Обработка металла

Внепечная обработка чугуна и стали

Раздел:  Строительство. Ремонт

Эффективность рафинирования стали продувкой порошкообразными материалами зависит от ряда факторов, в том числе от характера циркуляции металла. Параметрами, способными изменить характер циркуляции, являются скорость газопорошковой струи, давление газа, расход> газа и порошка. В исследованиях, проведенных Г.А.Исаевым*, показана необходимость создания определенных режимов продувки, связанных с различными технологическими стадиями процесса. Процесс продувки условно разделен на два периода. Задачей первого периода является быстрое внедрение и равномерное распределение порошкообразных материалов по всему объему. Эта задача реализована при помощи предварительной продувки металла газом (аргоном). Предварительная продувка аргоном перед введением порошкообразных материалов создает благоприятные условия для равномерного распределения их по объему. Это связано с тем,, что порошок вводят в жидкость с достаточно развитой циркуляцией. При осуществлении продувки металла сверху через погружаемую фурму в начальный период перемешивание интенсивно идет только по границам Циркуляционных потоков, где происходит жидкостное трение соседних слоев. Внутри самих циркуляционных "трубок" (слоев) перемешивание не развито. При этом увеличивается Доля "неотработанных" частиц, всплывающих на поверхность. Положительное влияние предварительной продувки газом на равномерное распределение порошка по объему ванны подт-'ерждают результаты экспериментальных данных, полученных на модели.

Окончанием  первого  периода   необходимо   считать   момент времени,  когда  в  результате  вдувания порошкообразных  материалов завершены процессы десульфурации и раскисления Задачей второго периода являются удаление из металла взвешенных в нем частиц порошка и снижение количества не. металлических включений. Решение этой задачи осуществляется дополнительной додувкой газом с пониженным его расходом и давлением после завершения продувки металла газо-порошковой струей. На заключительной стадии продувю, необходимо создание такого режима, который способствовал бы быстрому и полному удалению эндогенных и экзогенных неметаллических включений. Результаты опытов на холодной модели, в которых додувку осуществляли с тем же расходом, что и при продувке порошками, показали, что такой режим не решает задачу второго периода. Установлено, что решению задачи второго периода соответствует додувка аргоном с расходом, равным 10—50 % от его расхода при вдувании порошков. По результатам модельных исследований была проведена серия опытно-промышленных плавок, на которых после продувки металла порошкообразными материалами осуществляли продувку аргоном с пониженным расходом. Установлено положительное влияние додувки на снижение количества и размеры включений. Особенно заметно это влияние проявляется для точечных и строчечных оксидов. Для первых количество чистых полей зрения увеличивается на 60 %, а максимальный балл включений снижается с 4 до 2. Во втором случае количество чистых полей зрения увеличивается на 45 %, а максимальный балл снижается с 5 до 2,5. Таким образом, результаты проведенного исследования показали необходимость изменения режимов продувки в соответствии с технологическим периодом.

Рекомендации, следующие из результатов данного исследования, проведенного в промышленных условиях, совпадаю! с общими положениями, следующими из результатов моделирования на холодных моделях. Общее число подобных работ по моделированию достаточно велико. Следует отметить подроб" ное исследование, выполненное И.А.Магидсоном, А.В.Богос-ловским и М.Ф.Сидоренко . На холодной модели 20-т ковша авторами работы [26] изучено распределение вдуваемого металл порошкообразного шлакообразующего  материала, ко|Ов устанавливается к моменту окончания продувки. Оно юедставляет собой результат одновременного протекания процессов внедрения, всплывания и переноса циркуляционными и пульсационными потоками жидкости частиц порошка. Досле окончания продувки движение металла прекращается не сразу, но продолжается еще некоторое время с интенсивностью, зависящей от режима предшествующей продувки и вязкости расплава. При этом происходит дальнейшее изменение массы и распределения порошка в металле. Металл моделировали дистиллированной водой, порошковую смесь на основе извести- порошком фенолформальдегидных микросфер, вдуваемых в потоке аргона через погружаемую фурму (линейный масштаб 1:3,65). Массу порошка в моделирующей жидкости определяли фотометрическим методом. Эксперименты выполняли при различных режимах продувки и положении фурмы.

Кинетику изменения массы порошка после окончания про-нувки изучали в трех равных по высоте зонах: придонной, средней и верхней, а также по ковшу в целом. В начальный период отстаивания наблюдали, как правило, кратковременное возрастание массы порошка в придонной зоне и иногда во всем объеме ковша, которое вызвано вовлечением порошка с поверхности в объем металла, особенно, в придонную зону, циркуляционными потоками жидкости, сохраняющимися после окончания продувки. С увеличением продолжительности "родувки тпр и относительной глубины погружения фурмы \lh перемешивание жидкости интенсифицируется и кинетические кривые сглаживаются. Смещение фурмы к стенке ковша ' Целом также приводит к снижению максимума на кинетически кривых.

На основе полученных в результате моделирования данных'вели примерные расчеты для случая вдувания в металл °Рошка на основе извести в 20-т ковше. Приняли: средний тр частиц порошка или шлаковых капель 0,18 мм; про-"асительность продувки 180 с; масса порошка, который со-Р*ится в жидкометаллической ванне в момент времени т от начала продувки, Ма' = 180кг; исходная масса поверхностного шлака Мш= 1000кг; кинематическая вязкость шлака г>ш' = 20,4 • 10~6 м2/с (динамическая вязкость 0,55г/см-с). Результаты расчетов показали, что массы находящегося g металле порошка и эмульгированного шлака резко возрастают при увеличении глубины погружения фурмы, причем количество эмульгированного шлака может превосходить количество порошка в десятки раз при исходном соотношении 5,5 раза. По этой причине в процессах рафинирования металла путем вдувания порошкообразных материалов существенна роль сформировавшегося на поверхности шлака. Интенсивность эмульгирования шлака в металл особенно велика на начальных стадиях продувки, в результате через 20-50 с процесс становится практически стационарным. Накопление в металле вдуваемого порошка происходит менее интенсивно. Однако при погружении фурмы даже на глубину hjh> 0,5 за обычно принятое время продувки 2,5-3 мин скорость данного процесса успевает измениться на порядок, а масса порошка достигает > 90 % предельной.