SU1766966A1

SU1766966A1 - Method for working of liquid metal in the ladle

Info

Publication number: SU1766966A1
Application number: SU904872435A
Authority: SU
Inventors: Генрих Алексеевич Дорофеев; Анатолий Яковлевич Бабанин; Лев Васильевич Коваленко
Original assignee: Научно-производственное объединение "Тулачермет"
Priority date: 1990-07-18
Filing date: 1990-07-18
Publication date: 1992-10-07

Abstract

Использование: обработка жидкого металла в ковше инертным газом. Сущность: в процессе продувки помещением дискообразного углеродистого блока на поверхность буруна в пределах зеркала металла и среза ковша формируют и одновременно науглероживают поверхность металла. Площадь блока равна не менее 40% площади барботажной зоны, совпадающей с зеркалом металла.Use: treatment of liquid metal in the ladle with an inert gas. Essence: in the process of purging by placing a disc-shaped carbon block on the surface of the breaker within the limits of the metal mirror and the bucket cut, they form and simultaneously carburize the metal surface. The block area is equal to at least 40% of the area of the bubbling zone coinciding with the metal mirror.

Description

ЁYo

Изобретение относитс к черной металлургии , конкретнее к способам обработки жидкого металла в ковше инертным газом.The invention relates to ferrous metallurgy, and more specifically to methods for treating a liquid metal in a ladle with an inert gas.

Известен способ обработки жидкого металла в ковше, включающий продувку инертным газом через погружаемую в металл фурму, выполненную из огнеупорных катушек (Металлурги стали, Под ред. В.И.Явой- ского, Ю.В. Кр ковского, М.: Металлурги , 1983., с. 310-312).There is a known method of treating a liquid metal in a ladle, including purging with an inert gas through a tuyere immersed in metal, made of refractory coils (Steel Metals, Edited by V.I. Yavoysky, Yu.V. Krkovsky, M .: Metallurgists, 1983 ., p. 310-312).

Данный способ позвол ет усреднить жидкий металл по химическому составу и температуре, снизить содержание неметаллических включений и вредных газов.This method allows averaging liquid metal by chemical composition and temperature, reducing the content of non-metallic inclusions and harmful gases.

Недостатком способа вл етс вторичное окисление металла от взаимодействи открытых поверхностей газометаллического буруна и образующихс брызг с окислительной атмосферой ковша. Другим недостатком указанного способа вл ютс дополнительные потери металла за счет выплесков из ковша во врем продувки и дополнительной обрези головной и донной частей слитка в св зи с увеличением дефектов, образованных неметаллическими оксидными включени ми вторичного окислени .The disadvantage of this method is the secondary oxidation of the metal from the interaction of the open surfaces of the gas-metal breaker and the spatter formed with the oxidizing atmosphere of the ladle. Another disadvantage of this method is the additional metal loss due to splashing out of the ladle during purging and additional cutting of the head and bottom parts of the ingot due to the increase in defects formed by non-metallic oxide inclusions of secondary oxidation.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту вл етс способ обработки жидкого металла в ковше инертным газом, включающий подачу газа через погружную фурму с одновременной газодинамической защитой от вторичного окислени открытой поверхности образующегос бурунз стру ми инертного газа (А.С. Тимофеева, Э.Э. Меркер, А.Г. Св жин и др. Определение диаметра барботажно/i зоны в ковше. Черна металлурги . Бюллетень научно-технической информации, 1968 г., № 18, с. 37-38).The closest in technical essence and the achieved effect is a method of treating a liquid metal in a ladle with an inert gas, which includes supplying gas through a submerged tuyere with simultaneous gas-dynamic protection from the secondary oxidation of the open surface of the resulting inert gas (AS Timofeeva, E.E.E. Merker, AG Svin, et al. Determination of the diameter of the bubbling / i zone in the ladle. Metallurgists of Cherna. Bulletin of Scientific and Technical Information, 1968, No. 18, pp. 37-38).

Данный способ обработки позвол ет частично снизить вторичное окисление металла за счет газодинамической защитыThis treatment method allows to partially reduce the secondary oxidation of the metal due to gas-dynamic protection.

sisi

00

о оoh oh

ONON

открытой поверхности буруна от окислительной атмосферы ковша.the open surface of the breaker from the oxidizing atmosphere of the ladle.

