links

Images

Landscapes

  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Abstract

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при раскислении и модифицировании стали. Способ раскисления и модифицирования металла включает нагрев и расплавление реагента в виде смеси, содержащей измельченные металлический алюминий и, по крайней мере, один щелочноземельный металл (ЩЗМ), подачу реагента в струе газа из, по крайней мере, одного бункера через фурму, погружаемую под уровень металла, создание в фурме и бункере давления, избыточного над ферростатическим, возникающим на глубине в месте подачи реагента в металл, и обеспечение контакта металла и реагента в расплавленном виде. Нагрев и расплавление смеси осуществляют на глубине в месте подачи ее в металл. Величину избыточного давления в фурме и бункере поддерживают на уровне, обеспечивающем расплавление смеси перед контактом с металлом без кипения ее составляющих. Устройство содержит футерованную емкость для расплава, по крайней мере один бункер для измельченного реагента, соединительный узел, установленный с возможностью вертикального перемещения относительно емкости, штангу с колоколом и фурму, установленную концентрично внутри штанги, соединенную с бункером и магистралью подачи газа. Штанга и фурма закреплены на соединительном узле. Устройство снабжено системой, регулирующей величину избыточного давления в фурме и бункере, и камерой для расплавления реагента, выполненной в виде емкости с произвольно ориентированными отверстиями в стенках и днище, характерный размер которых меньше минимального размера измельченного реагента, и установленной на фурме под колоколом. Отношение объема колокола к объему камеры равно 1,2-3,1. Технический результат - снижение расхода реагента, повышение качества металла и исключение затрат энергии на расплавление реагента и его транспортировку в жидком виде. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам обработки стали и сплавов активными добавками и устройствам, применяемым для этого, и может быть использовано при раскислении и модифицировании стали.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ ввода жидкого реагента под уровень расплавленного металла, в котором раскрыт способ раскисления металла, предусматривающий нагрев и расплавление реагента, подачу реагента в струе газа из по крайней мере одного бункера через фурму, погружаемую под уровень металла, создание в фурме и бункере давления, избыточного над ферростатическим, возникающим на глубине в месте подачи реагента в металл, и обеспечение контакта металла и реагента в расплавленном виде (SU 1242528 А1, МПК7 С 21 С 7/00, опубл. 07.07.1986) /1/.
Способ позволяет за счет подачи реагента в металл в жидком виде добиваться равномерного распределения его в объеме металла и более точно регулировать его расход. Однако, вследствие того, что в известном способе жидкий реагент подготавливается, расплавляется и сохраняется в жидком виде в дополнительном дозаторе за пределами высокотемпературной зоны установки, то при транспортировке к расплавленному металлу жидкого реагента наблюдаются значительные его потери из-за намораживания на стенках трубопроводов. Способ предусматривает большие энергетические затраты - на питание индуктора при нагреве, плавлении и хранении реагента и на питание электромагнитного насоса при транспортировке расплавленного реагента.
Для реализации способа могут использоваться различные устройства.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для ввода реагента под уровень расплавленного металла, содержащее футерованную емкость для расплава, по крайней мере один бункер для измельченного реагента, соединительный узел, установленный с возможностью вертикального перемещения относительно емкости, штангу с колоколом и фурму, установленную концентрично внутри штанги и соединенную с бункером и магистралью подачи газа, при этом штанга и фурма закреплены на соединительном узле (US 5413315, МПК7 С 21 С 7/04, 09.05.1995) /2/.
Устройство позволяет подавать реагент в требуемую зону расплавленного металла, но не обеспечивает предварительного расплавления реагента перед его контактом с металлом и не позволяет поддерживать регламентированное избыточное давление газа, что приводит к неравномерному распределению реагента в объеме обрабатываемого металла.
Задачей изобретения является создание способа обработки металла и устройства для его осуществления, обладающего пониженными энергетическими и материальными затратами.
Ожидаемый технический результат - снижение расхода реагента, повышение качества металла за счет снижения содержания вредных примесей, неметаллических включений и изменения их формы. Другим результатом, достигаемым при использования изобретения, является снижение энергетически затрат.
Технический результат достигается тем, что в известном способе раскисления и модифицирования металла, включающем нагрев и расплавление реагента, подачу реагента в струе газа из по крайней мере одного бункера через фурму, погружаемую под уровень металла, создание в фурме и бункере давления, избыточного над ферростатическим, возникающим на глубине в месте подачи реагента в металл, и обеспечение контакта металла и реагента в расплавленном виде, по изобретению в качестве реагента используют смесь, содержащую измельченные металлический алюминий и по крайней мере один щелочноземельный металл (ЩЗМ), нагрев и расплавление смеси осуществляют на глубине в месте подачи ее в металл, а величину избыточного давления в фурме и бункере поддерживают на уровне, обеспечивающем расплавление смеси перед контактом с металлом без кипения ее составляющих.
