способ обработки жидкого металла с помощью газлифта

Формула изобретения

1. Способ обработки жидкого металла в ковше с помощью газлифта, включающий подачу в газлифт транспортирующего газа, погружение в ковш с металлом всасывающего и сливного патрубков газлифта, введение в металл в ходе обработки смеси шлакообразующих и раскисляющих материалов, отличающийся тем, что в качестве смеси шлакообразующих и раскисляющих материалов вводят фторид кальция и кальцийсодержащие раскисляющие материалы в соотношении Ф:М=(1÷100), где Ф - масса вводимого фторида кальция, М - масса кальция в кальцийсодержащих раскисляющих материалах, после окончания ввода смеси в металл в газлифт подают охладитель на шлак, образовавшийся в нем, и извлекают газлифт из металла вместе с затвердевшим шлаком.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в ходе обработки исключают подсос воздуха внутрь газлифта путем поддержании в нем избыточного давления в интервале 10÷10000 Па.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве транспортирующего газа используют азот или его смесь с инертным газом с долей азота от 1 до (N_задан/N_1aтм )², где N_задан - заданная концентрация азота в стали, %, N_1атм - стандартная растворимость азота в стали, %.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к внепечной обработке металла в ковше. Может быть использовано также при плавке металла в индукционных печах и других агрегатах.

Наиболее близким по технической сущности является способ обработки жидкого металла с помощью газлифта, включающий подачу в газлифт транспортирующего газа, погружение газлифта в ковш с металлом, введение в металл в ходе обработки смеси шлакообразующих и раскисляющих материалов (С.П.Ефименко и др. «Внепечное рафинирование металла в газлифтах» М.: Металлургия, 1986. 264 с.). Близким по технической сущности является также способ обработки жидкого металла с помощью газлифта по А.С. №825648 «Способ десульфурации чугуна» по заявке №2427854/22-02 от 21.12.76.

Недостатком известных способов является то, что они не обеспечивают проведение восстановительной дефосфорации расплава нержавеющей стали в ковше, а удалить фосфор иначе при переплаве отходов нержавеющей стали в массовом производстве невозможно. Приходится при выплавке нержавеющей стали ограничивать долю в шихте высокохромистых отходов (загрязненных обычно фосфором), используя вместо них свежие легирующие материалы (хром, никель, марганец), что сильно повышает себестоимость стали. Кроме этого в известных способах при выплавке сталей, легированных азотом, не обеспечивается введение в расплав в заданном количестве азота, содержащегося в транспортирующем газе. Для ввода азота в сталь приходится использовать дорогостоящие азотсодержащие ферросплавы.

Задачей совершенствования известного способа является обеспечение восстановительной дефосфорации расплава нержавеющей стали в ковше за счет обработки металла сильнораскисленным, агрессивным шлаком с предотвращением взаимодействия его с футеровкой ковша и с воздухом. При этом в случае производства нержавеющей стали, легированной азотом, нужно обеспечить ввод в расплав в заданном количестве азота из транспортирующего газа.

Технический результат при использовании изобретения заключается в том, что оно обеспечивает восстановительную дефосфорацию расплава нержавеющей стали в ковше за счет обработки металла сильнораскисленным шлаком, агрессивным по отношению к огнеупорам, с предотвращением взаимодействия этого шлака с воздухом и с футеровкой ковша. Шлак во время обработки собирается в камере с водоохлаждаемыми стенками, а после обработки удаляется. Обеспечивается также ввод в расплав в заданном количестве азота, содержащегося в транспортирующем газе.

Это достигается за счет того, что в известном способе, включающем подачу в газлифт транспортирующего газа, погружение газлифта в ковш с металлом, введение в металл в ходе обработки смеси шлакообразующих и раскисляющих материалов, в качестве вводимой в металл смеси используют смесь, содержащую фторид кальция и кальцийсодержащие раскисляющие материалы при соотношении Ф:М=(1÷100), где Ф - масса вводимого фторида кальция, М - масса кальция во всех вводимых раскисляющих материалах. При этом в ходе обработки исключают подсос воздуха внутрь газлифта путем поддержания в нем избыточного давления в интервале 10÷10000 Па. После окончания ввода смеси образовавшийся в водоохлаждаемой камере газлифта шлак отделяют от металла путем замораживания шлака введением в него охладителя, например извести, и извлечения газлифта из металла вместе с затвердевшим шлаком. Для ввода в расплав азота из транспортирующего газа в качестве такого газа используют азот или его смесь с инертным газом с долей азота от 1 до (N_задан/N_1атм )², где N_задан - заданная концентрация азота в стали, %, а N_1атм - стандартная растворимость азота в стали, %.

Диапазон значений величины соотношения Ф:М, где Ф - масса вводимого в металл фторида кальция, а М - масса кальция, во всех вводимых раскисляющих материалах в пределах от 1 до 100 объясняется закономерностями поведения кальция при обработке. При слишком большой величине этого соотношения концентрация кальция, содержащегося в раскисляющих материалах, в шлаке будет недостаточной для обеспечения необходимой степени дефосфорации расплава. Основная задача обработки не будет решена. При слишком малой величине этого соотношения кальция, содержащегося в раскисляющих материалах, в смеси будет слишком много, и фторида кальция окажется недостаточно для того, чтобы быстро растворить кальций, перевести его в шлак. Это может приводить к вскипаниям скоплений кальция - к нарушениям нормального режима обработки.