Однако полностью исключить вторичное окисление металла данный способ не позвол ет ввиду проникновени крупных брызг, образующихс над барботажной зоной при выделении газовых пузырей из объема металла, через защитные струи в окислительную атмосферу, а также из-за контакта с окислительной атмосферой всплесков металла, образующихс на поверхности , не зан той буруном, как правило ближе к стенкам ковша, под действием волновых процессов. Возможен также подсос воздуха к поверхности буруна притурбулен- тном истечении инертного газа, расходуемого на продувку металла, из-под пространства, ограниченного защитными стру ми.However, this method does not completely eliminate the secondary oxidation of the metal due to the penetration of large splashes formed above the bubbling zone during the release of gas bubbles from the metal volume through protective jets into the oxidizing atmosphere, as well as from contact with the oxidizing atmosphere of metal splashes formed on the surface , not occupied by that breaker, usually closer to the walls of the bucket, under the influence of wave processes. It is also possible for air to be sucked in to the surface of the breaker by a paraturbed outflow of inert gas consumed to blow metal out of the space bounded by protective jets.

Другими недостатками указанного спо- соба обработки вл ютс потери металла за счет выплесков из ковша во врем продувки и обрези дефектов слитка, а также высокий расход инертного газа в св зи с дополнительным расходом газа на газодинамиче- скую защиту.Other disadvantages of this treatment method are metal losses due to splash from the ladle during purging and cutting of ingot defects, as well as high consumption of inert gas due to additional gas consumption for gas-dynamic protection.

Целью изобретени вл етс повышение качества металла и увеличение выхода годного.The aim of the invention is to improve the quality of the metal and increase the yield.

Указанна цель достигаетс тем, что в способе обработки жидкого металла в ковше в процессе продувки на поверхность буруна в пределах зеркала металла и среза ковша помещают дискообразный углеродистый блок площадью не менее 40% от пло- щади барботажной зоны в сечении ковша, совпадающем с зеркалом металла.This goal is achieved by the fact that a disc-shaped carbon block with an area of at least 40% of the bubble area in the section of the bucket coinciding with the metal mirror is placed on the surface of the breaker within the metal mirror and the bucket cut during the process of treating the liquid metal.

Сущность изобретени заключаетс в использовании дл защиты поверхности буруна от взаимодействи с окислительной атмосферой дискообразного углеродистого йлокэ, который защищает поверхность буруна сверху, и науглероживает поверхностный слой металла буруна дл защиты с боков, а также в помещении дискообразно- го углеродистого материала на определенном уровне, достаточном дл исключени выплесков металла из ковша и исключени образовани всплесков металла, контакти- руемых с окислительной атмосферой.The essence of the invention is to use a disc-shaped carbonaceous yloke to protect the surface of the breaker from interaction with the oxidizing atmosphere, which protects the surface of the breaker from above and carburizes the surface layer of the metal of the breaker for protection from the sides, as well as in a disc-shaped carbonaceous material at a certain level sufficient for eliminating metal splashes from the ladle and eliminating the formation of metal splashes in contact with the oxidizing atmosphere.

Науглероживание поверхностного сло происходит при контакте потока жидкого металла буруна с дискообразным углеродистым материалом, имеющим определенную площадь, достаточную дл времени контак- та металла с углеродистым блоком, в режиме конвективной диффузии. Образующийс диффузионный пограничный слой, насыщенный углеродом, защищает жидкий металл буруна, стекающий из-под углеродистого блока на зеркала металла, от взаимодействи с окислительной атмосферой путем образовани пузырей СО, выдел ющихс на поверхности металла и служащих защитным слоем, при взаимодействии углерода науглероженного сло с кислородом окислительной атмосферы.Carburizing of the surface layer takes place when the stream of liquid metal of the breaker contacts the disc-shaped carbonaceous material, which has a certain area sufficient for the contact time of the metal with the carbon block in the mode of convective diffusion. The resulting carbon-rich diffusion boundary layer protects the liquid burr metal flowing from under the carbon block onto the metal mirror from interaction with the oxidizing atmosphere by forming CO bubbles released on the metal surface and serving as a protective layer when the carbon of the carburized layer interacts with oxygen oxidative atmosphere.

