RU2206429C2 - Gating for alloying steel at casting ingots - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: gating includes delivery gate, increased-diameter closed portion. Said portion is fluid-tightly joined with device for metering alloying materials. Height of metal receptacle consists 105 - 800 % of diameter of gate; its diameter exceeds diameter of gate by 1.1 - 9.0 times. Alloying materials are introduced through opening in said portion. Metal is tangentially fed through gate to increased-diameter portion. EFFECT: enhanced degree of agitation of alloying materials with metal, lowered furnace loss of alloying materials. 1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к легированию стали в процессе отливки слитков в изложницы и в кристаллизаторы установки непрерывной разливки стали. The invention relates to the field of ferrous metallurgy, namely to alloying steel in the process of casting ingots into molds and into molds of a continuous steel casting installation.

Известен центровой литник для легирования стали при разливке, в верхней части которого установлен гидрозатвор, состоящий из нижнего и верхнего поворотов литникового канала, а в литниковом канале, между его участками в гидрозатворе и в вертикальном литниковом канале, перекрытых протекающим жидким металлом, выполнено отверстие для присадки легирующих материалов и улавливания паров легирующих элементов (RU 2121409, кл. В 22 Д 27/20 от 10.11.1998г.). A center gate is known for alloying steel during casting, in the upper part of which a water seal is installed, consisting of lower and upper turns of the gate channel, and in the gate channel, between its portions in the valve and in the vertical gate channel, covered by flowing liquid metal, an opening for the additive is made alloying materials and trapping vapors of alloying elements (RU 2121409, class B 22 D 27/20 of 11/10/1998).

Недостатком указанного центрового литника является образование нароста затвердевшего металла на стенке литникового канала между верхним поворотом и вертикальным каналом центрового литника, т. к. в этом месте еще не полностью расплавившиеся частицы легирующих материалов и остуженный ими металл соприкасается со стенками литникового канала, имеющими температуру ниже температуры кристаллизации стали. При относительно низкой температуре разливаемого металла этот нарост может полностью перекрыть литниковый канал между протекающим металлом и отверстием для присадки легирующих материалов и подача их станет невозможной. The disadvantage of this center sprue is the formation of a hardened metal build-up on the wall of the sprue channel between the upper bend and the vertical channel of the center sprue, because in this place the particles of alloying materials that are not completely melted and the metal cooled by them comes into contact with the sprue channel walls having a temperature below the temperature crystallization of steel. At a relatively low temperature of the metal being poured, this outgrowth can completely block the sprue channel between the flowing metal and the hole for adding alloying materials and their supply will become impossible.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является литниковая система, состоящая из литникового хода, центробежного металлоприемника с отверстием для присадки микрохолодильников из дозатора и выходного канала, причем центробежный металлоприемник выполнен в виде расширенного книзу участия увеличенного диаметра (SU 298420, кл. В 22 Д С 9/08 от 24.05.1971 г. ). Присадка микрохолодильников производится из дозатора. Контроль уровня металла в центробежном металлоприемнике осуществляется визуально через отверстие для присадки микрохолодильников. The closest in technical essence and the achieved effect is the gating system, consisting of the gating course, a centrifugal metal receiver with an opening for the addition of micro-refrigerators from the dispenser and the outlet channel, and the centrifugal metal receiver is made in the form of an expanded downward participation of an increased diameter (SU 298420, class B 22 D From 9/08 from 05.24.1971). Additive microchillers made from the dispenser. Metal level control in a centrifugal metal receiver is carried out visually through the hole for the additive of micro-refrigerators.

Недостатком настоящей литниковой системы является свободный контакт жидкого металла в центробежном металлоприемнике и растворенных в нем вводимых легирующих элементов с открытой атмосферой, что приводит к окислению этих элементов, загрязнению стали продуктами окисления и выбросу паров легирующих элементов и газов в атмосферу. Использование этой литниковой системы для легирования стали легкоокисляющимися, легкоплавкими, легко испаряющими и токсичными элементами, такими как титан, алюминий, свинец, висмут, селен, теллур, сера и др., недопустимо с точки зрения экологической безопасности и из-за образования в стали окисных включений легирующих элементов недопустимых размеров и в недопустимом количестве. The disadvantage of this gate system is the free contact of the liquid metal in the centrifugal metal receiver and the introduced alloying elements dissolved in it with an open atmosphere, which leads to the oxidation of these elements, steel contamination by oxidation products and the emission of vapor of alloying elements and gases into the atmosphere. The use of this gating system for alloying became easily oxidizable, fusible, easily vaporizing and toxic elements such as titanium, aluminum, lead, bismuth, selenium, tellurium, sulfur, etc., is unacceptable from the point of view of environmental safety and due to the formation of oxide in steel inclusions of alloying elements of unacceptable sizes and in unacceptable quantities.

