RU2183221C2

RU2183221C2 - Method of liquid metal heating in ladle and shell wire for its embodiment

Info

Publication number: RU2183221C2
Application number: RU2000101173A
Authority: RU
Inventors: Я.Л. Кац; А.Б. Усачев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Институт тепловых металлургических агрегатов и технологий "Стальпроект"
Priority date: 2000-01-20
Filing date: 2000-01-20
Publication date: 2002-06-10

Abstract

FIELD: metallurgy, particularly, ladle treatment of metallurgical melts; applicable in increase of temperature of cast iron and steel in intermediate ladle. SUBSTANCE: method includes introduction of shell wire to under level of liquid metal in ladle. Shell wire consists of metal shell and filler. Metal is heated in ladle due to exothermic reaction of burning of shell wire filler. Us is made of wire with filler in the form of alternating sections of exothermic mixture and sections of nonburning material of various length intended for interruption of process of exothermic mixture burning. Exothermic mixture is used in the form of iron oxides and one or several metals whose affinity for oxygen is higher than that of iron for oxygen. EFFECT: higher efficiency of heat process, removed limit for rapid heating of metal in ladle and provided control for process of chemical heating of metal in ladle. 4 cl, 3 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии черных металлов, а именно к внепечной обработке металлургических расплавов на основе железа, и может быть использовано для повышения температуры чугуна и стали в промковше. The invention relates to the metallurgy of ferrous metals, namely to out-of-furnace processing of iron-based metallurgical melts, and can be used to increase the temperature of cast iron and steel in the tundish.

Одной из главных целей внепечной обработки является получение заданной температуры стали в промежуточном ковше МНЛЗ с заданной точностью. Для повышения температуры плавки в ковше используют дуговой нагрев постоянного или переменного тока или так называемый химический нагрев, заключающийся в растворении в металле алюминия или кремния с последующим их окислением газообразным кислородом. One of the main goals of out-of-furnace processing is to obtain a given temperature of steel in the CCM intermediate ladle with a given accuracy. To increase the melting temperature in the ladle, direct or alternating current arc heating or the so-called chemical heating is used, which consists in dissolving aluminum or silicon in the metal with their subsequent oxidation with gaseous oxygen.

Известен способ дугового нагрева плавки в ковше, включающий ввод электрода внутрь ковша, нагрев плавки с помощью трехфазной дуги переменного тока между электродом и поверхностью металла и перемешиванием плавки продувом ее инертным газом [1]. There is a method of arc heating of melting in a ladle, comprising introducing an electrode into the ladle, heating the melting using a three-phase AC arc between the electrode and the metal surface and mixing the melt by blowing it with an inert gas [1].

Недостатком известного способа является низкий тепловой кпд процесса (до 65%), ограничения вводимой мощности термостойкостью огнеупоров ковша, продувка плавки инертным газом только через донные фурмы и высокие капитальные затраты. The disadvantage of this method is the low thermal efficiency of the process (up to 65%), the limitation of the input power by the heat resistance of the ladle refractories, the purge of inert gas only through the bottom tuyeres and high capital costs.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ химического подогрева стали в ковше, включающий ввод алюминиевой проволоки с помощью трайб-аппарата под уровень металла в ковше и продув его кислородом через верхнюю фурму. Скорость нагрева 5-10^oС/мин при интенсивности подачи кислорода 0,2 м³ (т•мин) и расходе алюминия 40-50 г/ (т•град) [4].The closest in technical essence and the achieved result is a method of chemical heating of steel in a ladle, including the input of aluminum wire using a tribamer under the metal level in the ladle and blowing it with oxygen through the upper lance. The heating rate is 5-10 ^o C / min with an oxygen supply rate of 0.2 m ³ (t • min) and an aluminum flow rate of 40-50 g / (t • hail) [4].

Недостатками способа являются: недостаточно высокий тепловой кпд, низкая стойкость продувочных фурм и высокие капитальные затраты. The disadvantages of the method are: insufficiently high thermal efficiency, low durability of the purge tuyeres and high capital costs.

