RU2348699C2

RU2348699C2 - Method of vacuum refinement of liquid steel in ladle

Info

Publication number: RU2348699C2
Application number: RU2007107225/02A
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Погожев (RU); Александр Владимирович Погожев; Александр Анатольевич Немтинов (RU); Александр Анатольевич Немтинов; Иван Иванович Карпухин (RU); Иван Иванович Карпухин; нов Андрей Владимирович Лукь (RU); Андрей Владимирович Лукьянов; Александр Михайлович Сорокин (RU); Александр Михайлович Сорокин; Сергей Дмитриевич Зинченко (RU); Сергей Дмитриевич Зинченко; Альберт Павлович Щеголев (RU); Альберт Павлович Щеголев; тин Андрей Борисович Л (RU); Андрей Борисович Лятин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Северсталь" (ОАО "Северсталь")
Priority date: 2007-02-26
Filing date: 2007-02-26
Publication date: 2009-03-10
Also published as: RU2007107225A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention concerns ferrous metallurgy. Particularly it concerns processing of liquid steel in ladle. Method includes regulation of pressure above the surface of liquid steel and consumption of argon depending on argon content in pumped out gas, changing of carbon monoxide release rate and value of buildup of fluid steel (slag-metal emulsion) in ladle.

EFFECT: excluding of overflow ability of liquid steel over ladle side during the process of vacuum refinement.

2 cl, 3 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способам внепечной обработки жидкого металла под вакуумом.The invention relates to the field of ferrous metallurgy, in particular to methods for out-of-furnace treatment of liquid metal under vacuum.

В настоящее время на металлургических заводах получили широкое распространение различные способы внепечной обработки жидкого металла, в том числе различные способы вакуумного рафинирования, суть которых заключается в удалении под воздействием разрежения из жидкой стали, полученной в конвертере, примесей, преимущественно углерода и кислорода, находящихся в жидком металле в связанном (углерод) или в растворенном (кислород, водород, азот) состоянии. Самым распространенным является способ вакуумного рафинирования жидкой стали в ковше, предусматривающий размещение ковша с жидкой сталью в вакуумной камере, герметизацию камеры и создание в ней разрежения над всей поверхностью стали (Соколов Г.А. Внепечное рафинирование стали. М., «Металлургия», 1975, с.127-130, SU 1010140 А, МПК С21С 7/10, 1981.10.13, RU 2046149 C1, МПК С21С 7/10, 1995.10.20). Для интенсификации процесса удаления примесей одновременно с созданием разрежения над поверхностью жидкой стали через нее продувают инертный газ, преимущественно аргон. Способ вакуумного рафинирования в ковше обладает несколькими преимуществами: во-первых, он самый простой из известных способов вакуумного рафинирования, во-вторых, при его проведении обработке подвергается вся поверхность жидкой стали, размещенной в ковше, поэтому сталь обрабатывается более равномерно, что позволяет получить гарантированное и воспроизводимое качество стали. Кроме того, данный способ позволяет производить глубокую десульфурацию стали за счет интенсивного массообмена между шлаком и жидкой сталью на ее поверхности. Однако создание разрежения над поверхностью жидкой стали приводит к ее вскипанию, образованию брызг и переливу стали через борт ковша. Брызги и переливы жидкой стали через борт ковша загрязняют вакуумную камеру и приводят к потерям стали. На практике для устранения этих недостатков сталь заливают в ковш с недоливом, оставляя борт ковша свободным по высоте примерно на 1200-1450 мм (величина свободного борта определена экспериментально и обусловлена уровнем, на который поднимается шлакометаллическая эмульсия при вскипании стали, а также характером процесса рафинирования, содержанием в стали примесей и интенсивностью продувки аргоном). Недолив металла в ковш снижает производительность процесса производства металла в целом, так как объем ковша должен соответствовать объему стали, выплавляемой за одну плавку в одном конвертере.Currently, various methods of out-of-furnace treatment of liquid metal have become widespread at metallurgical plants, including various methods of vacuum refining, the essence of which is the removal of impurities, mainly carbon and oxygen, contained in liquid, under the influence of rarefaction from liquid steel obtained in the converter metal in a bound (carbon) or dissolved (oxygen, hydrogen, nitrogen) state. The most common is the method of vacuum refining liquid steel in a ladle, which involves placing a ladle with liquid steel in a vacuum chamber, sealing the chamber and creating a vacuum in it over the entire surface of the steel (G. Sokolov, Extra-steel refining of steel. M., Metallurgy, 1975 , pp. 127-130, SU 1010140 A, IPC С21С 7/10, 1981.10.13, RU 2046149 C1, IPC С21С 7/10, 1995.10.20). In order to intensify the process of removing impurities, simultaneously with the creation of rarefaction above the surface of liquid steel, an inert gas, mainly argon, is blown through it. The method of vacuum refining in a ladle has several advantages: firstly, it is the simplest known method of vacuum refining, and secondly, when it is processed, the entire surface of the liquid steel placed in the ladle is subjected to processing, so the steel is processed more evenly, which allows to obtain guaranteed and reproducible steel quality. In addition, this method allows for deep desulfurization of steel due to the intensive mass transfer between slag and liquid steel on its surface. However, the creation of rarefaction above the surface of liquid steel leads to its boiling, the formation of splashes and overflow of steel through the side of the bucket. Splashes and overflows of molten steel across the side of the bucket contaminate the vacuum chamber and lead to steel loss. In practice, to eliminate these drawbacks, steel is poured into the bucket with underfilling, leaving the bucket side free in height by about 1200-1450 mm (the free side is determined experimentally and is determined by the level at which the slag metal emulsion rises when the steel boils, as well as the nature of the refining process, the content of impurities in the steel and the intensity of the argon purge). Underfilling the metal into the ladle reduces the productivity of the metal production process as a whole, since the volume of the ladle must correspond to the volume of steel smelted during one heat in one converter.

