автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка технологии продувки стали в ковше аргоном через перемещающуюся фурму

пй

ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ УКРАИНЫ

оа

На.правах рукописи

БОЧКА Сергей Владимирович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОДУВКИ СТАЖ В КОВШЕ АРГОНОМ' ЧЕРЕЗ ПЕРЕМЕЩАЩУЮСЯ ФУРМУ

Специальность 05.16.02 "Металлургия черных металлов".

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Днепропетровск, 19.96

Работа выполнена на кафедре металлургии стали Государственной металлургической академии Украины

Научный руководитель.:

доктор технических наук, Профессор Охотский В.Б.

Официальные оппоненты: ' • доктор технических наук • Вихлевщук В.А.

кандидат технических наук Брагинец Ю.Ф.

Ведущее предприяние: металлургический комбинат

"Криворожсталь"

Завдта состоится "&><■ ОЬ 1995 г. в час. ^ мин, на заседании специализированного ученого совета К 03.11.03 при Государственной металлургической академии Украины по адресу: .320635, г.Днепропетровск., пр.Гагарина, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственной металлургической академии Украины.

Автореферат разослан 1996 г.

Общая характеристика работы.

Актуальность работы. Среди процессов внепечной доводки стали в ковше одним из наиболее распространенных является продувка ее инертным газом. Главным назначением продувки является перемешивание металла для ускорения растворения ферросплавов и выравнивания химического состава и температуры металла по его объему в ковше.

Побочными результатами продувки являются очищение стали от неметаллических включений и газов, реакции в системе металл-шлак, имеющие как положительные (удаление серы), так и отрицательные (рефосфорация, окисление некоторых легирующих элементов) последствия.

Помимо этого продувка металла в ковше за счет перемешивающего воздействия всплывающих пузырей инертного газа-изменяет структуру жидкой стали, увеличивая ее жидкотекучесть и разливаемость, что дает возможность снижать температуру' металла перед разливкой без ухудшения характеристик последней и технико-экономических • показателей процесса производства стали в целом.

Для продувки используются стационарные дутьевые устройства: пористые элементы в днище или боковой стенке ковша и фурмы, погружаемые в металл сверху. Последние размещаются вертикально или наклонно в различных позициях относительно центра ковша, чаще всего эксцентрично.

При неподвижном положении во время продувки, то есть стационарном характере дутьевых устройств, в результате продувки возникает движение металла по определенным циркуляционным контурам. При этом имеют место зоны с различной интенсивностью перемешивания, ,в том числе застойные зоны. В этом случае часть металла в ковше не подвергается непосредственному механическому воздействию всплывающих пузырей инертного газа, что снижает эффективность продувки. В этой связи актуальными представляются исследования, посвященные повышению эффективности продувки, в частности, через погружаемую сверху фурму, и направленные на разработку технологии обработки стали в ковше аргоном через фурму, перемещающуюся в процессе продувки, которая получила название технологии продувки стали в ковше аргоном через перемещающуюся фурму.

Дель работы:

1) изучить гидродинамические процессы в ковше при продувке через перемещающуюся фурму;

2) разработать технологию продувки стали в ковше аргоном че-

- 4 -

рез фурму, перемещающуюся в процессе продувки;

3) исследовать влияние продувки через перемещающуюся фурму на результаты обработки стали в ковше;

4) исследовать процесс образования скрапа в сталеразливочном ковше;

5) составить полуэмпирические модели процесса образования скрапа в ковше. .

Научная новизна.

Выполнен теоретический анализ гидродинамических процессов в ковше при перемещающейся фурме.

' В результате физического моделирования установлено, что при продувке инертным газом через перемещающуюся фурму интенсифицируются гидродинамические процессы в ковше, при этом время полного перемешивания ванны сокращается.

Предложен механизм процесса образования скрапа в сталеразливочном ковше. Исследовацо. влияние некоторых технологических параметров-на изменение массы"скрапа в ковше за плавку. Получены полуэмпирические модели процесса образования скрапа.

Исследовано влияние продувки в ковше аргоном через перемещающуюся фурму на жидкотекучесть стали. '

Практическая ценность работы.

Разработана и опробована в промышленных условиях технология обработки стали в ковше аргоном через фурму, перемещающуюся в процессе продувки.

При реализации разработанной технологии в условиях кислородно-конвертерного цеха Днепровского металлургического' комбината достигнуто улучшение технико-экономических показателей в одном или нескольких из следующих направлений:

- продолжительность усреднительной продувки аргоном при достижении необходимых результатов снижена в 1,5 - 2,0 раза;

- уменьшено количество ковшей со скрапом на 20% и снижена средняя масса скрапа в ковше;

- количество брака металла в прокате по поверхностным дефек-■ там уменьшено в 1,5 раза;

- улучшены механические свойства стали;

- обеспечена нормальная разливка стали с температурой на 10°С ниже, чем обычно.

