SU1131910A1 - Устройство дл рафинировани металла - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ МЕТАЛЛА, сЬдёр (ащёё плавильную емкость, выполненную в виде замкнутой кольцевой камеры с наклонным днищем, включающую зоны смешени , разделени  и плавлени -регенерации, заливочное устройство, продувочные фурмы, выпускное отверстие и пневмотранспортную систему дл  вдувани  порошков в шлаковый расплав,ртличающее с   тем, что, с целью повьш1ени  эффективности рафинировани , устройство снабжено вакуумной камерой, выполненной в виде колпака и размещенной на своде кольцевой камеры в зоне смешени , причем ее поперечные стены погружены в шлаковый расплав, а свод снабжен заливочным отверстием с -воронкой и пульверизирующим узлом. 2. Устройство по п. 1, о т л ичающеес  тем, что вакуумна  камера .снабжена поперечной перегородкой , нижний край которой состыкован с днищем, а боковые кра  - со стенками кольцевой камеры, а верхний ее край погружен в шлаковый расплав, причем в перегородке выполнен сквозной проем с подвижной заслонкой. 3. Устройство по пп. 1 и 2, о тличающеес  тем, что днище кольцевой камеры выполнено в форме винтовой поверхности с наклоном по ходу движени  шлакового расплава от поперечной перегородки в зоне разделени  к выпускному отверстию в зоне смешени . 00

Description

Устройство относитс  к металлурги и может быть использовано при рафинировании стали и чугуна.

Известны внепечные способы улучшени  качества стали синтетическими шланами и вакуумированием.

Обычно эти способы провод т раздельно в различных агре.гатах. Однако исветен способ их совмещени  в одном устройстве. Этот способ вакуум-шлаковой обработки реализуетс  в специальной установке. Установка состоит из вакуумной камеры, соединенной с вертикальной трубой-хоботом и герметично соединенной с дном ковша, Из которого сталь поступает на рафинирование . Труба-хобот погружаетс  в рафинировочный шлак, залитый в другой ковш.

В вакуумной камере создают разрежение , за счет которого рафини ровочный шлак засасываетс  в трубухобот на высоту (над уровнем шлака . в ковше) 2,5-3,5 м. При открытии стопора стру  металла из верхнего овша поступает в вакуумную камеру, диспергируе с  на капли и в виде дожд  из металлических капель осаждаетс  в нижний ковш через столб шлака в трубе. При этом капли металла подвергаютс  дегазации (удалению кислорода, водорода, азота) и очищению от серы и неметаллических включений Dj

При десульфации и раскислении металла шлак обогащаетс  закисью железа. В рассматриваемом способе верхние слои шлакового столба, подвергающиес  наиболее сильному вли нию вакуума в этом случае, регенерируютс  от закиси железа за счет углерода, содержащегос  в металлических капл х (особенно при рафинировочной обработке среднеуглеродистых и высокоуглеродистых марок стали юш же чугуна). .

Нижние же слои шлака из-за слабого воздействи  вакуума в этом устройстве остаютс  практически нераскисленными (нерегенерированными от закиси железа) . Данные способ

и устройство не предусматривают регенерацию шлака от серы. Кроме того, недостатком их  вл етс  цикличность или порционность процесса, т.е.

, невозможность ведени  процесса непрерывно .

Известно устройство дл  рафинировани  металла, содержащее плавильную емкость, выполненную в виде замкнутой кольцевой камеры с наклонным днищем, включающую зоны смешени , разделени  и плавлени -регенерации, заливочное устройство, продувочные фурмы, выпускное отверстие и пневмотранспортную систему ,дл  вдувани  порошков в шлаковый расплав 2J ,

При применении этого устройства дл  обработки жидкой стали синтетическим шлаком сталь в значительной степени очищаетс  от серы, кислорода и неметаллических включений. После разделени  рафинированного металла и шлака последний поступает в зону плавлени -регенерации, где его подогревают , очищают от серы.

Так же и раскисл ют (уменьшают концентрацию закиси железа) введение в шлак углеводородсодержащего порошк ( графита, карбида кальци ), ферросилици , алюмини . Раскисление св зано .с значительными затратами этих дефицитных и дорогосто щих материалов. Кроме того, сталь после рафинировани  в этом устройстве остаетс  загр зненной такими газами, как водород и азот. С целью их удалени  металл целесообразно подвергнуть вакуумированию в каком-либо вакуумном агрегате . Однако это св зано с организацией дополнителБНого .технологическог звена. Потребзтотс  при этом-дополнительные подъемно-транспортные операции по переливу и перевозке стали, дополнительные затраты энергии на перегрев металла .дл  компенсации значительных теплопотерь на этих операци х, а также значительные, затраты времени на их проведение.

