Установка для циркуляционного вакуумирования с окислением углерода

Предлагаемая полезная модель относится к области черной металлургии, конкретнее к оборудованию (установкам вакуумирования) для дегазации и обезуглероживания жидкого металла. Техническая задача, решаемая полезной моделью - повышение производительности установки и повышение стойкости ее огнеупорной футеровки. Сущность полезной модели заключается в том, что установка для циркуляционного вакуумирования с окислением углерода, включающая вакуумкамеру, содержащую металлических кожух и огнеупорную футеровку, газоход, газокислородную фурму, размещенную в вакуумкамере, всасывающий и сливной патрубки с огнеупорной внутренней и наружной футеровкой, жестко прикрепленные к днищу вакуумкамеры сварным соединением, всасывающий патрубок содержит аргонные фурмы, размещенные в нижней части внутренней огнеупорной футеровки патрубка, отличается тем, что всасывающий и сливной патрубки выполнены в виде усеченного конуса, при этом диаметр верхнего основания составляет 0,7-0,8 диаметра нижнего основания, причем всасывающий патрубок соединен с днищем вакуумкамеры верхним основанием конуса, а сливной патрубок соединен с днищем вакуумкамеры нижним основанием конуса.

Полезная модель относится к черной металлургии, конкретнее к установкам циркуляционного вакуумирования и обезуглероживания жидкого металла, применяемым при внепечной обработке стали.

Известна установка для циркуляционного вакуумирования стали, включающая вакуумкамеру содержащую металлический кожух и огнеупорную футеровку, газоход для удаления образующихся газов, газокислородную фурму, размещенную в вакуумкамере, съемный всасывающий и сливной патрубки цилиндрической формы, содержащие наружную и внутреннюю огнеупорную футеровку, причем в нижней части футеровки всасывающего патрубка размещены фурмы для подачи в металл инертного газа, снижающего плотность жидкой стали. Всасывающий и сливной патрубки крепятся к днищу вакуумкамеры фланцевым пазовым соединением. (см. заявка Франции №2822849 МПК7 С21С 7/10, С21С 7/068).

Недостатком данной установки является низкая надежность фланцевого соединения всасывающего и сливного патрубка с днищем вакуумкамеры, что приводит к подсосу воздуха в вакуумкамеру, нарушению целостности огнеупорной футеровки по месту соединения вакуумкамеры с патрубками, необходимости остановки агрегата на ремонт и снижению производительности установки.

Наиболее близким по технической сущности решаемой задачи, является установка для циркуляционного вакуумирования стали с окислением углерода, включающая вакуумкамеру, содержащую металлический кожух с огнеупорной футеровкой, газоход, газокислородную фурму, размещенную в вакуумкамере,

всасывающий и сливной патрубки цилиндрической формы с огнеупорной внутренней и наружной футеровкой жестко прикреплены к днищу вакуумкамеры сварочным соединением, всасывающий патрубок содержит аргонные фурмы, размещенные в нижней части внутренней огнеупорной футеровки патрубка (см черт ОАО «ММК» №72-01.77084-01 или журнал «Новые огнеупоры», 2002, №1, С28).

Недостатком известной установки является низкая стойкость огнеупорной футеровки патрубков и вакуумной камеры, а также низкая производительность из за недостаточной скорости потока жидкой стали во всасывающем и сливном патрубках установки.

Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении производительности установки.

Поставленная задача решается тем, что в установке для циркуляционного вакуумирования с окислением углерода, включающем вакуумкамеру, содержащую металлический кожух с огнеупорной футеровкой, газоход, газокислородную фурму, размещенную в вакуумкамере, всасывающий и сливной патрубки с огнеупорной внутренней и наружной футеровкой, жестко прикрепленные к днищу вакуумкамеры сварным соединением, всасывающий патрубок содержит аргонные фурмы, размещенные в нижней части внутренней огнеупорной футеровки патрубка, согласно полезной модели, всасывающий и сливной патрубки выполнены в виде усеченного конуса, при этом диаметр верхнего основания составляет 0,7-0,8 диаметра нижнего основания, причем всасывающий патрубок соединен с днищем вакуумкамеры верхним основанием конуса, а сливной патрубок соединен с днищем вакуумкамеры нижним основанием конуса.