Известно использование экзотермических смесей для нагрева стали при разливке ее в изложницы [3]. При горении указанных смесей после их засыпки на поверхность металла в изложнице выделяющееся тепло разогревает прибыльную часть слитка, вследствие чего макроструктура слитка улучшается. Примеры составов экзотермических смесей, используемых для этих целей, включают также смесь окалины и алюминиевого порошка. It is known to use exothermic mixtures for heating steel when casting it into molds [3]. When these mixtures are burned after they are filled onto the metal surface in the mold, the generated heat heats up the profitable part of the ingot, as a result of which the macrostructure of the ingot improves. Examples of exothermic mixtures used for this purpose also include a mixture of scale and aluminum powder.

Наиболее близким решением является порошковая проволока, состоящая из металлической оболочки и магний-кальцийсодержащего наполнителя, выполненного в виде гранул с размером 0,4-2,0 мм, в котором наполнитель выполнен в виде механической смеси гранул магния и кальция [2]. Данная проволока применяется для десульфурации чугуна и не может быть использована для нагрева металла в ковше, тем более что в случае использования в качестве наполнителя экзотермической смеси возникают затруднения с предотвращением неконтролируемого процесса окисления экзотермической смеси, который может выйти из расплава металла внутри ковша и перекинуться на механизм подачи проволоки в бунтах. The closest solution is a flux-cored wire, consisting of a metal shell and a magnesium-calcium-containing filler, made in the form of granules with a size of 0.4-2.0 mm, in which the filler is made in the form of a mechanical mixture of granules of magnesium and calcium [2]. This wire is used for desulfurization of cast iron and cannot be used to heat metal in the ladle, especially since when using an exothermic mixture as a filler, it is difficult to prevent the uncontrolled oxidation of the exothermic mixture, which can escape from the molten metal inside the ladle and spread to the mechanism wire feed in riots.

Задача изобретения - увеличение теплового кпд процесса, снятие ограничений на быстрый нагрев металла в ковше и уменьшение капитальных затрат и обеспечение контроля за процессом химического подогрева металла в ковше. The objective of the invention is to increase the thermal efficiency of the process, removing restrictions on the rapid heating of metal in the bucket and reducing capital costs and providing control over the process of chemical heating of metal in the bucket.

Сущность изобретения заключается в нагреве жидкого металла за счет экзотермической реакции горения наполнителя оболочковой проволоки. Используют проволоку с наполнителем в виде чередующихся участков экзотермической смеси и участков негорючего материала различной длины, предназначенных для прерывания процесса горения экзотермической смеси. The essence of the invention lies in the heating of liquid metal due to the exothermic combustion reaction of the filler of the sheath wire. A filler wire is used in the form of alternating sections of the exothermic mixture and sections of non-combustible material of various lengths designed to interrupt the combustion process of the exothermic mixture.

Для осуществления способа предложена оболочковая проволока, состоящая из металлической оболочки и наполнителя. Наполнитель выполнен в виде чередующихся участков экзотермической смеси и участков негорючего материала различной длины, предназначенного для прерывания процесса горения экзотермической смеси. В качестве экзотермической смеси использованы окислы железа и один или несколько металлов, сродство к кислороду у которых больше, чем сродство железа к кислороду. To implement the method, a sheathed wire is proposed, consisting of a metal sheath and a filler. The filler is made in the form of alternating sections of the exothermic mixture and sections of non-combustible material of various lengths, designed to interrupt the combustion process of the exothermic mixture. As an exothermic mixture, iron oxides and one or more metals are used, the oxygen affinity for which is greater than the iron affinity for oxygen.

В качестве негорючего материала используют флюс, состоящий из извести, металлургических шлаков, минералов. Экзотермическая смесь содержит один или несколько металлов из группы, включающей алюминий, магний, кальций, цирконий, кремний, марганец. As a non-combustible material, a flux consisting of lime, metallurgical slag, and minerals is used. The exothermic mixture contains one or more metals from the group comprising aluminum, magnesium, calcium, zirconium, silicon, manganese.

