Внепечная обработка стали реферат

Обновлено: 07.07.2024

При выплавке IF-стали в кислородном конвертере невозможно обеспечить требуемый химический состав стали. Корректировка химического состава выплавляемого металла производится посредством его внепечной обработки.

Циркуляционное вакуумирование конвертерной стали в ковше позволяет получать металл, содержащий 0,003…0,004% С. Для этого необходимо иметь в металле перед обработкой 0,03…0,06% С, коэффициент циркуляции – 8…11, остаточное разрежение в конце вакуумной обработки менее 1 мм. рт. ст. и обработку металла вакуумом при таком разрежении не менее 10 мин. Обработка производится на циркуляционной установке вакуумирования стали.

Микролегирование металла титаном и ниобием должно осуществляться после глубокого раскисления алюминием (содержание алюминия в металле не менее 0,055%) путем ввода порошковой проволоки. При этом усвоение титана составляет в среднем 56%, а ниобия – 51%. При микролегировании металла титаном и ниобием путем ввода кусковых материалов имеет место нестабильное усвоение микролегирующих элементов, что существенно осложняет получение заданного их содержания в металле.

Проведенные ранее балансовые расчеты показали, что основным источником поступления кремния в металл является шлак, попавший в сталеразливочный ковш во время выпуска металла из конвертера. Очевидно, что во время микролегирования металлом титаном и ниобием, имеющими большое сродство к кислороду, происходит восстановление кремния из шлака в металл. Степень восстановления можно уменьшить путем снижения активности SiO2 в шлаке, находящемся в ковше. Существует две возможности для решения этой задачи – уменьшить поступление шлака в ковш при сливе металла из конвертера или снизить содержание оксида кремния в конвертерном шлаке к концу плавки. Основным способом снижения активности SiO2 в шлаке, находящемся в сталеразливочном ковше, является уменьшение содержания оксида кремния в конвертерном шлаке. Эта задача может быть решена путем удаления низкоосновного шлака в первой половине периода продувки конвертерной плавки.

Расход раскислителей и легирующих для внепечной обработки стали определяется аналогично п. 9 и составляет (на плавку): 0,17 т алюминия; 0,26т ФТи70; 0,28 т ФНб66.

Химический состав стали марки IF после внепечной обработки представлен в таблице 19.

Таблица 19 – Химический состав полученной стали марки IF

Массовая доля элементов, %
C Si Mn S P Al Ti Nb N
0,004 0,01 0,13 0,007 0,007 0,059 0,044 0,040 0,007

После внепечной обработки производится разливка металла на машинах непрерывного литья заготовок.

Рассмотренная технология обеспечивает получение стали марки IF, содержащей не более 0,007% С; 0,02% Si; 0,010% S; 0,012% P; 0,007% N, содержание марганца и алюминия в пределах 0,010…0,018% и 0,030…0,060% соответственно и требуемое содержание титана и ниобия 0,030…0,060%.

Список использованных источников

1. Кудрин В.А. Металлургия стали. – М.: Металлургия, 1989. – 560 с.

2. Бигеев А.М. Математическое описание и расчеты сталеплавильных процессов. – М.: Металлургия, 1982. – 160 с.

3. Бигеев А.М., Колесников Ю.А. Основы математического описания и расчеты кислородно-конвертерных процессов. – М.: Металлургия, 1970. – 229 с.

4. Бигеев А.М., Бигеев В.А. Металлургия стали. – Магнитогорск: МГТУ, 2000. – 544 с.

5. Кудрин В.А. Внепечная обработка стали и чугуна. – М.: МИСиС, 1992. – 256 с.

