WO2006085789A1 - Procede permettant d'evacuer une majeure partie de metal en fusion d'un reservoir de metal en fusion par une ouverture de sortie situee dans la surface inferieure du reservoir, reservoir de metal en fusion et suite d'operations principales permettant de mettre en oeuvre ce procede - Google Patents

Procede permettant d'evacuer une majeure partie de metal en fusion d'un reservoir de metal en fusion par une ouverture de sortie situee dans la surface inferieure du reservoir, reservoir de metal en fusion et suite d'operations principales permettant de mettre en oeuvre ce procede Download PDF

Info

Publication number
WO2006085789A1
WO2006085789A1 PCT/RU2005/000347 RU2005000347W WO2006085789A1 WO 2006085789 A1 WO2006085789 A1 WO 2006085789A1 RU 2005000347 W RU2005000347 W RU 2005000347W WO 2006085789 A1 WO2006085789 A1 WO 2006085789A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
metal
outlet
rod
tank
extension
Prior art date
Application number
PCT/RU2005/000347
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Viktor Nikolaevich Hloponin
Ewald Antonovich Schumacher
Edgar Ewaldovich Schumacher
Renata Ewaldovna Franzky
Anatoliy Konstantinovich Belitchenko
Igor Vitalievich Dereviynchenko
Aleksandr Nikolaevich Saviuk
Ivan Vasilievich Zinkovskiy
Original Assignee
Techcom Import Export Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Techcom Import Export Gmbh filed Critical Techcom Import Export Gmbh
Priority to EP05772333A priority Critical patent/EP1850081B1/en
Priority to CN2005800478826A priority patent/CN101151499B/zh
Priority to EA200701420A priority patent/EA011533B1/ru
Priority to PL05772333T priority patent/PL1850081T3/pl
Priority to BRPI0520010-5A priority patent/BRPI0520010A2/pt
Priority to ES05772333T priority patent/ES2391857T3/es
Priority to SI200531632T priority patent/SI1850081T1/sl
Priority to DK05772333.0T priority patent/DK1850081T3/da
Publication of WO2006085789A1 publication Critical patent/WO2006085789A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/15—Tapping equipment; Equipment for removing or retaining slag
    • F27D3/1509—Tapping equipment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
    • C21C5/5211—Manufacture of steel in electric furnaces in an alternating current [AC] electric arc furnace
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces
    • F27B3/10—Details, accessories, or equipment peculiar to hearth-type furnaces
    • F27B3/19—Arrangements of devices for discharging
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Definitions

  • the invention relates to the production of metal in ferrous and non-ferrous metallurgy and is illustrated by the example of steel production in electric arc steel furnaces (EAF).
  • EAF electric arc steel furnaces
  • the final stage of metal production in a metal-smelting tank is the emptying of the tank from liquid metal.
  • This operation is carried out in various ways, while it is widespread, especially in particleboard, the vertical release of metal through an outlet in the bottom of the tank.
  • particleboard in recent years, a common method has become emptying the metal smelting vessel from the main part of the metal, leaving a smaller part of the liquid metal in the vessel. (See, for example, the journal "Electronics", N ° 1, 2000, p. 46).
  • the main disadvantages of the known method is, firstly, the significant time spent on emptying the tank, and secondly, the inability to exclude the ingress of furnace slag with metal into the ladle.
  • VORTEX 0 tilting of the metal flow
  • the liquid metal in the area of the eccentric outlet has a lower temperature, which lengthens the melting time, since it requires heating the metal. 5
  • the main disadvantage of this known method is the ingress of part of the slag into the liquid metal of the ladle during the release process (this disadvantage is also noted there).
  • a known method of emptying a metal-smelting vessel from the main part of the liquid metal including lowering the metal flows leaving the vessel, below the level of its entrance to the outlet, up to the bottom surface in this part of the vessel, subsequent movement along the bottom surface and raising these metal flows to and above the level the entrance to the outlet and the release of metal through this hole, while lowering and rising metal flows are separated by a wall, between the end of which and the bottom surface of the tank is provided There is a gap connecting the falling and rising metal flows (see, for example, international patent WO 00/60297 F27D 3/14, F27B 3/19 dated October 12, 2000 with priority dated April 1, 1999.
  • the known method has the following significant disadvantages, excluding its successful application for highly efficient emptying of the metal smelter from the main part of the liquid metal while processing the metal in the ladle, affecting the chemical composition of steel: firstly, the release of the main part of the liquid metal is taken outside the working space of the tank, which automatically leads to cooling of the metal being produced, to the need for heating it; secondly, the implementation of the method requires the presence of an additional outlet in the tank to completely empty the tank from the remaining liquid metal and slag, necessary, for example, when stopping the operation of the tank; thirdly, the method does not provide for the introduction into the liquid metal leaving the tank of elements that change its properties in the bucket; fourthly, the implementation of the method requires an increased height
  • the implementation of the method does not allow to take into account the effects of changes in the density and thickness of the slag layer from smelting to smelting during the process of emptying the tank, since the structural elements of the tank for the method are stationary, without the possibility of rapid replacement, while the density of the slag depends on it chemical composition (see, for example, V.I. Yavoysky et al. “Steel Metallurgy”, 1983, p.
  • the slag layer thickness is from the technology of smelting and grade of steel produced; sixthly, when implementing the method there is no mechanism to prevent ingress of furnace slag into the metal at the initial stage of emptying the tank (trapped in the metal and entering the metal discharge channels at the initial stage of charge melting).
  • the proposed method of emptying the metal-smelting vessel from the main part of the liquid metal through the outlet in the bottom surface of the vessel is free from these disadvantages. In it, the release of liquid metal is carried out directly from the working space of the furnace, which eliminates the hypothermia of the produced metal. There is no need for an additional outlet in the tank. It is intended to introduce elements into the liquid metal leaving the tank that change the properties of the metal when it is in the bucket. A significant reduction in the clearance height required for the passage of metal into the outlet is provided. There is a correction in the implementation of the method depending on the expected chemical composition (density) and the thickness of the slag layer.
  • elements affecting the chemical composition of the liquid metal are supplied to the metal flows entering the outlet, while the supply is carried out with the simultaneous supply of inert or neutral gas to these metal flows.
  • the supply of elements to the liquid metal is carried out below a raised level of entry into the outlet. Preheat an inert or neutral gas.
  • an inert or neutral gas is pumped through the metal located above the outlet and in the gaps for the metal to pass from the tank to the outlet, while after the pumping is completed, the gas pressure is maintained until the metal is released.
  • a device providing a rise in the level of metal entry into the outlet is taken out of the limits of the possible contact of the device with the charge.
  • the known design has significant disadvantages already analyzed in the analysis of the method.
  • a known design of a metal-smelting tank containing devices for emptying from the main part of the liquid metal through an outlet with a vertical outlet of metal see, for example, the already mentioned patent WO 00/60297 F27D 3/14, F27B 3/19 from 12.10.2000.
  • the known design of the tank is made in the form of a curly in terms of a bowl, isolated on top of the environment by the structure of the frame structure with the formation of the working space of the tank.
  • the structure of the frame structure of the furnace can form a consolidated roof of the tank, can provide the feed into the tank charge in the form of heated scrap.
  • the proposed metal smelting tank for implementing the proposed method of emptying it from the main part of the liquid metal is free from these disadvantages.
  • the design of the proposed metal-smelting tank allows you to implement the above methods of the proposed method with the organization of the release of metal directly from the working space of the tank with the guaranteed exception of furnace slag entering the ladle; eliminates the need for two outlet openings in the furnace; provides for the entry into the metal leaving the tank of elements that change the properties of the metal when in the bucket; provides correction of the movement of metal flows in depending on the expected chemical composition (density) and slag thickness; eliminates the appearance of turbulence of metal and slag.
  • the rod fits tightly without gaps protrusion extension to the surface of the bottom of the tank.
  • the entrance to the outlet in the bottom surface of the tank is made in the form of a hole with a conical surface and the opposite extension is provided with a protrusion with a mirror conical surface to this hole.
  • the axis of the rod is perpendicular to the surface of the bottom of the tank in the area of the outlet.
  • the axis of the rod is deviated from the vertical by an angle ⁇ of deviation from the vertical of the axis of the outlet, while both axes are located on one straight line.
  • the through hole in the extension consists of a conical and cylindrical parts, while the conical part is the input and the cylindrical is the output for metal and the diameter of the cylindrical part is at least equal to the diameter of the outlet.
  • the lower part of the rod, including the cup-shaped cavity and the extension fixed in it, is removable, while for changing the lower part, the rod is equipped with the ability to lead outside the working space of the tank.
  • a certain sequence of basic operations is proposed in the implementation of the developed method of emptying the proposed metal-smelting vessel from the main part of the molten metal by pouring into a ladle, including opening the outlet in the bottom of the vessel, according to the invention, before opening the outlet, the rod with extension is lowered to the end face with a tight fit without gaps the surface of the extension to the bottom surface of the bowl of the container, opposite to the entrance to the outlet, in the process when the rod is lowered, or after it has ended, an inert or neutral gas is pumped through the central hole in the rod, and at the moment of stopping the specified gas pumping, the outlet is opened and the container is emptied, while during the process of emptying, elements affecting the chemical composition are fed into the metal through the central hole in the rod liquid metal in the bucket and this supply of elements is accompanied by the supply of a neutral or inert gas, which has a temperature close to the temperature at the moment of entry into the metal metal D and the pressure at least equal to atmospheric pressure, and
  • Zz Zz 1 + £ w- h 2 + Ah, where h is the height of the extension; Zz 1 - protrusion height extensions beyond the rod; Zz 2 - the highest height of the slag layer above metal at the end of metal production; p s and p W - the specific gravity of the metal and slag, respectively; Ah ⁇ in the area of the outlet, the reserve of the thickness of the metal layer left in the vessel, the outlet and a smaller part of the metal are closed and all slag is left in the vessel or the outlet is left open, the extension is pressed down to the bottom of the vessel, and a smaller part of the metal is released through the outlet; when the outlet is open, the rod is withdrawn from the bottom surface and all slag and the remaining metal are released into a separate bucket.
  • the proposed method, the metal-smelting vessel for its implementation and the sequence of basic operations during its implementation are explained by the drawings in FIG. 1 - 14.
  • FIG. 1 shows a metal-smelting tank with the upper structure of the frame structure in the form of a vaulted roof before turning the tank to empty it;
  • Fig.2 shows the position of the tank (without the upper structure) after its rotation for emptying and in the process of emptying from the main part of the metal;
  • FIG. 3 shows a metal-smelting tank (without a top structure) with a bay window outlet;
  • FIG. 4 shows the position of the mine-type metal melting tank (without the upper structure) before and during the process of emptying the tank from the main part of the liquid metal;
  • FIG. 5 the main elements of the lower part of the rod capacity introduced into the liquid metal, providing the implementation of the method of emptying the container;
  • FIG. 6 is a section AA in FIG.
  • FIG. 7 is a variant of the arrangement at the stage before the release of the metal of the main elements of the lower part of the rod introduced into the metal of the rod, providing the implementation of the method of emptying the container;
  • FIG. 8 is a section AA in FIG. 7;
  • FIG. 9 is a section bB in FIG. 7;
  • FIG. 10 is a variant of the arrangement of the basic elements of the lower part of the rod introduced into the metal of the tank with its centering relative to the axis of the outlet in the bottom of the tank;
  • FIG. 11 shows a composite rod with replaceable lower part;
  • FIG. 12 5 is a sequence of basic operations during the implementation of the method;
  • FIG. 13 is a diagram of a laboratory setup (cold model), which assessed the effectiveness of the methods for implementing the proposed method;
  • FIG. 14 is a section AA in FIG. 13.
  • the metal-smelting vessel has a working space 1 (FIG. 1), formed by a bowl 2, shaped in plan, with a variable depth of the bottom surface 3 (FIG. 1) and limited by the structure of the frame structure 4.
  • the structure can be a roof of the vessel (as shown in Fig. 1) or for shaft electric arc furnaces designed for loading
  • the design of the upper structure of the tank does not matter. It is only important that in this building there is a place for the rod 5 to pass on the section of the structure, 0 asymmetric vertical axis 6 of the tank and located opposite the outlet 7 in the bottom surface 3 of the tank. It is also necessary in the design to be able to prevent the impact of the loaded scrap (charge) on the bar 5.
  • the longitudinal axis of the bar 5 ' can be pine with the axis of the outlet 5 of the hole 7, which is deflected by an angle / from the vertical axis 6 of the container.
  • the longitudinal axis of the rod 5 "can be located vertically, that is, to form an angle ⁇ with the axis of the outlet 7. But in both cases, the location of the axis of the rod 5 and the axis the outlet 7, the indicated axes intersect at point "C", in the center of the entrance to the outlet 7 on the bottom surface 3 (Fig. 1-3). At the stage before emptying the container in the outlet may be clogging its material, for example, sand (Fig. 7).
  • the axis of the outlet 7 may be located vertically parallel to the vertical axis 6 of the tank (Fig. 4). In this case, the metal-smelting vessel is emptied from the main part of the liquid metal without widespread rotation of the vessel toward the outlet 7 in order to make the axis of the opening 7 practically vertical.
  • the rod 5 is equipped with an axial movement mechanism in / from the direction of the bottom 3 of the tank, which is connected to the upper part of the rod.
  • This mechanism for moving the rod 5 does not determine the essence of the operations of the proposed method, therefore, this mechanism is not considered here. In particular, this mechanism may be located outside the design of the metal-smelting vessel.
  • the extension 10 may be located on the sides of the extension 10 (FIGS. 5 and 6) or on the upper end surface of the extension 10 (FIGS. 7 to 9).
  • the extension 10 to the value of Zz 1 protrudes beyond the end of the rod 5 and has a height h (Fig. 5, 7, 10 and 11).
  • the bottom surface “G” of the end face of the extension 10 has a surface shape identical to the shape of the bottom surface 3 of the container in the area of the entrance 15 to the outlet 7.
  • Between the mirror surfaces of the glass-like cavity 8 and extension 10 i.e., the inner surface of the cavity 8 and the outer surface of the extension 10 and the bottom surface of the cavity 8 and outer butt end of extension 10) there are gaps, each cross-sectional area of which at least equals 0 ⁇ d 2/4, where d- diameter of the outlet (Figs. 5 and 6, 7 and 8, 10) .
  • the extension 10 is made with a central through hole, moreover, this hole is made of two parts: conical 11 and cylindrical 12.
  • the diameter of the cylindrical part is d ⁇ ⁇ d, where d -5 is the diameter of the outlet 7 of the vessel, preferably d ⁇ > d.
  • the lower part of the extension 10 is made with a conical protrusion, respectively, the entrance to the outlet 7 5 of the container is made in the form of an opening with a conical surface (Fig. 10) .
  • h is the height of the extension 10 (Fig. 5, 7 and 10);
  • h ⁇ is the height of the protrusion of the extension 10 beyond the limits of the rod 5 (Figs. 1, 4, 5, 7, and 10);
  • a through hole 14 is made in its center (Fig. 7, 10, 1 1 and 13).
  • rod 5 with a flat bottom of the glass-like cavity 8 (Fig. 5).
  • a flexible hose 15 (Fig. 1) is connected to the hole 14 for supplying elements that change the chemical composition of steel in the ladle to the metal leaving the tank.
  • This supply is accompanied by the supply of inert or neutral gas through the hose 16.
  • Hoses 15 and 16 are connected to devices for supplying, respectively, solid materials of different fractions and inert or neutral gas. Co-design of hoses 15 and 16, i.e. the elements supplied to the liquid metal are supplied together with gas from the corresponding container through a single hose 15.
  • a gas preheating is provided, and in the end, by the time the gas enters the liquid metal, the gas temperature is equal (or slightly lower) to the temperature of the liquid metal.
  • induction heating of the steel pipe in the upper part of the rod 5 is used, or the end part of the hose 16 is made metal with induction or other heating, or the metal end part of the hose 16 is wrapped several times around the upper part of the rod 5 and only after that the hose 16 enters the hole 14.
  • gas heating can be carried out before combining the supplied elements and gas into a single th stream.
  • the adopted method of heating the feed gas is not of fundamental importance, it is important that at the time of entry into the metal stream leaving the tank, the gas temperature is close to the metal temperature, but not
  • the rod 5 is made so that the lower the part of the rod, including the glass-like cavity 8 and the extension 10 fixed therein, are replaceable (Fig. 11).
  • the outlet 7 is closed by a blocking device (stopper) 19 and also filled, for example, with sand ( Fig. 1 - 4, 7).
  • the design of the protrusion 13 of the rod 5 provides for the presence of transverse channels 20, additionally connecting the Central hole 14 with the cavity 8 at the level of the bottom of this cavity (Fig. 7, 10, 11 and 5 13).
  • the channels 20 can be made inclined (Fig. 10) with a decrease from the bottom of the cavity 8 towards the Central hole 14 of the rod 5.
  • the method of emptying the smelter from the main part of the liquid metal is as follows.
  • the working space 1 of the tank to a certain level is filled with liquid metal 17 and a layer of slag 18 above it (not shown conditionally in FIGS. 1–4, since these figures do not determine the main provisions of the proposed method for emptying the tank from a part of the liquid metal).
  • Metal 17 and a slag layer 18 of thickness h 2 are shown in FIG. 5, 7 and 10.
  • the implementation of the method begins after the charge in the tank is completely melted, part of the slag is downloaded and the tank with liquid metal and the remaining slag is prepared for emptying.
  • Oppozitno extension 10 is provided with a protrusion with a mirror conical surface "G" to this conical entrance (Fig. 10).
  • the metal smelter for emptying is rotated, giving it the position shown in FIG. 2.
  • Emptying the container with a different from FIG. 1 to 3 the execution of the bottom surface 3 is carried out without rotation of the tank (Fig. 4).
  • the implementation of the method of emptying the tank from the main part of the liquid metal the relative position of the metal 17, slag 18, rod 5, extension 10 and outlet 7 in the bottom surface 3 of the vessel is provided as shown in FIG. 5, 7 and 10.
  • the thickness of the slag layer 18 changes to a value of h 2 in FIG. 5, 7 and 10, and this thickness is taken as the basis for the appointment of the moment of automatic stop of the emptying of the tank and the establishment of the amount of metal left in the bowl 2 of the tank.
  • the bottom of the rod 5 in the molten metal 17 exclude the puffing action of the elements of the rod 5 on the metal 17 in the area of the outlet 7.
  • the flows of liquid metal 17 are lowered to the bottom surface 3 of the tank, then they move along the bottom surface in a gap of height h h and then rise along the gap (dz - d 2 ) to a height of up to and above h, up to the bottom of the glass-like cavity 8 and finally rush into the openings 11 and 12 of the extension 10 and from them into the outlet 7 (described as shown in FIGS. 5, 7 and 10 by dashed lines with arrows indicating the direction of movement of the flows of liquid metal in the process of emptying the tank).
  • the effect on the value of A m is carried out by changing the height h of the extension 10 and its protrusion A] beyond the limits of the rod 5. These changes compensate for the effect of the density p W of the formed 0 slag 18 and the height of its layer A 2 on the fulfillment of conditions (3) and (4).
  • the values of p w and A 2 of the next (s) melting are predicted, based on the chemical composition of the slag necessary to conduct the smelting and obtain the required chemical composition and temperature of the liquid metal 17.
  • the replacement of the lower part of the rod 5 is performed outside the working space 1 of the tank during the time when the charge (scrap) is melted in the working space 1 of the tank.
  • the described process of replacing the lower part of the rod 5 does not affect the duration of the melt.
  • the proposed method of emptying the metal-smelting vessel from liquid metal also includes the implementation of techniques for influencing the chemical composition of the metal in the ladle by introducing appropriate elements into the flows of liquid metal leaving the vessel, specifically, into the flows of metal entering the outlet 7.
  • the supply of elements is accompanied by the supply of inert or neutral gas through the hose 16.
  • the gas is preheated with one of the methods already considered.
  • assigning the temperature of the gas heating take into account its heating during passage of the hole 14 in the rod 5.
  • the gas temperature at the outlet of the hole 14 into the metal flow is equal, but basically lower (by 100 ... 200 degrees) the temperature of this metal.
  • gas heating does not include raising the temperature of the metal, therefore, the gas temperature is provided at the already indicated level.
  • transverse channels 20 allows you to have above the metal in a glass-like cavity 8, the gas pressure is at least equal to atmospheric.
  • the execution of the transverse channels 20 inclined with decreasing from the bottom of the glass-like cavity 8 towards the Central hole 14 of the rod 5 (Fig. 10) facilitates the flow of gas from the hole 14 into the cavity 8, in the region of the bottom of the cavity.
  • the best results for emptying the tank provide by varying this pressure, taking into account the lowering of the level of the metal 17 and slag 18 as the emptying of the tank, while at the end of the emptying of the tank, the gas pressure is 0.1 ... 0.2 bar above atmospheric.
  • the best results mean the minimal effect of gases on the process of emptying the tank (on the cross-sectional size of the metal jet leaving hole 7), with the exception that the metal fills the central hole 14 and the metal can become stuck in this hole.
  • the implementation of this method in the production of steel as a liquid metal involves solving the problems of desulfurization of steel, its dephosphorization, non-oxidation, nitriding (or nitrogen removal), carburization, alloying with various elements, removal of non-metallic inclusions, etc., i.e. a set of actions that ensure a change in the chemical composition of steel during its casting along with quality improvement.
  • An important economic aspect of the proposed method is the reduction in the consumption of alloying elements during its implementation, especially those prone to increased oxidation (for example, Al and others).
  • combinations for the slagging reaction are possible: CaO - CaF 2 ; CaO - Al 2 O 3 ; CaO - Al 2 O 3 - CaF 2 ; CaO - Al; 5 CaO - CaF 2 - Al; CaO - CaF 2 - CaSi; CaO - Mg; CaO — CaF 2 — Mg; CaO et al;
  • 0 - do not allow the possibility of local concentration of fine fractions; 0 - exclude access to an open flame, sparks or spray of liquid metal;
  • a smaller part of the molten metal 17 that is left in the bowl 2 is used to accelerate the implementation of the next heat, before which the tank is returned to its original position (if the tank was rotated to empty it), the outlet is closed with stopper 19 (in some cases, the main part of the outlet holes 7 with dry sand), raise the rod 5 to a safe position from the charge (scrap) loaded into the bowl 2 (in position “D” in Fig. 1), load the bowl 2 with a charge and carry out new melting.
  • the bowl 2 is also freed from a smaller part of the metal 17 and all the slag 18 left in the bowl 2.
  • the vessel is additionally rotated and the metal layer is increased in the region of the outlet. Then, the already described conditions for the fulfillment of equality (3) are used. Therefore, at the beginning, while maintaining the rod 5 in the state of the extension 10 pressed to the bottom 3 and the open outlet 7, the container is emptied of the remaining metal. Then, with the outlet open 7 open, the rod 5 is withdrawn from the bottom surface 3 of the container and into a separate
  • an inert or neutral gas is pumped through the central hole in the core through the central opening in the rod metal and slag, filling the gaps and openings of the rod and extension with their lowering indicated, open the outlet and empty the container, while m in the process of emptying through the Central hole in the rod into the metal stream passing through the hole in the extension, serves elements affecting the chemical composition of the liquid metal in the bucket and this supply of elements is accompanied by the supply of neutral or inert gas, heated to the moment of entry into the metal to a temperature, close to the temperature of the metal, and the process of emptying the tank itself automatically stops when the condition
  • the vessel when implementing the present method, the vessel is emptied from the main part of the liquid metal with the transfusion of this metal into the ladle with the guaranteed exception of ingress of furnace slag into the metal in the ladle.
  • all the necessary and sufficient elements are supplied together with an inert or neutral gas to the metal flows leaving the tank to obtain a given chemical composition in the metal ladle.
  • the cold model (Figs. 13 and 14) contains a container with a working space 1 and a single bowl 2, a rod 5 with a glass-like cavity 8, in which it is rigidly centered on the center
  • the jumpers 9 are fixed extension 10 with a through hole consisting of a conical 11 and a cylindrical 12 parts.
  • d ⁇ 2.1 d.
  • the outlet 7 is closed by a plug 19.
  • the rod 5 with a diameter of 25 mm has a conical protrusion 13, the end of which is located below the upper end of the extension 10 and enters at least into the conical hole 11.
  • a through hole 14 with a diameter of 10 mm is made in the center of the rod 5; at the bottom of the cavity 8, the through hole 14 has transverse channels 20.
  • In the upper part of the rod 5 there is a funnel 21 to which air is supplied through the hose 16. The air pressure can vary.
  • the funnel 21 is filled with loose material 24 (sawdust; sugar; salt), painted red and dried.
  • the bowl 2 is made of plexiglass and has the dimensions shown in FIG. 13 and 14, providing a capacity of 56 liters of liquid.
  • a vessel made of plexiglas was used with dimensions of 300 mm in width, 450 mm in length, and 400 mm in height.
  • Rod 5 with extension 10 and funnel 21 has the possibility of free movement in the vertical direction, which is indicated by arrows E in FIG. 13.
  • the rod 5 was lowered, continuously supplying air through the hose 16 from the air station with a pressure of 0.2 bar above atmospheric
  • the stopper 19 was removed and at the same time, the stopper 23 was lifted by the rod 22 and the bowl 2 was emptied through the outlet 7 from the main part of the water 17.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Furnace Charging Or Discharging (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
  • Furnace Details (AREA)

Description

Способ опорожнения металлоплавильной емкости от основной части жидкого металла через выпускное отверстие в донной поверхности емкости, металлоплавильная емкость для его осуществления и последовательность основных операций его осуществления
Изобретение относится к производству металла в черной и цветной металлургии и представлено на примере производства стали в дуговых сталеплавильных печах (ДСП).
Заключительной стадией производства металла в металлоплавильной емкости является опорожнение емкости от жидкого металла. Эту операцию выполняют различными способами, при этом широко распространен, особенно в ДСП, вертикальный выпуск металла через выпускное отверстие в дне емкости. Применительно к ДСП в последние годы распространенным приемом стало опорожнение металлоплавильной емкости от основной части металла с оставлением меньшей части жидкого металла в емкости. (См., например, журнал «Элeктpoмeтaллypгия», N° 1, 2000, с. 46).
Составной частью процесса производства жидкого металла является формирование шлака, играющего важную роль в получении металла заданного химического состава. Шлак, имея более низкую плотность в сравнении с жидким металлом, располагается сверху ванны металла. Важной технической задачей является максимальное исключение попадания печного шлака в ковш, успешное решение которой в значительной мере зависит от реализуемого способа опорожнения металлоплавильной емкости от металла, от конструктивного исполнения самой емкости, особенно в части обеспечения выпуска металла. Известен способ опорожнения металлоплавильной емкости от жидкого металла через сливное окно (см., например, патент РФ N° 2025499 C21C 5/52; F27B 3/14. Опубл. в Бюл. N° 24; 30.12.94).
Основными недостатками известного способа является, во- 5 первых, значительные затраты времени на опорожнение емкости, во- вторых, невозможность исключения попадания печного шлака с металлом в ковш.
Известен способ опорожнения металлоплавильной емкости от жидкого металла путем донного выпуска, в том числе с ю использованием эксцентрикового выпускного отверстия в дне емкости (EBT - технология, см., например, «Meтaллypгичecкий завод и технология)), MPT - 11, перев. на русский 2002 г., Штефан Лемке, Петер Майерлинг, Петер Монхайм и др. «Texничecкиe решения для производства стали)), с. 26).
15 Этот известный способ опорожнения металлоплавильной емкости от жидкого металла получил широкое распространение на ДСП.
Известному способу присущи следующие недостатки:
1. Не решена техническая задача образования VORTEX 0 (закручивание потока металла), что затрудняет отсечение шлака от жидкого металла в процессе опорожнения емкости.
2. Жидкий металл в районе эксцентрикового выпуска имеет пониженную температуру, что удлиняет продолжительность плавки, так как требует подогрева металла. 5 Известен способ опорожнения металлоплавильной емкости от жидкой стали с помощью системы ИРИС (по инфракрасному излучению (см., например, журнал «Cтaль)> N° 11, 2004 г., с. 36). Основной недостаток этого известного способа состоит в попадании части шлака в жидкий металл ковша в процессе выпуска (этот недостаток отмечен там же).
Известен способ опорожнения металлоплавильной емкости от основной части жидкого металла, включающий опускание потоков металла, покидающего емкость, ниже уровня его входа в выпускное отверстие, вплоть до донной поверхности в этой части емкости, последующее перемещение вдоль донной поверхности и подъем этих потоков металла до и выше уровня входа в выпускное отверстие и выпуск металла через это отверстие, при этом опускающиеся и поднимающиеся потоки металла разделены стенкой, между торцем которой и донной поверхностью емкости предусмотрен зазор, связывающий опускающиеся и поднимающиеся потоки металла (см., например, международный патент WO 00/60297 F27D 3/14, F27B 3/19 от 12.10.2000 г. с приоритетом от 01.04.1999 г. В реферате «Пepcпeктивы развития технологии выплавки стали в дуговых печах к 2010 г.», в журнале «Hoвocти черной металлургии за pyбeжoм», N° 1, 2001 , с. 40 приведены преимущества этого известного способа и схема его реализации. Аббревиатура системы - «FAST»). По существенным признакам этот известный способ наиболее близок предлагаемому, поэтому принят за прототип.
Известному способу присущи следующие существенные недостатки, исключающие его успешное применение для высокоэффективного опорожнения металлоплавильной емкости от основной части жидкого металла при одновременной обработке металла в ковше, воздействующей на химический состав стали: во-первых, выпуск основной части жидкого металла вынесен за пределы рабочего пространства емкости, что автоматически приводит к охлаждению выпускаемого металла, к необходимости его подогрева; во-вторых, реализация способа требует наличия в емкости дополнительного выпускного отверстия для полного опорожнения емкости от оставшегося жидкого металла и шлака, необходимого, например, при остановке работы емкости; в-третьих, в способе не предусмотрен ввод в жидкий металл, покидающий емкость, элементов, изменяющих его свойства в ковше; в-четвертых, реализация способа требует повышенной высоты
(порядка 200 мм) над уровнем дна емкости канала для прохождения жидкого металла из емкости в сторону входа в выпускное отверстие. Последнее автоматически приводит к необходимости дополнительного подъема высоты уровня расположения входа металла в выпускное отверстие, что уменьшает объем металла, способного покинуть емкость; в-пятых, реализация способа не позволяет учесть влияния изменения плотности и толщины слоя шлака от плавки к плавке на процессе опорожнения емкости, так как конструктивные элементы емкости для осуществления способа выполнены стационарными, без возможности оперативной замены, в то время как плотность шлака зависит от его химсостава (см., например, В.И. Явойский и др. «Meтaллypгия cтaли», 1983 г., стр. 51), а толщина слоя шлака- от технологии ведения плавки и марки производимой стали; в-шестых, при реализации способа отсутствует механизм предотвращения попадания печного шлака в металл на начальной стадии опорожнения емкости (попавшего в металл и поступившего в каналы выпуска металла на начальной стадии расплавления шихты). Предлагаемый способ опорожнения металлоплавильной емкости от основной части жидкого металла через выпускное отверстие в донной поверхности емкости свободен от указанных недостатков. В нем выпуск жидкого металла осуществляют непосредственно из рабочего пространства печи, что исключает переохлаждение выпускаемого металла. Отсутствует необходимость наличия в емкости дополнительного выпускного отверстия. Предусмотрен ввод в жидкий металл, покидающий емкость, элементов, изменяющих свойства металла при нахождении в ковше. Обеспечено существенное снижение высоты зазора, необходимой для прохождения металла в выпускное отверстие. Предусмотрена коррекция в реализации способа в зависимости от предполагаемых химсостава (плотности) и толщины слоя шлака.
Получение указанных технических результатов обеспечено благодаря тому, что в известном способе опорожнения металлической емкости от жидкого металла, включающем опускание потоков металла, покидающего емкость, ниже уровня его входа в выпускное отверстие, вплоть до донной поверхности в этой части емкости, последующее перемещение вдоль донной поверхности и подъем этих потоков металла до и выше уровня входа в выпускное отверстие и выпуск металла через это отверстие, при этом опускающиеся и поднимающиеся потоки металла разделены стенкой, между торцем которой и донной поверхностью емкости предусмотрен зазор, связывающий опускающийеся и поднимающиеся потоки металла по изобретению перед началом опорожнения емкости поднимают уровень входа металла в выпускное отверстие над исходным его положением в донной поверхности емкости и сохраняют поднятое положение до окончания опорожнения емкости от основной части металла, при этом потоки уходящего металла отделяют от поднимающихся потоков металла стенкой, высота которой определяет величину подъема уровня входа металла в выпускное отверстие, а после того как процесс опорожнения прекратится, восстанавливают исходное положение уровня этого входа, оставляя в емкости меньшую часть металла. При этом в потоки металла, входящие в выпускное отверстие, подают элементы, воздействующие на химический состав жидкого металла, при этом подачу осуществляют с одновременной подачей в эти потоки металла инертного или нейтрального газа. Подачу элементов в жидкий металл осуществляют ниже поднятого уровня входа в выпускное отверстие. Осуществляют предварительный подогрев инертного или нейтрального газа. Кроме того, до начала опорожнения емкости прокачивают инертный или нейтральный газ через металл, расположенный над выпускным отверстием и в зазорах, предназначенных для прохода металла из емкости в выпускное отверстие, при этом после окончания прокачивания давление газа сохраняют до начала выпуска металла. Помимо этого, перед загрузкой емкости шихтой устройство, обеспечивающее подъем уровня входа металла в выпускное отверстие, выводят за пределы возможного контакта устройства с шихтой.
Известна конструкция металлоплавильной емкости, позволяющая опорожнять емкость от основной части жидкого металла через сливное окно (см., например, указанный патент РФ N° 2 025 499).
Известной конструкции присущи существенные недостатки, уже проанализированные при анализе способа.
Известна конструкция металлоплавильной емкости, содержащее устройства для опорожнения от основной части жидкого металла через выпускное отверстие с вертикальным выпуском металла (см., например, уже упомянутый патент WO 00/60297 F27D 3/14, F27B 3/19 от 12.10.2000). Известная конструкция емкости выполнена в форме фигурной в плане чаши, сверху изолированной от окружающей среды строением рамной конструкции с образованием рабочего пространства емкости. Строение рамной конструкции печи может образовывать сводную крышу емкости, может обеспечивать подачу в емкость шихты в виде подогретого лома.
Указанная известная конструкция металлоплавильной емкости по существенным признакам наиболее близка предлагаемой, поэтому принята за прототип.
Известной конструкции металлоплавильной емкости, реализующей известный из этого же патента способ опорожнения емкости от части жидкого металла, присущи существенные недостатки, подробно проанализированные при рассмотрении способа опорожнения емкости, так как наряду с приемами реализации способа эти недостатки обусловлены конструктивным исполнением самой емкости.
Предлагаемая металлоплавильная емкость для осуществления предлагаемого способа ее опорожнения от основной части жидкого металла свободная от указанных недостатков. Конструктивное исполнение предлагаемой металлоплавильной емкости позволяет реализовать перечисленные приемы предлагаемого способа с организацией выпуска металла непосредственно из рабочего пространства емкости с гарантированным исключением попадания печного шлака в ковш; исключает необходимость наличия в печи двух выпускных отверстий; предусматривает ввод в металл, покидающий емкость, элементов, изменяющих свойства металла при нахождении в ковше; обеспечивает коррекцию движения потоков металла в зависимости от предполагаемого химсостава (плотности) и толщины шлака; исключает появление завихрения металла и шлака.
Получение указанных технических результатов обеспечено благодаря тому, что в известной конструкции металлоплавильной емкости для осуществления способа опорожнения емкости от основной части жидкого металла, выполненной в форме фигурной в плане чаши, сверху изолированной от окружающей среды строением рамной конструкции с образованием рабочего пространства емкости, по изобретению через верхнее строение рамной конструкции оппозитно выпускному отверстию проходит стержень из огнеупорного материала, верхний конец которого расположен вне рабочего пространства емкости и от привода стержень имеет возможность осевого перемещения в сторону дна емкости, а нижний конец стержня заканчивается стаканоподобной полостью, в которой на перемычках жестко закреплена по центру стержня надставка, установленная с зазорами между соответствующими зеркальными поверхностями полости и надставки, при этом надставка выполнена с центральным сквозным отверстием, поверхность ее торца выступает за пределы стержня и очертания этой поверхности повторяют очертания донной поверхности в районе входа в выпускное отверстие, высота надставки над поверхностью дна емкости в районе выпускного отверстия равна величине подъема уровня входа металла в выпускное отверстие, а все перечисленные отверстия и зазоры по отдельности, предназначенные для прохода металла из емкости в выпускное отверстие, имеют проходные сечения и поверхности по меньшей мере равные поперечному сечению выпускного отверстия. Стержень на участке верхний торец - дно стаканоподобной полости имеет сквозное центральное отверстие. При этом для стержня и его соединения с надставкой выполнено следующее соотношение h > hι + ^- h2 , где h -
высота надставки; h\ — высота выступа надставки за пределы стержня; /?2 - предполагаемая наибольшая высота слоя шлака над металлом в конце выпуска металла из емкости; pм и pш - удельный вес металла и шлака соответственно. Причем, в нижнем положении стержень плотно без зазоров прилегает выступом надставки к поверхности дна емкости. Кроме того, вход в выпускное отверстие в донной поверхности емкости выполнен в виде отверстия с конической поверхностью и оппозитно надставка снабжена выступом с зеркальной конической поверхностью к этому отверстию. К тому же, путем продольного перемещения стержня созданы условия для вывода надставки в верхнюю часть рабочего пространства емкости, в которой исключен контакт надставки с шихтой. Также, в центре дна стаканоподобной полости стержня имеется выступ, от торца которого до верхней части стержня выполнено центральное сквозное отверстие, соединенное гибкими шлангами с устройствами для подачи твердых материалов разной фракции и инертного или нейтрального газа, при этом на уровне дна стаканоподобной полости это отверстие имеет поперечные каналы, дополнительно соединяющие центральное отверстие с этой полостью. Поперечные каналы выполнены наклонными с понижением от дна стаканоподобной полости в сторону центрального отверстия стержня. Ось стержня перпендикулярна поверхности дна емкости в районе выпускного отверстия. Ось стержня отклонена от вертикали на угол γ отклонения от вертикали оси выпускного отверстия, при этом обе оси расположены на одной прямой. Сквозное отверстие в надставке состоит из конической и цилиндрической частей, при этом коническая часть является входной, а цилиндрическая - выходной для металла и диаметр цилиндрической части по меньшей мере равен диаметру выпускного отверстия. Нижняя часть стержня, включающая стаканоподобную полость и закрепленную в ней надставку, выполнена сменной, при этом для смены нижней части стержень снабжен возможностью вывода за пределы рабочего пространства емкости.
Согласно изобретению предложена определенная последовательность основных операций при осуществлении разработанного способа опорожнения предлагаемой металлоплавильной емкости от основной части жидкого металла путем переливания в ковш, включающая открытие выпускного отверстия в дне емкости, согласно изобретению, перед открытием выпускного отверстия опускают стержень с надставкой до плотного без зазоров прилегания торцевой поверхности надставки к донной поверхности чаши емкости, оппозитно входу в выпускное отверстие, в процессе этого опускания стержня или после окончания через центральное отверстие в стержне прокачивают инертный или нейтральный газ и в момент прекращения указанного прокачивания газа открывают выпускное отверстие и осуществляют опорожнение емкости, при этом в процессе опорожнения через центральное отверстие в стержне в металл подают элементы, воздействующие на химический состав жидкого металла в ковше и эту подачу элементов сопровождают подачей нейтрального или инертного газа, имеющему к моменту входа в металл температуру, близкую к температуре металла, и давление по меньшей мере равное атмосферному, а сам процесс опорожнения автоматически прекращается благодаря условию
Zz = Zz1 + £ш- h2 + Ah , где h - высота надставки; Zz1- высота выступа
Figure imgf000012_0001
надставки за пределы стержня; Zz2 - наибольшая высота слоя шлака над металлом в конце выпуска металла; pы и pш - удельный вес металла и шлака соответственно; Ah ~ в районе выпускного отверстия запас толщины слоя металла оставляемого в емкости, закрывают выпускное отверстие и меньшую часть металла и весь шлак оставляют в емкости или выпускное отверстие оставляют открытым, надставку продолжают прижимать ко дну емкости, и меньшую часть металла выпускают через выпускное отверстие; при открытом выпускном отверстии отводят стержень от донной поверхности и в отдельный ковш выпускают весь шлак и оставшийся металл. Предлагаемый способ, металлоплавильная емкость для его осуществления и последовательность основных операций при его осуществлении пояснены чертежами на фиг. 1 - 14.
На фиг. 1 показана металлоплавильная емкость с верхним строением рамной конструкции в виде сводовой крыши до поворота емкости для ее опорожнения; на фиг 2 приведено положение емкости (без верхнего строения) после ее поворота для опорожнения и в процессе опорожнения от основной части металла; на фиг. 3 показана металлоплавильная емкость (без верхнего строения) с эркерным расположением выпускного отверстия; на фиг. 4 приведено положение металлоплавильной емкости шахтного типа (без верхнего строения) перед и в процессе опорожнения емкости от основной части жидкого металла; на фиг. 5 - основные элементы нижней части вводимого в жидкий металл емкости стержня, обеспечивающие реализацию способа опорожнения емкости; на фиг. 6 - разрез A-A на фиг. 5; на фиг. 7 - вариант расположения на стадии перед выпуском металла основных элементов нижней части вводимого в металл емкости стержня, обеспечивающих реализацию способа опорожнения емкости; на фиг. 8 - разрез A-A на фиг. 7; на фиг. 9 - разрез Б-Б на фиг. 7; на фиг. 10 - вариант расположения основных элементов нижней части вводимого в металл емкости стержня с его центрированием относительно оси выпускного отверстия в дне емкости; на фиг. 11 показан составной стержень со сменяемой нижней частью; на фиг. 12 5 - последовательность основных операций при осуществлении способа; на фиг. 13 - схема лабораторной установки (холодной модели), на которой выполнена оценка эффективности приемов реализации предлагаемого способа; на фиг. 14 - разрез A-A на фиг. 13.
Металлоплавильная емкость имеет рабочее пространство 1 (фиг. ю 1), образованное фигурной в плане чашей 2 с переменной глубиной донной поверхности 3 (фиг. 1) и ограниченное сверху от окружающей среды строением рамной конструкции 4. Указанное строение может быть сводовой крышей емкости (как показано на фиг. 1) или для шахтных дуговых сталеплавильных печей, рассчитанных на загрузку
15 печи сверху подогреваемым отходящими газами ломом, соответствующее строение рамной конструкции. Для реализации предложенного способа конструкция верхнего строения емкости не имеет принципиального значения. Важно только, что в этом строении предусмотрено место для прохождения стержня 5 на участке строения, 0 асимметричном вертикальной оси 6 емкости и расположенном оппозитно выпускному отверстию 7 в донной поверхности 3 емкости. Необходимо также в конструкции наличие возможности предотвращения воздействия загружаемого лома (шихты) на стержень 5. Продольная ось стержня 5' может быть сосной с осью выпускного5 отверстия 7, которое отклонено на угол / от вертикальной оси 6 емкости. Продольная ось стержня 5" может быть расположена вертикально, т.е. образовывать с осью выпускного отверстия 7 угол γ. Но в обоих рассмотренных случаях расположения оси стержня 5 и оси выпускного отверстия 7 указанные оси пересекаются в точке «C», в центре входа в выпускное отверстие 7 на донной поверхности 3 (фиг. 1 - 3). На стадии перед опорожнением емкости в выпускном отверстии может находиться закупоривающий его материал, например, песок (фиг. 7).
Ось выпускного отверстия 7 может быть расположена вертикально, параллельно вертикальной оси 6 емкости (фиг. 4). В этом случае опорожнение металлоплавильной емкости от основной части жидкого металла осуществляют без широко распространенного поворота емкости в сторону выпускного отверстия 7 для придания оси отверстия 7 практически вертикального положения.
Стержень 5 снабжен механизмом осевого перемещения в/от направлении дна 3 емкости, который соединен с верхней частью стержня. Конструктивное исполнение этого механизма перемещения стержня 5 не определяет сущности выполнения операций предлагаемого способа, поэтому здесь этот механизм не рассматривается. В частности, этот механизм может быть расположен вне конструкции металлоплавильной емкости.
Для выполнения приемов предлагаемого способа важно наличие указанного механизма осевого перемещения стержня 5, обеспечение этим механизмом перемещения стержня 5 вплоть до плотного контакта с дном 3 емкости, обеспечение этим механизмом положения «Дv> (фиг. 1) стержня, когда он находится в рабочем пространстве емкости, но не контактирует с загруженной в емкость шихтой, и обеспечение этим механизмом вывода всего стержня 5 за пределы емкости. Направления перемещения стержня 5 с помощью этого механизма на фиг. 1 показаны стрелками «£». Нижняя часть стержня 5 имеет стаканоподобную полость 8 (фиг.
5), в которой по центру стержня 5 на перемычках 9 жестко закреплена надставка 10, являющаяся составной частью стержня. При этом в зависимости от параметров выпускного отверстия 7 перемычки 9
5 могут быть расположены по бокам надставки 10 (фиг. 5 и 6) или на верхней торцевой поверхности надставки 10 (фиг. 7 - 9). Возможны и другие варианты расположения перемычек 9. При этом следует иметь ввиду, что вариант исполнения и место расположения перемычек 9 влияют на размер проходного сечения для выпускаемого металла, хотя ю это влияние незначительно и им можно пренебречь.
Надставка 10 на величину Zz1 (фиг. 5, 7, 10 и 11) выступает за пределы торца стержня 5 и имеет высоту h (фиг. 5, 7, 10 и 11). Нижняя поверхность «Ж» торца надставки 10 имеет очертания поверхности, идентичные очертанию донной поверхности 3 емкости в районе входа 15 в выпускное отверстие 7. Между зеркальными поверхностями стаканоподобной полости 8 и надставки 10 (т.е. внутренней поверхностью полости 8 и наружной поверхностью надставки 10, а также поверхностью дна полости 8 и наружным торцем надставки 10) имеются зазоры, площадь сечения каждого из которых по меньшей 0 мере равна πd2/4 , где d- диаметр выпускного отверстия (фиг. 5 и 6, 7 и 8, 10).
Надставка 10 выполнена с центральным сквозным отверстием, к тому же это отверстие выполнено из двух частей: конической 11 и цилиндрической 12. Диаметр цилиндрической части d\ ≥ d, где d -5 диаметр выпускного отверстия 7 емкости, при этом предпочтительно dλ > d. Для упрощения операции обеспечения плотного прилегания нижнего торца надставки 10 и донной поверхности 3 в районе входа в выпускное отверстие 7 нижнюю часть надставки 10 выполняют с коническим выступом, соответственно вход в выходное отверстие 7 5 емкости выполнен в виде отверстия с конической поверхностью (фиг. 10).
Для стержня 5, его жесткого соединения с надставкой 10 и их совместного сочленения с входом в выпускное отверстие 7 емкости характерно соотношение:
ю h >
Figure imgf000017_0001
(1) где h - высота надставки 10 (фиг. 5, 7 и 10); h\ - высота выступа надставки 10 за пределы стержня 5 (фиг. 1, 4, 5, 7 и 10);
15 h2 - предполагаемая наибольшая высота слоя шлака над металлом в конце выпуска металла из емкости (фиг. 5, 7 и 10);
Pu и Pm - удельный вес металла и шлака соответственно (для шлака - предполагаемый).
Предусмотрено два варианта исполнения стаканоподобной
20 полости 8: с плоским дном (фиг. 5) и с выступом 13 по центру дна
(фиг. 7, 10, 11 и 13), который с зазором входит в отверстие 11 сквозного отверстия надставки 10 и торец выступа 13 расположен ниже верхнего торца надставки 10 так, что по существу выступ 13 входит в коническое отверстие 11 надставки 10 и может входить в
25. цилиндрическое отверстие 12 надставки 10, при этом так, что поперечное сечение образуемого зазора между соответствующими поверхностями отверстия 11 и выступа 13 (отверстия 12 и выступа 13) превышает поперечное сечение выпускного отверстия 7.
От торца выступа 13 и до верхней части стержня 5, по его центру, выполнено сквозное отверстие 14 (фиг. 7, 10, 1 1 и 13). Аналогично выполнен стержень 5 с плоским дном стаканоподобной полости 8 (фиг. 5). В верхней части стержня 5 к отверстию 14 подведен гибкий шланг 15 (фиг. 1) для подачи в металл, покидающий емкость, элементов, изменяющих химический состав стали в ковше. Эту подачу сопровождают подачей инертного или нейтрального газа через шланг 16. Шланги 15 и 16 соединены с устройствами для подачи соответственно твердых материалов разной фракции и инертного или нейтрального газа. Предусматривают также совместное исполнение шлангов 15 и 16, т.е. подаваемые в жидкий металл элементы поступают совместно с газом из соответствующего контейнера по единому шлангу 15.
Предусмотрен предварительный подогрев газа, при этом в конечном итоге обеспечивают к моменту входа газа в жидкий металл равенство (или несколько ниже) температуры газа температуре жидкого металла. Для этого используют либо индукционный подогрев стальной трубы в верхней части стержня 5, либо концевую часть шланга 16 исполняют металлической с индукционным или другим подогревом, либо металлическую концевую часть шланга 16 обвивают несколько раз вокруг верхней части стержня 5 и только после этого шланг 16 входит в отверстие 14. Для случая подачи элементов, вводимых в жидкий металл, совместно с инертным или нейтральным газом из контейнера по единому шлангу 15, подогрев газа могут осуществлять до объединения подаваемых элементов и газа в единый поток. Заметим, что для реализации предлагаемого способа не имеет принципиального значения принятый прием подогрева подаваемого газа, важно, чтобы в момент входа в поток металла, покидающего емкость, температура газа была близка к температуре металла, но не
5 превышала ее.
Важно также иметь возможность подачи газа в металл без предварительного подогрева, не считая нагрева газа в процессе прохождения отверстия 14 в стержне 5. В этом случае может быть предусмотрена отдельная ветка для ввода газа в отверстие 14. ю Предпочтительно стержень 5 выполняют составным так, что нижняя часть стержня, включающая стаканоподобную полость 8 и закрепленную в ней надставку 10, выполнены сменными (фиг. 11). Однако возможно использование сплошных стержней 5, соединенных жестко с надставками 10. В этом случае в эксплуатации емкости
15 используют набор стержней 5 и организуют их систематический ремонт.
Перед и в процессе опорожнения в рабочем пространстве 1 емкости находится жидкий металл 17, над которым расположен шлак 18. До начала опорожнения емкости от основной части жидкого 0 металла выпускное отверстие 7 закрыто перекрывающим устройством (пробкой) 19, а также заполнено, например, песком (фиг. 1 - 4, 7).
В конструкции выступа 13 стержня 5 предусмотрено наличие поперечных каналов 20, связывающих дополнительно центральное отверстие 14 с полостью 8 на уровне дна этой полости (фиг. 7, 10, 11 и 5 13). Каналы 20 могут быть выполнены наклонными (фиг. 10) с понижением от дна полости 8 в сторону центрального отверстия 14 стержня 5. Способ опорожнения металлоплавильной емкости от основной части жидкого металла осуществляют следующим образом.
Рабочее пространство 1 емкости до определенного уровня заполнено жидким металлом 17 и слоем шлака 18 над ним (на фиг. 1 - 4 условно не показано, т.к. эти фиг. не определяют основные положения предлагаемого способа опорожнения емкости от части жидкого металла). Металл 17 и слой шлака 18 толщиной h2 показаны на фиг. 5, 7 и 10.
Реализацию способа начинают после того, как шихта в емкости полностью расплавлена, часть шлака скачена и емкость с жидким металлом и оставшимся шлаком готовится к опорожнению.
В этот момент стержень 5 из положения «Д» на фиг. 1 приводом перемещения опускают (см. стрелку E на фиг. 1) вниз до плотного без зазоров контакта нижнего торца «Ж» надставки 10 с донной поверхностью 3 емкости в районе выпускного отверстия 7 (фиг. 1, 2, 5,
7 и 10).
Благодаря существенному (например, в 2 и более раз) превышению диаметра d\ отверстия 12 надставки 10 над диаметром d выпускного отверстия {d\ > d на фиг. 5 и 7) и плотному прилеганию нижнего торца «Ж» надставки 10 к донной поверхности 3 емкости обеспечивают гарантированное (беспрепятственное) протекание металла через отверстие 12 в выпускное отверстие 7. Указанным существенным превышением диаметра d\ над d, к тому же, устраняет влияние неточностей (смещений) в процессе установки стержня 5 на процесс опорожнения емкости от жидкого металла.
Эту же задачу решают путем выполнения коническим входа в выпускное отверстие 7 в донной поверхности 3 емкости. Оппозитно надставку 10 снабжают выступом с зеркальной конической поверхностью «Ж» к этому коническому входу (фиг. 10).
Металлоплавильную емкость для опорожнения поворачивают, придавая ей положение, приведенное на фиг. 2. Опорожнение емкости при отличающемся от фиг. 1 - 3 исполнении донной поверхности 3 осуществляют без поворота емкости (фиг. 4).
В обоих случаях реализации способа опорожнения емкости от основной части жидкого металла взаимное расположение металла 17, шлака 18, стержня 5, надставки 10 и выпускного отверстия 7 в донной поверхности 3 емкости обеспечивают таким, как показано на фиг. 5, 7 и 10. При этом, в случае поворота емкости, толщина слоя шлака 18 изменяется до величины h2 на фиг. 5, 7 и 10 и эту толщину принимают за основу при назначении момента автоматической остановки опорожнения емкости и установлению количества металла, оставляемого в чаше 2 емкости.
Благодаря первоначальному нахождению стержня 5 в положении «Д» рабочего пространства 1 емкости и последующему, до начала опорожнения емкости, нахождению нижней части стержня 5 в жидком металле 17 исключают подстуживающее действие элементов стержня 5 на металл 17 в районе выпускного отверстия 7.
В процессе описанного опускания стержня 5 в ванну металла 17 в отверстия 11 и 12 надставки 10, и 14 стержня 5, а также в зазоры, образованные разностью диаметров J3 полости и d2 надставки и дном полости 8 и верхним торцем надставки 10 поступит металл 17 и шлак 18. Для удаления шлака 18 (вместе с металлом) через отверстие 14 в стержне 5, отверстия 11 и 12 в надставке 10 и указанные зазоры интенсивно прокачивают нейтральный или инертный газ. Нагреваясь от соприкосновения с горячим стержнем 5 и попадая в жидкий металл 17, подаваемый газ расширяется и быстро вытесняет вместе металл 17 и шлак 18, попавшие в эти отверстия и зазоры.
Для ускорения операции опорожнения емкости интенсивную прокачку нейтрального или инертного газа через отверстие 14 в стержне 5 осуществляют в процессе опускания стержня 5, чем исключают попадание шлака в указанные отверстия и зазоры. В обоих случаях газ предварительно не подогревают и обеспечивают давление газа на уровне, не превышающем давление жидкого металла на пробку 19 выпускного отверстия 7. Для упрощения операции интенсивной прокачки газа 2 и удаления шлака возможно применение системы подачи газа в отверстие 14 стержня 5, отдельной от системы подачи этого же газа с элементами, вводимыми в металл для изменения его химического состава.
В обоих случаях прокачки инертного газа давление газа поддерживают на заданном уровне вплоть до начала опорожнения емкости. Тем самым исключают поступление металла в центральное отверстие 14 и возможное «кoзлeниe» металла в этом отверстии.
В этот момент открывают перекрывающее устройство (удаляют пробку) 19, тем самым открывают выпускное отверстие 7 и начинают опорожнение емкости. В процессе опорожнения потоки жидкого металла 17 опускаются до донной поверхности 3 емкости, затем перемещаются вдоль донной поверхности в зазоре высотой hh после чего поднимаются по зазору (dз - d2) на высоту до и выше h, вплоть до дна стаканоподобной полости 8 и окончательно устремляются в отверстия 11 и 12 надставки 10 и из них в выпускное отверстие 7 (описанное показано на фиг. 5, 7 и 10 пунктирами со стрелками, указывающими направления движения потоков жидкого металла в процессе опорожнении емкости). Важно, что при описанной организации движения потоков металла исключают появления завихрения металла на входе в выпускное отверстие, так как отсутствует длительное горизонтальное перемещение потоков металла при подходе к входу в выпускное отверстие 7. Свободное истечение жидкого металла 17 из чаши 2 емкости обеспечивают благодаря тому, что все перечисленные отверстия и зазоры по отдельности, в том числе образованные выступом h\ надставки 10 за пределы стержня 5, через которые проходят потоки металла на пути из чаши 2 емкости в выпускное отверстие 7, имеют площадь проходных сечений и поверхностей по меньшей мере равной, но в основном больше величины поперечного сечения выпускного отверстия 7. Таким образом, при реализации способа в конструкции предусмотрено выполнение условия (фиг. 5, 7 и 10):
πd 7ъ - h 7 x > - Л { (d 742 - d 7г2) \> πd 7Ah 7 ъ > - Л \ (d ,x2 - d rι2ъ) \> — 7ld ,
(2) где d\з - диаметр поперечного сечения выступа 13 на соответствующем расстоянии от его торца.
При реализации условия (2) в последнем неравенстве сопоставляемых площадей проходных поверхностей и поперечных сечений обеспечивают по меньшей мере 4-х кратное превышение сравниваемых площадей. Этим исключают влияние разряжающего действия струи металла, покидающего отверстие 7 емкости, на устойчивость процесса опорожнения. При необходимости учитывают влияние на выполнение условия (2) перемычек 9. Однако в конструкции предусматривают такой выбор размеров перемычек 9, что они незначительно влияют на выполнение условия (2). По мере опорожнения чаши 2 емкости уровень металла 17 и шлака 18 непрерывно опускается ко дну 3 емкости вплоть до наступления момента, когда в соответствии с условием (1) наступит равенство:
5 A = A1 + ^-A2 + ΔA ,
Pм
(3) где - Аh - в районе выпускного отверстия запас толщины слоя оставляемого металла в емкости, гарантирующий исключение попадания шлака в выпускное отверстие 7. ю Как только наступит равенство (3), автоматически прекращается опорожнение чаши 2 емкости от основной части жидкого металла 17 с оставлением в чаше 2 емкости всего шлака толщиной A2 и меньшей части металла 17, высота слоя которого над уровнем донной поверхности 3 в районе входа в выпускное отверстие 7 составляет
I5 h = A - -^A, = A1 + Ah
Pм
(4)
Воздействие на значение Aм осуществляют путем изменения высоты h надставки 10 и ее выступа А] за пределы стержня 5. Этими изменениями компенсируют влияние плотности pш формируемого0 шлака 18 и высоты его слоя A2 на выполнение условий (3) и (4). При этом прогнозируют значения pш и A2 очередной (очередных) плавки, исходя из химического состава шлака, необходимого для ведения плавки и получения требуемого химсостава и температуры жидкого металла 17. Изменение высоты А и значения Ai (в случае5 необходимости) осуществляют между плавками, при этом используют исполнение стержня 5 составным, со сменной нижней частью, включающей стаканоподобную полость 8 и закрепленную в ней надставку 10 (фиг. 11). Замену нижней части стержня 5 выполняют вне рабочего пространства 1 емкости в течение времени, когда в рабочем пространстве 1 емкости осуществляют расплавление шихты (лома). Таким образом описанный процесс замены нижней части стержня 5 не влияет на продолжительность плавки.
Составной частью современной металлургии стала внепечная обработка жидкого металла, в частности в ковше, в который металл поступает из металлоплавильной емкости в соответствии с изложенным выше описанием.
Предлагаемый способ опорожнения металлоплавильной емкости от жидкого металла включает также выполнение приемов воздействия на химический состав металла в ковше путем введения соответствующих элементов в потоки жидкого металла, покидающего емкость, конкретно, в потоки металла, входящего в выпускное отверстие 7.
Для подачи элементов используют шланг 15 и центральное отверстие 14 в стержне 5. Подачу элементов сопровождают подачей инертного или нейтрального газа через шланг 16. При этом газ предварительно подогревают одним из уже рассмотренных приемов. При назначении температуры подогрева газа учитывают его разогрев в процессе прохождения отверстия 14 в стержне 5. В любом случае температуру газа на выходе из отверстия 14 в поток металла обеспечивают равной, но в основном ниже (на 100...200 град) температуры этого металла.
Подогревом газа исключают явление возможного разбрызгивания струи жидкого металла на пути его движения между выходом из выпускного отверстия 7 и входом в ковш. В случае подачи непрогретого газа происходит разбрызгивание указанной струи металла из-за резкого увеличения размеров пузырьков газа, нагреваемого жидким металлом.
В то же время подогревом газа не предусматривают подъема температуры металла, поэтому температуру газа обеспечивают на уже указанном уровне.
Наличие поперечных каналов 20 позволяет иметь над металлом в стаканоподобной полости 8 давление газа по меньшей мере равное атмосферному. Исполнение поперечных каналов 20 наклонными с понижением от дна стаканоподобной полости 8 в сторону центрального отверстия 14 стержня 5 (фиг. 10) облегчает поступление части газа из отверстия 14 в полость 8, в район дна полости. Наилучшие результаты опорожнения емкости обеспечивают, варьируя это давление с учетом опускания уровня металла 17 и шлака 18 по мере опорожнения емкости, при этом к концу опорожнения емкости давление газа принимают на 0,1...0,2 бара выше атмосферного. Причем под наилучшими результатами понимают минимальное влияние газов на процесс опорожнения емкости (на размер сечения струи металла, покидающего отверстие 7) при исключении заполнения металлом центрального отверстия 14 и возможного «кoзлeния» металла в этом отверстии.
Описанным наилучшим результатом опорожнения емкости в полной мере отвечает условие, когда давление газа на входе в центральное отверстие 14 стержня равно значению, обеспечивающему (с учетом разогрева в процессе прохождения стержня 5) давление газа на выходе из отверстия 14 несколько большим (на 0,1...0,2 бара) или равным давлению металла на торец выступа 13 стержня 5. Выполнение этого условия необходимого для исключения подъема металла 17 в отверстие 14. Этот подъем имеет место при давлении подаваемого газа меньше давления металла на торец выступа 13.
При реализации описанного способа используют устройства и способы, предотвращающие контакт металла, покидающего емкость, с
5 окружающим воздухом вплоть до выхода из выпускного отверстия 7; обеспечивают безопасность ведения процессов подготовки, хранения и транспортировки сыпучих материалов, вводимых в сталь.
Реализация настоящего способа при производстве в качестве жидкого металла стали предполагает решение задач десульфурации ю стали, ее дефосфорации, безоксидацию, азотирование (или удаление азота), науглероживание, легирование различными элементами, удаление неметаллических включений и др., т.е. совокупность действий, обеспечивающих изменение химического состава стали в процессе ее разливки наряду с улучшением качества.
15 Важной экономической стороной предлагаемого способа является снижение расхода легирующих элементов при его реализации, особенно склонных к повышенному окислению (например, Al и др.).
Реализация настоящего способа применительно к жидкой стали 0 предполагает работу со следующими элементами в основном в порошкообразном виде:
1) для десульфурации: CaSi, CaC2, CaCN2, CaAl, CaMg, CaSiMg, Mg и др. При этом для реакции ошлаковывания возможны комбинации: CaO - CaF2; CaO - Al2O3; CaO - Al2O3 - CaF2; CaO - Al;5 CaO - CaF2 - Al; CaO - CaF2 - CaSi; CaO - Mg; CaO - CaF2 - Mg; CaO и др;
2) для дезоксидации (раскисления): CaSi; CaSiBa; CaSiMn; CaSiMnAl; CaSiMgFe; Al и др.; 3) для модификации серы: CaSi; SiZr и др.;
4) для дефосфорации: CaO - CaF2 - Fe2O3 в виде смеси;
5) для дезазотирования: FeZr; SiZr и др;
6) для легирования: Si с FeSi75; N с CaCN2 (» 55 % CaCN2; 33 5 % CaO; 12 % С).
С графитовым порошком:
B c B2O3;
Ni с оксидами никеля;
Mo с оксидами молибдена. ιо Для ряда порошков из экономических соображений используют фракции:
CaSi - до 0,6 мм;
CaC2 - 0,1...0,6 мм;
CaMg - 0,1...1,5 мм.
15 При реализации настоящего способа соблюдают известные рекомендации по технике безопасности при работе с сыпучими материалами:
- не допускают возможность местной концентрации мелких фракций; 0 - исключают доступ открытого пламени, искр или брызг жидкого металла;
- исключают вероятность электростатических разрядов;
- не допускают увлажнения во время хранения и при транспортировке сыпучих материалов газом и др. 5 Особое внимание этим рекомендациям уделяют при подаче Al,
Mg, CaSi и CaC2; в этих случаях в качестве газа используют только Ar. При реализации настоящего способа учитывают, что ряд порошковых материалов при размере частиц < 0,2 мм (и даже 0,5 мм) имеют склонность к образованию взрывоопасных смесей. Реализация настоящего способа невозможна без строго соблюдения известных правил и накопленного опыта по работе с сыпучими материалами, использованием и соблюдением которых гарантируют безопасность 5 осуществления способа.
Меньшую часть оставляемого в чаше 2 металлоплавильной емкости жидкого металла 17 используют для ускорения реализации следующей плавки, перед началом которой емкость возвращают в исходное положение (если осуществляли поворот емкости для ее ю опорожнения), закрывают выпускное отверстие пробкой 19 (в ряде случаев засыпают основную часть выпускного отверстия 7 сухим песком), поднимают стержень 5 в безопасное от загружаемой в чашу 2 шихты (лома) положение (на фиг. 1 положение «Д»), загружают чашу 2 шихтой и осуществляют новую плавку.
15 B случае остановки работы металлоплавильной емкости, например, на ремонт чашу 2 освобождают также от меньшей части металла 17 и всего шлака 18, оставленных в чаше 2. Для реализации этой операции емкость дополнительно поворачивают и увеличивают слой металла в районе выпускного отверстия. Далее используют уже го описанные условия выполнения равенства (3). Поэтому в начале при сохранении стержня 5 в прижатом ко дну 3 состоянии надставки 10 и открытом выпускном отверстии 7 опорожняют емкость от оставшегося металла. Затем при открытом выпускном отверстии 7 отводят стержень 5 от донной поверхности 3 емкости и в отдельный
25 сосуд (ковш) выпускают из емкости весь шлак 18 и металл 17, толщина слоя которого равна h\ + Ah. При этом благодаря дополнительному повороту емкости существенно уменьшают объем металла 17, выпускаемого вместе со шлаком 18. Тем самым минимизируют попадание в металл шлака металлоплавильной емкости, т.е. минимизируют потери металла.
В процессе реализации предлагаемого способа опорожнения металлоплавильной емкости от основной части жидкого металла путем переливания металла в ковш с использованием предлагаемой емкости для осуществления этого способа осуществляют следующую последовательность основных операций (фиг. 12, где двойной линией обозначены альтернативные приемы выполнения способа):
- перед открытием выпускного отверстия и началом опорожнения емкости от основной части металла опускают стержень с надставкой до плотного без зазоров прилегания торцевой поверхности надставки к донной поверхности емкости, оппозитно выпускному отверстию в этой части донной поверхности, через центральное отверстие в стержне прокачивают инертный или нейтральный газ через металл и шлак, заполнившие зазоры и отверстия стержня и надставки при указанном их опускании, открывают выпускное отверстие и осуществляют опорожнение емкости, при этом в процессе опорожнения через центральное отверстие в стержне в поток металла, проходящий через отверстие в надставке, подают элементы, воздействующие на химический состав жидкого металла в ковше и эту подачу элементов сопровождают подачей нейтрального или инертного газа, нагретого к моменту входа в металл до температуры, близкой к температуре металла, а сам процесс опорожнения емкости автоматически прекращается при выполнении условия
h - hx + ~h2 + Ah , где h - высота надставки; h\ - высота выступа
надставки за пределы стержня; /z2 - наибольшая высота слоя шлака над металлом в конце выпуска металла; pм и pш — удельный вес металла и шлака соответственно, Ah - в районе выпускного отверстия запас толщины слоя оставляемого металла в емкости, причем меньшую часть металла и весь шлак оставляют в емкости или, при необходимости полного опорожнения емкости, выпускное отверстие 7 оставляют открытым, надставка 10 прижата ко дну 3 емкости, которую (при наличии привода поворота) дополнительно поворачивают, меньшую часть металла 17 выпускают из емкости через выпускное отверстие 7. При открытом выпускном отверстии 7 отводят стержень 5 от донной поверхности 3 и в отдельный ковш выпускают весь шлак 18 и оставшийся металл 17, толщина слоя которого равна h\ + Ah.
Таким образом, при реализации настоящего способа осуществляют опорожнение емкости от основной части жидкого металла с переливанием этого металла в ковш с гарантированным исключением попадания печного шлака в металл в ковше. При этом в процессе опорожнения емкости от жидкого металла в потоки металла, покидающего емкость, подают совместно с инертным или нейтральным газом все необходимые и достаточные элементы для получения в ковше металла заданного химического состава.
Экономическая эффективность предложенного способа опорожнения металлоплавильной емкости от основной части металла и конструкция емкости для его осуществления проявляется в повышении качества металла за счет гарантированного исключения попадания шлака металлоплавильной емкости в ковш, в оперативной внепечной обработке металла в ковше, в снижении расхода легирующих элементов.
Пример. Холодная модель (фиг. 13 и 14) содержит емкость с рабочим пространством 1 и единую с ней чашу 2, стержень 5 со стаканоподобной полостью 8, в которой по центру жестко на перемычках 9 закреплена надставка 10 со сквозным отверстием, состоящим из конической 11 и цилиндрической 12 частей. Диаметр цилиндрического отверстия 12 имеет размер d\ = 40 мм. В дне 3 чаши 2 выполнено выпускное отверстие 7 диаметром d = 19 мм. Таким образом d\ = 2,1 d. Выпускное отверстие 7 закрыто пробкой 19. Надставка 10 выступает за пределы стержня 5 на h\ = 9 мм. Высота надставки 10 от дна 3 чаши равна h = 26 мм, ее наружный диаметр равен d2 = 45 мм. Внутренний диаметр полости 8 равен J3 = 70 мм, расстояние между верхним торцем надставки 10 и дном полости 8 составляет Zz3 = 30 мм. Стержень 5 диаметром 25 мм имеет конический выступ 13, торец которого расположен ниже верхнего торца надставки 10 и входит по меньшей мере в коническое отверстие 11. По центру стержня 5 выполнено сквозное отверстие 14 диаметром 0 10 мм; на уровне дна полости 8 сквозное отверстие 14 имеет поперечные каналы 20. В верхней части стержня 5 расположена воронка 21, к которой подводится воздух через шланг 16. Давление воздуха может варьироваться. Воздух подводили также в центральное отверстие 14. Сверху полость воронки 21 плотно закрыта крышкой 25, через которую проходит стержень 22 с пробкой 23. Воронка 21 наполнена сыпучим материалом 24 (опилки; сахар; соль), окрашенным в красный цвет и просушенным. Чаша 2 выполнена из оргстекла и имеет размеры, приведенные на фиг. 13 и 14, обеспечивающие вместимость 56 литров жидкости. В качестве ковша, в который опорожняли чашу 2 через выпускное отверстие применили сосуд, выполненный из оргстекла, с размерами по ширине 300 мм, по длине 450 мм и по высоте 400 мм. Стержень 5 с надставкой 10 и воронкой 21 имеет возможность свободного перемещения в вертикальном направлении, что отмечено стрелками E на фиг. 13. В чашу 2 наливали холодную воду в объеме 45 литров, которая имитировала жидкий металл 17. Сверху на воду наливали подкрашенный в зеленый цвет керосин толщиной h2 = 7 мм (около одного литра), который имитировал шлак 18. Плотность воды pм = 1,0
5 г/см3, плотность керосина 0,8 г/см3.
При указанном наполнении чаши 2 пробка 19 закрывала выпускное отверстие 7 и стержень 5 поднят выше уровня слоя керосина 18.
Перед началом опорожнения чаши 2 в воду 17 и керосин 18 ю опускали стержень 5, непрерывно подавая через шланг 16 от воздушной станции воздух давлением на 0,2 бара выше атмосферного
(расход воздуха варьировали от 5 до 40 л/мин). Крышка 25 плотно закрывала воронку 21. Подачу воздуха сохраняли после плотного прилегания нижнего торца Ж надставки 10 ко дну 3 чаши 2 (фиг. 13).
15 Имели баротаж воды 17 и керосина 18. Описанным приемом исключали наличие керосина 18 в зазорах стаканоподобной полости 8 и в отверстии 14, попадание которых имело место при опускании стержня 5.
Удаляли пробку 19 и одновременно стержнем 22 поднимали го пробку 23 и через выпускное отверстие 7 опорожняли чашу 2 от основной части воды 17.
В результате процесс опорожнения чаши 2 сопровождался включением в потоки воды 17, покидающей чашу 2 (на фиг. 13 направление потоков отмечено пунктирными линиями со стрелками) 25 через выпускное отверстие 7, сухого подкрашенного сахарного песка 24 (на фиг. 13 отмечено линией со стрелкой, выходящей из отверстия 14), при этом песок 24 начинал смешиваться с водой 17 и растворяться в ней в момент входа потоков воды в отверстие 11 и процесс их смешивания и растворения продолжался при прохождении отверстия 12 выпускного отверстия 7 и в потоке воды, падающей в сосуд, имитирующий ковш.
Благодаря выполнению в конструкции системы: чаша 2, стержень 5, стаканоподобная полость 8 и надставка 10 и реализации описанных приемов опорожнения чаши 2 процесс опорожнения чаши 2 автоматически прекращался, в чаше 2 оставался весь керосин 18 и меньшая часть воды 17, толщина слоя которой согласно уравнению (4) составила:
hм = h - ^≡- - h2 = 26 - ~ - 7 = 20,4мм .
PM l»0
При этом сахарный песок (аналогично соль) в процессах указанного перемешивания и растворения практически равномерно в течение 10...15 сек после начала опорожнения чаши 2 окрашивал в красный цвет весь объем воды в сосуде, имитирующем ковш. Последнее свидетельствует о равномерном распределении и растворении сахара (соли) в воде в процессе описанного опорожнения чаши 2 от воды и ее переливания в сосуд, имитирующий ковш.

Claims

Формула изобретения
5 I . Способ опорожнения металлоплавильной емкости от основной части жидкого металла через выпускное отверстие в донной поверхности емкости, включающий опускание потоков металла, покидающего емкость, ниже уровня его входа в выпускное отверстие, вплоть до донной поверхности в этой части емкости, последующее ю перемещение вдоль донной поверхности и подъем этих потоков металла до и выше уровня входа в выпускное отверстие и выпуск металла через это отверстие, при этом опускающиеся и поднимающиеся потоки металла разделены стенкой, между торцем которой и донной поверхностью емкости предусмотрен зазор,
15 связывающий опускающиеся и поднимающиеся потоки металла, отличающийся тем, что перед началом опорожнения емкости поднимают уровень входа металла в выпускное отверстие над исходным его положением в донной поверхности емкости и сохраняют поднятое положение до окончания опорожнения емкости0 от основной части металла, при этом потоки уходящего металла отделяют от поднимающихся потоков металла стенкой, высота которой определяет величину подъема уровня входа металла в выпускное отверстие, а после того как процесс опорожнения прекратится, восстанавливают исходное положение уровня этого5 входа, оставляя в емкости меньшую часть металла.
2. Способ опорожнения металлоплавильной емкости от основной части жидкого металла по п. 1, отличающийся тем, что в потоки металла, входящие в выпускное отверстие, подают элементы, воздействующие на химический состав жидкого металла, при этом подачу осуществляют с одновременной подачей в эти потоки металла инертного или нейтрального газа.
3. Способ опорожнения металлической емкости по п. 2, 5 отличающийся тем, что подачу элементов в жидкий металл осуществляют ниже поднятого уровня входа в выпускное отверстие.
4. Способ опорожнения металлоплавильной емкости от основной части жидкого металла по п. 2, отличающийся тем, что осуществляют предварительный подогрев инертного или нейтрального ю газа.
5. Способ опорожнения металлоплавильной емкости от основной части жидкого металла по п. 1, отличающийся тем, что до начала опорожнения емкости прокачивают инертный или нейтральный газ через металл, расположенный над выпускным отверстием и в
15 зазорах, предназначенных для прохода металла из емкости в выпускное отверстие, при этом после окончания прокачивания давление газа сохраняют до начала выпуска металла.
6. Способ опорожнения металлоплавильной емкости от основной части жидкого металла по п. 1 , отличающийся тем, что перед 0 загрузкой емкости шихтой устройство, обеспечивающее подъем уровня входа металла в выпускное отверстие, выводят за пределы возможного контакта устройства с шихтой.
7. Металлоплавильная емкость для осуществления способа ее опорожнения от основной части жидкого металла через выпускное5 отверстие в донной поверхности емкости по п. 1, выполненная в форме фигурной в плане чаши, сверху изолированной от окружающей среды строением рамной конструкции с образованием рабочего пространства емкости, отличающееся тем, что через верхнее строение рамной конструкции оппозитно выпускному отверстию проходит стержень из огнеупорного материала, верхний конец которого расположен вне рабочего пространства емкости и от привода стержень имеет возможность осевого перемещения в сторону дна емкости, а 5 нижний конец стержня заканчивается стаканоподобной полостью, в которой на перемычках жестко закреплена по центру стержня надставка, установленная с зазорами между соответствующими зеркальными поверхностями полости и надставки, при этом надставка выполнена с центральным сквозным отверстием, поверхность ее торца ю выступает за пределы стержня и очертания этой поверхности повторяют очертания донной поверхности в районе входа в выпускное отверстие, высота надставки над поверхностью дна емкости в районе выпускного отверстия равна величине подъема уровня входа металла в выпускное отверстие, а все перечисленные отверстия и зазоры по
15 отдельности, предназначенные для прохода металла из емкости в выпускное отверстие, имеют проходные сечения и поверхности по меньшей мере равные поперечному сечению выпускного отверстия.
8. Металлоплавильная емкость по п. 7, отличающаяся тем, что стержень на участке верхний торец - дно стаканоподобной0 полости имеет сквозное центральное отверстие.
9. Металлоплавильная емкость по п. 7, отличающаяся тем, что для стержня и его соединения с надставкой выполнено следующее
соотношение h > , где h - высота надставки; h\ - высота
Figure imgf000037_0001
выступа надставки за пределы стержня; h2 - предполагаемая5 наибольшая высота слоя шлака над металлом в конце выпуска металла из емкости; pм и pш - удельный вес металла и шлака соответственно.
10. Металлоплавильная емкость по п. 7, отличающаяся тем, что в нижнем положении стержень плотно без зазоров прилегает выступом надставки к поверхности дна емкости.
11. Металлоплавильная емкость по п. 7, отличающаяся тем, 5 что вход в выпускное отверстие в донной поверхности емкости выполнен в виде отверстия с конической поверхностью и оппозитно надставка снабжена выступом с зеркальной конической поверхностью к этому отверстию.
12. Металлоплавильная емкость по п. 7, отличающаяся тем, ю что путем продольного перемещения стержня созданы условия для вывода надставки в верхнюю часть рабочего пространства емкости, в которой исключен контакт надставки с шихтой.
13. Металлоплавильная емкость по п. 7, отличающаяся тем, что в центре дна стаканоподобной полости стержня имеется выступ,
15 от торца которого до верхней части стержня выполнено центральное сквозное отверстие, соединенное гибкими шлангами с устройствами для подачи твердых материалов разной фракции и инертного или нейтрального газа, при этом на уровне дна стаканоподобной полости это отверстие имеет поперные каналы, дополнительно соединяющие 0 центральное отверстие с этой полостью.
14. Металлоплавильная емкость по п. 13, отличающаяся тем, что поперечные каналы выполнены наклонными с понижением от дна стаканоподобной полости в сторону центрального отверстия стержня.
15. Металлоплавильная емкость по п. 7, отличающаяся тем,5 что ось стержня перпендикулярна поверхности дна емкости в районе выпускного отверстия.
16. Металлоплавильная емкость по п. 7, отличающаяся тем, что ось стержня отклонена от вертикали на угол γ отклонения от вертикали оси выпускного отверстия, при этом обе оси расположены на одной прямой.
17. Металлоплавильная емкость по п. 7, отличающаяся тем, что сквозное отверстие в надставке состоит из конической и
5 цилиндрической частей, при этом коническая часть является входной, а цилиндрическая - выходной для металла и диаметр цилиндрической части по меньшей мере равен диаметру выпускного отверстия.
18. Металлоплавильная емкость по п. 7, отличающаяся тем, что нижняя часть стержня, включающая стаканоподобную полость и ю закрепленную в ней надставку, выполнена сменной, при этом для смены нижней части стержень снабжен возможностью вывода за пределы рабочего пространства емкости.
19. Последовательность основных операций при осуществлении способа по п. 1 - 6 опорожнения металлоплавильной
15 емкости по п. 6 - 17 от основной части жидкого металла путем переливания в ковш, включающая открытие выпускного отверстия в дне емкости, отличающаяся тем, что перед открытием выпускного отверстия опускают стержень с надставкой до плотного без зазоров прилегания торцевой поверхности надставки к донной поверхности 0 чаши емкости, оппозитно входу в выпускное отверстие, в процессе этого опускания стержня или после окончания опускания через центральное отверстие в стержне прокачивают инертный или нейтральный газ и в момент прекращения указанного прокачивания газа открывают выпускное отверстие и осуществляют опорожнение5 емкости, при этом в процессе опорожнения через центральное отверстие в стержне в металл подают элементы, воздействующие на химический состав жидкого металла в ковше и эту подачу элементов сопровождают подачей нейтрального или инертного газа, имеющему к моменту входа в металл температуру, близкую к температуре металла и давление по меньшей мере равное атмосферному, а сам процесс опорожнения автоматически прекращается при выполнении условия
Zz = Zz1 + — Zz2 + Ah , где h - высота надставки; Zz1- высота выступа
Figure imgf000040_0001
надставки за пределы стержня; Zz2 - наибольшая высота слоя шлака над металлом в конце выпуска металла; pм и pш - удельный вес металла и шлака соответственно; ΔZz - в районе выпускного отверстия запас толщины слоя металла оставляемого в емкости; закрывают выпускное отверстие и меньшую часть металла и весь шлак оставляют в емкости или выпускное отверстие оставляют открытым, надставку продолжают прижимать ко дну емкости, и меньшую часть металла выпускают через выпускное отверстие; при открытом выпускном отверстии отводят стержень от донной поверхности и в отдельный ковш выпускают весь шлак и оставшийся металл.
PCT/RU2005/000347 2005-02-09 2005-06-23 Procede permettant d'evacuer une majeure partie de metal en fusion d'un reservoir de metal en fusion par une ouverture de sortie situee dans la surface inferieure du reservoir, reservoir de metal en fusion et suite d'operations principales permettant de mettre en oeuvre ce procede WO2006085789A1 (fr)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP05772333A EP1850081B1 (en) 2005-02-09 2005-06-23 Method for removing a molten metal main portion from a metal-meting container through an outflow opening embodied in the bottom surface thereof, a metal-melting container and a flowchart of main operations for carrying out said method
CN2005800478826A CN101151499B (zh) 2005-02-09 2005-06-23 经金属熔化器底表面上的排出口排空熔化器液态金属主要部分的方法，实施方法的金属熔化器和实施方法的主要作业的连续程序
EA200701420A EA011533B1 (ru) 2005-02-09 2005-06-23 Способ опорожнения металлоплавильной ёмкости от основной части жидкого металла через выпускное отверстие в донной поверхности ёмкости, металлоплавильная ёмкость для его осуществления и последовательность основных операций его осуществления
PL05772333T PL1850081T3 (pl) 2005-02-09 2005-06-23 Sposób usuwania głównej części stopionego metalu z pojemnika do wytopu metali przez otwór wypływowy umieszczony na jego dolnej powierzchni, pojemnik do wytopu metali oraz schemat blokowy głównych operacji do prowadzenia wymienionego sposobu
BRPI0520010-5A BRPI0520010A2 (pt) 2005-02-09 2005-06-23 método para descarregar cámara de fusão a partir da maior parte do metal fundido através da saìda da superfìcie do fundo da cámara, cámara de fusão para essa descarga e seqüência de operações básicas para sua execução
ES05772333T ES2391857T3 (es) 2005-02-09 2005-06-23 Procedimiento para retirar una porción principal de metal fundido de un depósito de fusión de metal a través de una abertura de flujo de salida incorporada en la superficie de debajo del mismo, un depósito de fusión de metal y un diagrama de flujo de las operaciones principales para llevar a cabo dicho procedimiento
SI200531632T SI1850081T1 (sl) 2005-02-09 2005-06-23 Postopek za odstranjevanje glavnega dela taljene kovine iz vsebnika za taljenje kovine skozi izpustno odprtino, ki je razmeščena v ploskvi njegovega dna, vsebnik za taljenje kovine in diagram poteka glavnih korakov za izvedbo omenjenega postopka
DK05772333.0T DK1850081T3 (da) 2005-02-09 2005-06-23 Fremgangsmåde til at fjerne størstedelen af et smeltet metal fra en metalsmeltebeholder gennem en udløbsåbning udformet i bundoverfladen deraf, en metalsmeltebeholder og et flowchart over de primære operationer til at udføre nævnte fremgangsmåde

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005103153/02A RU2293937C2 (ru) 2005-02-09 2005-02-09 Способ опорожнения металлоплавильной емкости от основной части жидкого металла через выпускное отверстие в донной поверхности емкости и металлоплавильная емкость
RU2005103153 2005-02-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2006085789A1 true WO2006085789A1 (fr) 2006-08-17

Family

ID=36793290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2005/000347 WO2006085789A1 (fr) 2005-02-09 2005-06-23 Procede permettant d'evacuer une majeure partie de metal en fusion d'un reservoir de metal en fusion par une ouverture de sortie situee dans la surface inferieure du reservoir, reservoir de metal en fusion et suite d'operations principales permettant de mettre en oeuvre ce procede

Country Status (12)

Country Link
EP (1) EP1850081B1 (ru)
CN (1) CN101151499B (ru)
BR (1) BRPI0520010A2 (ru)
DK (1) DK1850081T3 (ru)
EA (1) EA011533B1 (ru)
ES (1) ES2391857T3 (ru)
PL (1) PL1850081T3 (ru)
PT (1) PT1850081E (ru)
RU (1) RU2293937C2 (ru)
SI (1) SI1850081T1 (ru)
UA (1) UA87196C2 (ru)
WO (1) WO2006085789A1 (ru)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005033287A1 (de) 2005-07-16 2007-01-25 Sms Demag Ag Schmelzofen und Verfahren zu dessen Betrieb
DE102013219682A1 (de) * 2013-09-30 2015-04-02 Siemens Vai Metals Technologies Gmbh Gefäßunterteil, ein damit ausgebildetes metallurgisches Gefäß sowie Elektrolichtbogenofen und Verfahren zu dessen Betrieb
EP3320285B1 (en) * 2015-07-10 2019-05-08 SABIC Global Technologies B.V. An electric arc furnace with an angled eccentric bottom tap-hole and a tapping process using the electric arc furnace
CN111566429B (zh) * 2017-12-15 2022-05-27 丹尼尔和科菲森梅克尼齐有限公司 用于冶炼厂的熔炉及其操作方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2025499C1 (ru) * 1986-08-27 1994-12-30 Клекнер Кра Патент ГмбХ Способ ведения плавки в электродуговой печи и электродуговая печь для ведения плавки
RU2086872C1 (ru) * 1993-01-25 1997-08-10 Николай Иванович Русских Способ выпуска расплавленного металла из металлургической печи и литок для его осуществления
WO2000060297A1 (de) * 1999-04-01 2000-10-12 Arcmet Technologie Gmbh Metallurgisches gefäss mit einer abstichvorrichtung und verfahren zum kontrollierten, schlackenfreien abziehen von flüssigem metall aus diesem gefäss

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE316495B (ru) * 1969-03-12 1969-10-27 Inva Ab
SU727326A1 (ru) * 1977-06-22 1980-04-17 Краматорский Научно-Исследовательский И Проектно-Технологический Институт Машиностроения Устройство дл выпуска металла из ковша

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2025499C1 (ru) * 1986-08-27 1994-12-30 Клекнер Кра Патент ГмбХ Способ ведения плавки в электродуговой печи и электродуговая печь для ведения плавки
RU2086872C1 (ru) * 1993-01-25 1997-08-10 Николай Иванович Русских Способ выпуска расплавленного металла из металлургической печи и литок для его осуществления
WO2000060297A1 (de) * 1999-04-01 2000-10-12 Arcmet Technologie Gmbh Metallurgisches gefäss mit einer abstichvorrichtung und verfahren zum kontrollierten, schlackenfreien abziehen von flüssigem metall aus diesem gefäss

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP1850081A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
EA200701420A1 (ru) 2008-04-28
EP1850081B1 (en) 2012-09-12
EA011533B1 (ru) 2009-04-28
RU2293937C2 (ru) 2007-02-20
EP1850081A1 (en) 2007-10-31
CN101151499A (zh) 2008-03-26
UA87196C2 (ru) 2009-06-25
ES2391857T3 (es) 2012-11-30
DK1850081T3 (da) 2012-10-22
CN101151499B (zh) 2012-05-09
BRPI0520010A2 (pt) 2009-04-14
EP1850081A4 (en) 2008-11-05
PL1850081T3 (pl) 2013-02-28
PT1850081E (pt) 2012-11-28
SI1850081T1 (sl) 2013-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS6036460B2 (ja) 渦流式反応器及び溶融金属に固体物質を添加する為の方法
RU2293937C2 (ru) Способ опорожнения металлоплавильной емкости от основной части жидкого металла через выпускное отверстие в донной поверхности емкости и металлоплавильная емкость
DE1294982B (de) Kontinuierliches Frischverfahren und Vorrichtung zum Frischen einer Metallschmelze
RU2015170C1 (ru) Способ непрерывного плавления металлошихты и устройство для его осуществления
CN1003186B (zh) 冶金容器底部排放孔的闭合装置
US3224051A (en) Method of introducing addition agent into a melt
FI56857C (fi) Saett och anordning foer raffinering av smaeltor med ett pulverformigt fast material och/eller gas
US5817164A (en) Method and apparatus for making feedstock for steel making
CN1171136A (zh) 由多个容器组成的可倾侧冶炼装置
RU2288280C1 (ru) Способ воздействия на химический состав жидкой стали и комплекс оборудования для его осуществления
US2209153A (en) Apparatus for treating metals
EP1183397B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum abstechen von metallschmelzen aus metallurgischen schmelzgefässen
DE2730973A1 (de) Drehkonverter zum gleichzeitigen erhitzen und blasen
BRPI0412256B1 (pt) Processo de carga de metais de granulometria fina em um forno a arco elétrico
RU2339887C2 (ru) Промежуточное устройство для отсечения шлака от металла при выпуске их в виде расплава из плавильного агрегата
RU2101125C1 (ru) Сталевыпускной желоб для смешивания стали с рафинировочным шлаком
US3275244A (en) Apparatus for introducing addition agent into a melt
US5173244A (en) Slag control apparatus and method
DE2633025A1 (de) Verfahren zur zugabe von pulverfoermigem material zu geschmolzenem metall
SU910793A1 (ru) Способ внепечной обработки стали и мартеновска печь
JPS6156758A (ja) スラグ流出防止装置および方法
CH665976A5 (en) Collection vessel fitted to tapping hole of furnace - to enable slag-free melt tapping
SU1740432A1 (ru) Способ внепечной обработки жидкой стали
SU548628A1 (ru) Устройство дл выпуска продуктов плавки из доменной печи
SU831796A1 (ru) Устройство дл обработки жидкогоМЕТАллА

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200580047882.6

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2005772333

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1355/MUMNP/2007

Country of ref document: IN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200701420

Country of ref document: EA

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2005772333

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: PI0520010

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2