Многофункциональные системы скользящих затворов

Концепция применения в сталеплавильном производстве

Концепция создания и применения многофункциональных систем скользящих ковшовых затворов предусматривает использование разливочных устройств шиберного типа, позволяющих наряду с основной технологической операцией — дозированным выпуском стали из разливочного ковша, осуществлять несколько дополнительных: инжекцию газопорошковых смесей в жидкий металл во время его схода из плавильного агрегата в ковш; введение под струю разливаемой стали легирующих добавок в дробленом виде; обеспечение газодинамической защиты струи жидкого металла от негативного воздействия кислорода воздуха или создание разрежения в околоструйном пространстве (в случае использования при непрерывном литье заготовок погружных стаканов).

Разработанная многофункциональная система скользящего затвора включает базовый блок — двухплитный шибер балансирного типа, на котором при необходимости выполнения упомянутых выше технологических операций по обработке стали могут монтироваться несколько вспомогательных блоков в соответствии со структурной схемой, приведенной ниже.

Структурная схема многофункциональной системы скользящего затвора

Продувочный блок затвора снабжен щелевой металлической фурмой, обеспечивающей проведение процесса вдувания газа в расплав в струйно-кавитационном режиме, позволяющем достичь требуемого эффекта перемешивания металла при минимальных временных, материальных и энергетических затратах в сравнении с другими способами продувки.

Сравнительные показатели эффективности применения известных продувочных устройств:

60 ФЩС 90 3 0,075 8 1 0,125

ПФ 60 7 0,116 390 2 3,250

ПП 40 10 0,111 250 8 0,520

250 ФЩС 120 4 0,032 10 1 0,040

ПФ 100 10 0,066 600 2 1,208

ПП 60 15 0,060 300 7 0,171

300 ФЩС 150 6 0,050 12 1 0,042

ПФ 120 12 0,080 670 2 1,125

ПП 70 18 0,070 350 6 0,194

Примечание: ФЩС — щелевая фурма затвора; ПФ —погружная фурма; ПП —пористая пробка.

Продувка стали через канал ковшового затвора с использованием фурмы с щелевым соплом позволяет в 3 ÷ 5 раз уменьшить в объеме ковша неоднородность металла по температуре и химическому составу, благодаря чему улучшается его разливка и, как следствие, брак слитков по поверхностным дефектам на первом переделе снижается в 1,5 ÷ 2,5 раза.

Блок подачи дробленых материалов под струю металла позволяет реализовать технологию «позднего модифицирования» стали.

В процессе функционирования устройства частицы ферросплава, поступающие по гибкому трубопроводу из питающего бункера в камеру блока-распределителя, равномерно рассеиваются по периметру центровой воронки, захватываются струей разливаемой стали и уносятся в полости изложниц, где успевают расплавиться и равномерно раствориться в объеме кристаллизующегося металла. При подаче лигатур таким способом удается избежать отрицательных последствий, связанных с затягиванием выпускного канала ковша, наиболее часто происходящим во время дозированного выпуска стали, модифицированной титаном или алюминием.

Преимущества такой технологии обработки стали в сравнении со способами микролегирования в разливочном ковше обусловлены отсутствием контакта вводимых активных компонентов с окислительным печным шлаком, кислой футеровкой, а также уменьшением общей продолжительности воздействия кислорода атмосферы на микролегированный металл.

Благодаря указанным достоинствам применения ковшового затвора, снабженного блоком-распределителем, внедрение технологии модифицирования стали 65Г титаном и бором позволило повысить степень усвоения этих элементов, соответственно, до 94,1 и 92,9%. При микролегировании стали с введением реагентов в ковш из-за повышенного угара степень их усвоения не превышала 18 и 42%.

При использовании скользящего затвора, снабженного блоком газодинамической защиты струи стали от воздействия кислорода окружающей атмосферы, обслуживающий персонал не отвлекается от выполнения своих непосредственных обязанностей, поскольку поддержание оптимальных режимов истечения защитного газа осуществляется автоматически в заранее устанавливаемых пределах. При этом приемлемый уровень снижения концентрации кислорода (до 5%) в пространстве, окружающем струю разливаемой стали, достигается в случае подачи защитного газа (N₂, Ar, CO₂) с расходом 40 ÷ 50 м³/ч.

Благодаря применению защиты стали от вторичного окисления удается снизить концентрацию кислорода в готовом металле в среднем на 30 ÷ 50 %.

С целью улучшения условий работы скользящего затвора за счет устранения перегрева его отдельных узлов при непрерывной разливке металла методом «плавка на плавку» ковшовый затвор предложено снабдить эжекторным устройством, создающим разрежение, способствующее отсосу воздуха из полости пристыкованного к нему погружного стакана.

В качестве рабочего газа, обеспечивающего функционирование эжектора, используется сжатый воздух из цеховой магистрали. При его подаче под избыточным давлением через сопло в камеру смешения эжектора, связанную трубопроводом с полостью стакана, в последней создается разрежение, способствующее снижению концентрации кислорода, благодаря чему уменьшается интенсивность процесса вторичного окисления разливаемой непрерывным способом стали.

Описанные системы и оборудование могут быть эффективно использованы в сталеплавильных цехах металлургических и машиностроительных предприятий.