непрерывной разливки

Из известных основных технологических процессов производства стали и ее разливки известны следующие основные схемы: а) Крупные металлургические заводы: 1. - доменная печь - конвертор - МНЛЗ; 2. - шахтная печь - электропечь - МНЛЗ; б) Мини-заводы: 3. - электропечь - технология высшего уровня ковшовая металлургия - МНЛЗ.

Недостатки известных технологических процессов производства и разливки стали по схеме JY2 1, 2 в отличие от схемы JV» 3 состоят в следующем:

1 Большая стоимость основных фондов капитальных затрат в схемах 1,2 и довольно длительный срок с момента начала строительства до ввода его мощности;

2. Большая потребность в рабочей силе для производства и разливки стали;

4. Недостаточная производственная мощность оборудования по выплавке и разливке стали и его низкий коэффициент использования, примерно 80%;

5.Высокая энергоемкость процессов получения литья;

б.Высокая себестоимость литья— доменная печь — конвертор - МНЛЗ или шахтная печь - электропечь - МНЛЗ.

Недостатками известных мини-заводов является жесткая зависимость от рьшка сырья, в первую очередь, от металлолома и обязательное применение агрегата - электропечи (см. SU «Сталь на рубеже столетий», Карабасов Ю.С. и др., М.

МИСиС, 2001, стр. 81,221).

Одним из самых больших недостатков во всех трех схемах является применение стопора или шибера при разливке стали из ковша, а именно.

СТОПОРНАЯ РАЗЛИВКА:

1. Довольно быстрая механическая поломка стопора; 2. Износ стопора в области шлакового пояса и износ головки стопора;

3. Поломка стопора в зоне его крепления со штангой стопорного механизма;

4. Коробление вилки, соединяющей штангу и стопорный механизм.

ШИБЕРНАЯ РАЗЛИВКА:

1. Сложность конструкции шиберного затвора и его высокая стоимость;

2. Усложненная схема старта из-за засыпки канала шиберного затвора;

3. Существенное удлинение сталевыпускного канала ковша до формы (кристаллизатора) и способствует зарастанию канала неметаллическими и шлаковыми включениями, нарушению режима литья и увеличению количества брака;

4. Подсос воздуха между плитами шиберного затвора и снижает качество металла (стали).

Общим недостатком, как у стопора, так и у шибера, является необходимость использования механизмов, испытующих высокую температуру при разливке стали. Кроме того, из-за отсутствия рафинирования стали, не происходит улучшение ее качества, а, наоборот идет снижение качества стали, вплоть до получения брака и остановки МНЛЗ.

(см. SU «Теория и практика непрерывного литья заготовок», Смирнов А.Н. и др., Донецк, 2000г., стр.71,151).

Наиболее, близким по технической сущности к изобретению является устройство - ковш с рукавами для разливки жидкого металла, без стопора и шибера, на основе давления газа в рукавах. Ковш в днище имеет донные вьшускные отверстия, вокруг которых прикреплен герметично газонепроницаемый рукав, коаксиально к отверстию. (US патент JVs 4,498,661, Кл. B22D 39/00 12.02.1985). Недостатками данного устройства являются отсутствие рафинирования, вакуумирования жидкого металла и разливки его в зависимости от высоты столба жидкого металла в формы (кристаллизатора). Задачей решаемой данной заявкой есть создание способа производства стали в ковшах без конвертера, без электропечи и без зависимости от металлолома, а также непрерывной разливки стали из ковшей, но без стопоров, без шиберов и без применения механизмов. Рабочий органом будет газ. Для этого необходимо предложить новый способ и устройство для уникального процесса производства стали на «сталь комбайне» или «сталькомбайне» до получения стального литья на МНЛЗ и позволяет улучшить качество стали, повысить производительность и значительно снизить себестоимость стального литья. Это будет революцией в металлургии! В результате, способ и устройство «сталькомбайн», позволят ^; обеспечить реализацию принципа трех «Э» (Энергия + Экономия + Экология).

Техническая задача при производстве стали в ковше без использования стопора, шибера и без электропечей, конверторов легла в основу способа Кобзарь-Дерновского, или процесса «КомКоб» и, созданного для этого устройства «сталькомбайн КомКоб». Для достижения указанного технического результата в процессе чугун - стальное литье выполняет один уникальный агрегат «сталькомбайн КомКоб» без применения механизмов (фиг.1). Основным рабочим органом является газ. Агрегат «сталькомбайн КомКоб» состоит из разливочного ковша для чугуна, или чугунковша, промежуточного ковша для стали или стальковша и формы (кристаллизатора) МНЛЗ. В способе используют подачу жидкого чугуна, (например. производство по процессу Ромелт, МИСиС) в разливочный чугунковш. Можно рассматривать этот агрегат «сталькомбайн КомКоб», вместе с процессом Ромелт, как мини-завод. В разливочном чугунковше рафинируют жидкий чугун с помощью газовых фурм и универсального газового узла «газоузел». «Газоузел» выполняет в ковшах функции стопора , дозатора , фурмы и состоит из двух устройств «газоколпака» и «газорукава» и в них с помощью вентилей регулируют давление газа (см. заявку ФИПС от 18.12.2009г. фиг.2,3).