Цель изобретени  - повышение эффективности рафинировани .

. Цель достигаетс  тем, что устройство дл  рафинировани  металла, содержащее плавильную емкость, выполненную в виде замкнутой кольцевой камеры с наклонным днищем, включающую зоны смешени , разделени  и плавлени -регенерации заливочное устройство, продувочные фурмы, выпускное отверстие и пневмотранспортную систему дл  вдувани  порошков в шлаковый расплав, снабжено вакуумной камерой, выполненной в виде колпака и размещенной на своде кольцевой камеры в зоне смешени , причем ее поперечные стены погружены 3 . в шлаковый расплав, а свод снабжен I заливочным отверстием с воронкой и пульверизирующим узлом. Вакуумна  камера снабжена попере ной перегородкой, нижний край которой состыкован с днищем, а боковые кра  - со стенками кольцевой камеры а верхний ее край погружен в шлаков расплав, причем в перегородке выпол нен сквозной проем с подвижной заслонкой . Днище кольцевой камеры выполнено в форме винтовой поверхности с лаклоном по ходу движени  шлакового расплава от поперечной перегородки в зоне разделени  к выпускному отве стию в зоне смешени . На фиг. 1-изображено устройство ( разрез А-А на фиг. 2); на фиг. 2 то же, вид сверху. Устройство представл ет собой плавильную емкость, выполненную в виде замкнутого полого кольца, вклю чающую зоны смешени , разделени  и плавлени -регенерации. В поперечном сечении полое кольцо имеет предпочтительно пр моугольную форму. Устройство содержит кольцевые наружную и внутреннюю 2 стенки, днище 3 и свод 4. Во внутренней полости кольцевой камеры 5 в районе зоны регене рации располагаютс  вертикальные топливо-кислородные фурмы 6, а такж фурмы 7, предназначенные дл  (.вдуван в шлаковый расплав порошкообразных материалов, .подаваемых по трубопроводу 8 с помощью пневмонагнетател  располагаемого вблизи кольцевой камеры. В зоне плавлени -регенераци свод 4 имеет сквозное заливочное отверстие 10 с воронкой 11, предназ наченное дл  заливки во внутрь коль цевой камеры жидкого шлака или ссыпани  туда кусковых материалов, нео ходимых дл  корректировки состава шлака. Дл  удалени  отработанных газов служит газоход 12. В зоне смешени  расположена вакуумна  каме ра, образованна  поперечными стенка ми 13 и 14, дугообразными стенками 15 и 16, а также сводом 17, на кото ром находитс  пульверизующий узел 1 содержащий сквозное отверстие 19. Камера также имеет отверстие 20, сочленное с трубопроводом 21, противоположный конец которого подсоединен к вакуумным насосам. Поперечн стенки 13 и 14 камеры опущены ниже 04 свода и кра  стенок 22 и 23 погружены в шлаковый расплав, обеспечива  на этом участке герметизацию вакуумной камеры. В своей средней зоню вакуумна  камера содержит поперечную разделительную перегородку 24, состыкованную нижним краем с днищем 3, а боковыми кра ми с наружной 1 и внутренней 2 стенками. Верхний край перегородки 24 погружен в шлаковый расплав ниже его барометрического уровн . Глубина погружени  верхнего кра  перегородки 24 должна быть достаточной дл  того,-чтобы при наборе вакуума обеспечить свободный проток шлакового расплава через эту перегородку 24. В перегородке 24.выполнен сквозной проем 25, которьй может перекрыватьс  шиберной задвижкой 26, поддерживаемой на необходимой высоте с помощью подвески 27. Днище 3 в зоне вакуумной камеры (зона смешени ) снабжено выпускным отверстием 28 с затвором. Стенки 13 и 14 и свод 17 вакуз мной камеры выполн ютс  герметичными, например металлическими водоохлаждаемыми с внутренней стороны облицованными огнеупорным материалом полностью или выше шлакового уровн  расплава. Разделительна  перегородка 24 также выполн етс  предпочтительно металлической водоохлаждаемой с огнеупорной футеровкой или без нее. В некоторых случа х, когда не требуетс  очень высокого рафинировани  металла, устройство может выполн тьс  и без разделительной перегородки 24. , И, наоборот, при необходимости достижени  максимальной степени рафинировани  металла за счет шлака усиливают эффект противоточного режима рафинировани  путем удлинени  столба шлака, двигающегос  в направлении снизу вверх за счет большего заглублени  в шлаковый расплав кра  стенки 22, чем это требуетс  дл  герметизации вакуумной камеры. Воронка в пульверизирующем узле 18 выполн етс  охлаждаемой с высокоогнеупорной футеровкой и строго калиброванным отверстием 19 дл  слива металла вйутрь вакуумной камеры. Эта воронка может быть известными приемами герметично состыкована с промежуточным ковшом, в котором посто нно поддерживают слой металла, когда необходимо обеспечить непрерывный слив металла