RU2430974C1

RU2430974C1 - Procedure for steel vacuumising

Info

Publication number: RU2430974C1
Application number: RU2010117276/02A
Authority: RU
Inventors: Владимир Викторович Тиняков (RU); Владимир Викторович Тиняков; Евгений Фёдорович Мазуров (RU); Евгений Фёдорович Мазуров; Дмитрий Рудольфович Ганин (RU); Дмитрий Рудольфович Ганин
Original assignee: Владимир Викторович Тиняков; Евгений Фёдорович Мазуров; Дмитрий Рудольфович Ганин
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2011-10-10

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: procedure consists in immersion of vacuum chamber with two cylinder branches into steel tapping ladle, in pressure pump-down by means of vacuum pumps, in supply of argon into one of branches and in interrupting flow of argon with ultra-sonic vibrations. Argon flow is supplied through pipes tuyeres installed in two or more rows along vertical. At residual pressure in the vacuum chamber 2.0-0.2 mm m.c. ultra-sonic vibrations of 20-45 kHz frequency are introduced into flow of argon through pipes-tuyeres of at least one row. Vibrations are generated by means of gas-dynamic or magnetic-striction or electro-striction generators. Oxygen is additionally supplied into the vacuum chamber before introduction of ultra-sonic vibrations into flow of argon through one or more tuyeres. Acoustic vibrations have frequency of 0.5-10 kHz and are generated by means of device creating detached flows and compression shocks.

EFFECT: increased rate and depth of steel refining from detrimental elements.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при внепечном рафинировании стали путем циркуляционного вакуумирования.The invention relates to ferrous metallurgy and can be used for out-of-furnace steel refining by circulating evacuation.

Известны различные способы циркуляционного вакуумирования с дополнительной обработкой расплава в процессе вакуумной обработки, позволяющие интенсифицировать процесс или повысить его эффективность.There are various methods of circulating evacuation with additional processing of the melt in the process of vacuum processing, allowing to intensify the process or increase its efficiency.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому способу (прототипом) является способ вакуумирования стали, включающий погружение вакуумной камеры с двумя цилиндрическими патрубками в сталеразливочный ковш, понижение давления с помощью вакуумных насосов, подачу аргона в один из патрубков с прерыванием потока аргона ультразвуковыми колебаниями, генерируемыми газодинамическими генераторами, основанными на принципе резонатора Гартмана [Сизов A.M. Газодинамика и теплообмен газовых струй в металлургических процессах. М.: Металлургия, 1987. - С.162-163].The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed method (prototype) is a method of evacuating steel, which includes immersing a vacuum chamber with two cylindrical nozzles in a steel pouring ladle, lowering the pressure using vacuum pumps, feeding argon into one of the nozzles with interruption of the argon flow by ultrasonic vibrations generated by gas-dynamic generators based on the principle of the Hartmann resonator [Sizov AM Gas dynamics and heat transfer of gas jets in metallurgical processes. M .: Metallurgy, 1987. - S.162-163].

Недостатком этого способа является то, что общее увеличение удельной скорости дегазации расплава зависит от площади контактной поверхности раздела «металл - газ» и при обработке струи металла ультразвуковыми колебаниями только во всасывающей трубе является относительно незначительным.The disadvantage of this method is that the overall increase in the specific rate of degassing of the melt depends on the area of the contact surface of the metal-gas section and when treating a metal jet with ultrasonic vibrations only in the suction pipe is relatively small.

Задачей на решение, которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение эффективности дегазации расплавленной стали при минимальных энергозатратах за счет увеличения поверхности раздела жидкой и газообразной фаз в вакуумной камере.The objective of the solution to which the invention is directed is to increase the degassing efficiency of molten steel with minimal energy consumption by increasing the interface between the liquid and gaseous phases in a vacuum chamber.

Техническим результатом изобретения является увеличение глубины и скорости дегазации.The technical result of the invention is to increase the depth and speed of degassing.

Указанная задача решается тем, что в способе вакуумирования стали, включающем погружение вакуумной камеры с двумя цилиндрическими патрубками в сталеразливочный ковш, понижение давления с помощью вакуумных насосов, подачу аргона в один из патрубков с прерыванием потока аргона ультразвуковыми колебаниями, согласно изобретению поток аргона подают через трубки-фурмы, установленные в 2 или более рядах по вертикали, а через трубки-фурмы, по крайней мере, одного ряда в поток аргона вводят ультразвуковые колебания с частотой в пределах 20-45 кГц при остаточном давлении в вакуум-камере 2,0-0,2 мм рт.ст. с помощью газодинамических, или магнитострикционных, или электрострикционных генераторов.This problem is solved in that in a method of evacuating steel, comprising immersing a vacuum chamber with two cylindrical nozzles in a steel pouring ladle, lowering the pressure using vacuum pumps, supplying argon to one of the nozzles with interruption of the argon flow by ultrasonic vibrations, according to the invention, the argon flow is fed through tubes - lances installed in 2 or more rows vertically, and through the lance tubes of at least one row ultrasonic vibrations with a frequency in the range of 20-45 kHz p are introduced into the argon stream With a residual pressure in the vacuum chamber of 2.0-0.2 mm Hg using gas-dynamic, or magnetostrictive, or electrostrictive generators.