Снижение волновых процессов на поверхности металла производитс за счет помещени дискообразного углеродистого блока на определенном уровне, что приводит к гашению скорости нисход щих потоков металла в буруне за счет потери скорости восход щих потоков металла при изменении направлени течени потоков за счет углеродистого блока и, следовательно, к снижению волновых процессов на поверхности металла. Кроме того, гашение скорости нисход щих потоков создает благопри тные услови дл науглероживани поверхности буруна, увеличива врем контакта металла с дискообразным углеродистым блоком. Помещение дискообразного углеродистого блока на данном уровне позвол ет снизить высоту подъема буруна, что уменьшает величину энергии, идущей на образование волновых процессов, за счет стекани металла, образующего бурун, на зеркало металла с меньшей высоты и, следовательно , снижает волновые процессы на поверхности металла.The reduction of wave processes on the metal surface is produced by placing the disc-shaped carbon block at a certain level, which leads to the quenching of the speed of the descending metal flows in the breaker due to the loss of the speed of the ascending metal flows when the flow direction changes due to the carbon block and, therefore, reduction of wave processes on the metal surface. In addition, the quenching of the speed of the downward fluxes creates favorable conditions for carburizing the surface of the breaker, increasing the contact time of the metal with the disc-shaped carbon block. Placing a disc-shaped carbon block at this level reduces the height of the breaker, which reduces the amount of energy used to form wave processes due to the metal forming the breaker on the metal mirror from a lower height and, therefore, reduces wave processes on the metal surface.

Новыми признаками в предлагаемом техническом решении по сравнению с прототипом вл ютс New features in the proposed technical solution compared to the prototype are

помещение в процессе продувки на поверхность буруна дискообразного углеродистого блока;placement in the process of blowing on the surface of the breaker disc-shaped carbon block;

площадь дискообразного углеродистого блока составл ет не менее 40% от площади барботажной в сечении ковша, совпадающем с зеркалом металла;the area of the disc-shaped carbon block is not less than 40% of the bubbling area in the section of the ladle, which coincides with the metal mirror;

помещение дискообразного углеродистого блока производ т в пределах зеркала металла и среза ковша.the placement of the disc-shaped carbon block is carried out within the limits of a metal mirror and a bucket cut.

Повышение качества достигаетс снижением общего содержани оксидных неметаллических включений и азота в металле путем защиты открытой поверхности буруна от взаимодействи с окислительной атмосферой диффузионным пограничным слоем, насыщенным углеродом, образующимс при науглероживании поверхности буруна, а также за счет исключени образовани крупных брызги всплесков металла, контак- тируемых с окислительной атмосферой, формированием горизонтальной поверхности буруна на уровне, не превышающем срез ковша.Improving the quality is achieved by reducing the total content of oxide nonmetallic inclusions and nitrogen in the metal by protecting the open surface of the breaker from interacting with an oxidizing atmosphere with a diffusion boundary layer saturated with carbon formed during the carburization of the surface of the breaker, and also by eliminating the formation of large splashes of metal splashes that are contacted. with an oxidizing atmosphere, the formation of a horizontal surface of the breaker at a level not exceeding the cut of the bucket.

Увеличение выхода годного достигаетс за счет исключени выплесков металла изThe increase in yield is achieved by eliminating splashes of metal from

ковша и снижени обрези дефектов слитка, образованных неметаллическими оксидными включени ми вторичного окислени металла , происходимого через бурун, брызги и всплески путем формировани и науглероживани горизонтальной поверхности буруна на определенном уровне и определенной площадью. В прототипе - повышение выхода годного производитс лишь за счет снижени вторичного окислени металла через открытую поверхность буруна.bucket and reducing cutting defects of the ingot formed by nonmetallic oxide inclusions of the secondary oxidation of metal, occurring through the breaker, splashes and bursts by forming and carburizing the horizontal surface of the breaker at a certain level and a certain area. In the prototype, an increase in the yield is made only by reducing the secondary oxidation of the metal through the open surface of the breaker.

Предлагаемый способ эффективно реализуетс при формировании и науглероживании горизонтальной поверхности буруна на уровне, не превышающем срез ковша, площадью не менее 40% от площади барбо- тажной зоны в сечении ковша, совпадающем с зеркалом металла.The proposed method is effectively implemented when the horizontal surface of the breaker is formed and carburized at a level not exceeding the bucket cut, with an area of at least 40% of the bubble zone in the bucket section coinciding with the metal mirror.

При формировании горизонтальной поверхности буруна на уровне, превышающем срез ковша, в результате подъема и стека- ни металла с высоты буруна образуютс волны и всплески высотой, превышающей запас стенок ковша, что приводит к выплескам металла из ковша и вторичному окислению металла через всплески и брызги, контактируемые с окислительной атмосферой .During the formation of the horizontal surface of the breaker at a level exceeding the bucket cut, as a result of lifting and metal dripping from the height of the breaker, waves and bursts are formed with a height exceeding the margin of the bucket walls, which leads to splashes of metal from the bucket and secondary oxidation of the metal through bursts and splashes, in contact with the oxidizing atmosphere.