Повышение производительности установки будет происходить вследствие того, что за счет меньшей площади верхнего основания по отношению к площади нижнего основания всасывающего патрубка будет возрастать газонасыщенность и снижение плотности жидкой стали в верхней части всасывающего патрубка, что

увеличит скорость поступления металла в вакуумкамеру, обеспечит более интенсивное кипение металла, его обезуглероживание и дегазацию за более короткий промежуток времени. Меньшая площадь верхнего основания сливного патрубка по отношению к площади нижнего основания обеспечивает большую скорость слива металла из вакуумкамеры в сталеразливочный ковш, лучшее перемешивание металла в ковше и его усреднение по химическому составу и температуре в объеме ковша. Повышение скорости подъема и слива металла обеспечит более высокий коэффициент циркуляции жидкой стали (прохождение всей массы стали сталеразливочного ковша через вакуумкамеру), что позволит повысить производительность установки в 1,1 - 1,3 раза.

Сокращение времени вакуумирования позволит также обеспечить повышение стойкости огнеупорной футеровки патрубков и вакуумной камеры, что также повысит производительность установки за счет продления межремонтного периода ее эксплуатации.

Сущность полезной модели заключается в том, что с целью повышения производительности установки за счет повышения коэффициента циркуляции металла через вакуумную камеру, скорости его обезуглероживания и дегазации, всасывающий и сливной патрубки выполнены в виде усеченного конуса, при этом диаметр верхнего основания составляет 0,7 - 0,8 диаметра нижнего основания, причем всасывающий патрубок соединен с днищем вакуумкамеры верхним основанием, а сливной патрубок соединен с днищем вакуумкамеры нижним основанием конуса.

Если диаметр верхнего основания всасывающего и сливного патрубка будет больше 0,8 диаметра нижнего основания, то будет снижаться газонасыщенность жидкой стали в верхней части всасывающего патрубка, возрастать плотность жидкой стали, что приведет к снижению скорости поступления металла в вакуумкамеру и слива его в сталеразливочный ковш, снизится коэффициент циркуляции металла и производительность установки.

Если диаметр верхнего основания всасывающего и сливного патрубка будет меньше 0,7 диаметра нижнего основания, то газонасыщенность жидкой стали в верхней части всасывающего патрубка будет очень высокой, что приведет к вскипанию металла и шлака и затягиванию их смеси в газоход. В дальнейшем рабочий канал газохода будет зарастать шлакометаллическими частицами, что повлечет снижение производительности установки и ее стойкости.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображена схема установки циркуляционного вакуумирования стали с окислением углерода, продольный разрез.

Установка включает вакуумкамеру 1, металлический кожух вакуумкамеры 2, огнеупорную футеровку вакуумкамеры, содержащую теплоизоляционный слой 3, стен и днища, выполненный, например, из картона марки МКРКГ-400 толщиной 20 мм, арматурный слой 4 стен, выполненный, например, из шамотного легковесного кирпича марки ШЛ-1,3 №5 толщиной 130 мм (65+65 мм), арматурный слой 5 днища, выполненный, например, из плавленого периклазо-хромитового кирпича марки ПХПУ №3 толщиной 130 мм (65+65 мм), контрольный слой 6 днища, выполненный, например, из кирпича марки ПХПУ №3 толщиной 125 мм, рабочий слой 7 стен, выполненный, например, из плавленого периклазо-хромитового кирпича марок ПХПП №15, ПХПП №16-1, толщиной 250 мм, рабочий слой 8 днища, выполненный, например, из плавленого периклазо-хромитового кирпича марки ПХПП №73 толщиной 300 мм, газоход 9, газокислородную фурма 10, всасывающий патрубок 11 и сливной патрубок 12, выполненные, например, из стали 09Г2С и содержащие наружную футеровку 13, выполненную, например, из высокоглиноземистого бетона марки СКБ-93 (смесь корундовая бетонная) толщиной 120 мм, внутреннюю футеровку 14, выполненную, например, из плавленого периклазо-хромитового кирпича марки ПХП-2 №295, №296 толщиной 250 мм, аргонные фурмы 15, размещенные в нижней части внутренней огнеупорной футеровки 14 всасывающего патрубка 11.

