PL169724B1 - Sposób podgrzewania cieklej stali PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób podgrzewania cieklej stali zawartej w naczyniu metalurgicznym, do której wprowadza sie paliwo metaliczne i pod powierzchnie której wdmuchuje sie gaz utle- niajacy oraz gaz mieszania, w kapieli tworzy sie struge wdmuchiwanego gazu mieszania za pomoca odrebnego elementu w stosunku do elementu wdmuchiwania gazu utleniaja- cego, dostarczajac paliwo metaliczne do stru- gi w ten sposób, aby bylo ono kontaktowane z gazem utleniajacym, znamienny tym, ze gaz utleniajacy i gaz mieszania wdmuchuje sie wzdluz osi przesunietych wzgledem sie- bie, przy czym wdmuchiwanie gazu miesza- nia prowadzi sie tak, azeby wywolany tym wdmuchiwaniem strumien wznosil sie w cie- klej stali a opadal w miejscu wdmuchiwania gazu utleniajacego. P L 169724 B 1 FIG.1 FIG.2 PL PL PL

Description

Przmdaikera wywalazkn ^st sposób podgrzmwtwrt οamkłmt stali w wagzywin amttanrgaοzwym.

Jak wiadono, w przypadkn wirprzrwadziαwrt wamgaągłkśοi przrbirgl prog^n artαlnrgagzwrgo, ni^zy wztoparwimn stali w kowwmrekrzr a kpmrαgtą krzrpwręgiα kąpirl ο^^^ stali oghładza się, w wastłpsewim drgo kocamοzwm ^st tt podgrzrnwawir w grln dalszrgo, woraalcmgo kkwezwnkwa wia progrsl. Kąpirl taka nożr być pkdgrzmwawa płonimwira lnb mlrktrygzwam. Stosn^ się w tyn grln takżr nrtodł n^a^tem!!, wrdłng którrt paliwo amtaligzcm, wa przykład allniwinn wprowadza się do kąpamla οarkłmt stali kowtaktltąg tr z ltlrcaagzma, wa przykład gazowyn tamwra. Rmαkοta niędzy amtαarn zr wspkaciαcmgo paliwa nmealrοzwmgk a ntlrwiagzma ^st mgzoemrnaοzwa, a oerzymacr w tmt wywikn g^pło slnży do podgrzmwαciα kąpali.

169 724

Z patentu Stanów Zjednoczonych Ameryki US-A-4 761 178 i ,jego odpowiednika zgłoszenia

WO 89/01984 znany jest sposób prowadzony w naczyniu zawierającym kąpiel ciekłej stall, którą podgrzewa się stosując proces alijminritpeniii i wdmuchiwanie gazu mieszania.

Przez pojedyńczą zużywalną rurę wdmuchuje się pod ciekłą stal na głębokość 15- 40% kąpieli utleniacze, zwłaszcza tlen gazowy oraz gaz obojętny oddzielnie lub w postaci mieszaniny, poprzez liczne równoległe kanały. Ponadto, do kąpieli wprowadza się aluminium, możliwie jak najbliżej punktu wdmuchiwania tlenu.

Stwierdzono, że wprowadzanie rury na tak znaczną głębokość powoduje znaczne jej zużycie. Poza tym podgrzewanie dolnej części kąpieli nie jest dostatecznie skuteczne, gdyż w tym obszarze występuje tylko niewielki ruch kąpieli, a ciekła stal nie jest jednorodna tak pod względem temperatury, jak i zanieczyszczeń.

Znane jest także z opisu EP-A-0352254 podgrzewanie kąpieli ciekłej stali podczas napełniania od góry naczynia metalurgicznego. Kąpiel ta jest przykryta bogatym w tlenek żelazowym żużlem. Podczas napełniania kadzi przez jej dno doprowadza się z jednej strony metal lub stop zdolny do reakcji z tlenkiem żelazowym zawartym w żużlu i z tlenkami kąpieli, z drugiej zaś strony doprowadza się gaz obojętny. Oprócz tego podgrzewanie wspomaga się palnikiem na wysokości pokrywy kadzi.