Формирование и науглероживание поверхности буруна площадью менее 40% от площади барботажной зоны в сечении ковша , совпадающем с зеркалом металла приводит к недостаточному времени контакта единичной поверхности потока металла с углеродистым материалом, образованию тонкого и ненасыщенного углеродом диффузионного пограничного сло , недостаточного дл защиты металла от вторичного окислени .The formation and carburization of the surface of the breaker with an area of less than 40% of the bubbling area in the bucket section coinciding with the metal mirror leads to insufficient contact time of the unit surface of the metal stream with the carbonaceous material, the formation of a thin and carbon-unsaturated diffusion boundary layer insufficient to protect the metal from secondary oxidation .

Проведенный поиск источников информации позвол ет констатировать, что за вл емый способ обработки жидкого металла в ковше, имеющий возможность реализации и обеспечивающий положительный эффект , обладает свойствами, не совпадающими со свойствами известных способов и как изобретение соответствует критерию новизна и существенные отличи ,The search for information sources allows us to state that the claimed method of treating a liquid metal in a ladle, which can be implemented and provides a positive effect, has properties that do not coincide with the properties of known methods, and how the invention meets the criterion novelty and significant differences,

На фиг. 1 представлено продувочное устройство дл реализации предлагаемого способа включающее огнеупорные катушки 1, металлическую трубу 2, верхний выступ 3, диск 4 из углеродистого материала, нижний выступ 5.FIG. 1 shows a blowing device for implementing the proposed method comprising refractory coils 1, a metal pipe 2, an upper protrusion 3, a disk 4 made of carbonaceous material, a lower protrusion 5.

На фиг. 2 представлена схема реализации предлагаемого способа.FIG. 2 shows the implementation of the proposed method.

Пример. Сталеразливочный ковш емкостью 100т, заполненный сталью марки Ст 3 сп, подают на установку доводки металла дл обработки аргоном Рассто ние отExample. A steel casting ladle with a capacity of 100 tons, filled with steel of grade St 3 cn, is fed to a metal finishing plant for argon processing. Distance from

зеркала металла до среза ковша составл ет 0,25 м.metal mirror to the cut bucket is 0.25 m.

Концентраци продувочного устройства позвол ет диску 4, выполненному из углеродистого материала с содержанием углерода 98%, свободно перемещатьс в вертикальном направлении между верхним 3 и.нижним 5 уступами, которые выполнены из огнеупорного материале и служат дл задержки диска в крайнем верхнем и нижнем положени х.The concentration of the purge device allows the disc 4 made of carbonaceous material with a carbon content of 98% to move freely in the vertical direction between the upper 3 and lower 5 steps, which are made of refractory material and serve to hold the disc in its extreme upper and lower positions.

При интенсивности продувки металла аргоном 80 м3/ч средний диаметр барботажной зоны 10 в сечении, совпадающем сWhen the intensity of the purging of the metal with argon is 80 m3 / h, the average diameter of the bubbling zone 10 in the section coinciding with

зеркалом металла, равен 1,2 м. Поэтому углеродистые диски примен ли диаметром 0,66; 0,76 и 0,84 м, что соответствовало площади буруна 30, 40 и 50% от площади барботажной зоны. Толщина диска составл лаa metal mirror, equal to 1.2 m. Therefore, carbon disks were used with a diameter of 0.66; 0.76 and 0.84 m, which corresponded to the area of a breaker of 30, 40 and 50% of the area of the bubbling zone. The disk thickness was

0,25м.0.25m

Формирование и науглероживание горизонтальной поверхности буруна производили на трех уровн х 9: ниже, на срезе и выше среза ковша.The formation and carburization of the horizontal surface of the breaker was carried out at three levels x 9: below, at the cut and above the cut of the ladle.

Включив подачу аргона, продувочное устройство ввод т в жидкий металл и с началом погружени , образовани газодинамического бурука 7, углеродистый диск 4, плава на баруне, формирует и одновременно науглероживает поверхность с образованием диффузионного пограничного сло , насыщенного углеродом 8. Дальнейшее погружение продувочного устройства производ т до задержки плавающего на бурунеTurning on the argon supply, the purge device is introduced into the liquid metal and with the beginning of the immersion, forming the gas-dynamic bukuka 7, carbon disk 4, melts on the baruna, forms and simultaneously carburizes the surface with the formation of a diffusion boundary layer saturated with carbon 8. Further immersion of the purge device produces before the delay floating on the breaker

диска верхним уступом на соответствующем уровне, позвол ющем снизить волновые процессы 6 и исключить выплески металла из ковша. По окончании обработки металла аргоном ковш подают дл разливкиdisk upper ledge at an appropriate level, which allows to reduce wave processes 6 and eliminate metal splashes from the ladle. At the end of the argon metal treatment, the ladle is fed for casting.

