Рафинирование металла в промежуточном ковше МНЛЗ

Раздел ГРНТИ: Производство черных металлов и сплавов
Вдовин К.Н., Семенов М.В., Точилкин В.В.
Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2006 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.
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.