Установлено, что при продувке аргоном через перемещающуюся фурму, по сравнению с продувкой через стационарную фурму, степень усреднения металла в ковше увеличивается.

Личный вклад автора диссертации в разработку научных положений и достижение практических результатов заключается в том, что он самостоятельно подготовил и провел исследования и эксперименты в промышленных условиях и на лабораторной установке, самостоятельно обобщил и объяснил их результаты, предложил механизм и получил модели процесса образования скрапа в сталеразливочном ковше.

Методы исследований. В диссертационной работе, использованы результаты исследований и экспериментов, проведенных в промышленных условиях и на лабораторной установке. При обработке полученных результатов использовались методы математической статистики.

Реализация результатов работы. Реализация результатов работы осуществлена в условиях кислородно-конвертерного цеха Днепровского металлургического комбината (ДМК) и возможна в конвертерных цехах, оборудованных установками для продувки стали в ковше инертным газом через погружаемую сверху фурму.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на совместном научном семинаре кафедры металлургии стали и кафедры теории металлургических процессов Государственной металлургической академии Украины; на VII 1-й Международной научно-технической конференции "Теория и практика кислородно-конвертерных процессов", октябрь, 1994 г.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 3 научных публикациях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи разделов и выводов, изложена на 144 страницах, включая 110 страниц машинописного текста, 29 рисунков, 5 таблиц, список литературы на И страницах из 103 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

Основное содержание работы.

1. Состояние вопроса.

В обзоре литературы кратко рассмотрены существующие технологии продувки стали в ковше инертным газом и продувочные устройства. Их анализ показал,что существует необходимость повышения эффективности работы продувочных фурм, погружаемых'в ковшевую ванну сверху. Среди научных исследований и патентов по этому вопросу не удалось обнаружить какие-либо материалы о перемещении фурмы в процессе продувки. Вместе с тем существует способ с вращением ковша при продувке через погружаемую сверху стационарную фурму. Однако при реализации данного способа возникнут технические трудности,

- в -

связанные с организацией вращения ковша, которых ' можно избежать при перемещении продувочной фурмы.

Для исследования.и контроля процессов перемешивания металла в ковше при продувке инертным.газом зачастую используется продолжительность перемешивания, измеренная различными методами как на натуре, так и на моделях. В известных источниках все эти исследования проведены для стационарной продувки через пористый элемент, в днище ванны или через фурму, погружаемую в ванну сверху. В связи с этим возникает необходимость исследования процессов перемешивания стали в ковше при продувке через перемещающуюся фурму.

Рядом исследователей установлены изменения жидкотекучести, механических и других,свойств стали-после продувки в ковше инертным газом, которые объясняются изменением структуры металла в процессе продувки. Вместе с тем влияние способов продувки на степень ' изменения структуры и, следовательно, свойств стали, остается неисследованным. Это позволяет рассматривать жидкотекучесть как характеристику структуры металла в жидком состоянии и использовать ее в • качестве метода контроля изменения последней при различных способах продувки в ковше инертным газом, в частности, через неподвижную и перемещающуюся фурмы.

Кратко рассмотрено изменение теплового состояния стали в ковше после выпуска из конвертера, приводящее к образованию скрапа. Существующие литературные данные не дают полного представления о механизме процесса и периоде образования скрапа в сталеразливочном ковше.

£. Теоретический анализ гидродинамических процессов в ковше при перемещающейся фурме.

.При рассмотрении гидродинамических процессов при перемещении фурмы исходили из того, что продувочная фурма для подачи аргона в ковшевую ванну имеет цилиндрическую форму и, таким образом, ее перемещение во время продувки является случаем поперечного движения цилиндра в жидкости или, что то же самое, поперечного обтекания жидкостью цилиндра.

Получено выражение для расчета расхода жидкости .в следе за перемещающейся фурмой.

При перемещении фурмы во время продувки металла в ковше аргоном возникает движение жидкости в следе за фурмой, направленное в ту же сторону, что и движение фурмы. По мере продвижения фурмы в металле в следе за ней расход жидкости возрастает. Движение кид-

кости за фурмой направлено поперек движения жидкости от барботажа. Такое движение будет интенсифицировать перемешивание ванны.

При рассмотрении гидродинамических процессов при барботаже приняли, что при стационарном положении фурмы барботаж происходит из, так называемого, точечного источника, в качес.тве которого может рассматриваться выходное сечение сопла. При перемещении сопла процесс становится аналогичным барботажу из линейного источника, закономерности которого описаны в литературе. ■

Получено выражение для расчета соотношения расходов жидкости на" выходе из ванны при продувке через перемещающуюся и стационарную фурмы. Расчеты показали, что при расходе аргона через фурму 1 м3/мин, при перемещающейся фурме расход жидкости на выходе из ванны будет больше, чем при стационарной., если скорость перемещения фурмы будет больше 23 см/с.