Задача изобретения и технический результат заключаются в снижении угара вводимых легирующих материалов, улучшении качества стали и уменьшении выбросов в атмосферу паров легирующих элементов. The objective of the invention and the technical result is to reduce the fumes of the introduced alloying materials, improve the quality of steel and reduce emissions of vapor of alloying elements into the atmosphere.

Эта задача решается тем, что в литниковой системе для легирования стали в процессе отливки слитков в изложницы 7 или кристаллизатор, содержащей подводящий литниковый канал, участок увеличенного диаметра, к которому литниковый канал подведен тангенциально и в котором выполнено отверстие для присадки легирующих материалов, дозатор 9 легирующих материалов, участок 4 увеличенного диаметра выполнен закрытым и герметично соединен с дозатором легирующих материалов, при этом высота участка составляет 105-800% диаметра подводящего литникового канала, а диаметр его превышает диаметр подводящего литникового канала в 1,1-9,0 раз. This problem is solved by the fact that in the gating system for alloying steel during casting of ingots into molds 7 or a mold containing a lead gating channel, a section of an increased diameter to which the gating channel is tangentially connected and in which a hole for adding alloying materials is made, a metering unit 9 alloying materials, section 4 of an increased diameter is closed and hermetically connected to a metering unit of alloying materials, while the height of the section is 105-800% of the diameter of the supply gate ala, and its diameter exceeds the diameter of the inlet sprue channel 1.1-9.0 times.

Для осуществления этого способа применяется литниковая система (см. чертеж), состоящая из воронки 2, отходящего от нее литникового канала 11, участка литникового канала 4 с увеличенным диаметром, к которому литниковый канал 12 от воронки подводится тангенциально, причем в стенке участка литникового канала с увеличенным диметром выполнено одно или несколько отверстий 3 для присадки легирующих материалов и отвода газов. (Поз. 8 обозначена литниковая система, вид сверху). To implement this method, a sprue system is used (see drawing), consisting of a funnel 2, a sprue channel 11 extending from it, a section of the sprue channel 4 with an increased diameter, to which the sprue channel 12 from the funnel is brought tangentially, moreover, in the wall of the sprue channel section with one or several holes 3 for adding alloying materials and venting gases are made with an enlarged diameter. (Pos. 8 is the gate system, top view).

В процессе заливки металла с применением предлагаемого способа и предлагаемой литниковой системы ламинарный поток, движущийся по литниковому каналу от воронки, за счет тангенциального подвода и увеличения диаметра канала нарушается и происходит перемешивание металла. С металлом смешиваются и легирующие материалы, которые присаживаются через отверстие в стенке на участке литникового канала с увеличенным диаметром. За счет этого улучшается равномерность распределения легирующих элементов в готовом металле. Закрытый объем этого участка литникового канала предотвращает окисление вводимых элементов, а избыточное давление выделяющихся газов отводится через отверстие в фильтрующее устройство. Это позволяет повысить степень усвоения легирующих элементов и уменьшить выброс их паров ниже допустимых концентраций. Минимально достаточное перемешивание металла наступает в том случае, если тангенциальный подвод его осуществляется в литниковый канал с диаметром, увеличенным в 1,1 раза. С увеличением массовой скорости разливки (кг/с) увеличение диаметра должно также возрастать. При увеличении диаметра до 9,0 раз возможна разливка металла с любой известной в настоящее время массовой скоростью. Высота участка литникового канала с увеличенным диаметром определяется уровнем металла в нем. Уровень металла не должен подниматься до уровня отверстия для присадки легирующих материалов, так как металл может застыть в отверстии и перекрыть подачу легирующих материалов. При минимальной скорости разливки высота участка литникового канала с увеличенным диаметром составляет 105% его диаметра. Высота, равная 800% диаметра, обеспечивает легирование металла при всех применяемых скоростях разливки. Дальнейшее увеличение размеров участка с увеличенным диаметром (высота и диаметр) нерационально также по причине дополнительных затрат на его изготовление и неудобства при эксплуатации. In the process of pouring metal using the proposed method and the proposed gate system, a laminar flow moving along the gate channel from the funnel is violated due to the tangential inlet and increase in the diameter of the channel and the metal is mixed. Alloying materials are also mixed with the metal, which sit down through an opening in the wall in the area of the sprue channel with an increased diameter. Due to this, the uniformity of the distribution of alloying elements in the finished metal is improved. The closed volume of this section of the gate channel prevents oxidation of the introduced elements, and the excess pressure of the evolved gases is discharged through an opening into the filtering device. This allows you to increase the degree of assimilation of alloying elements and reduce the emission of their vapors below acceptable concentrations. The minimum sufficient mixing of the metal occurs if it is tangentially fed into the gate channel with a diameter increased 1.1 times. With increasing mass casting speed (kg / s), the increase in diameter should also increase. With a diameter increase of up to 9.0 times, metal casting is possible at any mass speed currently known. The height of the gating channel section with an increased diameter is determined by the level of metal in it. The level of the metal should not rise to the level of the hole for the additive of alloying materials, since the metal can freeze in the hole and block the supply of alloying materials. At the minimum casting speed, the height of the sprue channel section with an increased diameter is 105% of its diameter. A height of 800% of the diameter ensures alloying of the metal at all casting speeds used. A further increase in the size of the site with an increased diameter (height and diameter) is also irrational due to the additional costs of its manufacture and inconvenience during operation.