Раздел: Промышленность, производство
Количество знаков с пробелами: 48440
Количество таблиц: 16
Количество изображений: 0

Проблема повышения качества стали без увеличения объемов ее производства. Технологии удаления кислорода и обезуглероживания металла вакуумом. Устройства для подачи инертных газов в сталь. Применение методов флотации и фильтрации неметаллических включений.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 17.10.2015
Размер файла 977,2 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

ВНЕПЕЧНАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

  • Введение
  • 1. Обработка металла вакуумом
  • 1.1 Удаление кислорода и обезуглероживание металла
  • 1.2 Дегазация металла
  • 1.3 Снижение содержания неметаллических включений
  • 1.4 Вакуумная дисцилляция
  • 1.5 Современные способы вакуумирования стали
  • 2. Обработка металла в ковше инертными газами
  • 2.1 Устройства для подачи газа в сталь
  • 2.2 Результаты обработки металла нейтральными газами
  • 2.3 Варианты совершения обработки металла аргоном в ковшах
  • 2.4 Аргонно-кислородная продувка
  • 3. Обработка металла синтетическим шлаком
  • 4. Обработка шлака в ковше твердыми шлакообразующими смесями и порошкообразными материалами
  • 4.1 Дефосфорация металла
  • 4.2 Десульфурация металла
  • 4.3 Науглероживание, азотация и легирование стали
  • 4.4 Особенности рафинирования стали кальцием, магнием и РЗМ
  • 4.5 Введение материалов в жидкую сталь в оболочке
  • 5. Комплексное внепечное рафинирование стали
  • 6. Перемешивание металла в ковше
  • 7. Отделение шлака от металла
  • 8. Флотация и фильтрация неметаллических включений
  • Литература

Введение

Идеи, относящихся к внепечной обработке металлов, начали появляться еще во второй половине 19 века. В 1865г. Г. Бессемер опубликовал патент, предусматривающий использование вакуума при получении отливок. К этому же времени относятся патенты Р. Айткена, Р.Г. Гордона, Е. Мея, Т. Уайрайта и др. предусматривающие различные варианты вакуумирования стали. Однако из-за отсутствия необходимых технических средств эти технологии в то время не были востребованы. В дальнейшем углубление теоретических основ, совершенствование контрольно-измерительных средств и промышленного оборудования, использование высококалорийных видов топлива и относительно дешевого газообразного кислорода обеспечили неоправданные темпы наращивания объемов производства металлопродукции. Объем потребления некоторых видов сырья и топливных ресурсов стали сопоставимы с их мировыми запасами, а сбрасываемые отходы производства начали создавать экологическую угрозу цивилизации. Еще острее стал вопрос о необходимости удовлетворения нужд промышленности за счет повышения качества стали без увеличения объемов ее производства. Это стимулировало поиск новых технологий и инженерных решений. К этому же развитие современной техники, становление новых ее отраслей, широкое освоение атомной энергии, космоса, Арктики, повышение параметров и ужесточение эксплуатационных режимов работы машин и агрегатов предъявляют все более высокие требования к качеству стали, к стабильности ее служебных свойств. В связи с этим за последние десятилетия произошли коренные изменения масштабов производства качественных и высококачественных сталей.

Постоянно растущие требования потребителей металла к его качеству стало невозможно обеспечить при выплавке металла в сталеплавильных агрегатах. По этому с середины 20-го столетия на новой основе были воссозданы и получили промышленное развитие современные способы внепечной обработки. Основное назначение внепечной обработки металлов заключается в осуществлении ряда технологических операций в специальных агрегатах или в ковшах быстрее и эффективнее, чем в конветерах, мартеновских и дуговых электрических печах.

Быстрое распространение и широкие масштабы применения внепечной обработки обусловлены следующим:

- повышается производительность обслуживающего персонала и оборудования, улучшаются условия труда, и снижается экологическая нагрузка на окружающую среду;

- обеспечиваются гарантированно низкие и сверхнизкие содержания нежелательных серы, фосфора, водорода, азота, кислорода и неметаллических включений;

- снижается содержание некоторых вредных цветных металлов;

- достигается глубокое эффективное обезуглероживание металла, и получение новых марок стали типа IF-сталей, низкоуглеродистых, нержавеющих и др.;

- становится возможным экономное легирование металла легкоокисляемыми, летучими, труднорастворяемыми, легкими и токсичными элементами;

- доводится химический состав металла до узких заданных содержаний элементов во всем его объеме;

В настоящее время внепечная обработка (ВО) является ключевым звеном современных процессов получения качественной стали. Наиболее широко ВО используется при производстве стали для подшипников, высокопрочных конструкционных марок для нужд судостроения, газонефтяного комплекса (особенно для изделий, работающих в условиях Севера), флокеночувствительной, с особо низким содержанием углерода и неметаллических включений для автомобильной промышленности, электротехники, высокохромистых коррозионных сталей и сплавов.