Według tego sposobu nie prowadzi się wdmuchiwania gazu utleniającego do kąpieli, a sposób ten nie ma zastosowania do podgrzewania stali zawartej w napełnionej już kadzi.

Według opisu JP-A-5989708 wywołuje się prąd w kąpieli ciekłej stali. Do kąpieli wprowadza się rurę z tlenem oraz wdmuchuje się gaz mieszania wgłąb naczynia przez porowatą cegłę usytuowaną ściśle naprzeciwko rury z tlenem. Zwracają uwagę niekontrolowalne turbulencje w stali, niekorzystne rozdzielanie paliwa, w następstwie czego uzyskuje się słabe wydajności procesu.

Znany jest w końcu z opisu patentowego CH-A-486935 sposób podgrzewania ciekłej stali nad powierzchnią której umieszczony jest klosz otaczający niezużywalną rurę, która doprowadza określone ilości tlenu gazowego. Jednocześnie wprowadza się paliwo metaliczne również w ilościach określonych, w wyniku czego reakcja egzotermiczna zachodzi nad kąpielą. Ponadto wdmuchuje się gaz obojętny za pomocą innej rury wprowadzonej ukośnie na głębokość około 50% kąpieli stali i powoduje się tym samym ruchy kąpieli.

Jednoczesne doprowadzanie tlenu i metalu nad powierzchnią kąpieli wymaga zastosowania takiego urządzenia jak klosz do wyłapywania wytworzonych spalin oraz uniknięcia strat ciepła. Postępowanie takie jak opisano wyżej wykazuje małą sprawność cieplną i jeśli nawet pozwala na uniknięcie problemów związanych ze zużywaniem się rury to nie zapewnia doskonałego rozkładu temperatury, związane jest z koniecznością częstej konserwacji urządzenia, wymaga doskonałego opanowania technologii oraz ogólnie jest złożone i kosztowne.

Wad powyższych pozbawiony jest sposób podgrzewania ciekłej stali zawartej w naczyniu metalurgicznym, do której wprowadza się paliwo metaliczne i pod powierzchnię której wdmuchuje się gaz utleniający oraz gaz mieszania, w kąpieli tworzy się strugę wdmuchiwanego gazu mieszania za pomocą odrębnego elementu w stosunku do elementu wdmuchiwania gazu utleniającego, dostarczając paliwo metaliczne do strugi w ten sposób, aby było ono kontaktowane z gazem utleniającym, który to sposób według wynalazku wyróżnia się tym, że gaz utleniający i gaz mieszania wdmuchuje się wzdłuż osi przesuniętych względem siebie, przy czym wdmuchiwanie gazu mieszania prowadzi się tak, ażeby wywołany tym wdmuchiwaniem strumień wznosił się w ciekłej stali a opadał w miejscu wdmuchiwania gazu utleniającego.

Zgodnie z wynalazkiem, gaz utleniający można wprowadzać za pomocą elementu stanowiącego zużywalną rurę, którą utrzymuje się na głębokości do 15% kąpieli ciekłej stali zawartej w naczyniu metalurgicznym, korzystnie na głębokości 3-30 cm.

Korzystnie jest jeżeli gaz mieszania wdmuchuje się na głębokość większą niż 60% wysokości kąpieli. Podobnie korzystnie jest jeżeli gaz mieszania i gaz utleniający wdmuchuje się wzdłuż osi równoległych względem siebie, a także korzystnie jest jeśli te osie są prostopadłe do powierzchni kąpieli.