Из уровня техники известны технические решения, направленные на решение проблемы образования брызг и перелива жидкого металла через борт ковша в процессе вакуумного рафинирования. В основном это различные устройства, которые или предотвращают попадание жидкого металла на элементы вакуумной камеры, или ограничивают подъем жидкого металла вдоль борта ковша. В первом случае это крышки или своды, устанавливаемые в вакуумной камере над ковшом или непосредственно на ковш (JP 7062421, МПК С21С 7/10, 03.07.1995, ЕР 1215288, МПК С21С 7/10, 2002.06.19, RU 2046149, МПК С21С 7/10, 1995.10.20) или наращивающие борт ковша (JP 9111331, МПК С21С 7/10, 1997.04.28). Во втором случае это различные конструкции типа патрубков, погружаемые в жидкий металл, внутри которых вскипающий металл может подниматься выше уровня борта ковша, при этом в процессе обработки уровень жидкого металла в зоне между погружаемым патрубком и бортом ковша изменяется незначительно (WO 90/10087, МПК С21С 7/10, 1990.02.20, JP 8120324, МПК С21С 7/10, 1996.05.17). Общим недостатком использования различных указанных устройств является усложнение оборудования, а в случае действующего производства их применение требует больших материальных затрат на проведение модернизации оборудования.The prior art technical solutions aimed at solving the problem of the formation of sprays and overflow of liquid metal through the side of the bucket in the process of vacuum refining. Basically, these are various devices that either prevent liquid metal from entering the elements of the vacuum chamber, or limit the rise of liquid metal along the side of the bucket. In the first case, these are covers or arches installed in a vacuum chamber above the bucket or directly on the bucket (JP 7062421, IPC C21C 7/10, 07/03/1995, EP 1215288, IPC C21C 7/10, 2002.06.19, RU 2046149, IPC C21C 7/10, 1995.10.20) or increasing the bucket side (JP 9111331, IPC С21С 7/10, 1997.04.28). In the second case, these are various designs such as nozzles immersed in liquid metal, inside which the boiling metal can rise above the level of the side of the bucket, while during processing the level of liquid metal in the area between the immersed branch and the side of the bucket does not change significantly (WO 90/10087, IPC С21С 7/10, 1990.02.20, JP 8120324, IPC С21С 7/10, 1996.05.17). A common disadvantage of using various of these devices is the complexity of the equipment, and in the case of existing production, their use requires large material costs for the modernization of equipment.