Получено выражение для расчета соотношения расходов жидкости, обеспечиваемых всплыванием одиночных пузырей и при точечном источнике барботажа. При существующем расходе аргона через фурму 1 м3/мин, это соотношение составляет около 0,9. Таким образом, если в результате перемещения фурмы произойдет переход ' от барботажа группой пузырей, взаимодействующих между собой, к барботажу одиночными пузырями, то интенсивность перемешивания ванны практически не изменится.

3. Моделирование продувки ванны с использованием наклонной и перемещающейся фурм. "

Для исследования процессов перемешивания в ковше было проведено холодное моделирование продувки ванны инертным газом с использованием стационарной наклонной и перемещающейся фурм.

В качестве моделирующей жидкости использовалась вода, а газа ■ - кислород..

Модель ковша имела размеры в масштабе 1:8 по сравнению с натурой.

В качестве критерия моделирования было выбрано подобие на на- • туре и на модели газожидкостного потока, который представляет собой барботажная зона, выраженного его относительной длиной. Таким образом, расход дутья на модели определялся, исходя из предположения о необходимости соблюдения постоянства отношения глубины погружения фурмы к диаметру образующихся пузырей на натуре и на модели, и составлял 100 см3/с.

При моделировании процесса продувки через перемещающуюся фур- ,

му перемещение фурмы осуществляли ее отклонением от вертикальной оси и поворотом держателя, на котором закреплена фурма, вокруг его опоры.

Скорость перемещения фурмы на модели определялась из постоянства соотношения расходов жидкости в барботажной зоне и в следе за . фурмой на натуре и на модели и составляла 21,5 см/с.

Угол наклона к вертикальной оси стационарной фурмы на модели, как и в натурных условиях ДМК, составлял 19°.

В ходе ' экспериментов определялись параметры перемешивания ванны сталеразливочного ковша при продувке через стационарную наклонную и перемещающуюся фурмы. При этом влияние на перемешивание таких■факторов, как расход дутья, расположение фурмы относительно центра ковша и по высоте, не изучалось, поскольку данные вопросы Достаточно полно рассмотрены в приведенных в литературном обзоре источниках.

Для изучения перемешивания использовался кондуктометрический метод, заключающийся в' регистрации изменения электропроводности • водного раствора при введении в него сильного электролита. В качестве электролита применялся 10% раствор NaCl в воде, 150 г которого вводились в различные точки поверхности ванны. Датчик устанавливался вблизи стенки модели в четырех местах на высоте 100 мм от дна.

Каждое из мест установки'датчика характеризовалось расстоянием от датчика до сопла фурмы. При перемещающейся фурме - расчетным средним за цикл перемещения расстоянием от датчика до сопла фурмы.

При каждом положении датчика последовательный ввод электролита осуществлялся в пяти различных местах, характеризующихся кратчайшим расстоянием до датчика.

Снятие кривой отклика осуществлялось потенциометром КСП-4 при скорости протяжки ленты 30 мм/мин.

Фиксировались продолжительность' периода достижения на кривой отклика стабильного горизонтального участка t*, представляющая собой продолжительность полного .смешения электролита, величина потенциала U*, характеризующая среднюю концентрацию электролита в растворе, а также продолжительность .инерционного периода хин и максимальная амплитуда колебаний кривой отклика Umax» Установлено, что средние величины продолжительности полного смешения, инерционного периода и максимальной амплитуды колебаний при перемещающейся фурме в 1,5 раза меньше, чем при наклонной. При этом кривые отклика при продувке через наклонную и перемещающуюся

- 9 -

фурмы имеют различный характер.

При обоих видах продувки с удалением места ввода электролита от датчика максимальная амплитуда колебаний, характеризующаяся отношением Umax/U*. уменьшается, а продолжительность инерционного периода, представляющая собой время от момента ввода электролита до момента регистрации его датчиком, увеличивается, причем при наклонной фурме более значительно.

С удалением датчика от сопла фурмы, а, следовательно, от источника перемешивания, скорости циркуляционных потоков в месте установки датчика уменьшаются, благодаря чему величина Umax/U* при ■ обоих видах продувки увеличивается,. причем при наклонной фурме -более значительно. Изменение тИн при этом соответствует точности измерения.

Указанные показатели характеризуют динамику процесса смешения и не имеют практического применения. Вместе с тем они позволяют сделать вывод о том, что при продувке через перемещающуюся фурму перемешивание ковшевой ванны улучшается.