Для реализации способа предложено известное устройство для раскисления и модифицирования металла, содержащее футерованную емкость для расплава, по крайней мере один бункер для измельченного реагента, соединительный узел, установленный с возможностью вертикального перемещения относительно емкости, штангу с колоколом и фурму, установленную концентрично внутри штанги и соединенную с бункером и магистралью подачи газа и закрепленную вместе со штангой на соединительном узле, снабдить системой, регулирующей величину избыточного давления в фурме и бункере, и камерой для расплавления реагента, выполненной в виде емкости с произвольно ориентированными отверстиями в стенках и днище, характерный размер которых меньше минимального размера измельченного реагента, и установленной на фурме под колоколом, при этом отношение объема колокола к объему камеры равно 1,2-3,1.
Устройство может быть снабжено приводом вращения, установленным на соединительном узле и соединенного со штангой, при этом штанга должна быть установлена на соединительном узле вертикально с возможностью вращения относительно ее оси. Фурма может быть установлена с возможностью вертикального перемещения относительно соединительного узла и штанги, а камера для расплавления реагента выполнена съемной.
Предложение основано на том, что в качестве реагента используют смесь, содержащую измельченные металлический алюминий и по крайней мере один щелочноземельный металл (ЩЗМ). Введение алюминия совместно с по крайней мере одним щелочноземельным металлом при обязательном их расплавлении в одной камере с образованием жидкого сплава приводит к повышению раскисляющей способности алюминия, повышению растворимости ЩЗМ в металле и значительному снижению степени его испарения. Наличие окислов ЩЗМ в продуктах раскисления способствует получению легкоплавких, а в рассматриваемых условиях жидких, алюминатов щелочноземельных металлов, в результате чего α(Al2O3) в оксидной фазе уменьшается.
Образующиеся жидкие алюминаты щелочноземельных металлов коалесцируют и легко удаляются из металла. Оставшиеся включения приобретают глобулярную форму и при последующей обработке (прокатке) не деформируются. Это приводит к увеличению ударной вязкости, готовой стали до 3 раз (при -50°С, 0°С и 50°С) и относительного сужения поперечного сечения образцов в 2-3 раза по сравнению с раскислением чистым алюминием.
Предложенная смесь реагентов может состоять как из чистых металлов (Al, Ca, Mg, Ba и др.), так и содержать наполнитель в виде, например, железной стружки или чугунной дроби. Степень измельчения материалов, то есть фракционный состав входящих в смесь реагентов, определяется используемой в устройстве насадкой, конструкция которой, в первую очередь, характерный размер отверстий должны быть согласованы. Смесь может содержаться в одном бункере. В этом случае предпочтительно материалы должны быть измельчены до одинакового фракционного состава. Материалы, составляющие смесь, могут подаваться из различных бункеров.
Для того чтобы уменьшить энергетические и тепловые потери в изобретении предлагается нагрев и расплавление смеси реагентов осуществлять на глубине в месте подачи ее в металл, то есть за счет тепла металла, при этом предусмотрено исключить контакт твердых частиц реагента с жидким металлом. Для этого разработана камера для расплавления реагента, выполненная в виде емкости с произвольно ориентированными отверстиями в стенках и днище. Отверстия в камере могут быть выполнены различной формы, при этом минимальный (характерный) размер, не препятствующий прохождению материала, должен быть меньше минимального размера измельченного реагента. Камера установлена на фурме под колоколом. Попадающий в камеру в струе газа-носителя реагент отделяется от газа, плавится, а образующийся жидкий сплав поступает в металл.
Поскольку щелочноземельные металлы обладают пониженной по сравнению с температурой обрабатываемого металла температурой кипения, то это должно приводить к большим потерям ЩЗМ на испарение. Для исключения этого явления в изобретении предусмотрено поддерживать величину избыточного давления в фурме и бункере на уровне, обеспечивающем расплавление смеси перед контактом с металлом без кипения ЩЗМ, входящих в ее состав. Величина избыточного давления, а также расход газа и реагента выбирается таким, чтобы обеспечить расплавление металлов ЩЗМ и нагрев полученного сплава до температуры обрабатываемого металла без кипения и испарения. Величина давления во многом определяется глубиной погружения и взаимным расположением камеры, металла и колокола и расходами материала. Оптимально используемые сочетания этих факторов позволяют получить указанный технический результат.
Для поддержания давления созданное устройство предлагается оснастить системой, регулирующей величину избыточного давления в фурме и бункере. Тип и наличие тех или иных элементов системы для реализации изобретения не является принципиальным. Необходимым является наличие системы и возможность реализации признаков регулировки и поддержания избыточного давления.
Не является принципиальным наличие тех или иных видов бункеров. Необходимым условием является лишь возможность создания в бункере избыточного давления и возможность подачи из него реагента. Например, можно использовать пневмокамерный насос или любой из видов пневмотранспортных установок.
Штанга с колоколом может быть установлена вращающейся с расположением привода на соединительном узле. Создание дополнительного перемешивания металла в результате вращения штанги с колоколом позволяет еще более равномерно распределять реагент в объеме металла, а установка фурмы с возможностью вертикального перемещения позволяет облегчить настройку устройства для обработки расплава и создает условия для быстрой смены камер фурмы.