Zgodnie z wynalazkiem wdmuchiwanie gazu mieszania prowadzi się najlepiej tak, ażeby wytworzył się stożek teoretyczny zasysania metalu, którego to stożka wierzchołek znajduje się w

169 724 miejscu, w którym dokonuje się wdmuchiwanie, jego tworząca przedłużałoś strumienia wdmuchiwania i którego podstawa określa okrąg na powierzchni kąpieli, a reakcję gazu utleniającego z paliwem prowadzi się w strefie w przybliżeniu sferycznej, której rzut na powierzchnię kąpieli określa okrąg, przy czym oba te okręgi pokrywają się częściowo określając strefę przenikania się, do której wprowadza się paliwo. Paliwo metaliczne, korzystnie aluminium w postaci nitkowatej strugi wprowadza się do strefy przenikania się, do punktu przenikania się między wspomnianymi okręgami dwóch kół.

Według wynalazku najkorzystniej jest zapoczątkować sukcesywnie wdmuchiwanie gazu mieszania, wprowadzanie paliwa metalicznego do wytworzonej strugi i w końcu wdmuchiwanie gazu utleniającego, który reaguje z paliwem metalicznym.

Wynalazek został bliżej zilustrowany za pomocą rysunku na którym fig. 1 przedstawia widok schematycznego przekroju wypełnionej kadzi przechylnej, fig. 2 przedstawia schematyczny widok w rzucie poziomym kadzi, zaś fig. 3 przedstawia przebieg procesu ogrzewania sposobem według wynalazku.

Wynalazek zostanie niżej szczegółowo omówiony tytułem korzystnego przykładu, na bazie rysunku, w celu lepszego wyjaśnienia jego istoty.

Ciekła stal umieszczona jest w kadzi odlewniczej i wyłożonej materiałem ogniotrwałym 3 i zaopatrzonej w dolnej części w otwór spustowy 5, zaopatrzony w urządzenie 7 do otwierania i zamykania wspomnianego otworu. Gaz mieszania, w danym przypadku argon wdmuchuje się za pomocą porowatego elementu 9 umieszczonego w dnie kadzi 1. Oś wdmuchiwania 91 stanowi tworzącą stożka zasysania metalu 92. Argon wznosi się do powierzchni kąpieli 11 i uchodzi swobodnie do atmosfery. Podstawa stożka 92 znajduje się na poziomie powierzchni kąpieli. Ma ona kształt okręgu 93 i jest przedstawiona na rysunku fig. 2 przez linię ciągłą. Drut aluminiowy 13 jako paliwo metaliczne wprowadza się do kąpieli 11. Paliwo to będzie reagowało z tlenem, który wdmuchuje się do kąpieli później. Reakcja jest silnie egzotermiczna i jest wykorzystywana do skutecznego i szybkiego ogrzania kąpieli przy jednoczesnym osiągnięciu doskonałego rozkładu temperatury, a to dzięki zastosowanemu zgodnie z wynalazkiem właściwego rozmieszczenia poszczególnych elementów

Tlen wdmuchuje się za pomocą zużywalnej rury 15 z materiału ogniotrwałego, którą zanurza się w kąpieli na głębokość do 15% wysokości kąpieli licząc od powierzchni nie uwzględniając obecnej na niej warstwy żużla 12. Utrzymanie głębokości zanurzenia rury 15 korzystnie kontroluje się w znany sposób w miarę zużywania się rury. Można określić teoretyczną oś wdmuchiwania gazu utleniającego 151 do kąpieli ciekłej stali, która to oś przebiega wzdłuż przedłużenia zużywalnej rury 15.

Jak to przedstawia fig. 1, gaz mieszania pociąga aluminium w ruchu upadającym narzuconym ciekłej stali przy powierzchni kąpieli 11 i doprowadza je do końca rury 15 do wdmuchiwania gazu utleniającego. Aluminium wchodzi w reakcję egzotermiczną z tym ostatnim.