в вакуумную камеру из нескольких ковшей. В предлагаемом устройстве в сравнении с прототипом измен етс  конструкци  днища 3. В устройстве с разде лительной перегородкой 24 днище 3 выполн ют, как и а прототипе, наклон ным в сторону выпускного проема 25, но оно вместо плоской формы приобретает форму винтовой поверхности. При этом верхн   точка его располагаетс  в разделительной перегородке 24 со стороны выхода шлакового расплава из вакуумной камеры, а нижн   - с противоположной стороны перегородки 24 у впускного отверсти  28. Устройство работает следующим образом. Вначале включают в работу продувочные фурмы 6, затем заполн ют шлаковьм расплавом внутреннюю полость камеры 5 через отверстие 10 с воронкой 11. Глубину сло  шлакового расплава в этот период при всех прочих ра.вных услови х здесь поддерживают большей, чем в прототипе, так как в услови х рабочего режима (при работе вакуум-камеры) глубина шлакового расплава внутри кольцевой камеры 5 уменьшаетс  за счет подъема уровн  расплава шлака в вакуумной камере при создании там пониженног;о давлени ( при глубоком вакууме уровень шлакового расплава в вакуум-камере по . отношению к его уровню в кольцевой камере вьше примерно на 3 м). После заполнени  устройства шлаковым расплавом при подн той шиберной задвижке 26, когда проем 25 открыт, устанавливают необходимый режим продувки шлакового расплава топливо-кислородным факелом горени . Так, например, через фурмы 6, расположенные в начале зоны плавлени -регенерации, ведетс  продувка шлакового расплава окислительным факелом полного горени  с целью нагрева и десульфации шлака, а через фурмы 6, расположенные в конце зоны плавлени -регенерации , ведут продувку шлака восстановительным факелом неполного горени  Одновременно в этой же части зоны через фурмы 7 в шлаковый расплав с помощью пневмонагнетател  9 по трубо проводу 8 вдувают раскислительный порошок. Воздействие на щлак восстановительного газа и раскислительного порошка снижает в шлаковом 1 106 расплаве концентрацию оксидов железа и марганца. За счет динамического воздействи  струй топливо-кислородного факела на шлаковый расплав устанавливаетс  непрерывное движение его вдоль кольцевой камеры 5. Ско с рость такой циркул ции шлака может регулироватьс  как интенсивностью продувки, так и независимо от нее. Последний вариант осуществл ют двум  пут ми.. Первый путь состоит в соответствующем повороте топливо-кислородных фурм вокруг своей оси, т.е. путем отклонени  оси сопел, а следовательно и факельных струй от касательной окружности, по которой .движетс  поток шлака в кольцевой камере. Второй путь осуществл ют за счет регулировани  свободного сечени  проема 25, сущестсвующим образом прикрыва  его шиберной задвижкой.26. При необходимости введени  какоголибо материала в шлак такой материал в соответствующем количестве в порошкообразном виде вдувают с помощью пневмонагнетател  9 через фурмы 7 или задают кусками через воронку 11 с отверсти ми 10. В результате такой обработки шлаковый расплав, протека  через зону плавлени -регенерации, приобретает необходимые рафинированные свойства и температуру. Перетека  из зоны плавлени -регенерации в зону смешени , шлаковый расплав оказываетс  в зоне расположени  вакуумной камеры. При поступлении первых порций регенерированного шлака в эту зону включают в работу вакуумную систему, откачива  газ из вакуумной камеры через отверстие 20 и трубопровод . По достижении необходимого вакуума через воронку пульверизующего узла начинают сливать в отверстие 19 рафинируемый металл, стру  которого после прожига мембранного клапана начинает непрерывно поступать в вакуумную камеру, где под действием вакуума происходит ее пульверизаци  на капли, которые в некоторых случа х могут дополнительно пульверизоватьс  за счет пульверизующей системы самого узла 18, например за счет воздействи  на металл электротока . Попав в шлаковый расплав, вакуумированные капли металла осажда-. ютс  сверху вниз через слой шлака, наход щийс  в объеме вакуумной камеры , который располагаетс  над слое шлака, заполн ющего кольцевую камеру 5, в том числе и под вакуумной камерой . Пока открыт проем 25, слой шлака, пасположенный в объеме вакуумной камеры, не обновл етс , перетекает по кольцевой камере лишь нижележащий слой шлака. В этом случае вакуумна  камера работает в порционном режиме по отношению к шлаку Порци  шлака, заполн юща  объем вакуумной камеры, относительно быстро расходует свои рафинирующие возможности и после достижени  равновесного состо ни  не участвует в дальнейшем в процессе рафинировани  металла . Рафинирование металла здесь происходит только слоем шлака, наход щимс  под застойной порцией шлака и продвигающимс  непрерывно по кольцевой камере. Дл  повышени  эффективности рафинировани  металла шлаком проем 15 перекрывают шиберной задвижкой 26, после чего двигающийс  поток шлака поворачивает в верхнюю часть вакуумной камеры, затем вверху, вновь двига сь горизонтально, протекает над перегородкой 24, огибает ее и опуЬка етс  вниз, где приобретает вновь горизонтальное движение вдоль кольце вой камеры 5 (на фиг. 1 движение потока изображено линией I -ID При этом варианте движени  шлакового расплава через вакуумную камеру при соответствующих скорост х этого пот ка и потока осаждающихс  капель мета ла, когда скорость последнего больше скорости первого, система металл-шла взаимодействует в режиме противотока Режим противотока при одном и том же количестве шлака и одних и тех же свойствах его позвол ет значительно повысить степень рафинировани  метал ла. При таком режиме осажденные капл металла собираютс  на днище, образу  в районе выпускно.го отверсти  28 слой рафинированного металла, которы через это отверстие периодически или же непрерывно сливают в приемную емкость. Очень мелкие капли металла (они всегда образуютс  в том или ином количестве при дробле-НИИ струи металла) осаждаютс  со скоростью, меньшей скорости подъема шлакового потока в вакуумной камере Эта часть капель металла выноситс  шлаковым расплавом в зону разделени , где услови  благопри тствуют успешному их осаждению на винтообразное наклонное днище, по которому они стекают в район расположени  выпускного отверсти  28. При движении шлакового расплава в режиме противотока его верхние слои будут подвергатьс  интенсивному вакуумированию, что позвол ет за счет углерода металлических капель, осаждающихс  через эти слои, рафинировать шлак от закиси железа и закиси железа и закиси марганца (раскислить его). Отделенный в вакуумной камере от основной части рафинированного металла и окончательно освободившись от него в разделительной зоне шлаковый расплав перетекает в зону плавлени -регенерации , где вновь подвергаетс  рафинированию от серы и дополнительному очищению от оксидов железа и марганца, корректировке состава и необходимому подогреву. Таким образом, устройство обеспечивает в замкнутом потоке шлакового расплава все стадии непрерывно повтор ющегос  технологического цикла. Технико-экономическа  эффективность применени  устройства дл  рафинировани  стали вакуум-шлаковым способом в непрерывном режиме по сравнению с базовым вариантом рафинировани  стали - вакуум-шлаковым способом в порционном режиме состоит в том, что стоимость стали за счет затрат на приготовление синтетического шлака возрастает на 4-6 руб/т. Применение предлагаемого устройства позвол ет использовать дл  рафинировани  стали один и тот же шлак многократно . С учетом затрат на его регенерацию стоимость стали в этом случае возрастает лишь на 0,4-0,6р/т. Экономи  на топливе за счет уменьшени  нагрева стали в сталеплавильном агрегате и на сокращение расходов на подъемно-транспортные операции составит около 0,5 руб/т. Суммарно экономи  по этим стать м составл ет 4,15 ,9 руб/т стали. Дл  агрегата производительностью 1 млн.т. стали в год экономический эффект равен 4,1-5,9 млн.руб. 27 2120

иг.1 17

Фиг. 2

Claims (3)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ МЕТАЛЛА, содёря(ащёё плавильную емкость, выполненную в виде замкнутой кольцевой камеры с наклонным днищем, включающую зоны смешения, разделения и плавления-регенерации, заливочное устройство, продувочные фурмы, выпускное отверстие и пневмотранспортную систему для вдувания порошков в шлаковый расплав, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности рафинирования, устройство снабжено вакуумной камерой, выполненной в виде колпака и размещенной на своде кольцевой камеры в зоне смешения, причем ее поперечные стены погружены в шлаковый расплав, а свод снабжен заливочным отверстием с -воронкой и пульверизирующим узлом.

2. Устройство по π. 1 , о т л и чающееся тем, что вакуумная камера .снабжена поперечной перегородкой, нижний край которой состыкован с днищем, а боковые края - со стенками кольцевой камеры, а верхний ее край погружен в шлаковый расплав, причем в перегородке выполнен сквозной проем с подвижной заслонкой.

3. Устройство по пп. 1 и 2, а тличающееся тем, что днище кольцевой камеры выполнено в форме винтовой поверхности с наклоном по ходу движения шлакового расплава от поперечной перегородки в зоне разде ления к выпускному отверстию в зоне смешения.