English   I  Ukrainian Иваницкий Евгений Сергеевич Магистр кафедры МОЗЧМ Донецкого Государственного Технического Университета (ДонГТУ) http://mech.dgtu.donetsk.ua/~jan/ jan@mech.dgtu.donetsk.ua

Основная страница Каталог www - ресурсов по теме магистрской работы Полезные ссылки Увлечения Краткое описание магистрской работы Предпосылки применения поточного вакуумирования стали; Анализ существующих конструкций; Разработка опытно-промышленного устройства для непрерывной разливки стали в разреженной атмосфере; Разработка лабораторного стенда для определения оптимальных параметров эжектора. Предпосылки применения поточного вакуумирования стали     Положительный опыт применения вакуумирования стали в струе, полученный на ряде отечественных и зарубежных металлургических предприятий при различных вариантах его реализации (перелив металла из ковша в ковш, разливка крупных слитков в изложницы, выпуск металла из дуговой печи в ковш), а также постоянный рост доли и расширение сортамента металла, разливаемого на МНЛЗ, явились основными предпосылками разработки способа непрерывного вакуумирования. Идея вакуумной дегазации струи и слоя металла в специальной проточной камере, установленной между разливочным и промежуточным ковшами машины непрерывного литья заготовок, принадлежит Г. А. Соколову. В настоящее время эта технология дегазации стали, получившая название поточного вакуумирования, успешно реализована на Новолипецком металлургическом комбинате.     При данном способе вакуумирования создаются благоприятные кинети-ческие условия для дегазации и раскисления стали углеродом. В момент по-падания струи в разреженное пространство в ее объеме появляется большое число газовых зародышей, способствующих образованию хорошо развитой межфазной поверхности, которая непрерывно обновляется. Причем вакуум воздействует не только на струю, а и на поверхностный слой металла, находящийся в проточной камере и постоянно обновляющийся в результате движения потоков расплава из полости проточной камеры к сталевыпускным каналам промежуточного ковша. Вакуумная обработка стали по ходу ее непрерывной разливки позволяет исключить дополнительные временные затраты на вакуумирование металла, которое при обычной технологической схеме приходится осуществлять в сталеразливочном ковше перед подачей его на разливочный стенд МНЛЗ.     С целью повышения эффективности дегазации стали в процессе непрерывной разливки сотрудни-ками Московского института стали и сплавов было предложено усовершенствование способа поточного вакуумирования, в соответствии с которым в струю истекающего из ковша в промежуточную камеру металла подают через полый стопор инертный газ под давлением на 0,02-0,05 МПа выше ферростатического. Образующаяся при этом газометаллическая эмульсия способствует эффективному удалению из расплава растворенных в нем газов, которые поглощаются и уносятся пузырьками аргона к поверхности истекающей струи, в результате чего создаются благоприятные условия для более интенсивной и полной дегазации разливаемого металла.     Экспериментально установлено, что аргон при больших давлениях может образовать в центральной части истекающей струи металла сплошную газовую полость, что ухудшает условия дробления струи, а при малом давлении возникает опасность закупоривания отверстия в полом стопоре. Диаметр этого отверстия должен находиться в пределах 2-10 мм.     Как показал опыт использования подобного способа дегазации стали в условиях АО "Златоустовский металлургический завод", разливка стали и сплавов с подачей аргона в струю через полый стопор обеспечивает существенное улучшение качества поверхности отливаемых заготовок.     Одной из основных трудностей реализации технологии поточного вакуу-мирования стали является обеспечение герметичности в месте стыковки проточной камеры с днищем разливочного ковша. Из-за нагрева металлических поверхностей камеры и ковша, а также попадания на них брызг расплавленной стали применение традиционных уплотнительных элементов становится проблематичным. В связи с этим прорабатываются конструкции специальных песочных затворов и гидравлических систем прижатия верхней части камеры к днищу ковша. Анализ существующих конструкций     Рисунок 1 - Схема устройства для поточного вакуумирования стали при разливке на МНЛЗ     Результаты промышленного освоения технологии поточного вакуумирования дают основание полагать, что данный способ внепечной обработки стали получит дальнейшее свое развитие, в пользу чего свидетельствует рост числа изобретений, направленных на совершенствование конструкций устройств для реализации этого способа дегазации жидкого металла. Наиболее приемлемым вариантом конструктивного исполнения комплекса оборудования. предназначаемого для вакуумирования стали в условиях работы МНЛЗ, по-видимому, следует считать устройство, схематично представленное на рисунке 1. Данное устройство состоит из вакуум-камеры 2 с опускным патрубком 3, которая вверху плотно прижимается к узлу примыкания сталеразливочного ковша 1 и промежуточного ковша 4. В промежуточном ковше при помощи стенок 5 и б разной высоты образована дополнительная емкость. Размеры этой емкости рассчитаны из условия, что объем металла в ней должен составлять 1,1-1,3 объема внутренней полости опускного патрубка.     Наличие дополнительной емкости, образованной поперечными стенками на днище промежуточного ковша, позволяет значительно сократить количество невакуумированного металла в начальный период разливки стали на МНЛЗ .     Рисунок 2 - Схема устройства для поточного вакуумирования стали Днепропетровского металлургического института     Также в Днепропетровском металлургическом институте была разработана схема устройства для вакуумирования жидких металлов, представленная на рисунке 2. В данной схеме металл попадает вытянутой формы футерованный проточный резервуар, состоящий из двух герметично соединенных основаниями конусов. Верхний конус большой высоты герметично соединен с дном ковша. Также в данной конструкции предусмотрен питатель и бункер для введения модифицирующих добавок. Преимуществом данной схемы является то, что металл при вакуумировании имеет большую поверхность массообмена при малом объеме, но при этом данная схема трудно применима на старых заводах вследствие большой высоты вакуум - камеры.     