Основная цель ВО состоит в более быстром и эффективном, чем в сталеплавильной печи, проведении некоторых технологических операций.

Совокупность всех разработанных на сегодняшний день методов внепечной обработки позволяет решать следующие задачи сталеплавильного производства:

1. Существенное повышение чистоты металла, эффективная подготовка металлического расплава к кристаллизации с помощью глубокого комплексного рафинирования от вредных примесей, микролегирования и модифицирования неметаллических включений, точного регулирования химического состава, выравнивания температуры металла и др.

2. Повышение производительности основных сталеплавильных агрегатов.

3. Большая гибкость и мобильность в проведении технологических операций.

4. Энерго- и ресурсосбережение.

По функциональной направленности многочисленные способы ВО можно разделить на четыре основные группы:

1. Методы перемешивания с усреднением температуры и химического состава расплава.

2. Методы введения порошкообразных реагентов, раскислителей и микролегирующих элементов.

3. Вакуумная обработка.

4. Методы комплексной обработки с подогревом на установках ковш – печь.

Методы перемешивания. Перемешивание металла путем продувки аргоном или азотом, а также электромагнитное перемешивание расплава являются простыми, дешевыми и самыми распространенными способами внепечной обработки (рис. 39.)

Продувку металла в ковше инертным газом осуществляют через погруженную фурму (либо фурмы, расположенные тангенциально в нижней части ковша) (рис.39, а), а также через пористые пробки, швы и вставки, установленные в днище ковша (рис.39, б). В первом случае не требуется вводить никаких конструктивных изменений в устройство футеровки ковша, но трудно обеспечить пузырьковый режим перемешивания расплава по всему объему. Это успешно достигается при использовании одной или нескольких пористых пробок из спеченного муллита (70 % Al2O3) или периклаза (95 % MgO), стойкость которых достигает 15 - 20 плавок. Средняя интенсивность подачи газа для продувки 0,01 - 0,05 м 3 /т, продолжительность 5 - 10 мин.

В процессе САS (Composition Adjustment by Sealed Argon) (рис. 39, в) поверхность металла защищена слоем синтетического шлака, а легирование и раскисление проводят в нейтральной атмосфере через выполненный из высокоглиноземистых огнеупоров погружной колпак. Для химического подогрева металла со скоростью 5 – 15 о С/мин во время обработки в расплав вдувают сверху кислород и одновременно вводят алюминиевый порошок (CAS – OB (Oxygen Blowing)- процесс).

По сравнению с продувкой инертным газом электромагнитное перемешивание металла (рис. 39, г) более надежно и безопасно, обладает гибкостью и точностью регулирования режима, но ухудшается интенсивность массообмена металлической и шлаковой фаз и невозможно удалить растворенный в металле водород с пузырьками аргона.

Процесс пульсационного перемешивание РМ (Pulsation Mixing) позволяет более равномерно и интенсивно перемешивать весь объем жидкой стали. Огнеупорный полый цилиндр, соединенный с вакуумным насосом и газопроводом погружается в ковш с жидкой сталью (рис. 39, д). Давление в цикле вакуумирования, когда металл поднимается в цилиндр 50 кПа, а в цикле вытекания 150 кПа. Время обработки составляет 15 мин.

Сущность технологии состоит во вдувании в ковш, заполненный металлом (накрытом крышкой или без крышки, сбоку, снизу и т.д.), различных смесей в струе газа. В качестве порошков используются различные смеси: CaSi + CaO + CaF2, CaO + CaF2, Mg + CaO + CaF2, карбидов Са и Мg в гранулированном виде и др. Время вдувания порошка составляет 15 мин., затем металл перемешивается аргоном в течение 10 мин.

Вакуумная обработка. Металлургическая продукция для изделий ответственного назначения, не прошедшая вакуумирование на стадии производства, в современных условиях пользуется на рынке все меньшим спросом. Рост объемов вакуумированной стали значителен и по прогнозам на 2010 г. около 27 % всей выплавляемой стали должно обрабатываться в вакууме.

