RU2793001C1 - Method for saturating liquid metal with nitrogen in a ladle - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates in particular to the process of saturation of liquid metal in a ladle with nitrogen. The slag is removed from the surface of the metal in the ladle, the ladle is closed with a lid, a disc of ceramic material is lowered onto the metal surface from above, the disc is rotated at a speed of 20 rpm for 10 minutes. After closing the ladle with a lid, nitrogen is supplied at a pressure of 2 atm through the supply lines connected to the lid and the nitrogen supply is stopped when rotation of the disc is turned off, after turning off the rotation, the lid is opened and the metal is poured.

EFFECT: invention makes it possible to increase liquid metal saturation with nitrogen in the ladle due to constant renewal of the volumes of liquid metal in contact with nitrogen by means of the action of a rotating disc on the liquid metal.

1 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, а именно к процессу насыщения азотом жидкого металла в ковше.The present invention relates to the field of metallurgy, namely to the process of saturation of liquid metal in a ladle with nitrogen.

В настоящее время существует множество способов и устройств для насыщения азотом жидкого металла. Одним из распространенных способов насыщения является насыщение азотом жидкого металла в ковше.Currently, there are many methods and devices for saturating liquid metal with nitrogen. One common method of saturation is to saturate the liquid metal in a ladle with nitrogen.

Из известного уровня техники известен способ азотирования жидкой стали (Патент №SU1158597 Заявка 36551822/22-02, 25.10.83, C21C 7/00, Опубл. 30.05.85, Бюл. №20), способ, заключающийся в том, что в струю газообразного азота, для увеличения усваиваемости вводят порошкообразную смесь из силикокальция и соединении циркония.From the prior art, a method for nitriding liquid steel is known (Patent No. SU1158597 Application 36551822/22-02, 10.25.83, C21C 7/00, Publ. 05.30.85, Bull. No. 20), a method consisting in the fact that gaseous nitrogen, to increase digestibility, a powdered mixture of silicocalcium and a zirconium compound is introduced.

Основным недостатком данного способа является то, что порошковая смесь вводится в расплав точечно, приемущественно фурмой, таким образом процесс азотирования проходит непосредственно в зоне подачи, что не позволяет обеспечить объемное насыщение азотом.The main disadvantage of this method is that the powder mixture is introduced pointwise into the melt, mainly by a tuyere, so the nitriding process takes place directly in the feed zone, which does not allow for volumetric saturation with nitrogen.

Так же из известного уровня техники известен способ дегазации жидкого металла в ковше с использованием процесса вакуумирования (Патент №2737906 Заявка 2020120577, 15.06.20, С21С 7/10, Опубл. 04.12.20). Данный способ дегазации жидкого металла в ковше, характеризующийся тем, что удаляют шлак с поверхности находящегося в ковше металла, закрывают крышкой ковш, сверху опускают на поверхность металла диск из керамического материала, подключают к вакуумной системе с разряжением 10-2 Па, включают вращение диска со скоростью 20 об/мин в течение 10 мин, затем отключают вращение, отсоединяют вакуумную систему, открывают крышку и разливают металл.Also known from the prior art is a method for degassing liquid metal in a ladle using a vacuum process (Patent No. 2737906 Application 2020120577, 15.06.20, C21C 7/10, Publ. 04.12.20). This method of degassing liquid metal in a ladle, characterized in that the slag is removed from the surface of the metal in the ladle, the ladle is closed with a lid, a disk of ceramic material is lowered onto the metal surface, connected to a vacuum system with a vacuum of 10-2 Pa, the disk is rotated with speed of 20 rpm for 10 minutes, then turn off the rotation, disconnect the vacuum system, open the lid and pour the metal.

Недостатком данного способа является не только невозможность азотирования жидкого металла, но повышенный угар легирующих элементов.The disadvantage of this method is not only the impossibility of nitriding the liquid metal, but the increased waste of alloying elements.

В качестве прототипа принят способ (Патент №2369644 Заявка 2005130959/02, 05.10.20, C21C 7/072, Опубл. 10.10.2009), способ заключается в том, продувку металла осуществляют потоком струй азота снизу через сопла головки фурмы и потоком струй азота сверху через сопла фурмы под конусом защиты. При продувке металла потоком струй азота снизу при выходе из металла его подсасывают потоком продуваемых сверху струй азота под конусом защиты. Далее поток этих струй азота направляют на поверхность оголенного из-под шлака в ковше металла.As a prototype, the method was adopted (Patent No. 2369644 Application 2005130959/02, 05.10.20, C21C 7/072, publ. 10.10.2009), the method consists in the fact that the metal is purged with a stream of nitrogen jets from below through the nozzles of the tuyere head and with a stream of nitrogen jets from above through the nozzles of the lance under the protection cone. When the metal is blown with a stream of nitrogen jets from below, when it leaves the metal, it is sucked in by a stream of nitrogen jets blown from above under the protection cone. Further, the flow of these jets of nitrogen is directed to the surface of the metal exposed from under the slag in the ladle.