Наиболее близким аналогом настоящего изобретения по технической сущности и достигаемому эффекту является способ вакуумного рафинирования жидкой стали в ковше, включающий измерение скорости и состава выделяющихся по ходу процесса вакуумирования газов, предусматривающий окончание процесса по достижении заданного значения разности между исходными содержанием контролируемого компонента в системе металл-шлак и суммарным его количеством в выделяющихся газах (SU 1010140, МПК С21С 7/10, 07.04.83). Недостатком данного способа является то, что сначала контролируют общий объем выделяющихся газов, а затем в объеме всех выделяющихся газов определяют, сколько выделилось углерода, и по балансу останавливают процесс вакуумного рафинирования. Изменение скорости отвода газов в этом процессе не контролируют, хотя этот показатель характеризует возможность интенсивного вскипания жидкой стали и подъема в связи с этим шлакометаллической эмульсии выше допустимого уровня, что приводит к ее переливу через борт ковша.The closest analogue of the present invention in technical essence and the achieved effect is a method of vacuum refining of liquid steel in a ladle, including measuring the speed and composition of gases emitted during the vacuum process, providing for the end of the process upon reaching a predetermined difference between the initial content of the controlled component in the metal-slag system and its total amount in the emitted gases (SU 1010140, MPK С21С 7/10, 04/07/83). The disadvantage of this method is that they first control the total amount of gases emitted, and then in the amount of all gases emitted determine how much carbon is released, and the vacuum refining process is stopped by balance. The change in the rate of gas removal in this process is not controlled, although this indicator characterizes the possibility of intensive boiling of liquid steel and rise in connection with this slag-metal emulsion above the permissible level, which leads to its overflow over the side of the bucket.

Технической задачей настоящего изобретения является исключение возможности перелива жидкой стали через борт ковша в процессе вакуумного рафинирования за счет управления соотношением расхода перемешивающего газа и создаваемого над поверхностью жидкой стали давления дегазации.The technical task of the present invention is to eliminate the possibility of overflow of liquid steel over the side of the bucket during the vacuum refining process by controlling the ratio of the mixing gas flow rate and the degassing pressure created above the surface of the liquid steel.

Поставленная задача решается в способе вакуумного рафинирования жидкой стали в ковше, включающем перемешивание жидкой стали путем подачи аргона, определение состава откачиваемого из вакуумной камеры газа и измерение давления над поверхностью жидкой стали, в котором согласно изобретению в процессе вакуумного рафинирования давление над поверхностью жидкой стали и расход аргона регулируют в зависимости от содержания азота в откачиваемом газе, изменения скорости выделения оксида углерода из жидкой стали и величины подъема уровня жидкой стали в ковше по стадиям, причем на первой стадии снижают давление в вакуумной камере, измеряют содержание азота в откачиваемом газе и снижают расход аргона до уровня 10-15% от максимальной величины, затем поддерживают указанный уровень расхода аргона до достижения содержания азота, равного или меньшего 7% от первоначального значения; на второй стадии измеряют изменение скорости выделения оксида углерода из жидкой стали и контролируют величину подъема уровня шлакометаллической эмульсии в ковше, при этом при подъеме уровня шлакометаллической эмульсии не более чем на 0,4 м и давлении меньшем или равном 0,3 кПа расход аргона повышают, а при росте скорости выделения оксида углерода из жидкой стали более чем на 40% за минуту от установившегося значения повышение расхода аргона прекращают и давление повышают до 0,3 кПа, затем при установившейся скорости выделения оксида углерода из жидкой стали расход аргона увеличивают до максимальной величины; на третьей стадии измеряют скорость выделения оксида углерода и при достижении ею значения, равного 0,3% от максимального значения, процесс вакуумного рафинирования прекращают.The problem is solved in a method of vacuum refining liquid steel in a ladle, including mixing liquid steel by feeding argon, determining the composition of the gas evacuated from the vacuum chamber and measuring pressure above the surface of liquid steel, in which according to the invention, in the process of vacuum refining, pressure above the surface of liquid steel and flow rate argon is regulated depending on the nitrogen content in the pumped gas, changes in the rate of evolution of carbon monoxide from liquid steel and the magnitude of the rise in the level of liquid steel in the ladle in stages, and in the first stage they reduce the pressure in the vacuum chamber, measure the nitrogen content in the pumped gas and reduce the argon flow rate to 10-15% of the maximum value, then maintain the indicated argon flow rate until the nitrogen content is equal to or lower 7% of the initial value; at the second stage, the change in the rate of carbon monoxide emission from molten steel is measured and the amount of slag metal emulsion rise in the ladle is controlled, while when the slag metal emulsion rises by no more than 0.4 m and the pressure is less than or equal to 0.3 kPa, the argon flow rate is increased, and with an increase in the rate of evolution of carbon monoxide from liquid steel by more than 40% per minute from the steady-state value, the increase in argon flow rate is stopped and the pressure is increased to 0.3 kPa, then at a steady-state rate of emission of carbon oxide and from liquid steel, the argon flow rate is increased to a maximum value; in the third stage, the rate of carbon monoxide release is measured and when it reaches a value of 0.3% of the maximum value, the vacuum refining process is stopped.