Существующие методы вакуумирования делятся на три группы (рис. 41):

1) струйное вакуумирование при выпуске металла из сталеплавильного агрегата в ковш, при переливе из ковша в ковш, при разливе в изложницу или на МНРС (рис. 41, а);

2) вакуумирование в ковше с электромагнитным перемешиванием или продувкой инертным газом (рис. 41, б);

3) вакуумирование отдельных порций металла вне ковша в вакуум-камере (рис. 41, в, г).

Вакуумирование стали при выпуске из печи и при переливе из ковша в ковш не получило широкого распространения из-за технических сложностей и большой потери температуры жидким металлом (до 40 – 90 о С). Струйное вакуумирование применяют, в основном, при отливке в изложницы крупных слитков массой до 500 т и более для ответственных поковок коленчатых и гребных валов судов, роторов турбин, генераторов, прокатных валков.

Вакуумирование стали в ковше, помещенном в специальную вакуумную камеру или закрытом герметичной крышкой, является наиболее простым способом вакуумной обработки жидкого металла. Двумя основными способами вакуумирования отдельных порций металла в вакуум-камере вне ковша являются разработанные в ФРГ: порционное вакуумирование и циркулярное вакуумирование. В России установка циркуляционного вакуумирования успешно работает на Ижевском металлургическом и других заводах. Преимущества этих методов следующие:

- простота конструкций и их технического обслуживания;

- технологическая гибкость проводимых операций;

- малые потери тепла;

- возможности физического и химического подогрева металла.

Комплексная обработка стали. Комбинированные способы ВО осуществляют в агрегатах ковш – печь, позволяющих при необходимости выдерживать металл в ковше с заданной температурой перед разливкой длительное время.

Большое распространение получает новое поколение агрегатов ковш – печь, конструкция которых обеспечивает проведение процессов обработки практически всех марок сталей в оптимальном режиме. Такие агрегаты за рубежом получили название LF (Ladle – Furnace), а у нас в стране АКОС (агрегат комплексной обработки стали). Они включают систему точного легирования и корректировки состава, устройства для вдувания порошков и введения проволоки, отбора проб, контроля температуры расплава в пределах ± 2 о С, эффективную очистку отходящих газов.

Установки ковш – печь потребляют 20 - 30 кВт . ч/т электроэнергии и 0,2 -0,35 кг/т электродов; скорость нагрева металла 2 – 5 о С/мин; время обработки 25 - 40 мин. Стоимость таких установок составляет 6 - 13 млн. долларов из-за высокой степени автоматизации, но себестоимость стали, прошедшей такую комплексную обработку, может снижаться за счет повышения производительности сталеплавильных печей, снижения энергетических затрат, повышения качества и расширения сортамента металлопродукции.

Ниже приведены технико-экономические показатели применения установок внепечной обработки:

Повышение производительности мощных ДСП, % 20 - 30
Сокращение брака по неметаллическим включениям и несплошностям, % 30 - 50
Сокращение брака по химическому составу, % 50 - 70
Сокращение расхода ферросплавов, кг/т:
ферросилиция 3 - 4
ферромарганца 2 - 3
феррохрома 5 - 25
ферротитана 8 - 10
Увеличение усвоения легирующих элементов и раскислителей (среднее/максимальное), %
Углерода 30/50
Алюминия 30/40
Кремния 10/20
Титана 20/50
Удаление вредных примесей до уровня менее (среднее/минимальное),%:
Кислорода 25/10
водорода 1,5/1
серы 50/5
фосфора 35/5
Сокращение расхода электродов, кг/т 3 - 4
Сокрашение электроэнергии, % 5 10
Стабилизация пределов отклонения температуры разливки на МНРС (среднее/минимальное), о С ± 5 / ± 2

В России используют все указанные выше способы внепечной обработки, но в меньшем, чем в промышленно развитых странах, объеме. Помимо ограниченных инвестиций ситуация осложняется затруднениями в установке агрегатов в старых цехах, а также отсутствием специализированной базы для их изготовления.

Обработка металла вне печи направлена на снижение в нем концентрации вредных приме¬сей, загрязненности неметаллическими включе¬ниями (НВ), улучшение механических и специ¬альных свойств
Основной целью вторичной металлургии является проведение определенных технологических операций эффективнее и быстрее в сравнении с решением тех же задач в стандартных сталеплавильных агрегатах.

