Результат интеллектуальной деятельности: АГРЕГАТ КОМПЛЕКСНОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОЙ СТАЛИ (АКОС)

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к агрегату ковш-печь для внепечной обработки жидкой стали в ковше инертными газами (аргоном, азотом и др.) и сыпучими порошкообразными материалами с применением электродугового подогрева [1] металла и шлака под водоохлаждаемым сводом тремя электродами от печного трансформатора. В своде над ковшом имеются три отверстия для прохода электродов и отверстие для загрузки сыпучих материалов из бункеров с весовыми устройствами, а также предусмотрена [1] подача инертных газов и кислорода для рафинирования жидкого металла с использованием цехового компьютера.

Известен агрегат для обработки жидкого металла в ковше [2] с помощью футерованной фурмы и устройства для подачи аргона или азота снизу через днище ковша [3].

При продувке жидкой стали в ковше инертными газами через фурму с защитным конусом [2, 4] или через сопла устройства в днище ковша [3] на поверхности продуваемого металла образуется оголенная часть поверхности металла от шлака [4], что является недостатком известных агрегатов комплексной обработки жидкой стали (АКОС), т.е. в агрегатах ковш-печь.

Для устранения этих недостатков при использовании в ковше футерованной фурмы через сопла под конусом защиты [2, 4] подают инертный газ (азот или аргон) на поверхность оголяемого из-под шлака металла, а для обеспечения более рассредоточенной подачи инертных газов в объем жидкого металла в ковше агрегата организуют подачу инертных газов не только через фурму с конусом [2] и устройство в днище ковша [1, 4], но и через осевые отверстия в трех полых электродах [3], установленных в своде агрегата над ковшом.

Наиболее близким к изобретению является агрегат обработки жидкой стали в ковше [5] с продувкой расплава через днище ковша и через отверстия в полых электродах. Данный агрегат ковш-печь дополняется продувкой жидкой стали в ковше инертными газами на основе использования [2] футерованной фурмы с конусом защиты поверхности оголенного металла от окисления воздухом.

Однако все вышеназванные агрегаты (АКОС) обладают крупными недостатками, заключающимися в том, что в них не осуществляется одновременное совместное использование методов продувки жидкого металла инертными газами через днище ковша и отверстия в полых электродах, а также при использовании футерованной фурмы с конусом защиты. Все это не позволяет достигнуть высоких скоростей рафинирования жидкой стали от газов (кислорода, водорода и др.) и неметаллических включений (Al₃O₃, TiO₂, SiO₂, CaO и др.), а также не обеспечивает высокую степень десульфурации жидкой стали на границе раздела шлак-металл с подогревом расплава от электрических дуг в торцах электродов агрегата ковш-печь.

Цель изобретения - устранение указанных недостатков и повышение эффективности внепечной обработки жидкой стали в АКОС при использовании в агрегате комплекса перечисленных методов и устройств для подачи инертных газов через днище ковша, фурму и полые электроды в своде агрегата ковш-печь.

Технический результат изобретения, включающий продувку жидкого металла в ковше потоками инертного газа, снизу с помощью устройства в днище ковша и через осевые отверстия в полых электродах, установленных в своде агрегата, позволяет обеспечивать интенсивное перемешивание жидкого металла газовыми потоками в трех горизонтах ковша, т.е. внизу у поверхности днища ковша, в середине объема ковша и сверху у поверхности металла или на поверхности границы раздела шлак-металл. Интенсивное перемешивание и движение слоев металла на разных горизонтах ковша позволяет достигнуть более высокой гомогенизации расплава по составу и температуре, интенсифицировать дегазацию металла и удаление неметаллических включений из него, а степень охлаждения жидкого металла от вдуваемых в него инертных газов регулируется электродуговым подогревом металла и шлака в агрегате ковш-печь.

Технический результат достигается следующим образом.

Агрегат комплексной обработки жидкой стали (АКОС), содержащий ковш с жидким металлом и шлаком, установленные в своде ковша три полых электрода и установленное в днище ковша устройство для продувки жидкого металла инертными газами, отличается тем, что он снабжен закрепленной под сводом на корпусе ковша футерованной фурмой для продувки жидкого металла инертными газами с установленным в верхней ее части защитным конусом с соплами для подачи инертных газов на шлак вокруг упомянутой фурмы, при этом полые электроды установлены в отверстиях по центру свода ковша, а упомянутое устройство для продувки жидкого металла инертными газами размещено напротив упомянутой фурмы в расположенном вне осей полых электродов пространстве.

Три полых электрода над сводом снабжены электрической подводкой к трансформатору и имеют устройство для подачи инертных газов и сыпучих материалов в жидкий металл через осевые отверстия упомянутых электродов.

Полые электроды установлены с возможностью подачи струй инертного газа ниже границы раздела шлак-металл.