Сущность изобретения поясняется со ссылкой на прилагаемые иллюстрации, на которых показано следующее.The invention is illustrated with reference to the accompanying illustrations, which show the following.

Фиг.1 - схема установки для вакуумного рафинирования жидкой стали в ковше.Figure 1 - diagram of the installation for vacuum refining of liquid steel in the ladle.

Фиг.2 - график зависимости константы обезуглероживания (К_с) от удельного расхода аргона (

).Figure 2 is a graph of the decarburization constant (K _s ) from the specific consumption of argon (

)

Фиг.3 - график изменения расхода аргона (

) по стадиям процесса.Figure 3 - graph of the flow rate of argon (

) according to the stages of the process.

Устройство, реализующее способ, содержит вакуумную камеру 1, выполненную с возможностью размещения ковша 2 с жидкой сталью. В днище ковша 2 установлены пористые пробки 3, которые трубопроводами связаны с клапаном 4, регулирующим подачу аргона. Вакуумная камера 1 посредством бокового отверстия 5 и трубопроводов 13 соединена с вакуумным насосом 6 и газоанализатором 7. Вакуумный насос 6 создает разрежение в объеме 8 над поверхностью жидкой стали. Вакуумная камера 1 посредством клапана 9 соединена с линией подачи азота. Вакуумная камера 1 снабжена крышкой 10, на которой размещено средство 11 наблюдения за уровнем жидкой стали в ковше, например телекамера или лазерный высотомер. Крышка 10 соединяется с вакуумной камерой 1 уплотнением 12. Средство 11 наблюдения соединено с клапаном 9.A device that implements the method comprises a vacuum chamber 1 configured to accommodate a ladle 2 with liquid steel. In the bottom of the bucket 2 installed porous plugs 3, which are connected by pipelines to the valve 4, regulating the flow of argon. The vacuum chamber 1 through the side holes 5 and pipelines 13 is connected to a vacuum pump 6 and a gas analyzer 7. The vacuum pump 6 creates a vacuum in the volume 8 above the surface of the molten steel. The vacuum chamber 1 through the valve 9 is connected to the nitrogen supply line. The vacuum chamber 1 is provided with a cover 10, on which there is placed a means 11 for monitoring the level of liquid steel in the ladle, for example, a television camera or a laser altimeter. The cover 10 is connected to the vacuum chamber 1 by a seal 12. The monitoring means 11 is connected to the valve 9.

Рафинирование жидкой стали в соответствии с настоящим способом осуществляют следующим образом. Ковш 2 с жидкой сталью с помощью крана устанавливают в вакуумную камеру 1. Перед началом процесса вакуумного рафинирования с помощью клапана 4 через пористые пробки 3 в жидкую сталь в течение 2 минут подают перемешивающий газ, преимущественно аргон, в соответствии с графиком, показанным на фиг.3 (предварительная стадия). Затем вакуумную камеру 1 закрывают крышкой 10 с уплотнением 12 и с помощью вакуумного насоса 6 над поверхностью жидкой стали снижают давление (Р₀), и одновременно начинают снижать расход (V) аргона, при этом газоанализатором 7 контролируют содержание азота в откачиваемом из вакуумной камеры 1 газе. После снижения расхода аргона до 10-15% от максимальной величины снижение расхода аргона прекращают. Далее расход аргона поддерживают на достигнутом уровне до достижения концентрации азота, равной 7% от первоначального значения. После этого расход аргона увеличивают с 10-15% до максимальной величины. Процесс дегазации жидкой стали начинается с момента достижения давлением Р₀ величины Р₀≤3 кПа.The refining of liquid steel in accordance with the present method is as follows. A ladle 2 with liquid steel is installed using a crane into the vacuum chamber 1. Before starting the vacuum refining process using valve 4, stirring gas, mainly argon, is fed into the molten steel through porous plugs 3 for 2 minutes in accordance with the schedule shown in FIG. 3 (preliminary stage). Then the vacuum chamber 1 is closed with a lid 10 with a seal 12 and with the help of a vacuum pump 6 above the surface of the molten steel they reduce the pressure (P ₀ ) and at the same time begin to reduce the flow rate (V) of argon, while the gas analyzer 7 controls the nitrogen content in the pumped out of the vacuum chamber 1 gas. After reducing the argon consumption to 10-15% of the maximum value, the decrease in argon consumption is stopped. Further, the argon flow rate is maintained at a reached level until a nitrogen concentration of 7% of the initial value is reached. After that, the argon consumption is increased from 10-15% to the maximum value. The process of degassing liquid steel begins from the moment pressure P ₀ reaches a value of P ₀ ≤3 kPa.