Прикрепленные файлы: 1 файл

vnepechnaya.docx

Внепечная обработка стали

Обработка металла вне печи направлена на снижение в нем концентрации вредных примесей, загрязненности неметаллическими включениями (НВ), улучшение механических и специальных свойств

Основной целью вторичной металлургии является проведение определенных технологических операций эффективнее и быстрее в сравнении с решением тех же задач в стандартных сталеплавильных агрегатах.

Методы внепечной обработки стали могут быть условно разделены на простые (обработка одним способом) и комбинированные(обработка металла несколькими способами одновременно). К простым методам относятся:

1) обработка металла вакуумом; Способы обработки вакуумом, предназначены для снижения содержания газов в металле. В настоящее время получили распространение способы ковшового, порционного, циркуляционного, и струйного вакуумирования.

При ковшовом ваккумировании разливочный ковш с жидкой сталью устанавливается в вакуумную камеру, в которой создается разрежение, способствующее удалению газов из расплава. Для интенсивности процесса снижения газа во время вакуумирования, металл продувают аргоном через пористую пробку, установленную в днище ковша.

Ковш со сталью помешают в вакуумную камеру, организуют перемешивание металла инертным газом, раскислители вводят в ковш из бункера, также находящегося в вакуумной камере. Этот метод часто называют ковшевым вакуумированием.

Сталь вакуумируют при переливе из ковша в ковш или из ковша в изложницу, т.е. обработке вакуумом подвергается струя металла (метод называют струйным вакуумированием).

Сталь под воздействием ферростатического давления засасывается примерно на 1,48 м в вакуумную камеру, которую через определенные промежутки времени поднимают, но так, чтобы конец патрубка все время оставался опущенным в сталь в ковше. Сталь из камеры сливается по патрубку в ковш, затем камеру опускают и под действием разрежения в нее засасывается очередная порция металла (метод называют порционным вакуумированием стали).

Два патрубка вакуумной камеры погружают в сталь; при вакуумировании порция металла засасывается в вакуумную камеру (рис. 2 правая схема). В один из патрубков начинают подавать инертный газ, в результате чего сталь в этом патрубке направляется вверх, в вакуум-камеру, а по другому - стекает вниз, в ковш. Происходит циркуляция металла через вакуум-камеру. Способ этот называют циркуляционным вакуумированием стали

2) продувка инертным газом;

3) обработка металла синтетическим шлаком, жидкими и твёрдыми шлаковыми смесями;

Падая с большой высоты в ковш, сталь энергично премешивается с лигатурой и высокоосновным, раскисленным шлаком, происходит раскисление, легирование и десульфурация стали, вследствии чего повышается качество металлпродукции и металлопроката (труба стальная бесшовная, металлоконструкции, арматура строительная, квадрат стальной, балка двутавровая или двутавр).

4) введение реагентов в глубь металла.

многие порошкообразные материалы взрывоопасны, поэтому при их использовании необходимо применение особых мер предосторожности. По этой причине для подачи в расплав высокоактивных порошков в настоящее время применяют либо специальные пневматические устройства, "выстреливающие" в металл капсулы в виде цилиндров массой до 0,8 кг, изготовленные из соответствующих материалов, либо начиненную ими стальную проволоку. Для ввода проволоки в расплав с расчетной скоростью разработаны трайб-аппараты, снабженные подающими роликами, вращаемыми электромеханическим или пневматическим приводо

Лучшие результаты воздействия на качество металла достигаются при использовании комбинированных способов, когда в одном или нескольких последовательно расположенных агрегатах осуществляется ряд операций. Выбор необходимого оборудования определяется той или иной технологией обработки металла.

Внепечная обработка металла комбинированными метод ами может производиться:

а) в обычном сталеразливочном ковше с футеровкой из шамота и с вертикальным стопором;

б) в сталеразливочном ковше с футеровкой из основных высокоогнеупорных материалов и стопором шиберного типа;

в) в сталеразливочном ковше, снабжённом крышкой;

г) в сталеразливочном ковше, оборудованном для вдувания газа или газопорошковой струи снизу через смонтированные в днище устройства;

д) в установке ковш-печь с крышкой (сводом), через которую опущены электроды, нагревающие металл в процессе его обработки;

е) в агрегате типа конвертера с продувкой металла кислородом, аргоном;

ж) в агрегате типа конвертера, снабжённом оборудованием для вакуумирования расплава и т. д.