Предлагаемая литниковая система устанавливается в металлический короб 10. Зазоры между ними засыпаются песком. При сифонной разливке стали литниковая система стыкуется (см. чертеж, стык 5) с вертикальным литниковым каналом центрового литника 6. В отверстие 3 литниковой системы герметично вставляется пробка, которая шлангом соединена с устройством для дозированной подачи легирующих материалов. В отверстии литниковой системы также установлен фильтр для очистки отходящих газов от пыли и аэрозолей легирующих элементов. The proposed gate system is installed in a metal box 10. The gaps between them are filled with sand. During siphon casting of steel, the gating system joins (see drawing, joint 5) with the vertical gating channel of the center gate 6. A stopper is inserted into the opening 3 of the gating system, which is connected by a hose to the device for the dosed supply of alloying materials. A filter for cleaning exhaust gases from dust and aerosols of alloying elements is also installed in the gate of the gate system.

При разливке стали сверху литниковая система в коробе устанавливается непосредственно на прибыльную надставку таким образом, чтобы выходное отверстие литникового канала находилось по центру изложницы. When casting steel from above, the gating system in the duct is installed directly on the profitable extension in such a way that the outlet of the gating channel is located in the center of the mold.

При разливке стали непрерывным способом литниковая система в коробе устанавливается либо между разливочным и промежуточным ковшами, либо между промежуточным ковшом и кристаллизатором. При этом выходное отверстие литникового канала в первом случае должно находиться ниже уровня шлака в промежуточном ковше, а во втором случае ниже уровня металла в кристаллизаторе. When casting steel in a continuous way, the gating system in the box is installed either between the casting and the intermediate ladles, or between the intermediate ladle and the mold. In this case, the outlet of the gating channel in the first case should be below the level of slag in the intermediate ladle, and in the second case below the level of the metal in the mold.

Пример использования способа легирования стали в процессе отливки слитков и литниковой системы для его осуществления
Металл выплавляли в 85-тонных мартеновских и в 10-тонных электродуговых печах и разливали сифоном на слитки массой 3,55 и 2,84 т. Предлагаемую литниковую систему устанавливали в железные сварные короба. Зазор между выходным литниковым каналом и коробом замазывали огнеупорной глиной. Зазоры внутри короба засыпали песком. Собранную таким образом литниковую систему устанавливали на собранный сифон: выходной канал литниковой системы стыковали с верхней трубой центрового литника, а противоположный край короба устанавливали на прибыльную надставку. На сталеразливочный ковш подвешивали дозирующее устройство со свинцовой дробью размером 1-2 мм. Выходное отверстие дозирующего устройства резиновым шлангом соединяли с металлической пробкой, которую вставляли в отверстие в стенке литникового канала с увеличенным диаметром. Разливку металла и присадку свинцовой дроби производили в соответствии с действующей в цехе технологии для выплавки стали АС35Г2, ГОСТ 1414-75. Количество вводимого свинца - 0,25%. В процессе легирования выделение паров свинца визуально не наблюдалось. Проводили замеры выбросов паров легирующих элементов на соответствие ГОСТ 12.1.005-76.An example of using the method of alloying steel in the process of casting ingots and the gating system for its implementation
The metal was smelted in 85-ton open-hearth and 10-ton electric arc furnaces and siphoned into ingots weighing 3.55 and 2.84 tons. The proposed gate system was installed in iron welded boxes. The gap between the outlet gating channel and the duct was covered with refractory clay. The gaps inside the box were covered with sand. The gating system assembled in this way was installed on the assembled siphon: the outlet channel of the gating system was docked with the upper center gate pipe, and the opposite edge of the duct was installed on a profitable extension. A dosing device with a lead fraction of 1-2 mm in size was suspended on a steel pouring ladle. The outlet of the metering device with a rubber hose was connected to a metal plug, which was inserted into the hole in the wall of the gate channel with an increased diameter. The casting of metal and the addition of lead shots were carried out in accordance with the technology in the workshop for the smelting of steel AC35G2, GOST 1414-75. The amount of lead introduced is 0.25%. During doping, the release of lead vapor was not visually observed. Vapor emissions of alloying elements were measured in accordance with GOST 12.1.005-76.