Reakcja zachodzi w strefie w przybliżeniu sferycznej 152, której rozmiary zależą od zużycia gazu utleniającego, jej czystości oraz lokalnej zawartości paliwa metalicznego. Fig. 1 przedstawia strefę reakcji 152, która w istocie ma kształt elipsoidalny. Postać elipsoidalna jest zaznaczona w przybliżeniu w funkcji znaczenia zużycia gazu utleniającego. Jak to będzie bardziej szczegółowo omówione dalej, paliwo i gaz utleniający wprowadza się z lekkim ograniczeniem w czasie, tak jak to wynika z rachunku. Można zresztą przedstawić na powierzchni kąpieli drugi okrąg teoretyczny 153, którego środek odpowiada osi wdmuchiwania gazu utleniającego i którego średnica jest średnicą kuli. Taki okrąg zaznaczony na fig. 2 linią przerywaną. Może on także być zdefiniowany w przypadku elipsoidalnej strefy reakcji, średnica koła 93 określona przez podstawę stożka materiału ogniotrwałego, wytworzonego przez gaz mieszania może być określona dokładnie. Badania wykazują wartość 10 stopni dla połowy kąta wierzchołka stożka 92.

W funkcji tej wielkości, wydajności gazu oraz wartości średniej wysokości kąpieli 11 w kadzi otrzymuje się doskonałe przybliżenie wymiarów okręgu 93. Jak to dobrze przedstawia fig. 2, okręgi 93 i 153 określają względem siebie strefę przenikania się 915, do której wprowadza się drut aluminiowy 13, najlepiej w jednym z punktów przecięcia dwóch okręgów. To rozmieszczenie umożliwia otrzymanie maksymalnej sprawności oraz doskonałego rozkładu temperatury w kąpieli.

169 724

Wykres według fig. 3 ilustruje zużycie w czasie gazu mieszania, w tym przypadku argonu, paliwa, w tym przypadku aluminium i gazu utleniającego, w tym przypadku tlenu.

Struga opadająca wytworzona przez gaz mieszania doprowadza nieustannie blisko punktu wdmuchiwania gazu utleniającego nowe ilości ciekłej stali obarczonej aluminium, które wchodzi w reakcję z tlenem. W kąpieli wytwarza się ruch wirujący, co pozwala na wyeliminowanie żużla.

Jest oczywiste, że mieszanie trwa dalej na dnie kadzi i ciekła stal w ten sposób podgrzewana rozkłada się w strefach średniej i wysokiej, co pozwala na otrzymanie przy końcu operacji, doskonałego rozkładu ciepła w kąpieli.

Wdmuchiwania kontynuje się aż do osiągnięcia pożądanej temperatury. Po jej osiągnięciu wyciąga się rurę tlenową, utrzymując jednak lekkie zużycie tlenu aż do wyciągnięcia rury z kąpieli, co pozwala uniknąć zatykania się kanału wdmuchiwania. Utrzymuje się też przez jakiś czas mieszanie za pomocą gazu, a to w celu wspomagania usuwania zanieczyszczeń poreakcyjnych, jak również odpadów powstających wskutek erozji rury tlenowej.

Jest zrozumiałe, że wynalazek nie ogranicza się opisanej postaci wykonania na bazie rysunku. Można bowiem na przykład przewidzieć dodatkową rurę do wdmuchiwania gazu mieszania, zamiast lub w dodatku, do porowatego elementu 15, a także można jeszcze stosować inne gazy utleniające zamiast tlenu technicznego oraz inne gazy mieszania zamiast argonu i innych paliwa metaliczne zamiast aluminium.

Reasumując, sposobem według wynalazku uzyskuje się oszczędności tak w zakresie zużycia się urządzenia, w którym ten sposób się realizuje, zwłaszcza w zakresie redukcji zużywania się rury tlenowej wewnątrz kąpieli, uzyskuje się wysoką sprawność odnoszącą się do zużycia tlenu i paliwa metalicznego w porównaniu ze znanymi sposobami. Ponadto uzyskuje się wysoce jednorodny rozkład paliwa metalicznego i w wyniku tego temperatury w kąpieli ciekłej stali, w czasie zadawalającym, przy zastosowaniu prostych i ekonomicznych środków. Uzyskuje się wysoką czystość kąpieli, a także, co należy szczególnie podkreślić, eliminuje się powstawanie spalin nad kąpielą, co ma istotne znaczenie dla ochrony środowiska.