В процессе внепечной обработки стали происходит охлаждение металла, что, естественно, ограничивает продолжительность обработки.

В мировой практике получает всё большее распространение процесс, названный процессом ковш-печь. Процесс включает в себя перемешивание путём продувки металла аргоном в ковше, дуговой подогрев и обработку металла синтетическим шлаком в процессе его перемешивания аргоном. Процесс обеспечивает не только получение металла заданного химического состава и температуры, но и снижение количества неметаллических включений в результате удаления серы и кислорода. Такой агрегат может быть установлен в любом сталеплавильном цехе.

Первоначально все процессы по доводке стали до нужного химического состава (операции легирования, раскисления, рафинирования, модифицирования) и температуры выполняли непосредственно в сталеплавильном агрегате. Это приводило к увеличению времени плавки (соответственно снижению производительности агрегата) и большому угару легирующих элементов (которые могут быть очень дорогими). Постепенно вышеуказанные операции стали переносить в сталеразливочный ковш и специальные агрегаты.

Данные процессы получили название внепечной обработки стали или ковшевой металлургии.

Внепечная обработка стали начала активно применяться с 60-х годов ХХ века, главным образом для повышения производительности дуговых сталеплавильных печей и конвертеров, позволяя вынести часть процессов рафинирования из этих агрегатов в ковш.

Однако уже начало внедрения современных процессов внепечной обработки показало, что они позволяют не только существенно улучшить качество стали (механические свойства, коррозионную стойкость, электротехнические показатели и др.), но и получить сталь с принципиально новыми свойствами.

Подвергать внепечной обработке можно сталь, выплавленную любым способом. Таким образом, внепечная обработка стали позволяет:

  • увеличить производительность основного сталеплавильного агрегата за счет выноса операций раскисления, рафинирования и легирования в агрегат внепечной обработки;
  • повысить качество металла за счет удаления вредных газовых примесей и неметаллических включений;
  • повысить эффективность процессов раскисления и десульфурации;
  • обеспечить более точное соблюдение химического состава металла;
  • получать металл с принципиально новыми свойствами;
  • обеспечить необходимую температуру металла перед разливкой;
  • уменьшить угар дорогих легирующих элементов.

Металлургические процессы, обеспечивающие получение указанных результатов, протекают эффективнее при внепечной обработке, чем в сталеплавильных печах благодаря ряду особенностей:

  • создание наиболее благоприятных термодинамических условий для развития данного процесса, в частности наводка шлака, обеспечивающего более глубокую десульфурацию;
  • увеличение скорости взаимодействия с газовой фазой или шлаком вследствие дробления металла на порции (капли) с развитой контактной поверхностью;
  • повышение интенсивности массопереноса в металле вследствие его дробления на порции (капли) и, следовательно, увеличение градиента концентраций растворённых в нём элементов.

Методы внепечной обработки стали могут быть условно разделены на простые (обработка одним способом) и комбинированные (обработка металла несколькими способами одновременно). К простым методам относятся:

  1. обработка металла вакуумом;
  2. продувка инертным газом;
  3. обработка металла синтетическим шлаком, жидкими и твёрдыми шлаковыми смесями;
  4. введение реагентов вглубь металла.

Основными недостатками перечисленных простых способов обработки металла являются: необходимость перегрева жидкого металла в плавильном агрегате для компенсации падения температуры металла при обработке в ковше и ограниченность воздействия на металл.

Лучшие результаты воздействия на качество металла достигаются при использовании комбинированных или комплексных способов, когда в одном или нескольких последовательно расположенных агрегатах осуществляется ряд операций. Выбор необходимого оборудования определяется той или иной технологией обработки металла.