Устройство «газоколпак» также выполняет функции запора, дозатора и фурмы. Над разливочным стаканом в днище чугунковша закреплен «газоколпак» и через , него, вместе с другими фурмами, установленными в кожухе разливочного чугунковша, рафинируют жидкий чугун, путем продувки его кислородом, до получения из него стали. Затем уменьшают давление газа в полости «газоколпака» и, освобождая разливочный стакан от запорного огнеупорного шара, и начинают разливку стали в промежуточный стальковш через устройство «газорукав».

В промежуточном стальковше дополнительно рафинируют жидкую сталь, продувая ее газом через нижнюю газопроницаемую часть устройства «газорукав» и через его донные разливочные стаканы, которые входят герметично в устройства «газорукав». Устройства «газорукав», верхняя часть которых установлена на формах (кристаллизаторах), а нижняя часть погружена в жидкую сталь и так же продолжают ее рафинирование в формах (кристаллизаторах). Получив нужную по химическому составу сталь, включают холодильники и подключают работу валков МНЛЗ, при этом изменяют газовую среду в «газорукаве» от положительного до отрицательного значения давление газа и начинают многоструйное вакуумирование стали во время ее разливки в формы (кристаллизаторы) на МНЛЗ. (Фиг.2.3).

Управление процессом, начиная от подачи жидкого чугуна до выхода качественного стального литья из валков МНЛЗ, осуществляется при помощи пульта на командном пункте (фиг.1). Технический результат от использования процесса «КомКоб» позволяет производить в ковшах «сталькомбайн КомКоб», начиная от жидкого чугуна до получения стального литья на МНЛЗ, без конвертора, без] электропечей, без стопора, без шибера и без механизмов. Рабочим органом будет газ. В результате, способ «КомКоб», и устройство «сталькомбайн- КомКоб» позволяют обеспечить реализацию принципа трех «Э» (Энергия + Экономия + Экология)! Это революцией в металлургии!

Решение указанной технической задачи способа «КомКоб», производства стали и разливки ее из ковша, без стопора и без шибера, легло в основу создания устройства «сталькомбайна КомКоб»

Устройство «сталькомбайн КомКоб» состоит из емкостей: разливочного чугунковша, промежуточного стальковша и форм (кристаллизаторов), и установлены они вместе с МНЛЗ (фиг.1). Рабочим органом устройства является газ и его давление регулируют с помощью вентилей. Емкости для жидкого металла в «сталькомбайне КомКоб» связаны между собой устройствами «газоколпак» и «газорукав», которые составляют устройство «газоузел» (см. заявку ФИПС от 18.01.2010г. фиг.2,3).

Разливочный чугунковш имеет донн й разливочный стакан, а над ним расположен закрепленное устройство «газоколпак», имеющее в основании своем несколько отверстий. В верхней части «газоколпака» имеется патрубок, через который сообщается его полость с помощью вентиля с источником сжатого газа (кислородом, аргоном и т.д.) или с атмосферой. Над разливочным отверстием, в полости «газоколпака», находится запорный элемент в виде свободного огнеупорного шара. Нижняя часть разливочного стакана входит в устройство «газорукав», установленное на промежуточном стальковше, и соединен с источником сжатого газа и вакуумным насосом. Нижняя часть «газорукава» может быть и газопроницаемой.

Промежуточный стальковш имеет донные разливочные стаканы. На входе и выходе разливочных стаканов установлены вставки с множеством отверстий, которые связаны с устройствами «газорукав», которые установлены на формах (кристаллизаторах), и сообщены через вентили с системой сжатого газа и вакуумным насосом (фиг. 2). Разливочные рукава заглублены в жидкую сталь в верхней части форм (кристаллизаторов), при этом верхняя часть их имеет нагреватели, а нижняя часть - холодильники, связанные с литьем и с валками МНЛЗ. Управление комплексом «сталькомбайном КомКоб» и процессом производства чугуна (напр., процесса Ро елт) вместе с МНЛЗ осуществляют на командном пункте с помощью пульта (фиг.1).