Используют флюс, применяемый для внепечной обработки жидкого металла, например раскисления, десульфурации и т.д. Дополнительное тепло на обработку металла также может быть получено от горения экзотермической смеси. Use flux used for out-of-furnace treatment of liquid metal, such as deoxidation, desulfurization, etc. Additional heat for metal processing can also be obtained from the burning of an exothermic mixture.

Длина участков оболочковой проволоки, заполненных указанным прерывателем горения, определяется эмпирически в зависимости от диаметра оболочковой проволоки, толщины стальной оболочки, теплопроводности прерывателя и других факторов. Для определения указанной длины участков порошковой проволоки с прерывателем окислительно-восстановительной реакции была изготовлена экзопроволока диаметром 16 мм. В качестве экзосмеси в ней была использована смесь гранулированного алюминия с крупностью частиц 0,5-2,5 мм и окалина прокатных цехов, предварительно прокаленная для удаления влаги и масел. В качестве прерывателя горения использовали порошок Al₂O₃ с размером частиц от 1 до 3 мм. Для определения необходимой длины участков с прерывателем окислительно-восстановительной реакции заполняли оболочковую проволоку следующим образом. Длина участков проволоки, заполненной экзосмесью, составляла 1,5 м, а длину участков с прерывателем горения варьировали от 5 до 50 см. Таким образом, была изготовлена порошковая проволока длиной 17,75 м с участками прерывания горения различной длины. Указанный опытный образец проволоки был подожжен с конца, ближайший участок прерывания горения к которому был длиной 5 см. Горение проволоки самопроизвольно прекратилось, когда был достигнут участок прерывания горения длиной 15 см. Таким образом, при диаметре проволоки 16 мм, толщине стальной оболочки 0,2 мм и использовании в качестве прерывателя горения Al₂O₃ соотношение длины участка прерывания самопроизвольного распространения окислительно-восстановительной реакции между компонентами экзотермической смеси к наружному диаметру проволоки должно составлять 10. После этого была изготовлена опытная партия проволоки из 10 бухт весом 1000 кг каждая, длина проволоки в которых составила 1900 м. Длина участков, заполненных экзосмесью из гранулированного алюминия и прокатной окалины, составляла 2 м, а длина участков прерывания самопроизвольного горения экзосмеси - 13-17 см. Указанная опытная партия экзотермической проволоки "ЭКЗО-ПРО" была опробована в ЭСПЦ ОЭМК для нагрева стали в сталеразливочных ковшах. Проволоку вводили с использованием программируемого трайб-аппарата со скоростью 150-180 м/мин после корректировки химического состава стали и добавления в ванну шлакообразующих (извести и плавикового шпата). Таким образом, время ввода проволоки равнялось приблизительно 8-12 мин.The length of the sheath wire sections filled with the specified flame chopper is determined empirically depending on the diameter of the sheath wire, the thickness of the steel sheath, the thermal conductivity of the chopper, and other factors. An exwire with a diameter of 16 mm was made to determine the indicated length of the sections of cored wire with a redox reaction breaker. A mixture of granular aluminum with a particle size of 0.5-2.5 mm and mill scale mill scale, preliminarily calcined to remove moisture and oils, was used as an exos mixture. Powder Al ₂ O ₃ with a particle size of 1 to 3 mm was used as a combustion interrupter. To determine the required length of sections with a redox reaction breaker, the sheathed wire was filled as follows. The length of sections of wire filled with an exosmix was 1.5 m, and the length of sections with a combustion chopper varied from 5 to 50 cm. Thus, a flux-cored wire of 17.75 m length with sections of interruption of combustion of various lengths was made. The specified prototype wire was ignited from the end, the nearest section of interruption of combustion to which was 5 cm long. The combustion of the wire spontaneously stopped when the section of interruption of combustion was reached with a length of 15 cm. Thus, with a wire diameter of 16 mm and a steel shell thickness of 0.2 mm and the use of Al ₂ O ₃ as a combustion interrupter, the ratio of the length of the interruption section of the spontaneous propagation of the redox reaction between the components of the exothermic mixture to the outer diameter of the wire oki should be 10. After that, an experimental batch of wire was made from 10 bays weighing 1000 kg each, the wire length of which was 1900 m. The length of the sections filled with an exosmix of granular aluminum and mill scale was 2 m, and the length of the interruption sections of spontaneous combustion exosmixtures - 13-17 cm. The specified experimental batch of exothermic wire "EXO-PRO" was tested in the ESPC OEMK for heating steel in steel casting ladles. The wire was introduced using a programmable tribamer at a speed of 150-180 m / min after adjusting the chemical composition of the steel and adding slag-forming (lime and fluorspar) to the bath. Thus, the input time of the wire was approximately 8-12 minutes

