Обработка металла

Внепечная обработка чугуна и стали

Интенсификация массообменных процессов перемешиванием

Существенное, а в ряде случаев решающее влияние на протекание процессов внепечной обработки оказывает перемешивание расплава. Применительно к внепечной обработке чугуна основной задачей я гется интенсификация массообменных процессов. В зависимости от способа подвода энергии при перемешивании все методы внепечной обработки можно условно разделить на следующие основные группы: 1) перемешивание металла падающей струей или в потоке в ходе технологических переливов; 2) вибромеханическое перемешивание в результате создания вибраций встряхиванием или вращением емкости; 3) перемешивание металла различного рода механическими мешалками; 4) перемешивание металла под действием электромагнитного поля; 5) барботажное перемешивание металла посредством вдуваемого в него газа (свободный газовый поток); 6)газлифтное перемешивание при совместном движении газо-металлической смеси во внутренней полости агрегата; 7) перемешивание металла пульсирующей затопленной струей (пульсационное перемешивание); 8)акустические колебания, воздействие ультразвуком.

В настоящее время при внепечной обработке чугуна используют главным образом механические и пневматические (продувка газами) способами.

Авторы работы [39] предлагают следующую классификацию

механических способов перемешивания:

1) падающей струей при переливе металла;

2) вибрацией расплава;

3) использованием различных мешалок (1.43). Перемешивание падающей струей, которое было и остается при выпуске металла из агрегата, иногда дополняется операцией перелива из ковша в ковш.

Способ внепечной обработки в вибрационных ковшах был предложен авторами работы [40]. После экспериментов на водяной модели была сооружена первая установка для внедо-менной десульфурации чугуна на основе вибрационного ковша вместимостью 3 т. Ковш подвешивали на раме, установленной на трех кривошипах, соединенных с электродвигателем. При вращении кривошипов ковш описывает кругообразные движения вокруг оси, но сам не вращается вокруг нее. Возникающие на поверхности металла в ковше волны обеспечивают хорошее перемешивание его с реагентами: при частоте вращения КОЕ ша 70 мин"1 и эксцентриситете 0,061м за 0,5 ч удавалоа присадкой 2,3 % извести снизить содержание серы в металле с 0,078 до 0,003 %. При использовании карбида кальцщ (0,7—0,8 %) в процессе вибрационного перемешивания уже за 6 мин содержание серы снизилось с 0,14 до 0,01 %. В Япо нчи в 1965 г. функционировало 30 виброковшей, в которых обрабатывали треть всего чугуна, подвергаемого десульфу рации. На заводах фирмы "Kobe Steel Ltd." использовали виброковши, которые имели возможность эксцентрического вращения сначала в одном направлении, затем после резко] остановки— в другом. Металл в центре ковша продолжает вращаться в одном направлении, у стен- в противополож ном. Эффективность перемешивания существенно увеличивает ся. Однако все эти способы перемешивания оказались дороже, чем перемешивание мешалками или продувкой газами.

Газлифтное перемешивание основано на направленной циркуляции металла в специальной камере, снабженной всасывающим и сливным патрубками. Газлифтный эффект основан на том, что кажущаяся плотность газо-жидкостной смеси всегда меньше плотности жидкости, что обеспечивает подъем уровня газо-жидкостной смеси выше уровня жидкости по закону сообщающихся сосудов, поэтому при вдувании газа во всасы вающий патрубок происходит направленная циркуляция метал ла, которая зависит от основности металла в ковше. Наиболее широко газлифтное перемешивание используется при ва куумировании стали RH-методом (циркуляциоинМ вакуулшрование). Наивысшая интенсивность газлифтного ремешивания достигается в зоне всасывающего патрубка Причем удельный расход газа, который можно вдуть таких образом в металл, значительно выше, чем при барботажно* перемешивании. По данным Кнюппеля, скорость металла всасывающем патрубке достигает 5 м/с, что при правильно* выборе места введения реагентов позволяет обеспечивай высокую степень их усвоения [39].

