Рафинирование металла в промежуточном ковше МНЛЗ

Вдовин К.Н., Семенов М.В., Точилкин В.В.

Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2006 г.

РАФИНИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ПРОМКОВШЕЙ

Типовые конструкции промежуточных ковшей с целью интенсификации процесса рафинирования стали оснащают специальными рафинирующими устройствами.

Рафинирующие устройства применяются достаточно широко на зарубежных и отечественных заводах. Несмотря на то, что уже известно достаточно много различных конструкций таких устройств, разработка новых и модернизация старых конструкций продолжается. Это связано, с одной стороны, с необходимостью постоянно улучшать качество непрерывно-литой. заготовки, с другой стороны, со сложностью описания и расчета процесса рафинирования стали в промежуточном ковше, что не позволяет создать оптимальную конструкцию и универсальное рафинирующее устройство.

Рафинирующие устройства промежуточного ковша по механизмам рафинирования можно разделить на газорафинирующие, гидродинамические и фильтрационные (рис. 1.10) [25].

К газорафинирующим устройствам относятся различные сопла (цилиндрические или щелевые), пористые блоки, пористые пробки, фурмы и т. д. [12, 31 - 35]. Металл рафинируется за счет продувки инертным газом. Флотация неметаллических включений газовыми пузырями и последующий вынос к покровному шлаку способствует удалению мелких частиц, которые самостоятельно не всплывают к поверхности [19, 36]. Недостатками газорафинирующих устройств являются: возникающее переохлаждение металла из-за взаимодействия с "холодным" газом, необходимость оснащения площадки системой подготовки газа, расход инертного газа.

К гидродинамическим устройствам можно отнести устройства, которые за счет своей формы и расположения в промежуточном ковше изменяют течение металла в нем, что способствует удалению неметаллических включений из расплава. Главным недостатком практически всех гидродинамических устройств является небольшая эффективность удаления мелких неметаллических включений. В то же время они не требуют затрат на эксплуатацию. Некоторые устройства просты в конструкции, что обеспечивает простоту изготовления и монтажа.

Для удаления включений размером d>20 мкм, гидродинамические устройства наиболее эффективны. Но газорафинирующие устройства могут быть установлены в промежуточный ковш любого типа, и в этом смысле они являются универсальными, а гидродинамические должны изготавливаться с учетом особенностей конструкции промковша.

В типовых фильтрационных устройствах происходит осаждение включений на керамических фильтрующих элементах, изготавливаемых из материалов, содержащих большой процент СаО [8], Например, фильтрующее устройство может быть выполнено в виде перегородки с отверстиями малого диаметра (рис. 1.11). Основным недостатком таких устройств является зарастание фильтрующих элементов, при этом часть адсорбированных включений попадает в сталь.

Избежать зарастания фильтра удалось, изменив схему фильтрации. На ЭСПЦ-2 Оскольского электрометаллургического комбината проходили испытания фильтрующих элементов, состоящих из набора керамических пластин [13].

Рафинирование стали осуществлялось за счет коагуляции включений в зазорах между пластинами и последующей ассимиляции укрупненных неметаллических включений покровным шлаком (рис. 1.12).Так как коагуляция включений происходит за счет турбулизации потока между пластинами, то данный фильтр можно отнести к гидродинамическим устройствам. Но сами авторы считают его фильтрующим устройством, и он был отнесен именно к ним. При этом необходимо сделать дополнение, что типовые схемы фильтров относятся к осаждающим фильтрующим элементам, а описанное устройство к коагулирующим. Такое описание позволяет избежать дальнейшей путаницы в терминологии.

Среди гидродинамических устройств промежуточного ковша можно выделить перегородки, пороги, турбогасители и вихрегасители. Перечисленные устройства широко применяются в промышленности из-за своей простоты и эффективности.

В промежуточном ковше без гидродинамических устройств [8]:

- развивается большая турбулентность потоков жидкой стали;

- появляются волнообразные течения на поверхности ванны;

- основной поток металла устремляется напрямую в сталеразливочные стаканы, что не позволяет всплывать неметаллическим включениям в достаточном объеме;

- образуются застойные зоны по периметру открытой поверхности

ковша.

В работе [37] указываются причины возникновения большой турбулентности и волнообразных течений в промежуточном ковше:

- струя из сталь-ковша, изменяя направление своего движения, устремляется вверх, вдоль боковых стенок ковша, это вызывает турбулентность и сильное волнение ванны металла:

- поднимающийся вдоль боковых стенок поток вызывает соседний поверхностный поток, направленный к центру промежуточного ковша, где он, захватывая покровный шлак, направляется вниз;

- генерирующиеся в результате такого движения поверхностные волны образуют структуру нестабильных завихрений, в результате чего шлак затягивается в металл.

Чаще остальных гидродинамических устройств применяются перегородки, о чем свидетельствует большое количество публикаций с описанием конструкций и их принципов работы [1,7, 8, 12, 14, 26, 30, 38 - 42, -42, 44-49].

Перегородки разделяют объем промежуточного ковша на две и более камеры (рис. 1.13). Камеру, в которую поступает металл из стальковша, принято называть приемной, камеру, в которой происходит истечение металла из промежуточного ковша в кристаллизатор, - разливочной (раздаточной). В теле перегородок выполняют переливные отверстия, через которые происходит истечение металла в разливочные камеры. Затопленные струи, истекающие в разливочную камеру, за счет градиента давления от периферии к оси струи захватывают неметаллические включения, чем и достигается рафинирующий эффект перегородок.

От расположения, размеров и формы отверстий зависит эффективность рафинирования металла.