Известно, что мощность перемешивания жидкого металла в ковше (в том числе жидкой стали) определяется уравнением Плюшкеля (R.J.Fruehan et al.: «Vacuum Degassing of Steel, Iron and Steel Society, 1990»):It is known that the mixing power of liquid metal in a ladle (including liquid steel) is determined by the Plyushkel equation (R.J. Fruehan et al .: "Vacuum Degassing of Steel, Iron and Steel Society, 1990"):

где

- удельная мощность перемешивания [Вт/т],Where

- specific power of mixing [W / t],

- расход аргона [л/мин],

- argon flow rate [l / min],

Т - температура жидкого металла в ковше [K],T is the temperature of the molten metal in the bucket [K],

W - масса жидкого металла в ковше [т],W is the mass of liquid metal in the bucket [t],

Н - глубина вдувания аргона [м],N is the depth of injection of argon [m],

P₀ - давление над свободной поверхностью ванны жидкого металла (кПа).P ₀ is the pressure above the free surface of the liquid metal bath (kPa).

Регулирование давления Р₀ в объеме 8 (в вакуумной камере 1) выполняют путем подачи азота в вакуумную камеру 1 посредством клапана 9 для устранения возможности перелива жидкой стали или шлакометаллической эмульсии через борт ковша при резком подъеме уровня при вскипании. Согласно уравнению (1) удельная мощность перемешивания

зависит от величины давления Р₀ над поверхностью жидкой стали и от расхода

перемешивающего газа.The regulation of pressure P ₀ in volume 8 (in the vacuum chamber 1) is performed by supplying nitrogen to the vacuum chamber 1 by means of a valve 9 to eliminate the possibility of overflow of molten steel or slag metal emulsion through the side of the bucket with a sharp rise in level during boiling. According to equation (1), the specific mixing power

depends on the pressure P ₀ above the surface of the molten steel and on the flow rate

mixing gas.

Перемешивание жидкой стали аргоном значительно ускоряет процесс рафинирования стали, так как при этом во много раз увеличивается площадь поверхности, вступающей в реакцию, так как пузыри аргона, поднимаясь к свободной поверхности ванны металла, создают зону контакта между жидкой сталью и газообразной фазой (аргоном), характеризующуюся низким парциальным давлением оксида углерода (СО). Кроме того, выход пузырей аргона на свободную поверхность ванны металла создает большое количество брызг, увеличивая площадь металла, контактирующего с низким давлением над поверхностью ванны металла, при этом обезуглероживание описывается следующим уравнением:Mixing liquid steel with argon significantly accelerates the steel refining process, since this greatly increases the surface area that reacts, since argon bubbles rising to the free surface of the metal bath create a contact zone between the liquid steel and the gaseous phase (argon), characterized by low partial pressure of carbon monoxide (CO). In addition, the exit of argon bubbles on the free surface of the metal bath creates a large number of sprays, increasing the area of the metal in contact with low pressure above the surface of the metal bath, while decarburization is described by the following equation:

гдеWhere

С_f - содержание углерода в жидкой стали в конце вакуумного рафинирования,With _f is the carbon content in liquid steel at the end of vacuum refining,

С_i - содержание углерода в жидкой стали перед вакуумным рафинированием,With _i is the carbon content in liquid steel before vacuum refining,

К_c - константа обезуглероживания (мин^-1),K _c - decarburization constant (min ^-1 ),

t - продолжительность процесса вакуумного рафинирования.t is the duration of the vacuum refining process.

График на фиг.2 показывает увеличение константы обезуглероживания К_с в зависимости от интенсивности перемешивания жидкой стали аргоном.The graph in FIG. 2 shows an increase in the decarburization constant K _c depending on the intensity of mixing of the liquid steel with argon.