Для реализации способа в предложенном устройстве необходимо соблюдения соотношения рабочих объемов колокола и камеры в интервале 1,2-3,1. При отношении рабочего объема колокола и камеры менее 1,2 наблюдается загромождение камеры из-за закрытия жидким металлом ее отверстий, а при отношении рабочего объема колокола и камеры более 3,1 поступающий реагент не успевает расплавляться, образуя сплав, и забивает отверстия камеры и подводящие каналы. В обоих случаях работа устройства нарушается.
На фиг.1 представлена схема устройства для раскисления и модифицирования металла; на фиг.2 - схема камеры для расплавления реагента.
Устройство для раскисления и модифицирования металла содержит футерованную емкость 1 для обрабатываемого металла, полую штангу 2 с закрепленным на одном ее конце колоколом 3, установленную концентрично внутри штанги 2 фурму 4 и соединенную с бункером 5 и магистралью 6 подачи газа. Устройство снабжено системой, регулирующей величину избыточного давления в фурме и бункере (на фиг.1 не показано) и съемной камерой 7 для расплавления реагента, выполненной в виде емкости (фиг.2), с произвольно ориентированными отверстиями 8 в стенках и днище, характерный размер которых меньше минимального размера измельченного реагента. Камера 7 установлена на фурме 4 под колоколом 3. Устройство содержит соединительный узел 9, установленный с возможностью вертикального перемещения относительно емкости 1, при этом штанга 2 и фурма 4 закреплены на соединительном узле 9. Устройство может быть снабжено приводом 10 вращения, установленным на соединительном узле 9 и соединенным передачей 11 со штангой 2, при этом штанга 2 установлена вертикально с возможностью вращения относительно ее оси на соединительном узле 9. Фурма 4 может быть установлена с возможностью вертикального перемещения относительно соединительного узла 9 и штанги 2.
Устройство работает следующим образом.
В предварительно заполненную жидким металлом емкость 1, в металл начинают погружать штангу 2 с установленным на ней колоколом 3 и камерой 7, соединенной с фурмой 4. При этом для предупреждения попадания шлака в камеру и колокол перед погружением низ колокола закрывают футерованной крышкой, удаляемой после погружения, или чехлом из тонколистового металла, растворяющегося после погружения. После погружения колокола на глубину 0,05-0,15 высоты ковша, при этом камера находится над поверхностью металла, через фурму 4 и камеру 7 начинают подавать газ. По мере дальнейшего погружения колокола и камеры в металл давление газа в бункере 5 и в фурме 4 увеличивают пропорционально росту ферростатического давления, не допуская контакта камеры 7 и жидкого металла. При достижении колоколом и камерой нижнего положения, равного 0,6-0,95 высоты ковша, погружение колокола с камерой прекращают. Определяют величину необходимого для предотвращения кипения ЩЗМ избыточного давления и устанавливают указанное давление в фурме, камере и бункере. С помощью, например, пневмокамерного насоса в фурму 4 и камеру 7 подают реагент, который, обладая большими, чем отверстия в камере, размерами, задерживается в камере 7 и плавится. Образующийся жидкий сплав алюминий - ЩЗМ прогревается до температуры обрабатываемого металла и за счет струй газа поступает в металл. Продолжительность обработки устанавливается в зависимости от расхода реагента. По окончании подачи реагента давление постепенно снижают и колокол и фурму извлекают из металла. В случае оборудования штанги 2 средством вращения во время погружения, подачи реагента и извлечения штанги производят ее вращение, что обеспечивает дополнительное перемешивание металла.
Пример
Сталь марки 14Г2 обрабатывали в 140-тонном ковше. Металл перед обработкой имел температуру 1590°С и следующий состав, мас.%: углерод 0,15; кремний 0,29; марганец 1,55; сера 0,025; фосфор 0,028; азот 0,005; кислород 0,0072. В качестве реагента использовали алюминий в виде сечки в количестве 0,6 кг/т и гранулированный магний в количестве 0,12 кг/т. Фракционный состав реагентов 1,6-2,3 мм. Материалы смешивались в бункере пневмоустановки и подавались через погруженные в металл на глубину 2,4 м штангу, фурму и камеру, которые для защиты были футерованы огнеупорным кирпичом. Штанга, фурма и камера погружались в расплав металла со скоростью не более 1,5 м/мин при одновременной продувке аргоном и росте давления по манометру бункера пневмоустановки 0,17-0,18 атм/с. При достижении глубины 2,4 м устанавливали избыточное давление в бункере и камере приблизительно 5,8 ати и подавали реагент с помощью пневмонасоса. Реагент расплавлялся, образуя сплав в жидком виде, который по отверстиям камеры диаметром 1,5 мм поступал в жидкий металл. Расход аргона составил 1,6 м3 на 1 кг вводимого магния. Продолжительность ввода реагента 5,2 мин. После ввода реагента пневмонасос отключали, но подачу аргона продолжали еще 1,5-2 мин. Штангу, фурму и камеру извлекали из металла со скоростью 1,5-2 м/мин, при этом давления снижали таким образом, чтобы исключить контакт металла с камерой. После обработки металл имел температуру 1550°С и следующий состав, мас.%: углерод 0,15; кремний 0,28; марганец 1,55; сера 0,009; фосфор 0,025; азот 0,0028; кислород 0,003; магний 0,015.
В результате обработки содержание примесей понизилось на следующее количество: серы 0,016; кислорода 0,0042; азота 0,0022.
Проверка образцов готового металла показала:
Ударную вязкость KCU=0,65 МДж/м2.
Относительное сужение ψ=62%.
Приведенный пример является характерным и не исчерпывает все возможные варианты способа и выполнения устройства в рамках изобретения. Для сравнения результатов проведена обработка металла алюминием по технологии ближайшего аналога.
Сравнение показывает, что расход реагента снизился на 46% при повышении ударной вязкости KCU в 2,1 раза и относительного сужения в 2,8 раза.
Использование изобретения позволяет снизить расход реагента, повысить качество металла и сократить энергетические затраты, так как при реализации способа исключены затраты энергии на расплавление реагента и его транспортировку в жидком виде.