Кроме того, в вакуумную камеру дополнительно до ввода в поток аргона ультразвуковых колебаний подают кислород через одну и более фурму с акустическими колебаниями частотой 0,5-10 кГц с помощью устройств, создающих отрывные течения и скачки уплотнения.In addition, in addition to introducing ultrasonic vibrations into the argon stream, oxygen is supplied to the vacuum chamber through one or more lances with acoustic vibrations of a frequency of 0.5-10 kHz using devices that create tear-off flows and shock waves.

Дегазация стали при вакуумной обработке определяется интенсивностью перемешивания металла и его удельной поверхностью, поэтому любые способы, увеличивающие удельную поверхность раздела, способствуют увеличению скорости и полноты дегазации расплава.Degassing of steel during vacuum treatment is determined by the intensity of mixing of the metal and its specific surface, therefore, any methods that increase the specific interface, contribute to an increase in the speed and completeness of degassing of the melt.

Под действием ультразвука растворенный газ сначала выделяется в виде пузырьков в зонах разрежения ультразвуковых волн, после чего пузырьки соединяются и при достижении достаточно большого размера всплывают на поверхность. При воздействии ультразвука в расплаве возникает кавитация: в образованные кавитационные пустоты проникает растворенный газ. При захлопывании кавитационных пузырей этот газ не успевает снова раствориться в металле и образует газовые пузырьки. Зародыши газовых пузырьков образуются в полупериод разрежения при распространении упругих ультразвуковых колебаний в расплаве, т.к. при уменьшении давления растворимость газов уменьшается. После этого газовые пузырьки под влиянием колебательных движений коагулируют и, достигая определенных размеров, всплывают.Under the action of ultrasound, the dissolved gas is first released in the form of bubbles in the rarefaction zones of ultrasonic waves, after which the bubbles are connected and, upon reaching a sufficiently large size, float to the surface. Under the influence of ultrasound, cavitation occurs in the melt: dissolved gas penetrates into the formed cavitation voids. When cavitation bubbles collapse, this gas does not have time to dissolve in the metal again and forms gas bubbles. The nuclei of gas bubbles are formed in the half-period of rarefaction during the propagation of elastic ultrasonic vibrations in the melt, because with decreasing pressure, the solubility of gases decreases. After that, gas bubbles coagulate under the influence of oscillatory movements and, reaching a certain size, float.

Пример реализации предлагаемого способа иллюстрируется на фиг.1-3.An example implementation of the proposed method is illustrated in figures 1-3.

На фиг.1 представлен циркуляционный вакууматор.Figure 1 shows the circulation vacuum.

На фиг.2 представлен вид А.Figure 2 presents a view of A.

На фиг.3 представлен разрез Б-Б.Figure 3 presents a section bB.