Торец футерованной фурмы размещен от днища ковша на расстоянии более длины струи инертного газа, вытекающей из отверстия в торце фурмы.

Предлагаемый агрегат, имеющий существенное отличие от прототипа [5], осуществляет работу в соответствии со схемой, представленной на чертеже.

После выпуска жидкой стали из, например, дуговой печи в ковше (1), последний направляют на стенд агрегата ковш-печь. На стенде ковш с устройством в днище ковша (2), жидким металлом (3) и шлаком (4) накрывают сводом (5) и опускают с помощью механизма электрододержателя (6) электроды (7) с включением электричества для электроподогрева металла (3) и шлака (4) в ковше (1). Через полые электроды (7) представляется возможным подавать инертный газ (8) и сыпучие материалы в зону электрических дуг (9) на шлак (4) и жидкий металл (3). Нагрев металла и шлака электрическими дугами (9) осуществляется одновременно с подачей инертных газов (8), расход которых регулируется и осуществляется постоянно или периодически в соответствии с требованиями технологи внепечной обработки жидкой стали. При этом в ковше производится продувка жидкого металла (10) инертными газами (аргоном или азотом) через футерованную фурму (11), закрепленную стационарно на корпусе ковша (12). Фурма (11) в верхней ее части имеет защитный металлический конус (13) с соплами для подачи струй инертного газа на шлак и металл вокруг фурмы (11). Для продувки металла через отверстие (14) в фурме подают инертный газ (10) для перемешивания расплава струями газа (15) над днищем ковша (16). На чертеже представлены области (А, Б, В) преимущественного воздействия потоков инертных газов на объемы жидкого металла в ковше.

При этом агрегат комплексной обработки стали (АКОС), включающий в себя свод и ковш с жидким металлом и шлаком, три полых электрода в своде ковша, устройство в днище ковша и футерованную фурму с защитным конусом для продувки жидкого металла инертными газами, отличается тем, что футерованная фурма с защитным конусом закреплена на корпусе ковша под сводом, а устройство в днище ковша размещено напротив футерованной фурмы, но в пространстве вне осей полых электродов, которые расположены в отверстиях по центру свода ковша.

Кроме того, агрегат комплексной обработки стали (АКОС) отличается тем, что защитный конус фурмы имеет сопла для подачи инертных газов на шлак, причем защитный конус с соплами при этом размещен в верхней части фурмы под сводом в ковше.

К тому же, агрегат комплексной обработки стали (АКОС) отличается тем, что три полых электрода над сводом снабжены электрической подводкой к трансформатору и имеют устройство, позволяющее осуществить подачу инертных газов и сыпучих материалов в жидкий металл через осевые отверстия полых электродов.

В то же время агрегат комплексной обработки стали (АКОС) отличается тем, что полые электроды размещены в шлаке с тем, чтобы струи инертного газа достигали поверхности металла ниже границы раздела шлак-металл.

Одновременно с этим агрегат комплексной обработки стали (АКОС) отличается тем, что торец футерованной фурмы размещен от днища ковша на расстоянии более длины газовой инертной струи, вытекающей из отверстия в торце фурмы.

Эффективность внепечной обработки металла в АКОС [3, 4] в сравнении с прототипом [5] существенно возрастает при осуществлении рассредоточенной продувки расплава инертными газами.

Экономический эффект при этом обеспечивается за счет ускорения процессов перемешивания металла в зонах А, Б и В, интенсификации дегазации металла и удаления неметаллических включений, что приводит к уменьшению длительности режима продувки расплава в ковше, снижению удельного расхода электроэнергии и повышению показателей качества литых заготовок.

Литература

1. Электрические и конструктивные особенности установки печь-ковш фирмы NSC. (Пер.с англ.), 1988. - С.1129-1133. Реф. журнал ВИНИТИ. 15. Металлургия. 15. В. Производство чугуна и стали №11, 1989. - С.64 (11 В491).

2. Меркер Э.Э. и др. Роспатент, (19) RU (11)2009209Cl(51)5, C21C 7/072, Б.И. №5, 1994 г. Способ азотирования жидкой стали в ковше.

3. Агапитов Е.Б. Развитие системы управления электродуговой установкой печь-ковш с целью повышения нагрева//Изв. Вузов. Электромеханика. 2006 г. - №4. - С.81-84.

4. Меркер Э.Э. и др. Патент РФ RU №2369644 С2, по заявке 2005130959/02 от 05.10.2005. Опубл. 10.10.2009. Бюл. №28. Способ азотирования жидкой стали в ковше.

5. Бигеев и др. Патент на полезную модель 62048 РФ, МПК С21С 7/00. Установка печь-ковш. Заявка №2006138419/22 от 30.10.2006; опубл. 27.03.2007, БИМП №9, с.597.