Claims (5)

1. Способ раскисления и модифицирования металла, включающий нагрев и расплавление реагента, подачу реагента в струе газа из, по крайней мере, одного бункера через фурму, погружаемую под уровень металла, создание в фурме и бункере давления избыточного над ферростатическим, возникающим на глубине в месте подачи реагента в металл, и обеспечение контакта металла и реагента в расплавленном виде, отличающийся тем, что в качестве реагента используют смесь, содержащую измельченные металлический алюминий и, по крайней мере, один щелочноземельный металл, нагрев и расплавление смеси осуществляют на глубине в месте подачи ее в металл, а величину избыточного давления в фурме и бункере поддерживают на уровне, обеспечивающем расплавление смеси перед контактом с металлом без кипения ее составляющих.
2. Устройство для раскисления и модифицирования металла, содержащее футерованную емкость для pacплава, по крайней мере, один бункер для измельченного реагента, соединительный узел, установленный с возможностью вертикального перемещения относительно емкости, штангу с колоколом и фурму, установленную концентрично внутри штанги и соединенную с бункером и магистралью подачи газа, при этом штанга и фурма закреплены на соединительном узле, отличающееся тем, что оно снабжено системой, регулирующей величину избыточного давления в фурме и бункере, и камерой для расплавления реагента, выполненной в виде емкости с произвольно ориентированными отверстиями в стенках и днище, характерный размер которых меньше минимального размера измельченного реагента, и установленной на фурме под колоколом, при этом отношение объема колокола к объему камеры равно 1,2-3,1.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено приводом вращения, установленным на соединительном узле и соединенного со штангой, а штанга установлена вертикально с возможностью вращения относительно ее оси.
4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что фурма установлена с возможностью вертикального перемещения относительно соединительного узла и штанги.
5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что камера для расплавления реагента выполнена съемной.
RU2003111415/02A 2003-04-22 2003-04-22 Способ раскисления и модифицирования металла и устройство для его осуществления RU2231560C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003111415/02A RU2231560C1 (ru) 2003-04-22 2003-04-22 Способ раскисления и модифицирования металла и устройство для его осуществления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003111415/02A RU2231560C1 (ru) 2003-04-22 2003-04-22 Способ раскисления и модифицирования металла и устройство для его осуществления