Одновременно отливали слитки сверху с присадкой свинцовой дроби с помощью литниковой системы, а также сифоном, но свинцовую дробь присаживали в воронку центрового литника без применения литниковой системы. В первом случае короб с литниковой системой устанавливали непосредственно на прибыльную надставку таким образом, чтобы выходной литниковый канал находился на оси изложницы. Зазор между коробом и прибыльной надставкой уплотняли каолиновой ватой. Визуального выделения паров свинца не наблюдалось. При присадке свинцовой дроби без использования литниковой системы из воронки центрового литника интенсивно выделялись пары свинца. At the same time, the ingots were cast from above with the addition of lead shot using the gate system, as well as a siphon, but the lead shot was planted in the center gate funnel without using the gate system. In the first case, the duct with the gate system was installed directly on the profitable extension in such a way that the outlet gate channel was on the axis of the mold. The gap between the box and the profitable extension was sealed with kaolin wool. No visual emission of lead vapor was observed. When a lead fraction was added without using a gate system, lead vapors were intensely released from the center gate funnel.

Производили также легирование стали свинцом с применением литниковой системы при непрерывной разливке. В этом случае короб с литниковой системой устанавливали между разливочным и промежуточным ковшами. Нижний край выходного канала находился под шлаком промежуточного ковша. Струю из промежуточного ковша в кристаллизатор защищали огнеупорной трубкой. Поверхность металла в кристаллизаторе защищали шлаком. They also alloyed steel with lead using a sprue system during continuous casting. In this case, the box with the gating system was installed between the casting and intermediate ladles. The lower edge of the outlet channel was under the slag of the tundish. The jet from the tundish to the mold was protected by a refractory tube. The metal surface in the mold was protected by slag.

Результаты проведенных плавок приведены в таблице. Из них следует, что применение технологии легирования стали свинцом с использованием литниковой системы практически предотвращает выбросы паров свинца в атмосферу: степень усвоения свинца достигает 100%, а выбросы в атмосферу составляют 0,007-0,008 мг/м³, что ниже предельно допустимых концентраций по ГОСТ. За счет смешивания жидкой стали и свинца в литниковом канале с увеличенным диаметром свинец более равномерно распределяется в кристаллизующемся металле, что предотвращает выделение крупных включений его в готовой стали.The results of the swimming trunks are shown in the table. It follows from them that the application of steel alloying technology with lead using a gating system practically prevents the emission of lead vapor into the atmosphere: the degree of absorption of lead reaches 100%, and emissions into the atmosphere are 0.007-0.008 mg / m ³ , which is below the maximum permissible concentrations according to GOST. By mixing liquid steel and lead in a gating channel with an increased diameter, lead is more evenly distributed in the crystallizing metal, which prevents the release of large inclusions in finished steel.

Claims (1)

Литниковая система для легирования стали в процессе отливки слитков в изложницы или кристаллизатор, содержащая подводящий литниковый канал, участок увеличенного диаметра, к которому литниковый канал подведен тангенциально и в котором выполнено отверстие для присадки легирующих материалов, дозатор легирующих материалов, отличающаяся тем, что участок увеличенного диаметра выполнен закрытым и герметично соединен с дозатором легирующих материалов, при этом высота участка составляет 105-800% диаметра подводящего литникового канала, а диаметр его превышает диаметр подводящего литникового канала в 1,1-9,0 раз. The gating system for alloying steel in the process of casting ingots into molds or a mold containing a lead gating channel, a section of an increased diameter, to which the gating channel is tangentially connected and in which a hole is made for the addition of alloying materials, a dispenser of alloying materials, characterized in that the section of a larger diameter made closed and hermetically connected to the dispenser of alloying materials, while the height of the plot is 105-800% of the diameter of the inlet sprue channel, and tr it exceeds the diameter of the inlet sprue channel 1.1-9.0 times.

Images