Известно также, что удаление углерода из жидкой стали происходит по реакции с кислородом:It is also known that the removal of carbon from liquid steel occurs by reaction with oxygen:

при этом в реакцию может вступать либо кислород растворенный в жидкой стали, либо кислород из окислов в шлаке, таких как F₂O и MnO, поэтому основным газом, откачиваемым насосом 6, является оксид углерода (СО).in this case, either oxygen dissolved in liquid steel or oxygen from oxides in the slag, such as F ₂ O and MnO, can enter into the reaction, therefore, the main gas pumped out by pump 6 is carbon monoxide (CO).

Характер вскипания жидкой стали определяется, в основном, изменением скорости выделения из нее оксида углерода (СО), диоксид углерода (СО₂) на процесс вскипания влияет незначительно, поэтому измеряя с помощью газоанализатора 7 изменение скорости возникновения в откачиваемом газе оксида углерода (СО) можно судить о скорости обезуглероживания стали, а следовательно, и о степени вспенивания шлакометаллической эмульсии, образующейся на поверхности жидкой стали при ее вскипании.The nature of the boiling of liquid steel is determined mainly by the change in the rate of release of carbon monoxide (CO) from it, carbon dioxide (CO ₂ ) does not significantly affect the boiling process, therefore, by measuring with a gas analyzer 7, the change in the rate of occurrence of carbon monoxide (CO) in the pumped gas can to judge the rate of decarburization of steel, and consequently, the degree of foaming of the slag-metal emulsion formed on the surface of molten steel when it boils.

Для обеспечения безопасного хода обработки жидкой стали вакуумом (без переливов через борт ковша) необходимо поддерживать текущее значение константы обезуглероживания (K_ci) на уровне 0,1-0,2 (фиг.2). Этот уровень обеспечивает оптимально-эффективную скорость процесса вакуумного рафинирования и одновременно исключает возможность перелива шлакометаллической эмульсии через борт ковша.To ensure a safe course of processing liquid steel with vacuum (without overflow over the side of the bucket), it is necessary to maintain the current value of the decarburization constant (K _ci ) at the level of 0.1-0.2 (figure 2). This level provides an optimum-effective speed of the vacuum refining process and at the same time eliminates the possibility of overflow of slag-metal emulsion over the side of the bucket.

Регулирование соотношений

и Р₀ возможно в пределах 15 минут процесса дегазации, так как известно, что к 15-й минуте в жидкой стали процесс окисления углерода достигает 80-90% от требуемого, поэтому остающийся углерод не приводит к вспениванию и переливу жидкой стали через борт ковша. Для удаления оставшегося углерода (это 10-15% от первоначального значения) далее процесс ведут с максимальной мощностью перемешивания аргоном до того момента, пока скорость выделения оксида углерода не составит 0,3% от максимального значения по показаниям газоанализатора 7.Ratio adjustment

and P _{0 is} possible within 15 minutes of the degassing process, since it is known that by the 15th minute in liquid steel the carbon oxidation process reaches 80-90% of the required, therefore, the remaining carbon does not lead to foaming and overflow of liquid steel through the side of the bucket. To remove the remaining carbon (this is 10-15% of the initial value), the process is further conducted with a maximum power of mixing with argon until the carbon monoxide emission rate reaches 0.3% of the maximum value according to the readings of the gas analyzer 7.