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2231560C1 true RU2231560C1 (ru) 2004-06-27
RU2003111415A RU2003111415A (ru) 2004-12-27

Family

ID=32846970

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003111415/02A RU2231560C1 (ru) 2003-04-22 2003-04-22 Способ раскисления и модифицирования металла и устройство для его осуществления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2231560C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1450013A (en) * 1974-04-20 1976-09-22 Thyssen Niederrhein Ag Method of introducing alkali-earth treatment materials into molten steel
SU673659A1 (ru) * 1977-03-11 1979-07-15 Украинский научно-исследовательский институт металлов Способ обработки жидкого металла в ковше
SU1242528A1 (ru) * 1983-04-15 1986-07-07 Институт проблем литья АН УССР Способ ввода жидкого реагента под уровень расплавленного металла
US4765830A (en) * 1986-08-25 1988-08-23 The Dow Chemical Company Injectable reagents for molten metals
US5413315A (en) * 1993-04-14 1995-05-09 Norsk Hydro A.S. Injection equipment

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1450013A (en) * 1974-04-20 1976-09-22 Thyssen Niederrhein Ag Method of introducing alkali-earth treatment materials into molten steel
SU673659A1 (ru) * 1977-03-11 1979-07-15 Украинский научно-исследовательский институт металлов Способ обработки жидкого металла в ковше
SU1242528A1 (ru) * 1983-04-15 1986-07-07 Институт проблем литья АН УССР Способ ввода жидкого реагента под уровень расплавленного металла
US4765830A (en) * 1986-08-25 1988-08-23 The Dow Chemical Company Injectable reagents for molten metals
US5413315A (en) * 1993-04-14 1995-05-09 Norsk Hydro A.S. Injection equipment

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5476815B2 (ja) 真空脱ガス装置における複合ランスを用いた加熱・精錬方法
CZ298802B6 (cs) Zpusob prímého tavení
KR20030040463A (ko) 정련제 및 정련 방법
JP5888445B1 (ja) 溶融スラグのフォーミング鎮静方法及びスラグ製品の製造方法
DE69716582T2 (de) Verfahren und vorrichtung zur vakuum-entkohlung/feinung von flüssigem stahl
EP0030220A2 (en) Method for adding solids to molten metal
CN104561452B (zh) 一种底喷粉单嘴真空脱气精炼钢液的装置及方法
US4298192A (en) Method of introducing powdered reagents into molten metals and apparatus for effecting same
US3880411A (en) Device for treatment of molten cast iron in vessels
JP6816777B2 (ja) スラグのフォーミング抑制方法および転炉精錬方法
JP6228524B2 (ja) 連続鋳造方法
US4286646A (en) Method for inoculating or refining metal melts
CA2698492A1 (en) Rotary lance
MX2012005700A (es) Metodo para remover escoria de un horno.
FI56857C (fi) Saett och anordning foer raffinering av smaeltor med ett pulverformigt fast material och/eller gas
RU2231560C1 (ru) Способ раскисления и модифицирования металла и устройство для его осуществления
CN107419058B (zh) 钢水中添加少量低密度挥发性金属的方法
JPWO1997008348A1 (ja) 溶鋼の真空精錬方法及びその装置
KR880000468B1 (ko) 용융된 철의 욕에 칼슘을 첨가하는 방법 및 그 장치
JP2024527935A (ja) アトマイザ用リザーバ
NO874356L (no) Injeksjon av stoffer inn i vaesker med hoey temperatur.
US4232854A (en) Method of introducing powdered reagents into molten metals and apparatus for effecting same
EP0016273B1 (en) Process and apparatus for the production of metallic compositions comprising at least two constituents, one constituent having a melting temperature exceeding the boiling temperature of the other
UA129669C2 (uk) Газове розпилення розплавленої сталі
US4612044A (en) Method of vacuum treating metal melts, and vessel for use in the method

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PC4A Invention patent assignment

Effective date: 20060511

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130423