Изменение величины продолжительности полного смешения электролита t* при наклонной фурме происходит в довольно широких пределах: от 45 до 80 с. При перемещающейся фурме t* изменяется от 40 до 50 с. Средние значения величины,т* для обоих видов продувки составляют, соответственно, 61,3 и 41,5 с.

Продолжительность полного смешения как при наклонной, так и при перемещающейся фурме практически не зависит от места ввода электролита.

С удалением датчика от сопла фурмы величина т* при наклонной фурме увеличивается. При перемещающейся фурме продолжительность полного смешения не зависит от места установки датчика.

Полученные на модели продолжительности полного смешения при продувке через наклонную и перемещающуюся фурмы были пересчитаны для натурных условий 250т ковша кислородно-конвертерного цеха ДМК. Расчеты различными методами: по количеству циклов перемешивания и при условии Но я Idem дали, примерно, одинаковые результаты. Продолжительность продувки аргоном с интенсивностью 60 м3/час для полного смешения металла в ковше на натурном объекте - 250т стале-разливочном ковше составила: для наклонной фурмы - 3 мин; для перемещающейся фурмы - 2 мин. /

Таким образом, физическое моделирование продувки металла в ковше инертным газом показало, что при перемещении фурмы интенсифицируются гидродинамические процессы в ковше, при этом продолжи-

- 10 -

тельность полного смешения ванны сокращается в 1,5 раза.

4. Модель процесса образования скрапа в сталеразливочном ковше.

В работе был предложен следующий механизм процесса образования скрапа. Очевидно, что затвердевание металла на футеровке ковша и образование скрапа возможно, если теплоотвод от границы раздела металла с футеровкой превышает теплоподвод к ней из объема металла. Внешний теплоперенос от границы контакта поверхности футеровки с металлом в футеровку ковша осуществляется, в первом приближении, по закономерностям нестационарной теплопроводности в полубесконечную среду при постоянной температуре на границе раздела, с интенсивностью: л

Чвнешн " (^р « ~ и) , Вт/М2, (1)

(Л а Х)1/2

где л, а - коэффициенты теплопроводности и температуропроводности огнеупоров футеровки ковша, соответственно, Вт/м-К и м2/с; -начальная температура футеровки, К; ЬГр - граничная температура, К; х - продолжительность контакта футеровки ковша со сталью, с.

Если температура на границе контакта жидкого металла с затвердевшим скрапом в ковше равна температуре солидус стали, то удельная интенсивность внутреннего теплопереноса от жидкого к твердому металлу равна: "

Чвнутр ~ авнутр а - Ъсол). Вт/М , (2)

где. «внутр - коэффициент внутреннего теплопереноса, Вт/м2-К; Ь -температура металла, К; (:Сол - температура солидус стали, К.

Согласно расчетам, величина Чвнешн с течением времени уменьшается и при х > 10 мин Чвнешн становится практически постоянной. В то же время величина дВнутр меняется в зависимости от гидродинамической обстановки в ковше,увеличиваясь при интенсивном перемешивании металла. Кроме выпуска это имеет место при продувке металла аргоном. При гравитационном перемешивании металла, вызванном разностью температур стали на ее границе контакта с футеровкой или скрапом и в объеме ванны «Ьшутр будет меньше, чем при механическом перемешивании. Соотношение дВнешн и Чвнутр. таким образом, может быть различным: ЧвнешнХ Чвнутр. что и определяет темп нарастания или удаления слоя затвердевшего металла. При этом количество тепла, идущее на расплавление скрапа, или от недостатка которого образуется скрап, равно:

АН - (дв'нешн - Явнутр) Р X, Дж, (3)

где F - площадь поверхности, через которую осуществляется теплопе-ренос, м2. ;

Для того, чтобы выяснить, когда, главным образом, происходит образование, скрапа в сталеразливочном ковше, технологическая схема ."выпуск из конвертера - разливка" была разбита на периоды, в течение которых гидродинамическая обстановка в ковше примерно одинакова. В этом случае изменение массы скрапа в ковше за. каждый период ДС i, согласно предложенному механизму процесса образования скрапа, будет равно: F ti

ДCi - (qiBHeum " QiBHyTp) - , КГ, (4)

L

где ti - продолжительность периода, с; L - скрытая теплота затвердевания стали, Дж/кг.

На основании данного выражения и с использованием известных выражений расчета коэффициента внутреннего теплопереноса для различных гидродинамических условий в ковше, была составлена эмпирическая модель процесса образования скрапа.