ПримерExample

Ковш 2 с жидкой сталью марки S1006 от конвертера подавали цеховым краном в вакуумную камеру 1. Масса жидкой стали составляла 334 т, при этом расстояние от поверхности жидкой стали до края борта ковша (свободный борт) равнялось 900 мм. После установки ковша 2 в вакуумную камеру 1 посредством клапана 4 подключили подачу аргона и вели перемешивание жидкой стали в течение 2-х минут с максимальным расходом аргона, равным 3000 л/мин (фиг.3). Затем закрыли крышку 10 вакуумной камеры 1 и в соответствии с графиком, показанным на фиг.3, начали первую стадию процесса вакуумного рафинирования. В момент, соответствующий точке 1 графика, начали снижать давление в вакуумной камере 1 вакуумным насосом 6, снижать расход аргона и контролировать содержание азота в откачиваемом газе газоанализатором 7. В качестве газоанализатора 7 использовали газоанализатор марки ФТИАН-2, пригодный для определения состава и измерения изменения скорости расхода газа, то есть пригодного для определения второй производной от расхода любого газа в составе откачиваемого газа. Данные газоанализаторы использовались ранее только в конвертерных производствах. Через 30 секунд (точка 2) расход аргона снизился до 300 л/мин, что составляет 10% от максимального значения, при этом давление в вакуумной камере 1 и соответственно над поверхностью жидкой стали в области 8 составило 0,3 кПа. С этого момента расход аргона поддерживали на достигнутом уровне в течение 3-х минут, пока содержание азота в откачиваемом газе не снизилось до 7% от первоначального значения (точка 3), при этом давление не изменилось и равнялось 0,3 кПа. Длительность первой стадии процесса составила 3,5 минуты. На второй стадии (точка 3) повышают расход аргона, измеряя при этом изменение скорости выделения оксида углерода из жидкой стали и величину подъема (Δh) уровня шлакометаллической эмульсии в ковше. Измерение уровня подъема осуществляли лазерным высотомером марки RS 422 фирмы SICK. В точке 4 уровень шлакометаллической эмульсии поднялся на 180 мм (Δh=180 мм), при этом давление Р₀ снизилось до 0,09 кПа, а скорость выделения оксида углерода за последние 15 секунд повысилась на 10% (с 1600 л/мин до 1750 л/мин), что составляет 40% за минуту. Такое резкое повышение скорости выделения оксида углерода свидетельствовало о начале бурного вскипания жидкой стали в ковше, которое могло привести к переливу жидкой стали (шлакометаллической эмульсии) через борт ковша. Для предупреждения перелива через борт ковша в момент, соответствующий точке 4, открыли клапан 9 и подавали в вакуумную камеру 1 азот для подъема давления до 0,3 кПа, при этом скорость выделения оксида углерода снизилась до 1650 л/мин и не изменялась в течение 2-х минут (точка 5), а уровень подъема шлакометаллической эмульсии не превышал 0,4 м. На 9-й минуте процесса (точка 5) продолжили повышение расхода аргона и вели его в течение 3-х минут до достижения максимальной величины (3000 л/мин). Длительность второй стадии процесса в данном конкретном случае составила 7 минут. Затем расход аргона поддерживали на максимальном уровне и измеряли скорость выделения оксида углерода (точки 6-7). Когда скорость выделения оксида углерода составила 5 л/мин (0,3% от максимального значения), процесс вакуумного рафинирования прекратили. Общая длительность процесса составила 16 минут, при этом содержание углерода в жидкой стали снизилось с 0,022% до 0,0021%. Переливов жидкой стали или шлакометаллической эмульсии через борт ковша не зафиксировано, причем по сравнению со стандартным процессом вакуумного рафинирования масса стали в ковше увеличилась на 24 т (с 310 т до 334 т), то есть примерно на 8%. Достижение указанного эффекта стало возможным за счет оперативного управления соотношением расхода перемешивающего газа, в данном случае аргона, и создаваемого над поверхностью жидкой стали давления. Использование измерения изменения скорости выделения оксида углерода дает возможность увеличить быстродействие обнаружения процесса вскипания жидкого металла в ковше, а следовательно, получить дополнительное время для возможности предотвратить перелив жидкого металла через борт ковша.Ladle 2 with liquid steel of grade S1006 was fed from the converter by a workshop crane into vacuum chamber 1. The mass of liquid steel was 334 tons, while the distance from the surface of liquid steel to the edge of the side of the bucket (free board) was 900 mm. After installing the bucket 2 in the vacuum chamber 1 by means of valve 4, an argon supply was connected and liquid steel was mixed for 2 minutes with a maximum argon flow rate of 3000 l / min (Fig. 3). Then, the lid 10 of the vacuum chamber 1 was closed and, in accordance with the graph shown in FIG. 3, the first stage of the vacuum refining process was started. At the moment corresponding to point 1 of the graph, they began to reduce the pressure in the vacuum chamber 1 with a vacuum pump 6, reduce the argon flow rate and control the nitrogen content in the pumped gas by the gas analyzer 7. As a gas analyzer 7, a FTIAN-2 gas analyzer was used, which is suitable for determining the composition and measuring the change gas flow rate, that is, suitable for determining the second derivative of the flow rate of any gas in the composition of the pumped gas. These gas analyzers were previously used only in converter plants. After 30 seconds (point 2), the argon flow rate decreased to 300 l / min, which is 10% of the maximum value, while the pressure in the vacuum chamber 1 and, respectively, above the surface of the molten steel in region 8 was 0.3 kPa. From this moment, the argon flow rate was maintained at the achieved level for 3 minutes, until the nitrogen content in the pumped gas decreased to 7% of the initial value (point 3), while the pressure did not change and amounted to 0.3 kPa. The duration of the first stage of the process was 3.5 minutes. In the second stage (point 3), the argon flow rate is increased, while measuring the change in the rate of carbon monoxide emission from molten steel and the increase (Δh) of the level of the slag metal emulsion in the ladle. The measurement of the level of rise was carried out by a laser altimeter brand RS 422 company SICK. At point 4, the level of slag metal emulsion increased by 180 mm (Δh = 180 mm), while the pressure P ₀ decreased to 0.09 kPa, and the rate of carbon monoxide emission increased by 10% over the past 15 seconds (from 1600 l / min to 1750 l / min), which is 40% per minute. Such a sharp increase in the rate of evolution of carbon monoxide testified to the beginning of rapid boiling of liquid steel in the ladle, which could lead to overflow of liquid steel (slag metal emulsion) through the side of the bucket. To prevent overflowing over the side of the bucket at the moment corresponding to point 4, valve 9 was opened and nitrogen was introduced into the vacuum chamber 1 to increase pressure to 0.3 kPa, while the rate of carbon monoxide emission decreased to 1650 l / min and did not change for 2 minutes (point 5), and the rise level of the slag metal emulsion did not exceed 0.4 m. At the 9th minute of the process (point 5), the argon flow rate continued to increase and was kept for 3 minutes until reaching the maximum value (3000 l / min). The duration of the second stage of the process in this particular case was 7 minutes. Then, the argon flow rate was kept at the maximum level and the rate of carbon monoxide emission was measured (points 6–7). When the rate of carbon monoxide release was 5 L / min (0.3% of the maximum value), the vacuum refining process was stopped. The total duration of the process was 16 minutes, while the carbon content in the liquid steel decreased from 0.022% to 0.0021%. There were no overflows of liquid steel or slag metal emulsion over the side of the bucket, and in comparison with the standard vacuum refining process, the mass of steel in the bucket increased by 24 tons (from 310 tons to 334 tons), i.e. by about 8%. The achievement of this effect became possible due to the operational control of the ratio of the flow rate of the mixing gas, in this case argon, and the pressure created above the surface of the liquid steel. Using the measurement of changes in the rate of carbon monoxide emission makes it possible to increase the detection speed of the process of boiling of liquid metal in the ladle, and therefore, to obtain additional time for the possibility of preventing overflow of liquid metal over the side of the bucket.