В СССР успешные опыты по внепечной обработке литейнй* чугуна проведены на Донецком металлургическом завоД' (ДонМЗ) [41]. Целью применения пульсационного переметив» ния для получения синтетического литейного чугуна былс1ООкение температуры чугуна на выпуске из доменной печи по необходимой, повышение степени усвоения ферросилиция и уменьшение колебаний химического состава чугуна по высоге ковша. В условиях ДонМЗ установка для обработки чугуна методом пульсационного перемешивания смонтирована на одной из секций установки, предназначенной для внепечного рафинирования чугуна магнием (1.44) [42]. Чугун обрабатывали в чугуновозных ковшах вместимостью 80 т. Внутренний диаметр погружаемой в чугун футерованной трубы равен 0,6 м, глубина погружения- 0,8 м. Частота колебаний давления по внутренней полости трубы составила 0,54 Гц, что близко к собственной частоте колебаний жидкого металла в системе труба — ковш. При давлении газа в трубопроводе 0,39 МПа и расходе 0,08-0,10 м3/с амлитуда колебаний металла внутри трубы достигает 0,6—0,65 м. Если при продувке газом через погружаемую фурму в течение 15 мин степень усвоения ферросилиция равнялась 70—75 %, то при пульсационном перемешивании 93-94 %.

В работе [39] представлены результаты опробования на опытно-промышленных установках технологии десульфурацм чугуна магнием, известью, десиликонизации и подогрева чугуна применением циркуляционного газлифта. Опыты показали! перспективность работ в этом направлении. Заманчивым представляется использовать для интенсификации массооб^ менных процессов такой способ, как ультразвуковые колеба^ ния. На 1.45 показаны возможные способы введения] ультразвуковых колебаний в расплав. Обработка ультразвуком пока не получила распространения при организации вне-| печной обработки чугуна.

Требует решения также проблема охлаждения металла в| процессе внепечной обработки. На 1.46 приведены данные, характеризующие средние показатели изменения темпер ратуры металла в процессе обработки до разливки, харак терные для двух заводов компании "Kobe Steel Ltd." [43]. Проблема возможности снижения и частичной компенсации па\ терь тепла при организации многостадийных процессов рафи-нирования чугуна перед заливкой полупродукта в конвертер; а также в ходе дальнейшего внепечного рафинирования И разливки остается актуальной. На стадии удаления кремнии в миксерных или обычных чугуновозных ковшах доля теплопо-терь в окружающую среду снижается с увеличением вместимости ковшей, с усилением слоя теплоизоляции, с применением крышек или шлаковых покрытий. При удалении фосфора И серы в агрегате конвертерного типа с основной футеров! возможна некоторая компенсация потерь тепла, благодаря вдуванию кислорода, увеличению доли дожигания СО в отходящих газах и вдуванием порошкообразного углерода. На стадии обезуглероживания в конвертере комбинированного дутья в дополнение к указанным мерам практикуют подогрев лома и введение экзотермических добавок, а в ходе внепечной обработки — дуговой нагрев и подогрев ферросплавов. По данным [43] наиболее существенным резервом снижения потерь тепла на всех стадиях следует считать уровень производительности (ритмичности) процесса. Показано, что при повышении производительности цеха с 80-т агрегатами с 25 До 40 плавок в сутки потери тепла могут быть снижены в три раза. Примечателен опыт завода ISCOR в ЮАР, где работает миксерный агрегат вместимостью 1500 т с индукционным нагревом чугуна. Горизонтальный миксер, имеющий цилиндрическую часть длиной 12 м и диаметром 7,3 м, оборудован Шестью канальными индукторами мощностью по 2500 кВт, размещенными с нижней стороны миксера. Миксер опирается на четыре направляющие через роликовые дорожки, состоящие из *б роликов и имеет два привода мощностью по 30 л.с. Пре-

дусмотрены загрузка лома в миксер из совков и скачивание

шлака. Рабочий слой футеровки выполнен из высокоглинозе-

мистого кирпича с 85 % А12О3. При перегреве чугуна на

200 °С перед заливкой в конвертеры их производительность

может быть увеличена на 22 % при том же количестве жидко

го чугуна или уменьшен на 18 % его расход с соответствую

щим увеличением количества лома. Стоимость стали за счет

различия стоимости чугуна и лома снизится при этом на

19 %. Скорость движения чугуна в канале составляет 1 м/с.

Повышение доли лома в шихте конвертеров при перегреве

жидкого чугуна на 200 °С позволяет повысить выход жидкой

стали на 2 %. Достигаемое при этом ускорение образования