Массив практических данных плавок текущего производства ДМК был обработан на ЭВМ в соответствии с разработанной моделью. В результате было получено уравнение регрессии, связывающее изменение массы скрапа в ковше за плавку .с возможными изменениями ее на тех этапах технологической схемы, которые оказались, согласно результатам обработки, достоверными. При средних величинах переменных, входящих в полученную полуэмпирическую модель, на этапе выпуска масса скрапа в ковше возрастает на 81% от изменения массы скрапа за плавку, на этапе передачи на разливку - на 17%.

Для определения влияния различных факторов на изменение массы скрапа в ковше за плавку массив практических данных был обработан по статистической модели полинома 2-й степени.

Анализ полученного уравнения показал,что наибольшее снижение массы скрапа происходит в период продувки металла в ковше аргоном. Присадки в ковш раскислителей и легирующих незначительно влияют на образование скрапа и это происходит в соответствии с их тепловыми эффектами: добавки, нагревающие сталь, уменьшают массу скрапа и, наоборот. Присадки же в ковш стальной стружки, применяемой в качестве охладителя, уменьшают массу скрапа.

Определены оптимальные значения некоторых параметров, при которых масса образующегося скрапа минимальна.

Таким образом, анализ полученных уравнений показал,. что основная масса скрапа в сталеразливочном ковше образуется во время

выпуска стали из конвертера. Очевидно, это связано с недостаточным прогревом! футеровки ковшей, а также с использованием ковшей со скрапом, которое имеет место на ДМК, что значительно увеличивает Овнешн в начале выпуска. Увеличение массы скрапа происходит также при выдержке металла в ковше после окончания внепечной доводки во время передачи плавки на разливку.

Сделанные выводы согласуются с результатами химического анализа проб скрапа, отобранных в кислородно-конвертерном цехе ДМК. Проба, отобранная с поверхности скрапины, соприкасающейся с футеровкой дна ковша, имела состав, близкий составу металла, выпускаемого из конвертера. Проба, отобранная с поверхности скрапины, соприкасающейся с жидким металлом, имела химический состав готовой стали, плавка которой находилась перед этим в данном ковше.

5. Результаты обработки стали в ковше при продувке аргоном через перемещающуюся фурму.

Исследования проводились в условиях кислородно-конвертерного цеха Днепровского металлургического комбината. Выплавка стали в этом цехе осуществляется в двух 250т конвертерах. Для внепечной обработки и доводки стали служат две установки продувки инертным газом через фурму, которая.погружается в металл сверху на глубину 3,0-3,5 м и отклоняется от вертикальной оси на угол 19°, с расходом 50-70 м3/час, и установка Комплексной доводки стали по составу и температуре.

Усреднительная продувка ■ аргоном кипящей стали продолжается 3-5, полуспокойной - 3-5, спокойной - 5-8, низколегированной и рельсовой - 8-10 минут.

При разработке схемы перемещения фурмы в процессе продувки учитывали необходимость исключения механических ударов фурмы о стенки ковша, а также предотвращения размывания барботажной зоной футеровки ковша при приближении к ней фурмы. С учетом этого расстояние от фурмы до стенки ковша должно было быть больше радиуса зоны барботажа, который при глубине погружения фурмы 3,0-3,5 м составляет 0,-56-0,65 м.

Исходя из этого и, учитывая взаимное расположение фурмы и сталеразливочного ковша на сталевозе, была разработана схема перемещения фурмы, которая представлена на рис. 1. Перемещение осуществляется в автоматическом режиме с использованием существующих механизмов поворота фурмы и изменения угла ее наклона к вертикальной оси. Геометрия схемы в единицах длины и времени перемещения

фурмы представлена в таблице 1.

к —А

— А,

—д

Л.

Рис. 1. Схема перемещения фурмы.

Принимая во внимание, что продолжительность цикла автоматического перемещения фурмы при продувке стали в ковше составляет 80-85 с, и данные физического моделирования , был установлен следующий регламент усреднитель ной продувки аргоном через перемещающуюся фурму: КП и ПС марки стали - 1-2 ; СП марки стали - 2-3; низколегированные и рельсо-Таблица 1.

Геометрия схемы перемещения в единицах длины и времени •перемещения фурмы.