Недостатком данного способа является невозможность насыщения всего объема жидкого металла азотом, вследствие ограниченной зоны контакта подаваемого азота и жидкого металла.The disadvantage of this method is the impossibility of saturating the entire volume of liquid metal with nitrogen, due to the limited contact zone of the supplied nitrogen and liquid metal.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности насыщения азотом жидкого металла в ковше за счет насыщения азотом всего объема жидкого металла.The technical objective of the invention is to increase the efficiency of nitrogen saturation of liquid metal in the ladle due to nitrogen saturation of the entire volume of liquid metal.

Техническая задача решается за счет того, что способ насыщения азотом жидкого металла в ковше с использованием вращающегося диска характеризуется тем, что удаляют шлак с поверхности находящегося в ковше металла, закрывают крышкой ковш, сверху опускают на поверхность металла диск из керамического материала, включают вращение диска со скоростью 20 об/мин в течение 10 мин, после отключения вращения открывают крышку и разливают металл, согласно изобретения, после закрытия ковша крышкой начинают подачу азота под давлением 2 атм через соединенные с крышкой линии его подачи, а прекращают подачу азота одновременно с отключением вращения диска.The technical problem is solved due to the fact that the method of saturating liquid metal in a ladle with nitrogen using a rotating disk is characterized by the fact that slag is removed from the surface of the metal in the ladle, the ladle is closed with a lid, a disk of ceramic material is lowered onto the metal surface, the disk is rotated with at a speed of 20 rpm for 10 minutes, after turning off the rotation, the lid is opened and the metal is poured, according to the invention, after closing the ladle with the lid, nitrogen is supplied at a pressure of 2 atm through its supply lines connected to the lid, and the nitrogen supply is stopped simultaneously with turning off the disk rotation .

Отличительным признаком заявленного способа является то, что в процессе вращения керамического диска в ванне жидкого металла, в отличие от прототипа, возникает контролируемый восходящий поток жидкого металла. При этом при подаче азота под давлением 2 атм под крышку в ковш повышается эффективность насыщения азотом контактирующих жидких слоев металла, за счет постоянного обновления объемов жидкого металла, контактирующих с зоной, заполненной инертным газом.A distinctive feature of the claimed method is that during the rotation of the ceramic disk in the liquid metal bath, in contrast to the prototype, there is a controlled upward flow of liquid metal. At the same time, when nitrogen is supplied under a pressure of 2 atm under the cover into the ladle, the efficiency of nitrogen saturation of the contacting liquid metal layers increases due to the constant renewal of the volumes of liquid metal in contact with the zone filled with inert gas.

Способ иллюстрируется схемой на чертеже. The method is illustrated by the diagram in the drawing.

Способ осуществляют следующим образом.The method is carried out as follows.

После разливки жидкого металла 2 в ковш 1, производят процедуру снятия шлака, затем ковш 1 с жидким металлом 2 закрывают крышкой 3. Затем подключают под крышку ковша 3 с двух сторон по линии подачи азота 4,6 и пространство под крышкой 3 заполняют азотом при его подаче под давлением 2 атм. В верхние слои ванны жидкого металла 2 погружают керамический диск 5. После погружения керамического диска 5 начинают его вращение со скоростью 20 об/мин. Процесс перемешивания металла составляет 10 мин. Затем керамический диск 5 вынимают из поверхностного слоя жидкого металла 2. После изъятия керамического диска 5, подача азота прекращается. Затем происходит отсоединение крышки 3, дальше происходит процедура разливки металла.After pouring liquid metal 2 into ladle 1, the slag removal procedure is carried out, then ladle 1 with liquid metal 2 is closed with lid 3. Then the under the cover of the bucket 3 from both sides along the nitrogen supply line 4.6 and the space under the cover 3 is filled with nitrogen when it is supplied under a pressure of 2 atm. A ceramic disc 5 is immersed in the upper layers of the liquid metal bath 2. After the ceramic disc 5 is immersed, it begins to rotate at a speed of 20 rpm. The metal mixing process takes 10 minutes. Then the ceramic disc 5 is removed from the surface layer of the liquid metal 2. After removing the ceramic disc 5, the nitrogen supply is stopped. Then the cover 3 is detached, then the metal casting procedure takes place.

Диск выполнен из керамики, так как керамика противодействует высоким температурам и обладает высокой стойкостью к агрессивным средам.The disc is made of ceramic, as ceramic resists high temperatures and is highly resistant to aggressive media.