Установка циркуляционного вакуумирования работает следующим образом: сталеразливочный ковш (не показан), наполненный жидкой сталью, например, марки 08Ю, подается на стенд установки вакуумирования. Вакуумкамеру 1 опускают вниз и погружают всасывающий 11 и сливной 12 патрубки в жидкую сталь сталеразливочного ковша. Через аргонные фурмы 15 всасывающего патрубка 11 в жидкую сталь подают аргон, например, до 20 м ³/час. Остаточное давление в вакуумкамере составляет 0,5 мм рт.ст. За счет снижения плотности жидкой стали во всасывающем патрубке 11 поступающим аргоном и низкого остаточного давления жидкий металл поступает в вакуумкамеру 1. Через газокислородную фурму 10 в металл подается кислород.

За счет глубокого вакуума и наличия в металле аргона происходит интенсивное кипение, обезуглероживание и дегазация металла. Плотность металла возрастает, и он через сливной патрубок 12 сливается в сталеразливочный ковш.

Процесс поступления жидкого металла в вакуумкамеру 1 и слив его в сталеразливочный ковш продолжается непрерывно до достижения в металле необходимого содержания углерода и других элементов.

Примеры конкретного выполнения
Параметры	Примеры
	1	2	3	4
Количество металла в ковше, т	360	360	360	360
Диаметр нижнего основания атрубка Д, мм	920	920	920	920
Диаметр верхнего основания атрубка а, мм	550	640	740	830
Отношение /Д, ед.	0,6	0,7	0,8	0,9
Марки стали на вакуумирования	SAE 1006	SAE 1006	SAE 1006	SAE 1006
[С] в металле до вакуум, %	0,0523	0,0524	0,0525	0,0522
[С] в металле после вакуум, %	0,029	0,028	0,028	0,03
Коэффициент циркуляции, ед.	4,8	5,1	5,2	4,7
Количество плавок	90	93	92	95
Расход аргона м 3/час	80	90	90	90
Ср. время вакуумирования, мин.	9,4	8,1	8,5	10,5

В таблице приведены примеры конструкционных параметров установки.

В первом примере при отношении диаметра вершины патрубка к диаметру основания меньше 0,7 происходит интенсивное забрызгивание газохода, возникает необходимость снижать расход аргона, увеличивается время вакуумирования, снижается производительность установки.

В четвертом случае при отношении диаметра вершины патрубка к его основанию более 0,8 снижается газонасыщенность жидкой стали во всасывающем патрубке, снижается коэффициент циркуляции металла и как следствие снижается производительность установки.

Во втором и третьем оптимальных примерах обеспечивается высокий коэффициент циркуляции металла, снижается время вакуумирования, повышается производительность установки в 1,1-1,3 раза.

Установка для циркуляционного вакуумирования с окислением углерода, включающая вакуумкамеру, содержащую металлический кожух и огнеупорную футеровку, газоход, газокислородную фурму, размещенную в вакуумкамере, всасывающий и сливной патрубки с огнеупорной внутренней и наружной футеровкой, жестко прикрепленные к днищу вакуумкамеры сварным соединением, всасывающий патрубок содержит аргонные фурмы, размещенные в нижней части внутренней огнеупорной футеровки патрубка, отличающаяся тем, что всасывающий и сливной патрубки выполнены в виде усеченного конуса, при этом диаметр верхнего основания составляет 0,7-0,8 диаметра нижнего основания, причем всасывающий патрубок соединен с днищем вакуумкамеры верхним основанием конуса, а сливной патрубок соединен с днищем вакуумкамеры нижним основанием конуса.