Также в Днепропетровском металлургическом институте в сотрудничестве с Краматорским проектно-технологическим институтом была разработана схема установки, представленная на рисунке 3.     Данная схема предусматривает одновременное вакуумирование и рафинирование стали при переливе, но она обладает тем же недостатком, что и предыдущая схема.     Рисунок 3 - Схема устройства для поточного вакуумирования стали Разработка опытно-промышленного устройства для непрерывной разливки стали в разреженной атмосфере     Конструкция и основные размеры эжектора спроектированного устройства поточной дегазации стали показаны на рисунке 4. Устройство (рисунок 4) выполнено из двух разъемных частей: верхней и нижней. В состав нижней части входит проточная камера 1, представляющая собой пустотелый металлический цилиндр, внутренняя и наружная поверхности которого покрыты защитным слоем из затвердевшей огнеупорной массы. К верхней части корпуса камеры приварен фланец 2 с кольцевым буртом 3, образующим со стенкой камеры кольцевой канал, заполняемый порошкообразным материалом 4. Под фланцем 2 закреплены четыре бруса 5, которыми проточная камера опирается на крышку 6 промежуточного ковша 13. Вторая (верхняя) часть устройства включает фланец 7, закрепляемый на металлической обойме стакана-коллектора шиберного затвора 8 разливочного ковша 9 и снаб-женный кольцевым ножом 11. Во фланце 7 выполнено отверстие с конической резьбой, в которое ввинчен штуцер, связанный с полостью приемной камеры эжектора 10.     Рисунок 4 - Схема устройства для дегазации стали при непрерывной разливке     Подготовка устройства к работе осуществляется в следующей последовательности. Хорошо просушенную и предварительно прогретую камеру 7, используя для строповки скобы 12, краном опускают в ванну промежуточного ковша 15 и устанавливают брусами 5 на его крышку 6. В кольцевой канал в верхней части камеры ровным слоем засыпают порошкообразный материал 4. На металлическую обойму стакана-коллектора затвора 8 сталеразливочного ковша 9, подготавливаемого к приему металла очередной плавки, закрепляют съемный фланец 7 с эжектором 10 и обмазывают огнеупорной массой по всему периметру верх-ний торец фланца. После выпуска стали разливочный ковш 9 краном располагают над промежуточным ковшом 13 с таким расчетом, чтобы ось канала стакана-коллектора ковшового затвора 8 при его открытии совпала с продольной осью проточной камеры 1. Затем затвор открывают и в тот момент, когда уровень жидкого металла в промежуточном ковше поднимется на 100-150 мм выше нижнего торца проточной камеры, сталеразливочный ковш краном медленно опускают вниз до тех пор, пока кольцевой нож 11 не углубится на 20-30 мм в порошкообразный материал 4, которым заполнен кольцевой ка-нал в верхней части проточной камеры 7. После этого по гибкому шлангу, заранее подсоединенному к рабочему соплу эжектора 10, из цеховой магистрали под давлением 0,4-0,5 МПа подают сжатый воздух. В результате создания разрежения в приемной камере эжектора остаточное давление в полости проточной камеры, как показали стендовые испытания, снижается до 55-65 кПа. При этом жидкая сталь в проточной камере поднимается выше уровня металла в промежуточном ковше на 500-600 мм. Таким образом, поверхность свободно истекающей струи металла будет находиться в атмосфере с пониженным давлением, что способствует частичной дегазации разливаемой стали и уменьшению интенсивности вторичного окисления вследствие снижения концентрации кислорода в околоструйном пространстве.     Предлагаемое устройство поточной дегазации стали хотя и уступает по эффективности установкам поточного вакуумирования, работающим в комплексе с пароэжекторными насосами, все же может быть рекомендовано для промышленного применения в тех случаях, когда в цехе из-за малого расстояния между основным и промежуточным ковшами существуют ограничения по высоте при выполнении маневров с разливочным ковшом и проточной камерой. Разработка лабораторного стенда для определения оптимальных параметров эжектора    Общая схема представлена на рисунке 5.    Рисунок 5 - расчетная схема эжектора. Основным параметром, характеризующим характеристики эжектора, является значение коэффициента эжекции q, а также оптимальное расстояние от рабочего сопла до начала циллиндического части смесительного участка L1.     В литературе имеются рекомендации относительно выбора данных величин для пароструйных компрессоров. Например, предложено принимать значение коэффициента эжекции ( отношения расхода эжектирующего воздуха к расходу эжектируемого воздуха) равным 3. Относительно нахождения значения L1 существуют формулы для предварительного определения данной величины, но все же прелагается находить оптимальное значение L1 путем проведения эксперимента.    Было решено провести эксперимент на опытных моделях эжекторов для определения оптимальных значений q и L1 для эжектирующей среды - воздуха и эжектируемой среды - воздуха с твердыми пылевидными частицами.    Схема лабораторного стенда представлена на рисунке 6   Рисунок 6 - Схема лабораторного стенда. 1 - корпус приемной камеры; 2 - рабочее сопло ( сменное); 3 - конфузор; 4 - камера смешения; 5 - диффузор.     Из условий технологичности выполнения диаметры сопел эжектора были приняты следующие: 5; 7.5; 10; 12.5 мм. Так как основной задачей эксперимента является определение оптимального значения коэффициента эжекции, то было решено задаться тремя основными коэффициентами эжекции 2, 3, 4 для сопла диаметром 10 мм.    Для данного диаметра сопла и коэффициентов эжекции можно найти необходимые диаметры смесительных участков эжекторов.