1 1 N 1 Пункты перемещения Расстояние, 1 Скорость, | 1 t, I

|п/п фурмы . м м/с . | 1 с I

I 1. Ао 0 0 1 б I

1 2. Ао - Ai- 0,6 - 0,8 0,17 - 0,19 | 4 - 5 |

1 з. Ai - Bi 0,5 - 0,7 0,50 - 0,70 | 1 1

1 4. Bi 0 0 15 |

1 5. Bi - Ai 0,5 - 0,7 0,50 - 0,70 | 1 1

1 6. Ai 0 0 1 з 1

1 7. Ai - А2 0,6 - 0,8 0,17 - 0,19 | 4 - 5 |

1 8. A2 - в2 0,5' - 0,7 0,50 - 0,70 | 1 1

1 9. в2 0 0 1 15 |

| 10. Bz - А2 0,5 - 0,7 0,50 - 0,70 | 1 - 1

| 11. А2 0 0 1 з 1

| 12. Аг - Аз 0,6 - 0,8 0,17 - 0,19 | 4 - 5 |

I 13. Аз - Вз 0,5 - 0,7 0,50 - 0,70 | 1 1

1 14. Вз 0 0 1 15 |

| 15. Вз - A3 0,5 - 0,7 0,50 - 0,70 | 1 1

| 16. 1 Аз - Ао • 1 1.8 - 2,1 1 0,34 - 0,36 | 1 5 " 7 1

1 Продолжительность одного цикла 1 1. I 80 - 85 | 1

совые марки стали - 3-4 цикла перемещения. При этом продолжительность усреднительной продувки аргоном.через перемещающуюся фурму была в 1,5-2,0 раза меньше существующей для продувки через стационарную наклонную фурму.-

В результате проведения 180 опытных плавок с использованием новой технологии было установлено следующее. -

При перемещении фурмы на поверхности -ванны в ковше возникают волны. Однако, это не вызывало выплесков металла и шлака, вылетаю-■ щих ,за пределы ковша, что позволило сохранить существующую интенсивность . продувки, 50-70 м3/час, имеющую место на сравнительных плавках.

Эффективность перемешивания на опытных и сравнительных плавках оценивали по разнице концентраций элементов в пробах, отобранных в конце доводки и в середине разливки стали. Принимая во внимание, что на доводке проба отбирается пробоотборником на глубине 300-700 ым от уровня ванны,- а на разливке - из струи вытекающего металла, то есть примерно из средней части ковша, то данная разница концентраций иллюстрирует неравномерность состава стали по вы-' соте ковша. . С увеличением продолжительности продувки аргоном разница концентраций элементов уменьшается, причем для углерода и марганцз. на опытных плавках - несколько интенсивней, чем на сравнительных, для других элементов на опытных и сравнительных плавках она уменьшается примерно одинаково. '

Отбор проб в ходе разливки низколегированных марок стали показал, что разница концентраций в них элементов составляет 1-3 отн.% при перемещающейся и 3-5 отн.% при стационарной наклонной фурме. Это свидетельствует о том, что, несмотря на уменьшение продолжительности усреднительной продувки в 1,5-2,0 раза, степень усреднения стали в ковше на опытных плавках увеличилась.

Установлено, что доля ковшей, в которых после окончания разливки был скрап, уменьшилась на 20%. Средняя масса скрапа на за-скрапленных ковшах уменьшилась с 2,11 т на сравнительных до 1,76. т на опытных плавках, то есть на 16,5%.

Результаты осмотра ковшей контролерами 0ТК были выражены в баллах: "козел" - 8; скрапина - 4; сетка металла - 1; чистый ковш - 0 баллов. Изменение массы-скрапа в ковше ДС, баллы, определялось как разница между конечным после разливки и исходным состоянием ковша.

Зависимость изменения массы скрапа в ковше от продолжительности продувки аргоном показывает, что при обычной технологии про-

дувки существует тенденция к увеличению массы скрапа в ковше после очередной плавки. Об этом говорит положительная величина ЛС для наиболее распространенных кипящих и полуспокойных марок стали,. продолжительность продувки которых составляет 3-5 мин. Увеличение • продолжительности продувки аргоном уменьшает эту' тенденцию для наклонной фурмы и при 8 мин продувки масса'скрапа в.ковше до и после плавки становится практически одинаковой.

При продувке через перемещающуюся фурму даже при малой ее продолжительности масса скрапа в ковше после плавки практически не увеличивается, а при Тдг > 5 мин значительно уменьшается.

При продолжительности пребывания стали на доводке до 25 мин масса скрапа в ковше на обычных плавках не увеличивается, а свыше 25 мин начинает заметно расти. На опытных плавках во всем диапазоне продолжительности пребывания металла на доводке масса скрапа в ковше до и после плавки остается одинаковой.

Установлено, что для стационарной фурмы при температуре стали после доводки ниже 1560°С масса скрапа в ковше увеличивается и тем сильнее, чем ниже температура. На плавках с перемещением фурмы даже в диапазоне сравнительно низких температур 1540-1550°С масса , скрапа в ковше после плавки практически не изменяется, а на более горячих плавках монотонно уменьшается с ростом температуры. Для ЛС - О, когда возможно сравнение воздействия на образование скрапа двух технологий, продувка через перемещающуюся фурму позволяет поддержать это воздействие при температуре стали на 10°С меньшей, чем при продувке через стационарную наклонную фурму.