Claims

1. A method of vacuum refining liquid steel in a ladle, including placing a ladle with liquid steel in a vacuum chamber, mixing the liquid steel by feeding argon, determining the composition of the gas pumped out of the vacuum chamber, and measuring the pressure above the surface of the liquid steel, characterized in that the nitrogen content is determined and the rate of evolution of carbon monoxide in the pumped gas, measure the increase in the level of slag metal emulsion in the ladle and regulate the pressure above the surface of the liquid steel and the flow rate of argon, depending t of nitrogen content in the pumped gas, changes in the rate of evolution of carbon monoxide from liquid steel and the increase in the level of slag metal emulsion in the ladle in stages at the first stage, the steel is mixed with argon at a maximum flow rate, the pressure in the vacuum chamber and the argon flow are reduced to 10-15 % of the maximum flow rate, then maintain the indicated level of argon flow rate to the nitrogen content in the pumped gas equal to or less than 7% of the initial value; in the second stage, when the level of the slag metal emulsion is increased by no more than 0.4 m and the pressure decreases less than or equal to 0.3 kPa, the argon flow rate is increased, and with an increase in the rate of release of carbon monoxide from molten steel by more than 40% per minute from steady-state value, the argon flow rate increase is stopped and the pressure is increased to 0.3 kPa and the slag-metal emulsion level rises to more than 0.4 m, after which the argon flow rate is continued to increase to the maximum value; in the third stage, at a steady-state rate of carbon monoxide evolution from liquid steel 0.3% of the maximum value, the vacuum refining process is stopped.

2. The method according to claim 1, characterized in that in the first stage, the mixing of molten steel with argon is carried out with a maximum flow rate of 3000 l / min, and the pressure in the vacuum chamber is reduced to 0.3 kPa; in the second stage, the argon flow rate is increased with a decrease in pressure to 0.09 kPa, and after the cessation of the increase in argon flow rate to increase the pressure to 0.3 kPa, nitrogen is supplied to the vacuum chamber and then the argon flow rate is increased to a maximum value of 3000 l / min.