Заявка на изобретение поясняется чертежом, где схематично изображен продольный разрез устройства «сталькомбайн КомКоб»

Устройство «сталькомбайн КомКоб» состоит из разливочного чугунковша 1 с крьппкой, имеющей два отверстия одно для жидкого чугуна 2, а другое для дымовых газов 3. В корпусе разливочного чугунковша 1 установлены фурмы для газов 4 и донный разливочный стакан 5, над которым к днищу закреплено устройство «газоколпак» 6 с отверстиями 6' в его основании. В полости «газоколпака» находится запорный огнеупорный шар 7 , а в верхней части находится вход в патрубок 8 с вентилем 8'. Под разливочным чугунным ковшом 1 находится промежуточный стальковш 9 с донными разливочными стаканами 10, а на горловине стальковша 9 установлено устройство «газорукав» 11 с вентилем 12. В результате эти два устройства «газоколпак» 6 и «газорукав» 11 составляют универсальный газовый узел «газоузел» 13 со вставками с множеством отверстий, (см. заявку ФИПС от 18.01.2010г.). Промежуточный стальковш 9 с донными разливочными стаканами 10 установлен над формами (кристаллизаторами) 14. На формы (кристаллизаторы) 14 установлены устройства «газорукав» 15 с вентилями 16. В верхней части форм (кристаллизаторов) 14 находятся нагреватели 17, а в нижней части - холодильники 18 с выходом литья на валки 19. Управление «сталькомбайна КомКоб» происходит через пульт 20. Способ «КомКоб» и принцип работы устройства «сталькомбайн КомКоб».

В емкость разливочного чугунковша 1 через отверстие 2 «сталькомбайна КомКоб» (фиг.1) поступает (например, используя процесс Ромента) жидкий чугун перетекающий в полость устройства «газоколпака» 6 при закрытом положении донного разливочного стакана 5 огнеупорным шаром 7. В полости устройства «газоколпака» находится воздух. Устройство «газоколпак» снаружи погружается в жидкий чугун. С повышением уровня металла в емкости чугунковша 1 увеличивается металлостатическое давление на запорный шар 7, а давление воздуха в полости колпака 6, повышается. Также повышению давления способствует и прогрев воздуха от тепла жидкого металла. Увеличение температуры газа на каждые 273 градуса увеличивает повышение давления газа в полости колпака 6, примерно, на 1 ати. Температура расположенного воздуха в колпаке 6, примерно составляет 1500-1600 градусов и воздействует давлением более 5 ати на запорный огнеупорный элемент - шар. Вместе с металлостатическим давлением газовое давление поджимает запорный шар 7, надежно закрывая им разливочный стакан 5. Открывают вентиль с сжатым кислородом и рафинируют жидкий чугун с помощью барботажа через отверстия 6' «газоколпака» 6 и, одновременно рафинируют газом с помощью фурм 4 путем продувки его через столб жидкого чугуна высотой Н. Давление газа Р в полости «газоколпака» 6 и фурм 4 должно быть больше чем, вместе взятых металлостатического и атмосферного давлений, и определяется формулой Р»Ратм.+ qH, где q— плотность жидкого металла, Н - высота жидкого металла в чугунковше 1.

Получив нужную величину давления в полости «газоколпака» 6 и фурм 4, в соответствии с указанной формулой, происходит рафинирование жидкого чугуна и с уменьшением в нем углерода получают сталь. Затем открывают вентиль 8' и через патрубок 8 уменьшают давление в полости «газоколпака» 6 до уровня атмосферного давления. Жидкий металл под действием металлостатического давления устремляется через отверстия 6' в полость «газоколпака» 6, одновременно возрастает величина архимедовой силы, выталкивающей плавающий запорный шар 7, при этом на шар 7 действует направленное вверх давление потока металла. Под воздействием этих сил запорный шар 7 всплывает, открывая разливочный стакан 5, и затем происходит разливка стали из чугунковша 1 в промежуточный стальковш 9. В устройстве «газорукав» 11 открывают вентиль 12 сжатого кислорода и используют его как стопор, дозатор, фурму для рафинирования и улучшения качества стали, путем продувки ее через нижнюю газонепроницаемую часть «газорукава» (фиг .2 ) .

Для регулировки скорости разливки жидкой стали из промежуточного стальковша 9 в формы (кристаллизаторы) 14 меняют с помощью вентиля 16 давление газа в полости «газорукава» 15. С целью увеличения скорости разливки стали уменьшают давление газа, а для уменьшения разливки стали увеличивают давление газа. Нижняя часть «газорукава» 15 погружена в жидкую сталь в полость форм (кристаллизаторов) 14 и поддерживают температуру металла нагревателями 17 формы 14. Получив нужную по химическому составу сталь, включают холодильники 18 и подключают работу валков 19 МНЛЗ, одновременно, изменяют газовую среду в «газорукаве» от положительного до отрицательного значения давление газа и начинают многоструйное вакуумирование стали во время ее разливки в формы (кристаллизаторы) 14 на МНЛЗ. В итоге этих процессов, получают качественную сталь, но при этом снижают себестоимость стального литья и повышают производительность труда. Управление процессом производства на «сталькомбайне КомКоб» от жидкого чугуна до стального литья осуществляют на командном пульте с помощью пульта 20 .

В результате, способ «КомКоб» и устройство «сталькомбайн КомКоб» позволяют обеспечить реализацию принципа трех «Э» (Энергия + Экономия + Экология). Это революция в металлургии !