Результаты нагрева стали при внепечной обработке с использованием химического подогрева в кислородно-конверторном цехе (ККЦ) Северстали представлены в табл. 1, на установке ковш-печь электросталеплавильного цеха (ЭСПЦ) Оскольского электрометаллургического комбината (ОЭМК) - в табл. 2 и с использованием экзотермической оболочковой проволоки "ЭКЗО-ПРО" на ОЭМК - в табл. 3. Представленные данные показывают, что тепловой кпд нагрева имеет наибольшее значение при нагреве стали с использованием экзотермической оболочковой проволоки. The results of steel heating during out-of-furnace processing using chemical heating in the oxygen-converter shop (CCC) of Severstal are presented in Table. 1, at the ladle-furnace installation of the electric steelmaking workshop (ESPC) of the Oskol Electrometallurgical Combine (OEMK) - in table. 2 and using the exothermic sheathed wire "EXO-PRO" on OEMK - in table. 3. The data presented show that the thermal heating efficiency is of the greatest importance when heating steel using an exothermic sheathed wire.

Источники информации
1. Поволоцкий Д.Я., Кудрин В.А., Вишкарев А.Ф. Внепечная обработка стали.- М.: Изд-во МИСиС, 1995, с. 152-154.Sources of information
1. Povolotsky D.Ya., Kudrin V.A., Vishkarev A.F. Extra-furnace steel processing.- M.: MISiS Publishing House, 1995, p. 152-154.

2. Патент РФ 2055906 от 27.04.93. 2. RF patent 2055906 from 04/27/93.

3. Лейкин В. Е. Плавка стали в электропечах.- М.: Гос. научно-техн. изд-во литературы по черной и цветной металлургии. 1951, с.362. 3. Leikin V. Ye. Steel melting in electric furnaces. - M.: Gos. scientific and technical publishing house of literature on ferrous and non-ferrous metallurgy. 1951, p. 362.

4. Патент РФ по заявке 94015771 от 27.04.94. 4. RF patent on application 94015771 from 04/27/94.

Claims

1. A method for out-of-furnace heating of liquid metal in a ladle, comprising introducing a sheathed wire consisting of a metal sheath and a filler and heating the metal due to the exothermic burning reaction of the sheath wire filler under the liquid metal level in the ladle, characterized in that they use a filler wire in the form alternating sections of the exothermic mixture and sections of non-combustible material of various lengths, designed to interrupt the combustion process of the exothermic mixture.

2. A sheathed wire for out-of-furnace heating of liquid metal, consisting of a metal sheath and a filler, characterized in that the filler is made in the form of alternating sections of an exothermic mixture and sections of non-combustible material of various lengths designed to interrupt the combustion process of an exothermic mixture, while as an exothermic mixture used iron oxides and one or more metals, the affinity for oxygen in which is greater than the affinity of iron for oxygen.

3. The sheathed wire according to p. 2, characterized in that the exothermic mixture contains one or more metals from the group comprising aluminum, magnesium, calcium, zirconium, silicon, manganese.

4. The sheathed wire according to claim 2, characterized in that a flux consisting of lime, metallurgical slag, and minerals is used as a non-combustible material.