Позициями (фиг.1-3) обозначены: 1 - ковш, 2 - вакуумная камера, 3 - всасывающий патрубок, 4 - сливной патрубок, 5 - расплавленный металл, 6 - генератор (газодинамический, или магнитострикционный, или электрострикционный), 7 - фурма, 8 - устройство, создающее отрывные течения и скачки уплотнения.Positions (Figs. 1-3) indicate: 1 - bucket, 2 - vacuum chamber, 3 - suction pipe, 4 - drain pipe, 5 - molten metal, 6 - generator (gas-dynamic, or magnetostrictive, or electro-strict), 7 - lance , 8 - a device that creates tear-off flows and shock waves.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Ковш 1 устанавливают под вакуумную камеру 2, в него погружают оба патрубка, один из которых всасывающий 3, а другой - сливной 4. Затем включается вакуум-насос, и расплавленный металл 5, вследствие разности давлений между вакуумной камерой 2 и атмосферой, поднимается по обоим патрубкам на барометрическую высоту. Одновременно в нижнюю часть всасывающего патрубка 3 начинают вдувать аргон, который, поднимаясь вверх и увеличиваясь постепенно в объеме, образует газометаллическую эмульсию. Эта эмульсия, образуя высокий бурун над всасывающим патрубком 3, врывается в вакуумную камеру 2, где дегазируется. Наличие большого количества аргона способствует созданию огромной дополнительной реакционной поверхности, интенсифицируя процесс дегазации расплавленного металла 5. Из сливного патрубка 4 дегазированный металл, попадая снова в ковш 1, смешивается с находящимся в нем расплавленным металлом 5, несколько разбавляя содержание газов. Скорость циркуляции металла через вакуумную камеру 2, регулируемую количеством вдуваемого аргона, рассчитывают так, чтобы за 1 мин через вакуумную камеру 2 прошло из ковша 1 25-30% всего расплавленного металла 5, при этом процесс трехкратной обработки металла продолжается 10-20 мин. Скорость удаления примесей зависит от поверхности раздела «металл - газ», содержания удаляемой примеси и остаточного давления в вакуумной камере. Скорость удаления примесей падает с уменьшением содержания удаляемых примесей. Для компенсации снижения скорости удаляемых примесей при достижении остаточного давления 2 мм рт.ст. в поток аргона вводят ультразвуковые колебания, увеличивающие поверхность раздела «металл - газ», и понижают остаточное давление.The bucket 1 is installed under the vacuum chamber 2, both nozzles are immersed into it, one of which is suction 3 and the other is a drain 4. Then the vacuum pump is turned on and the molten metal 5, due to the pressure difference between the vacuum chamber 2 and the atmosphere, rises on both nozzles to barometric height. At the same time, argon is injected into the lower part of the suction pipe 3, which, rising up and gradually increasing in volume, forms a gas-metal emulsion. This emulsion, forming a high breaker above the suction pipe 3, bursts into the vacuum chamber 2, where it is degassed. The presence of a large amount of argon contributes to the creation of a huge additional reaction surface, intensifying the process of degassing molten metal 5. From the drain pipe 4, the degassed metal, once again falling into the ladle 1, mixes with the molten metal 5 contained in it, slightly diluting the gas content. The rate of circulation of the metal through the vacuum chamber 2, controlled by the amount of argon injected, is calculated so that in 1 min through the vacuum chamber 2 25-30% of all molten metal 5 passes from the ladle 1, while the process of triple metal processing lasts 10-20 minutes. The rate of removal of impurities depends on the metal-gas interface, the content of the removed impurity and the residual pressure in the vacuum chamber. The rate of removal of impurities decreases with decreasing content of removed impurities. To compensate for the decrease in the rate of removed impurities when a residual pressure of 2 mm Hg is reached ultrasonic vibrations are introduced into the argon stream, increasing the metal-gas interface and lowering the residual pressure.

Для увеличения степени обезуглероживания в вакуумную камеру 2 дополнительно до ввода в поток аргона ультразвуковых колебаний подают кислород через одну или более фурму 7 с акустическими колебаниями частотой 0,5-10 кГц с помощью устройств, создающих отрывные течения и скачки уплотнения.To increase the degree of decarburization, oxygen is supplied to the vacuum chamber 2, in addition to introducing ultrasonic vibrations into the argon stream, through one or more tuyeres 7 with acoustic vibrations of 0.5-10 kHz frequency using devices that create tear-off flows and shock waves.

Изобретение дает возможность повысить эффективность дегазации расплавленной стали, удаления из нее углерода и неметаллических включений при минимальных энергозатратах за счет увеличения поверхности раздела жидкой и газообразной фаз в вакуумной камере. Техническим результатом изобретения является увеличение скорости и глубины рафинирования от вредных элементов (углерод, водород, неметаллические включения и др.).The invention makes it possible to increase the efficiency of degassing molten steel, removing carbon and non-metallic inclusions from it with minimal energy consumption by increasing the interface between the liquid and gaseous phases in a vacuum chamber. The technical result of the invention is to increase the speed and depth of refining from harmful elements (carbon, hydrogen, non-metallic inclusions, etc.).

Claims

1. A method of evacuating steel, comprising immersing a vacuum chamber with two cylindrical nozzles in a steel pouring ladle, lowering the pressure using vacuum pumps, supplying argon to one of the nozzles with interruption of the argon flow by ultrasonic vibrations, characterized in that the argon flow is supplied through lance tubes, mounted in two or more rows vertically, and through the tuyeres of at least one row, ultrasonic vibrations with a frequency of 20-45 kHz are introduced into the argon stream at a residual pressure of 2.0 in the vacuum chamber -0.2 mmHg using gas-dynamic, or magnetostrictive, or electrostrictive generators.

2. The method according to claim 1, characterized in that, in addition to introducing ultrasonic vibrations into the argon stream, oxygen is supplied to the vacuum chamber through one or more tuyeres with acoustic vibrations of a frequency of 0.5-10 kHz using devices that create tear-off flows and shock waves .