В целом во всем диапазоне производимого сортамента сталей уменьшение массы скрапа в ковше при использовании перемещающейся фурмы на 0,5-3,0 балла превышает результаты продувки через стационарную наклонную фурму.

С использованием разъемного бруска с горизонтальным каналом определена жидкотекучесть стали через 15-20 мин от начала разливки. Длина пробы на жидкотекучесть колебалась в пределах 24-90 мм и в среднем составила 45 мм на сравнительных и 70 мм на опытных плавках. При обычной технологии продувки аргоном жидкотекучесть стали меньше на 10-40 мм, чем при новой технологии при одинаковой температуре разливаемого металла. При продувке через перемещающуюся фурму та же жидкотекучесть достигается при температуре после доеодки, по меньшей мере, на 10°С более низкой, чем при продувке через стационарную наклонную фурму, что говорит о.более значительном изменении структуры металла на опытных плавках.

Исследования механических свойств стали показали, что в сравнении- с обычной технологией продувки, прочностные свойства различных марок стали, продутых аргоном через перемещающуюся фурму, увеличились на 0,4-10,0 отн.%, а пластические - изменились на -2,3+4,1 отн.%. При этом изменения состава готового металла на.опытных ■плавках в сравнении с обычными не происходит и, следовательно, оно не может служить причиной изменения механических свойств стали.

. Брак металла в1 прокате по поверхностным дефектам сталепла-• вильного происхождения снизился с 0,617% при обычной технологии до 0,389% при новой технологии, то есть в 1,5 раза.

Таким образом, установлено, что использование разработанной технологии продувки стали в ковше аргоном через перемещающуюся фурму, в сравнении с существующей технологией продувки через стационарную наклонную фурму, повышает эффективность продувки, увеличивает жидкотекучесть стали, уменьшает массу скрапа в ковше после плавки и брак металла в прокате, повышает механические свойства стали. Это происходит за счет улучшения перемешивания металла в ковше, благодаря перемещению барботажной зоны в объеме ванны, что,, видимо, увеличивает степень воздействия.продувки на структуру ста" ли. _ 1 -6. Рациональная технология продувки стали в ковше аргоном через перемещающуюся фурму.

Эксплуатация разработанной технблогии показала удачность выбора ее основных положений. При этом установлена возможность без ухудшения условий разливки и, показателей по браку металла в прокате и заскрапленности ковшей, по крайней мере, на 10°С снизить тем- пературу стали перед разливкой.

На плавках сталей марок ЗПС и 5ГПС была опробована работа с температурой в конце доводки на 7-12°С ниже обычной при их усреднитель ной продувке через перемещающуюся фурму. При одинаковой продолжительности продувки и разливки увеличения количества брака металла в прокате и заскрапленности ковшей не произошло. Масса скра-'па в ковше составила в среднем 1,94 т против 2,11 т при продувке через стационарную наклонную фурму.

Таким образом, установлено, что. продувка стали в ковше аргоном через перемещающуюся фурму, позволяет разливать металл с темпе-■ ратурой на 10°С ниже, чем обычно без ухудшения технико-экономических показателей процесса производства стали. Тем самым показана .возможность такого же снижения температуры выпуска металла из конвертера, что позволяет .уменьшить долю жидкого чугуна в шихте кис-

дородных конвертеров. .

В главе 7 приведен технико-экономический анализ разработанной технологии продувки стали в ковше аргоном через перемещающуюся фурму в сравнении с существующей на ДМК технологией продувки через стационарную наклонную фурму. Экономический эффект от внедрения разработанной в диссертации технологии составил при обычной температуре стали 0,4572%, при пониженной температуре стали - 0,4988% от средней себестоимости одной тонны стали. ■ ,

Выводы.

1. Проведен теоретический анализ гидродинамических процессов в ковше при перемещающейся фурме. Получены выражения для расчета расхода жидкости в следе за перемещающейся фурмой и соотношения расходов жидкости на выходе из ванны при продувке через перемещающуюся и стационарную фурмы:

2. В результате проведения физического моделирования продувки металла в ковше инертным газом установлено, что при перемещении фурмы интенсифицируются гидродинамические процессы в ковше, при этом продолжительность полного смешения ванны сокращается в 1,5 раза.

3. Предложен механизм процесса образования скрапа в сталераз-ливочном ковше. Впервые проанализировано влияние различных факторов на изменение массы скрапа в ковше за плавку. Разработаны модели процесса образования скрапа в ковше. На основании полученных моделей установлено, что образование скрапа происходит в периоды выпуска из конвертера и выдержки стали в ковше после доводки, во. время передачи плавки на разливку. Продувка аргоном уменьшает массу скрапа. Раскислители и легирующие незначительно влияют на массу скрапа.