Claims (7)

1. Sposób podgrzawaaia ciekłej stali zawtrtej w naczyniu metalurgicznym, do której wprowadza się paliwo nrtalrgzwr i pod powarrighwaę której wdnnghnjr saę gaz utleniający oraz gai narsiawia, w kąpirli tworzy się strugę wdnnghiwawrgo gazn nirszawia za ponogą odrębwrgo rlrnrwtn w stosnwkn do rlrnrwtn wdnnghawacia gazn ntlrwiatągęgo, dostargzająg paliwo netaligzwe do strngi w trw sposób, aby było owo kowtaktowawr z gazm ntlrwiatągzn, zwamienny t y y, żr gaz ntlrwaatącz i gaz narszacia wdnnghute się wzdłnż osi przrsuwaętzch względrn sarbie, przy gzyn wdnuchiwawae gazn nreszawaa prowadzi się tak, ażrby wywoławy tyn wdnnghiwawarn strunaeń wzwosił się w gaekłrt stali a opadał w nietsgu wdnughiwawia gazn utlecaatągego

2. Sposó b według zas-tre. i , znaiiwnn y yym, Ze ga z u tl en i a j ący wprowadź a si ę z a ponogą rlrnrwtu stawowaągrgo mżywalwą mrę /15/, którą n^zynn^ się wa głębokośgi do 15% kąpirli ο^^^ stali zawartrt w cagzzwiu nitalnrgaczwym, korzystwar wa głębokośoi 3-50 gn.

3. Sposób wrdłng zastrz. 1,1ι0 2, zwamienny t y, m, żr gaz aaiszacaa wdmughutr się wa głbokkoóó iiększą ni Z 50% yyskoości ągpieli.

4. Sposób według zastre. i, znarienn y yym, iegaz mieszania i gaz utlentający wdaughuti się wzdłnż osi /91/ i osi /151/ rówwolrgłygh względrn sarbii.

5. Sposó b według zas^e. e, znariwnπ y yyrn, że ga z mieszane a i ga z utlentająey wdaughuti się wzdłnż osi /91/ i /151/, którr są prostopadłr do powairzοhca kąpali /11/.

6. Sposó b wedłu g zasz^. i,alle o 4<,alb o e, znariwnn y t n , > ee wdmuchiwani e gazu niiyzacaa prowadzi się tak, żrbye zytkozyye ię e tkżike roortyοzwye /22/ sysysanie metalu, którrgo to stożka wirrzghkłmk zcatdltm się w aartsgn, w któryn dokown^ się wdalghawawim, trgo tworząga przmdłnia oś ytrlnamcit wdalghiwawaa /91/ i keórmgo podstawa kkrmśaa okrąg /93/ wa pkwirrzοhwi kąpirl /11/, a Γmakgtł gazn nearwitJąοmgo z paliwm prowadzi się w strrfam w przybliżam yfmrygzcmt /152/, keórmt rut wa pkwamrzghcaę kąpali /11/ kkrmśaa okrąg /153/, przy gzyn oba tr okręgi /93/ i /153/ pokrywatą się gzłśοiowk o^^l^ąg strrię przrwikawia się /915/, do keórmt wprowadza się paliwo /13/.

7. Sposób według zastre. e, znarienn y yyrn, ee paliwo metaliczne //,e, korzystwar alnaacaln w postagi witkowatmt strngi wprowadza się do strify przmwaktcaa się /915/, do pnwktn przmwikawaa się naędzy okręgani dwógh kół /93/ i /153/.

B. Sposób wrdłng zastrz. 1, zwanienny tym, żr ztpogząekowntm się snkgmszwwim wdanοhawtcir gazn nirszawaa, wprowadzacam paliwa arttaigzwrgo do wzeworzocmt strlga i w końm wdnlοhiwawam gazn ltamcittąοrgo, który mag^r z paliwm nrtaaigzwym.