Внепечная обработка металла комбинированными методами может производиться:

  • в обычном сталеразливочном ковше;
  • в сталеразливочном ковше, оборудованном для вдувания газа или газопорошковой струи снизу через смонтированные в днище устройства;
  • в установке ковш-печь с крышкой (сводом), через которую опущены электроды, нагревающие металл в процессе его обработки;
  • в агрегате типа конвертера с продувкой металла кислородом, аргоном;
  • в агрегате типа конвертера, снабжённом оборудованием для вакуумирования расплава и т. д.

Рассмотрим различные способы внепечной обработки стали в отдельности.

Продувка стали инертным газом в ковше

Продувку металла инертным газом осуществляют или отдельно в сталеразливочном ковше или применяют как операцию, сопутствующую другим процессам. В качестве инертного газа используют в основном аргон, реже азот. При продувке массу металла пронизывают тысячи пузырей инертного газа, каждый из которых представляет собой миниатюрную вакуумную камеру, поскольку парциальные давления водорода и азота в таком пузыре равны нулю. Внутрь таких пузырей вовлекаются вредные газовые примеси, а к их поверхности прилипают неметаллические включения, которые выносятся на поверхность металла. Также при продувке инертным газом происходит интенсивное перемешивание металла и усреднение его состава. Если требуется понизить содержание углерода в металле, то к инертному газу можно добавить кислород.

Продувка инертным газом сопровождается снижением температуры металла (газ нагревается и интенсивно уносит тепло), поэтому продувку инертным газом часто используют для регулирования температуры металла в ковше.

Продувку металла осуществляют путем ввода инертного газа различными способами в нижнюю часть ковша (рис. 58).

Способы продувки металла в ковше

Рис. 58. Способы продувки металла в ковше: а – через погружаемую фурму; б – через пористый блок; в – через пористые швы в днище; г – через шиберный затвор; д – через боковую стенку ковша; е – способ SAB

Расход инертного газа поддерживают в пределах 0,5…2,5 м 3 /т в зависимости от необходимой степени обработки. Совмещение продувки инертным газом с выдержкой в условиях разрежения (вакуумированием) позволяет уменьшить расход инертного газа. Применение синтетического шлака при продувке инертным газом способствует более эффективному удалению из металла вредных примесей и неметаллических включений.

Обработка синтетическими шлаками

Для интенсификации и повышения полноты перехода в шлак серы, фосфора и кислорода применяют перемешивание металла с жидким синтетическим шлаком (рис. 59).

Технологическая схема обработки стали жидкими синтетическими шлаками

Рис. 59. Технологическая схема обработки стали жидкими синтетическими шлаками: 1 – дуговая электропечь для выплавки синтетического шлака; 2 – заливка синтетического шлака в сталеразливочный ковш; 3 – выпуск стали

Для снижения содержания серы в металле и его раскисления применяют известково-глиноземистый шлак, для дефосфорации – известково-железистый, а для снижения содержания кислорода и оксидных включений – кислый.

Обработку ведут в ковше во время выпуска металла из сталеплавильного агрегата, одновременно из шлакового ковша подавая струю жидкого шлака на струю жидкой стали. Синтетический шлак предварительно выплавляют и нагревают до температуры ~1600 °С в электродуговой печи и перед обработкой металла выпускают в шлаковый ковш.

Расход синтетического шлака не превышает 6 % от массы металла. Такое количество шлака позволяет стабилизировать его состав и свойства и поддерживать их постоянными от плавки к плавке. Продолжительность обработки стали синтетическим шлаком ограничивается лишь длительностью выпуска металла из агрегата в ковш.

Возможно и совмещение обработки синтетическим шлаком с продувкой инертным газом или вакуумированием.

В настоящее время непрерывный ввод различных веществ (углерода, раскислителей, модификаторов) проводят с применением порошковой проволоки, имеющей в своем сечении круг или прямоугольник, стальная оболочка которой обычно завальцована. Такая проволока большой длины поставляется в катушках на металлической или деревянной раме.

Одним из энергосберегающих способов при обработке стали на печи ковш является подача аргона через полые электроды. Данная технология позволяет сократить расход электроэнергии и угар электродов.