Величину соотношения Ф:М устанавливают в обратной зависимости от необходимой степени дефосфорации расплава.

Диапазон значений величины избыточного давления в камере в ходе обработки металла в пределах от 10 до 10000 Па объясняется закономерностями взаимодействия кальция с кислородом атмосферы в рабочем пространстве газлифта. При избыточном давлении в камере в ходе обработки металла менее 10 Па воздух, который может в некоторых недостаточно герметичных местах проникать в камеру, будет окислять активный кальций в шлаке, в результате чего необходимая степень дефосфорации расплава достигнута не будет. При избыточном давлении в камере в ходе обработки более 10000 Па из-за снижения уровня металла в патрубках расход транспортирующего газа для сохранения необходимой скорости циркуляции металла через газлифт нужно будет увеличить. Это приведет к увеличению затрат на обработку.

Величину избыточного давления в камере в ходе обработки металла устанавливают в прямой зависимости от необходимой степени дефосфорации расплава.

Диапазон значений величины доли азота в его смеси с инертным газом в пределах от 1 до (N_задан/N_1атм )² объясняется закономерностями взаимодействия азота с металлическим расплавом. При величине доли азота в смеси менее (N_задан/N_1атм )² заданная концентрация азота в стали не может быть достигнута за счет продувки металла в газлифте даже при максимально возможной ее интенсивности. Часть необходимого азота нужно в этом случае вводить дорогостоящими азотсодержащими ферросплавами. При увеличении доли азота в смеси до величины 1 концентрация азота в стали может быть доведена до заданной даже при интенсивности продувки, которая ниже максимально возможной для данной конструкции газлифта.

Величину доли азота в его смеси с инертным газом устанавливают в обратной зависимости от интенсивности продувки, обеспечивающей нормальную работу газлифта используемой конструкции.

Ниже дан вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения.

Пример (плавка нержавеющей стали марки 08Х18Н10Т по классической двухшлаковой технологии, ковш вместимостью 25 т).

Решение о применении после выпуска плавки обработки жидкого металла в ковше с помощью газлифта принимается после получения анализа первой пробы в случае обнаружения недопустимо высокого содержания фосфора. Плавка в этом случае выпускается с температурой на 20-30 градусов выше обычной. Далее ковш с металлом устанавливают на специально оборудованный стенд. Газлифт с помощью крана погружают в металл. Предварительно торцы патрубков газлифта защищают от попадания в них ковшевого шлака вставками из стального листа. Подачу транспортирующего газа (аргона) включают до погружения.

Убедившись в установлении необходимого давления в камере (10÷10000 Па) и нормального режима циркуляции металла через газлифт, включают подачу в транспортирующий газ шлакообразующей и раскисляющей смеси (500 кг) с соотношением Ф:М=50. При этом в ходе обработки для исключения подсоса воздуха внутрь газлифта поддерживают в нем избыточное давление около 500 Па. Для ввода в расплав азота аргон в транспортирующем газе заменяют смесью аргона с азотом с долей азота 0,7.

Через 10-15 минут подачу смеси заканчивают, и через затвор в камеру загружают охладитель - известь. Шлак затвердевает, после чего газлифт вынимают из ковша. Металл при этом через патрубки сливается в ковш, а затвердевший шлак газлифта остается в камере. Далее ковш передается на участок разливки стали, а газлифт - на специальный стенд для удаления шлака и подготовки к следующей обработке.

В нижеприведенной таблице показаны варианты осуществления изобретения для условий рассматриваемого примера с различными технологическими параметрами.

Таблица
Параметры	Варианты осуществления изобретения
	1	2	3	4	5
Степень дефосфорации расплава нержавеющей стали в ковше, %	80	50	40	30	10
Величина соотношения Ф:М, где Ф - масса вводимого в металл фторида кальция, М - масса кальция во всех вводимых раскисляющих материалах	0,5	1	50	100	150
% фторида кальция во вводимой в металл смеси	33	50	98,04	99,01	99,34
% кальция, содержащегося в раскисляющих материалах, во вводимой в металл смеси	67	50	1,96	0,99	0,66
Давление в камере газлифта, Па	15000	10000	5000	10	5

Первый вариант осуществления изобретения (см. таблицу) неприемлем, так как из-за слишком малого соотношения Ф:М во вводимой в металл смеси процент кальция, содержащегося в раскисляющих материалах, в ней слишком велик. Это приводит к недостатку фторида кальция для того, чтобы быстро растворять кальций, переводить его в шлак. Это вызывает вскипания скоплений кальция, нарушает нормальный режим обработки. Давление в камере газлифта приходится повышать, а это дополнительно мешает нормальной работе газлифта.

Пятый вариант осуществления изобретения также неприемлем, так как в нем из-за слишком большого соотношения Ф:М во вводимой в металл смеси процент кальция, содержащегося в раскисляющих материалах, в ней слишком мал, недостаточен для получения нужной степени дефосфорации.

В оптимальных вариантах 2-4 изобретение может быть осуществлено успешно.

Применение изобретения может обеспечить удаление из расплава до 50% фосфора.