4. Разработана технология продувки стали в ковше аргоном через фурму, перемещающуюся в объеме ковша в процессе продувки. Скорость перемещения фурмы в продольном направлении - 0,17-0,19 м/с, в поперечном - 0,5-0,7 м/с. Продолжительность цикла перемещения фурмы составляет 80-85 с, продолжительность усреднительной продувки различных марок стали составляет от 1 до 4 циклов перемещения, интенсивность подачи газа - 50-70 м3/час. .

5. Показано, что при уменьшении продолжительности усреднительной продувки аргоном через перемещающуюся фурму в 1,5-2,0 раза, в сравнении с продувкой через стационарную наклонную фурму, степень усреднения стали в ковше увеличилась.

6. Отмечено, что при новой технологии доля ковшей со скрапом уменьшается на .20% и снижается средняя масса скрапа в ковше.

7. Установлено, что при прочих равных условиях сталь, проду-. тая аргоном через перемещающуюся фурму, обладает более высокой жидкотекучестью, чем продутая через стационарную наклонную фурму, / что свидетельствует о более значительном изменении структуры металла.

8. Показано, что при использовании разработанной технологии повышаются механические свойства стали и уменьшается брак металла в прокате по поверхностным дефектам.

9. Установлено, что при продувке аргоном через перемещающуюся фурму, снижение температуры стали перед разливкой на Ю°С не приводит к увеличению заскрапленности сталеразливочных ковшей и количества брака металла в прокате. Тем самым показана возможность такого снижения температуры выпуска стали из конвертера, при условии ее последующей обработки аргоном по разработанной технологии.

10. Экономический эффект от внедрения разработанной в диссертации технологии продувки стали в ковше аргоном через перемещающуюся фурму в условиях ДМК им.Дзержинского составил при обычной температуре стали - 0,4572%, при пониженной температуре стали -0,4988% от средней себестоимости одной тонны стали.

Основное содержание диссертаций отражено в следующих работах:

1. Охотский В.В., Бочка C.B. Повышение разливаемости конвертерной стали //Теория и практика кислородно-конвертерных процес-. сов: Тезисы докладов VIII Международной научно-технической конференции. Днепропетровск, 25-27 октября 1994 г.- Днепропетровск, 1994. - с. 99-101.

2. Образование скрапа в сталеразливочном ковше /Охотский В.Б., Бочка C.B., Харахулах B.C. и др.// Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1995. - N 3. с. - 14-16.

3. Охотский В. Б., "Бочка C.B.. О жидкотекучести конвертерной стали // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. - 1995. - N 3. - с. 76.

Бочка C.B. Разработка технологии продувки стали в ковше аргоном через перемешающуюся фурму. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.02 "Металлургия черных металлов". Государственная металлургическая академия Украины, Днепропетровск, 1996. Рукопись 144 е., 5 табл., 29

- 19 - ' ■

рис., библиогр. 103 назв. ■

Ключевые слова: сталь, ковш, аргон, продувка, фурма! перемещение, скрап, модель.

. Посвящена проблеме повышения-эффективности продувки стали в -ковше инертным газом через погружаемую сверху фурму. В результате физического моделирования продувки металла в ковше инертным газом установлено, что при перемещении фурмы интенсифицируются гидроди- ■ намические процессы в ковше, при этом время полного смешения ванны сокращается. Предложен механизм процесса образования скрапа в ста-леразливочном ковше. Получены модели процесса:, образования скрапа. Разработана технология продувки стали в ковше аргоном'через перемещающуюся фурму, использование ' которой повышает эффективность продувки, увеличивает жидкотекучесть стали, уменьшает массу скрапа в ковше после плавки и брак металла в прокате, повышает механичес-' кие свойства стали.

■BochkaS.V. The Elaboration of the Argon Injection's Technology in the Ladle Through the Moving Lance. Master's thesis on the speciality 05.16.02 "Ferrous Metallurgy". . State Metallurgical Academy of Ukraine, ,Dnepropetrovsk, 1996. Manuscript: pages-144, tables-5, figures-29, references-103.

Key words: steel, ladle, argon, injection, lance, movement, scrap, model.

It dedicates of the problem to increases efficiency of inert gases injection in the ladle through the lance, which has immersed from top. In consequence of the physical's model of- inert gases injection in the ladle was determined, what if the lance is moving then hydrodynamic processes in the ladle intensifícate and time of full mixing of the fath dicreases.There was offered scrap's formation mechanism in the ladle. .It had obtained models of scrap's formation process. There was elaborated of argon injection's "technology in the ladle through the moving lance.; The ' injection's efficiency from using this technology, fluid flow of steel are improving, scrap's, weight in the ladle and defect of metall in rolling have decreased after melt. Mechanical properties of steel are improving. - -