Обработка стали вакуумом

Вакуумирование металла осуществляют основным образом в сталеразливочном ковше. Лучшие результаты при этом получаются при вакуумировании нераскисленного металла. За счет создания разрежения над поверхностью металла происходит интенсивное выделение пузырьков растворенных в нем газов – водорода, азота и монооксида углерода. Также к поверхности этих пузырьков прилипают неметаллические включения, которые выводятся на поверхность и переходят в шлак. Кроме того, растворенный в металле кислород взаимодействует с углеродом, поэтому этот процесс используют и для получения безуглеродистых коррозионностойких сталей. После интенсивной дегазации в металл сверху из помещенного в вакуумной камере бункера вводят раскислители и легирующие добавки.

Различают две разновидности процесса:

  • VD (Vacuum Degassing) – вакуумная дегазация металла;
  • VOD (Vacuum Oxygen Decarburization) – вакуумно-кислородное обезуглероживание, при котором для удаления углерода из металла используют и продувку кислородом.

Однако в последнее время все большее распространение получают комбинированные агрегаты, сочетающие в себе обе разновидности.

Схемы ваккуумирования стали

Рис. 61. Схемы ваккуумирования стали: а) камерное ваккуумирование; б) обезуглероживание стали; в) струйное вакуумирование; г) циркуляционное вакуумирование; д) порционное вакуумирование

В настоящее время наиболее распространенными способами обработки металла вакуумом в ковше являются:

  1. помещение ковша с металлом в вакуумную камеру, последующее перемешивание металла инертным газом и ввод раскислителей из бункера, данный метод часто называют “ковшовым вакуумированием” (рис. 61, а), аналогичным образом происходит и обезуглероживание металла (рис. 61, б);
  2. вакуумирование при переливе из ковша в ковш или из ковша в изложницу. Поскольку обработке вакуумом подвергается “струя” металла, данный метод иногда называют “струйным вакуумированием” или “вакуумированием струи” (рис. 61, в);
  3. циркуляционное вакуумирование, когда металл под действием вакуума всасывается в специальную камеру, где и происходит удаление вредных примесей (рис. 61, г);
  4. порционное вакуумирование, при котором металла закачивается в камеру вакуумирования отдельными порциями (рис. 61, д).

Импульсно-динамическое устройство

Одним из недавно предложенных является способ внепечной обработки стали в ковше с применением импульсно-динамического устройства (ИДУ). Это устройство благодаря своей простоте существенно дешевле, чем установка печь-ковш и может выполнять ее основные функции.

Импульсно-динамическое устройство (рис. 62), представляет собой кассету (картридж), заполненную материалами, необходимыми для обработки стали в ковше. Материалы располагаются в кассете в необходимом порядке в секторах и разделены плавящимися перегородками сегментах.

Схема импульсно-динамического устройства

Рис. 62. Схема импульсно-динамического устройства:1 – стальной стержень; 2 – футеровочные термостойкие втулки; 3 – горизонтальные стенки; 4 – составная обечайка; 5 – кольцевые элементы из реагентов; 6 – перегородки; 7 – слой магния; 8 – направляющие элементы; 9 – тепловой экран; 10 – алюминиевые пластины; 11 – опора; 12, 13 – защитный кожух; 14 – сталеразливочный ковш; 15 – расплав

С помощью импульсно-динамического устройства возможно выполнять операции раскисления, легирования, рафинирования, модифицирования, дегазации, удаление шлака, усреднение химического состава и температуры.

Перемешивание металла в ковше осуществляется за счет использования реактивной энергии струйных течений, получаемых при помощи струйно-вихревых смесителей (рис. 63), работающих на основе испарения активной составляющей (Mg или Ca) и экзотермических реакций окисления примесей, что позволяет рассчитывать на эффективное перемешивание при рафинировании стали. Время обработки при помощи этого устройства не превышает 10 мин.

Схема расположения элементов в кассете ИДУ

Рис. 63. Схема расположения элементов в кассете ИДУ

Устройство вводится в ковш с металлом при помощи подъемного механизма и экранного модуля. Во время обработки производятся попеременные подъем и опускание ИДУ с целью дополнительного перемешивания металла в ковше.

Источник: Скляр В. О. Инновационные и ресурсосберегающие технологии в металлургии. Учебное пособие. – Донецк.: ДонНТУ, 2014. – 224 с.

Читайте также: