RU2331673C1 - Circulating vacuumising device with screen for suppression of metal drops - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention refers to iron and steel metallurgy, particularly to assemblies for out-of-furnace treatment of liquid steel. The circulating vacuumising device contains a vacuum chamber, wherein in its lower portion sucked in and exhaust branches are installed, a blowthrough tuyere for gas and/or reagents supply, a branch for ferroalloys supply, a branch for input of the blowthrough tuyere into the vacuum-chamber, a branch for exhaust gases, and a gas pipe; the area of the exhaust branch is lower than the area of the sucked-in branch. A screen for metal drops suppression is water-cooled and lined below with a fire resistant material; the said screen is installed in the vacuum chamber on a fire-resistant projection at a distance of 300-1500 mm from the metal surface and has two apertures: one is for input of the blowthrough tuyere located over the screen for suppression of metal drops, while the other is for gases exhaust through the gas pipe, connected via a side branch to the vacuum-chamber. The invention allows reducing the height of a metallurgical assembly, it also reduces specific consumption of refractory materials as well as the cycle of out-of-furnace steel treatment.

EFFECT: decreased height of circulating vacuumising device, reduced refractory material specific consumption as well as duration of cycle of out-of-furnace steel treatment.

2 cl, 1 tbl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к чёрной металлургии, конкретнее к установкам внепечной обработки жидкой стали.The invention relates to ferrous metallurgy, and more particularly to installations for out-of-furnace treatment of liquid steel.

Известно устройство, включающее вакуум-камеру, в нижней части которой встроены два патрубка, в один из которых через систему подводящих трубочек подаётся инертный газ, приводящий к принудительной циркуляции металла через вакуум-камеру. Через второй патрубок сталь из вакуум-камеры поступает обратно в сталеразливочный ковш. Верхняя часть камеры соединяется с П-образным или Г-образным газоходом, который в свою очередь соединён с системой вакуумных насосов [Г.Кнюппель. Раскисление и вакуумная обработка стали. Часть II. Основы и технология ковшовой металлургии. - М.: Металлургия, 1973, с. 312].A device is known comprising a vacuum chamber, in the lower part of which two nozzles are integrated, in one of which an inert gas is supplied through a system of supply tubes leading to forced circulation of the metal through the vacuum chamber. Through the second pipe, steel from the vacuum chamber enters the steel pouring ladle. The upper part of the chamber is connected to a U-shaped or L-shaped duct, which in turn is connected to a system of vacuum pumps [G.Knuppel. Deoxidation and vacuum treatment of steel. Part II Basics and technology of ladle metallurgy. - M.: Metallurgy, 1973, p. 312].

Известно устройство циркуляционного вакуумирования жидкого металла, включающее вакуум-камеру, в нижней части которой встроены два патрубка, причём площадь сливного патрубка меньше площади всасывающего патрубка, вакуум-камера выполнена в виде двух полуокружностей разного диаметра, сопряжённых по касательным с межцентровым расстоянием, превышающим сумму радиусов, при этом всасывающий патрубок выполнен соосно с большей, а сливной - с меньшей окружностями, причём соотношение радиусов окружностей составляет 2÷2,5:1. В верхней части камеры находится отверстие для выхода отходящих газов [SU 1060690 А, кл. С21С 7/10].A known device for circulating evacuation of liquid metal, including a vacuum chamber, in the lower part of which two nozzles are built-in, and the drain pipe area is smaller than the area of the suction pipe, the vacuum chamber is made in the form of two semicircles of different diameters, tangentially conjugated with an intercenter distance greater than the sum of the radii , while the suction pipe is made coaxially with the larger, and the drain with smaller circles, and the ratio of the radii of the circles is 2 ÷ 2.5: 1. In the upper part of the chamber there is an opening for the exit of exhaust gases [SU 1060690 A, cl. C21C 7/10].

Наиболее близким по технической сущности является устройство для циркуляционного вакуумирования металла, содержащее вакуум-камеру с всасывающим и сливным патрубками, верхняя поверхность которой выполнена в виде усечённого параболоида вращения, в фокусе которого параллельно сливному и всасывающему патрубкам размещён графитовый нагреватель с установленным над ним экраном-отражателем, в котором со стороны графитового нагревателя выполнены открытые каналы для подачи инертного газа, продувочная фурма установлена противоположно патрубку для присадки ферросплавов, наклонно к днищу и с возможностью перемещения относительно последнего в вертикальной и горизонтальной плоскости, при этом патрубки для подачи газа и реагентов и/или сопла продувочной фурмы выполнены тангенциально, а каналы для подачи транспортирующего газа во всасывающем патрубке выполнены тангенциально к условной окружности, равной 2/3 его внутреннего диаметра, и ориентированы противоположно направлению патрубков для подачи газов и реагентов и/или сопел продувочной фурмы [RU 21915 U1, кл. 7 С21С 7/10].The closest in technical essence is a device for circulating evacuation of metal, containing a vacuum chamber with suction and drain pipes, the upper surface of which is made in the form of a truncated rotation paraboloid, in the focus of which a graphite heater with a reflector screen mounted above it is placed in which open channels for supplying an inert gas are made on the side of the graphite heater, the purge lance is installed opposite to the patr for additives of ferroalloys, inclined to the bottom and with the possibility of moving relative to the latter in a vertical and horizontal plane, while the nozzles for supplying gas and reagents and / or nozzles of the purge lance are made tangentially, and the channels for supplying the conveying gas in the suction nozzle are made tangentially to the conditional a circumference equal to 2/3 of its inner diameter, and oriented opposite to the direction of the nozzles for supplying gases and reagents and / or nozzles of the purge lance [RU 21915 U1, cl. 7 C21C 7/10].

Недостатком известных устройств является то, что из-за большого объёма капель металла, образующихся в процессе обработки, требуется значительное свободное пространство над поверхностью циркулирующего металла (суммарная высота вакуум-камеры и газохода может достигать 9-11 м). Следует отметить тот факт, что большая часть этого объёма (96-98%) является, по сути, пустым пространством, предназначенным для частичного снижения попадания пыли и капель металла в газоход и систему вакуумных насосов. Недостатком представленных устройств является:A disadvantage of the known devices is that due to the large volume of metal droplets generated during processing, significant free space is required above the surface of the circulating metal (the total height of the vacuum chamber and gas duct can reach 9-11 m). It should be noted that most of this volume (96-98%) is, in fact, an empty space designed to partially reduce the ingress of dust and metal droplets into the duct and vacuum pump system. The disadvantage of the presented devices is:

1. Увеличение времени набора вакуума и соответственно всего цикла обработки из-за необходимости создания разрежения в большом объёме.1. The increase in the time of vacuum accumulation and, accordingly, the entire processing cycle due to the need to create a vacuum in a large volume.

2. Необходимость использования большого количества огнеупоров для футеровки вакуум-камеры, что увеличивает себестоимость обрабатываемой стали.2. The need to use a large number of refractories for lining the vacuum chamber, which increases the cost of the processed steel.

3. Необходимость высоких пролётов требует больших капитальных вложений при реконструкции старых сталеплавильных цехов.3. The need for high spans requires large capital investments in the reconstruction of old steel plants.

Задачей изобретения является уменьшение габаритного размера вакуум-камеры по высоте, а также сокращение продолжительности цикла внепечной обработки стали.The objective of the invention is to reduce the overall size of the vacuum chamber in height, as well as reducing the duration of the out-of-furnace steel treatment cycle.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что внутри вакуум-камеры на расстоянии 300-1500 мм от поверхности металла на огнеупорном выступе устанавливается водоохлаждаемый экран, футерованный снизу огнеупорным материалом и имеющий два отверстия: одно для установки продувочной фурмы, другое для выхода газа. Сущность изобретения заключается также в том, что соединение вакуум-камеры и газохода осуществляется через боковой патрубок отходящих газов. Сверху вакуум-камера накрыта крышкой.The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that inside the vacuum chamber at a distance of 300-1500 mm from the metal surface on the refractory protrusion, a water-cooled screen is lined with a refractory material at the bottom and has two openings: one for installing a purge lance and the other for gas outlet. The invention also lies in the fact that the connection of the vacuum chamber and the duct is carried out through the side pipe of the exhaust gases. The top of the vacuum chamber is covered with a lid.

На фиг.1 представлен продольный разрез вакуум-камеры и общий вид сверху вакуум-камеры и газохода. На фиг.2 - продольный разрез экрана камеры.Figure 1 shows a longitudinal section of a vacuum chamber and a General top view of the vacuum chamber and gas duct. Figure 2 is a longitudinal section of a camera screen.

Циркуляционный вакууматор с экраном для подавления капель металла состоит из вакуум-камеры (1), в нижней части которой имеются два патрубка: подъёмный (2) и сливной (3). На расстоянии 300-1500 мм от поверхности металла в камере (высота металла в вакуум-камере определяется барометрической высотой подъёма стали и глубиной погружения патрубков) установлен водоохлаждаемый экран (4), опирающийся на огнеупорный выступ (5). Экран имеет отверстие (6) для ввода фурмы (7) и отверстие (8) для прохода газов. Газоход (9) через компенсирующую часть (10) соединён с вакуум-камерой через боковой патрубок (11). Вакуум-камера сверху накрыта футерованной крышкой (12). Над экраном расположен патрубок (13) для ввода фурмы в вакуум-камеру и патрубок (14) для ввода ферросплавов во время обработки.The circulation vacuum with a screen for suppressing drops of metal consists of a vacuum chamber (1), in the lower part of which there are two pipes: lifting (2) and drain (3). At a distance of 300-1500 mm from the surface of the metal in the chamber (the height of the metal in the vacuum chamber is determined by the barometric height of the steel and the depth of immersion of the nozzles), a water-cooled screen (4) based on the refractory protrusion (5) is installed. The screen has an opening (6) for entering the tuyeres (7) and an opening (8) for the passage of gases. The gas duct (9) through the compensating part (10) is connected to the vacuum chamber through the side pipe (11). The vacuum chamber is covered by a lined cover (12). Above the screen is a pipe (13) for introducing the tuyeres into the vacuum chamber and a pipe (14) for introducing ferroalloys during processing.

Экран предотвращает попадание пыли и капель стали в газоход во время вакуумной обработки. Данное решение позволяет существенно снизить габаритные размеры вакуум-камеры по высоте на 25-35%, т.к. основной объём образующихся капель металла и пыли оседает на экране. Огнеупорный выступ (5) удерживает экран в неподвижном положении во время эксплуатации камеры. Установка экрана осуществляется мостовым краном через верх вакуум-камеры после выкладки рабочего слоя новой футеровки на стенде обслуживания и до её постановки на стенд предварительного нагрева.The screen prevents dust and drops of steel from entering the flue during vacuum processing. This solution can significantly reduce the overall dimensions of the vacuum chamber in height by 25-35%, because the main volume of the formed metal droplets and dust settles on the screen. The refractory protrusion (5) keeps the screen stationary while the camera is in use. The screen is installed by a bridge crane through the top of the vacuum chamber after laying out the working layer of the new lining on the service stand and before it is placed on the preheating stand.

Фурма (7) используется в следующих функциональных режимах.The lance (7) is used in the following functional modes.

1. Для подачи инертных газов (Ar - при обработке с обезуглероживанием, Ar и/или СО - при дегазации стали), для подавления капель металла или кислорода, для принудительного обезуглероживания или химического нагрева стали.1. For supplying inert gases (Ar - during processing with decarburization, Ar and / or СО - for degassing steel), for suppressing drops of metal or oxygen, for forced decarburization or chemical heating of steel.

2. Для нагрева футеровки вакуум-камеры до рабочей температуры после смены камеры и поддержания температуры огнеупоров при межплавочных простоях.2. To heat the lining of the vacuum chamber to operating temperature after changing the chamber and maintaining the temperature of the refractories during inter-melting downtime.

3. Для периодического оплавления настылей с нижней поверхности экрана и стен камеры.3. For periodic melting of nastily from the bottom of the screen and the walls of the chamber.

4. Для подачи порошкообразных реагентов.4. For feeding powdered reagents.

Дополнительный отдув капель через систему верхней фурмы совместно с экраном практически полностью предотвращает заметалливание газового тракта и вакуумного насоса, что в свою очередь способствует сохранению его пропускной способности и гарантированному выходу на рабочее остаточное давление независимо от времени его эксплуатации.An additional blowing of droplets through the upper tuyere system together with the screen almost completely prevents the gas duct and vacuum pump from becoming obscured, which in turn helps to maintain its throughput and guaranteed output at the working residual pressure, regardless of the time of its operation.

Фурма через боковой патрубок в стенке вакуум-камеры (13) вводится в камеру под некоторым углом к горизонтальной плоскости на стенде обслуживания, после чего подключается система принудительного охлаждения металлического каркаса экрана внутри вакуум-камеры. Питающая вода системы охлаждения экрана может поступать через систему охлаждения фурмы или подаваться по отдельному трубопроводу, устанавливаемому в вакуум-камеру через дополнительный патрубок, расположенный над экраном.The lance through the side pipe in the wall of the vacuum chamber (13) is introduced into the chamber at an angle to the horizontal plane on the service stand, after which the forced cooling system of the metal frame of the screen inside the vacuum chamber is connected. The feed water of the screen cooling system can be supplied through the tuyere cooling system or can be supplied through a separate pipeline installed in the vacuum chamber through an additional pipe located above the screen.

Боковое соединение вакуум-камеры и газохода позволяет полностью исключить из конструкции агрегата П-образную или Г-образную часть газохода, составляющую до 30% высоты агрегата, при этом одновременное применение экрана камеры позволяет сократить общие габаритные размеры установки по высоте на 50-60% относительно обычной конструкции камеры. Соединение может осуществляться через один или два (предпочтительнее) боковых патрубка (11).The lateral connection of the vacuum chamber and the duct allows you to completely exclude from the unit design the U-shaped or L-shaped part of the duct, up to 30% of the height of the unit, while the simultaneous use of the camera screen allows you to reduce the overall overall dimensions of the installation in height by 50-60% relative to conventional camera design. The connection may be via one or two (preferably) lateral nozzles (11).

При использовании данного технического решения в промышленных условиях достигается:Using this technical solution in an industrial environment:

1. Снижение расхода огнеупоров на 50-55% по сравнению с цилиндрической формой вакуум-камеры и на 25-35% по сравнению с вакуум-камерами, выполненными в виде двух полуокружностей разного диаметра, сопряжённых по касательным с их межцентровым расстоянием.1. Reduced consumption of refractories by 50-55% compared with the cylindrical shape of the vacuum chamber and by 25-35% compared with vacuum chambers made in the form of two semicircles of different diameters, tangentially conjugated with their center-to-center distance.

2. Улучшение условий службы огнеупоров стен камеры, расположенных выше экрана: отсутствует непосредственный контакт с расплавом, а также кислородом при оплавлении настылей, что приводит к увеличению срока их службы на 30-50% и дополнительному снижению удельного расхода огнеупоров.2. Improving the service conditions of the refractory walls of the chamber located above the screen: there is no direct contact with the melt, as well as oxygen during reflow, which leads to an increase in their service life by 30-50% and an additional decrease in the specific consumption of refractories.

3. Сокращение времени выхода на рабочее остаточное давление на 1-1,5 мин за счёт снижения объёма эвакуируемого пространства, что согласно расчётам приводит к сокращению всего цикла обработки одной плавки в целом на 2-3 мин при сохранении всех прочих равных условий.3. Reducing the time required to reach the working residual pressure by 1-1.5 min by reducing the volume of the evacuated space, which, according to the calculations, leads to a reduction in the entire processing cycle of one melt as a whole by 2-3 minutes while maintaining all other equal conditions.

4. Увеличение пропускной способности агрегата в результате снижения цикла обработки одной плавки.4. An increase in the throughput of the unit as a result of a reduction in the processing cycle of one heat.

5. Сохранение пропускной способности газового тракта на постоянном начальном уровне за счёт активного подавления выноса пыли и капель металла и предотвращения его зарастания.5. Maintaining the throughput of the gas path at a constant initial level by actively suppressing the removal of dust and metal droplets and preventing its overgrowth.

В таблице представлены различные варианты реализации изобретения. Как видно, для достижения технических результатов при промышленной реализации изобретения расстояние от экрана до поверхности металла в вакуум-камере должно быть в пределах 300-1500 мм. При этом выполняется условие максимального снижения высоты агрегата, расхода огнеупоров и времени набора вакуума.The table shows various embodiments of the invention. As can be seen, to achieve technical results in the industrial implementation of the invention, the distance from the screen to the metal surface in the vacuum chamber should be in the range of 300-1500 mm In this case, the condition for the maximum reduction in the height of the unit, the consumption of refractories and the time of vacuum accumulation is fulfilled.

№ п/пNo. p / p Расстояние от экрана до металла (высота металла в камере 300 мм)The distance from the screen to the metal (the height of the metal in the chamber is 300 mm) Параметры обработкиProcessing options Высота камеры с патрубками (длина патрубков 1500мм)Chamber height with branch pipes (branch pipe length 1500mm) ПримечаниеNote Возможность реализацииPossibility of implementation 1one 200200 Дегазация и легированиеDegassing and alloying 46004600 Возможен контакт жидкого металла с экраном и фурмой, что приведёт к созданию аварийной ситуацииPossible contact of liquid metal with the screen and the lance, which will lead to an emergency Не возможнаNot possible 22 300300 Дегазация и легированиеDegassing and alloying 47004700   ВозможнаIs possible 33 600600 Обезуглероживание, дегазация, легированиеDecarburization, degassing, alloying 50005000   ВозможнаIs possible 4four 11001100 Обезуглероживание, дегазация, обработка порошкообразными реагентами, легированиеDecarburization, degassing, powder treatment, alloying 55005500   ВозможнаIs possible 55 15001500 Обезуглероживание, дегазация, обработка порошкообразными реагентами, легированиеDecarburization, degassing, powder treatment, alloying 59005900   ВозможнаIs possible 66 16001600 Обезуглероживание, дегазация, легированиеDecarburization, degassing, alloying 60006000 Необоснованное увеличение высоты камеры, а следовательно, расхода огнеупоров и времени выхода на рабочее остаточное давлениеUnreasonable increase in the height of the chamber, and consequently, the consumption of refractories and the time for reaching the working residual pressure Не целесообразнаNot appropriate

Claims (2)

1. Циркуляционный вакууматор с экраном для подавления выноса капель металла, содержащий вакуум-камеру, в нижней части которой расположены всасывающий и сливной патрубки, продувочную фурму для подачи газа и/или реагентов, патрубок для подачи ферросплавов, патрубок для ввода продувочной фурмы в вакуум-камеру, патрубок для отходящих газов и газоход, причем площадь сливного патрубка меньше площади подъемного патрубка, отличающийся тем, что экран для подавления выноса капель металла выполнен водоохлаждаемым, футерованным снизу огнеупорным материалом, установлен в вакуум-камере на огнеупорный выступ на расстоянии 300-1500 мм от поверхности металла и имеет два отверстия, причем одно - для вывода расположенной над ним продувочной фурмы, а другое - для выхода газов через газоход, соединенный через боковой патрубок с вакуум-камерой.1. A circulation evacuator with a screen to suppress the removal of metal droplets, containing a vacuum chamber, in the lower part of which there are suction and drain pipes, a purge lance for supplying gas and / or reagents, a pipe for supplying ferroalloys, a pipe for introducing a purge lance into a vacuum a chamber, a branch pipe for exhaust gases and a gas duct, wherein the area of the drain pipe is less than the area of the lift pipe, characterized in that the screen for suppressing the removal of metal droplets is made of water-cooled, refractory m lined from below The material is mounted in a vacuum chamber on a refractory protrusion at a distance of 300-1500 mm from the metal surface and has two openings, one for the outlet of the purge lance located above it and the other for the exit of gases through a gas duct connected to the vacuum via a side pipe -camera. 2. Циркуляционный вакууматор по п.1, отличающийся тем, что вакуум-камера сверху накрыта крышкой.2. The circulation degasser according to claim 1, characterized in that the vacuum chamber is covered with a lid on top.

Images