Оптимальная скорость вращения диска составляет 20 об/мин, повышение скорости вращения приводит к разбрызгиванию жидкого металла без повышения эффективности насыщения жидкого металла азотом, а снижение скорости не позволяет обеспечить необходимую скорость восходящего потока тем самым не достигается необходимый уровень насыщения жидкого металла азотом. Процесс необходимо проводить в течение 10 мин, уменьшение времени протекания процесса не позволит добиться необходимого уровня усвоения азота, а увеличение времени не даёт никакого эффекта вследствие насыщения азотом расплава. Давление должно составлять 2 атм, так как снижение давления не позволяет полностью вытеснить весь кислород над расплавом и провести насыщение азотом всего объема металла, а увеличение давления приводит к перерасходу азота. The optimum disk rotation speed is 20 rpm, increasing the rotation speed leads to splashing of liquid metal without increasing the efficiency of liquid metal saturation with nitrogen, and reducing the speed does not provide the required upward flow rate, thereby not achieving the required level of liquid metal saturation with nitrogen. The process must be carried out for 10 minutes, a decrease in the process time will not allow achieving the required level of nitrogen assimilation, and an increase in time does not give any effect due to the saturation of the melt with nitrogen. The pressure should be 2 atm, since a decrease in pressure does not allow to completely displace all the oxygen above the melt and saturate the entire volume of the metal with nitrogen, and an increase in pressure leads to an excess consumption of nitrogen.

Пример 1. После выпуска стали марки 08Х18Н6АГ10С, осуществлялся процесс снятия слоя жидкого шлака с поверхности жидкой стали в ковше. После снятия шлака ковш закрывался крышкой с подключенной линией подачи азота (N₂). В закрытое пространство ковша азот подавался под давлением 2 атм. Предварительно был подготовлен керамический диск. Затем был опущен керамический диск в верхние слои жидкого расплава. Диск после этого приводили во вращение со скоростью 20 об/мин в течение 10 мин. После окончания вращения диска, прекращалась подача азота. Затем происходило отсоединение от ковша крышки с вращающимся диском и линии подачи азота. В завершении производился выпуск металла в изложницы методом сифонной разливки снизу. Полученные слитки имели удовлетворяющее качество поверхности и не имели видимых дефектов. Полученные слитки исследовались на неметаллические включения по ГОСТ 1778-70. Результаты исследований показали, что слитки полученные данным способом имели загрязненность оксидами (ОС, ОТ) не более 2 баллов, что доказывает большую производительность предлагаемого способа перед существующим способом вакуумирования с продувкой инертным газом, при котором загрязненность оксидами (ОС, ОТ) достигает 2,5 баллов.Example 1. After the production of steel grade 08Kh18N6AG10S, the process of removing a layer of liquid slag from the surface of liquid steel in a ladle was carried out. After removing the slag, the ladle was closed with a lid with a connected nitrogen supply line (N₂). Nitrogen was supplied into the closed space of the ladle at a pressure of 2 atm. A ceramic disk was previously prepared. Then the ceramic disc was lowered into the upper layers of the liquid melt. Disk after that rotated at 20 rpm for 10 minutes. After the end of the disk rotation, the nitrogen supply was stopped. Then there was a disconnection from the ladle of the lid with a rotating disk and the nitrogen supply line. At the end, the metal was released into the molds by siphon casting from below. The obtained ingots had a satisfactory surface quality and had no visible defects. The resulting ingots were examined for non-metallic inclusions according to GOST 1778-70. The results of the research showed that the ingots obtained by this method had an oxide contamination (OC, OT) of no more than 2 points, which proves the greater productivity of the proposed method over the existing method of evacuation with an inert gas purge, in which the oxide contamination (OC, OT) reaches 2.5 points.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет добиться повышения эффективности насыщения азотом жидкого металла в ковше за счет подачи азота под давлением 2 атм. под крышку ковша и применения вращающегося диска, способствующего постоянному обновлению взаимодействующих объемов жидкого металла с азотом.Thus, the proposed method makes it possible to increase the efficiency of liquid metal saturation with nitrogen in the ladle by supplying nitrogen at a pressure of 2 atm. under the cover of the ladle and the use of a rotating disk, which contributes to the constant renewal of the interacting volumes of liquid metal with nitrogen.

Claims (1)

Способ насыщения азотом жидкого металла в ковше с использованием вращающегося диска, характеризующийся тем, что удаляют шлак с поверхности находящегося в ковше металла, закрывают крышкой ковш, сверху опускают на поверхность металла диск из керамического материала, включают вращение диска со скоростью 20 об/мин в течение 10 мин, после отключения вращения открывают крышку и разливают металл, отличающийся тем, что после закрытия ковша крышкой начинают подачу азота под давлением 2 атм через соединенные с крышкой линии его подачи, а прекращают подачу азота одновременно с отключением вращения диска.A method for saturating liquid metal in a ladle with nitrogen using a rotating disk, characterized in that slag is removed from the surface of the metal in the ladle, the ladle is closed with a lid, a disk of ceramic material is lowered onto the metal surface from above, the disk is rotated at a speed of 20 rpm for 10 minutes, after the rotation is turned off, the lid is opened and the metal is poured, characterized in that after the ladle is closed with the lid, nitrogen is supplied at a pressure of 2 atm through the supply lines connected to the lid, and the nitrogen supply is stopped simultaneously with turning off the disk rotation.

Images