на машину непрерывного лить .on the continuous casting machine.

Повышение качества металла от снижени кислорода оценивали по изменению со- дерхони кислорода в металле до и после продувки, учитыва , что совместно с усреднением концентрации кислорода по объему ковша во врем продувки идет процесс насыщени металла кислородом через открытые поверхности металла из окислительной атмосферы, а от снижени содержани азота - по насыщению металла азотом за врем продувки.The improvement in metal quality from oxygen reduction was estimated by the change in the oxygen content of the metal before and after purging, taking into account that, together with the averaging of the oxygen concentration over the bucket volume, the metal is saturated with oxygen through the exposed surfaces of the metal from the oxidizing atmosphere and decreases from nitrogen content — on metal saturation with nitrogen during purging.

Выход годного оценивали по количеству выплесков металла из ковша за врем про- дувки, т.е. по количеству объемов металла, попадающих на срез и стекающих на стенки ковша с наружной стороны и сталевоз, а также по количеству технологической обрези , включающей головную, донную обрезь и вырезку грубых дефектов литых заготовок.The yield was assessed by the number of metal splashes from the ladle during purging, i.e. by the number of volumes of metal falling on the cut and flowing onto the walls of the bucket from the outside and the steel truck, as well as by the number of technological trimmings, including head, bottom trimmings and cutting of gross defects of cast billets.

Наилучшие показатели пр качеству металла и выходу годного при соблюдении за вл емых признаков соответствуют вариантам 4, 5, 7 и 8 (см. таблицу). При отклонении за вл емых параметров результаты по цел м предлагаемого способа снижаютс (варианты 1 - 3, 6 и 9).The best indicators of the quality of the metal and the yield of the material, while observing the proposed characteristics, correspond to options 4, 5, 7 and 8 (see table). When the deviation of the claimed parameters is rejected, the results for the proposed method are reduced (variants 1–3, 6, and 9).

Как видно из таблицы, предлагаемый способ обработки жидкого металла в ковше по сравнению с прототипом позвол ет повысить качество металла за счет снижени содержани кислорода в металле на 0,010% и выше (прототип - 0,008%), полного исключени насыщени металла азотом (прототип лишь снижает насыщение металла азотом до 0,002%), а также повысить выход годногоAs can be seen from the table, the proposed method for treating the molten metal in the ladle, as compared with the prototype, improves the quality of the metal by reducing the oxygen content in the metal by 0.010% and higher (the prototype is 0.008%), completely eliminating the saturation of the metal with nitrogen (the prototype only reduces the saturation metal with nitrogen to 0.002%), and also to increase the yield of

2,5 2,6 2.5 2,4 2,6 2,52.5 2.6 2.5 2.4 2.6 2.5

2,4 2,62.4 2.6

30thirty

1(01 (0

4040

0,0240,0240,0240,0240,024 0,024 0,0240,0240,0240,0240,0240,024 0,024 0,024

0,0160,0160,0160,0160,014 0,014 0,0150,0160,0160,0160,0160,014 0,014 0,015

0,0020,0010,0010,0010000,0020,0010,0010,001000

5ОО3О О 25OO3O O 2

5050

0,024 0,0130.024 0.013

ОABOUT

27,3 27,3 27,3 27,4 25,9 25,9 26,8 25,127.3 27.3 27.3 27.4 25.9 25.9 26.8 25.1

по сравнению с прототипом на 1,4 и более кг/т годной стали,compared to the prototype by 1.4 or more kg / ton of usable steel,

Claims

The invention of the method of treating a liquid metal in a ladle, including purging it with an inert gas and protecting the resulting breaker from secondary oxidation, is so that, in order to improve the quality of the metal and increase the yield of the suitable material, within the metal mirror and a bucket cut, place a disc-shaped carbon block with an area of at least 40% of the bubbling area in the section of the bucket coinciding with the metal mirror.

2.4 2.6

2.5

2.4

40

24 0.024 0.024

14 0.014 0.015

00

About 2

50

0.024 0.013

ABOUT

9 25.9 26.8 25.1

Oh oh

25.1

5050

0.024 0.024 0.013 0.0145

About 3

26.5

eight

TV, g

Editor S.Kulakova

Compiled by A. Dorofeev

Tehred M.MorgentalKorrektor T.Paly

9g l

YU