Современные процессы рафинирования стали
  7.2 Технология обработки металла в камерных вакууматорах без использования кислорода

Обычно нераскисленный металл выпускают в хорошо прогретый ковш с основной футеровкой. Во время выпуска проводятся мероприятия, направленные на предотвращение попадания в ковш печного шлака, и присадка шлакообразующих. Если вакуумная обработка выполняется с целью дегазации и корректировки химического состава стали, по ходу выпуска в ковш вводят раскислители и легирующие. Если главной задачей вакуумирования является обезуглероживание расплава, присадка ферросплавов в ковш по ходу выпуска не проводится.

При обработке металла на установках VD с подвижной крышкой основные технологические операции выполняются в следующей последовательности.

Ковш транспортируют к вакууматору и устанавливают на стенд внутри вакуумной камеры. Подключают систему подачи аргона. После начала продувки визуально контролируют нормальную работу пористых пробок. Одновременно контролируют высоту свободного борта ковша и отбирают пробу металла для химического анализа.

Устанавливают транспортирующую крышку тележку над вакуумной камерой, накрывают камеру крышкой и поочередно включают вакуумные насосы.

Во время откачки камеры металл начинает кипеть. При обработке конструкционной и подшипниковой стали в нераскисленном состоянии кипение металла начинается при понижении давления до 80 – 65 кПа, при дальнейшей откачке интенсивность кипения постепенно увеличивается. Наиболее интенсивное кипение наблюдается при давлении 4 – 1,5 кПа, после чего интенсивность кипения постепенно уменьшается. При вакуумировании частично раскисленного металла (0,15% Si и 0,005% Al) заметное кипение начинается только при достижении давления 30 кПа, а при давлении 15 кПа кипение начинает затухать.

Имеются также сообщения о том, что и при вакуумировании раскисленной алюминием стали может иметь место вспенивание шлака в результате взаимодействия оксидов железа в шлаке с растворенным в металле углеродом (подшлаковое кипение).

Поэтому во время откачки через гляделку вакуумной камеры следят за поведением металла и шлака в ковше. Скорость откачки регулируют в зависимости от интенсивности кипения. В отдельных случаях, чтобы предотвратить чрезмерное вспенивание металла и перелив его через край ковша, используют напуск в вакуумную камеру аргона или азота.

Чтобы уменьшить вероятность вспенивания шлака во время откачки камеры при обработке раскисленной алюминием стали рекомендуют следующие мероприятия: вдувание аргона расходом 0,2 – 0,5 нл/(т•мин), быстрая откачка, добавки извести для загущения шлака.

При давлении в камере менее 300 Па расход аргона постепенно увеличивают для эффективной дегазации.

Продолжительность дегазации зависит от времени, необходимого для понижения содержания водорода, азота и углерода до требуемого уровня. В заключительной части обработки на основании данных химического анализа ранее отобранной пробы корректируют состав металла присадкой раскислителей и легирующих, после чего проводят гомогенизацию металла.

Когда обработка закончена, поочередно отключают эжекторы и заполняют камеру воздухом до атмосферного давления. Затем отключают подачу аргона и, если требуется, через отверстие в крышке вводят в сталь кальцийсодержащую порошковую проволоку. Проводят отбор пробы металла для химического анализа и замер температуры. Поднимают крышку вакуумной камеры и перемещают тележку в нерабочее положение. Ковш извлекают из камеры и отправляют на разливку.

Если главной задачей обработки является удаление водорода, обработку рекомендуют вести под шлаком повышенной вязкости, который при продувке металла аргоном оттесняется к стенкам ковша. Открытая поверхность металла должна составлять около 70% площади сечения ковша. Сообщается, что при давлении в камере в момент окончания обработки 100 Па в течение 9 – 10 минут от начала откачки содержание водорода в металле может быть понижено в среднем от 6,7 ppm до 1,5 – 2,0 ppm.

При наличии в ковше высокоосновного шлака содержание серы в металле в процессе VD может быть понижено от 0,010 – 0,020 до 0,001 – 0,005%. Эффективному использованию десульфурирующей способности шлака способствует высокая интенсивность перемешивания его с металлом при продувке аргоном в вакууме. Однако, высокая степень десульфурации металла достигается только при низкой окисленности шлака. В качестве примера на рисунке 7.2 показана зависимость степени десульфурации раскисленной алюминием низколегированной стали от суммарного содержания в шлаке FeO, MnO и Cr2O3.

Зависимость степени десульфурации стали в процессе VD от содержания оксидов в шлаке

Рисунок 7.2 – Зависимость степени десульфурации стали в процессе VD от содержания оксидов в шлаке

Обязательным условием эффективного удаления азота при вакуумировании является низкое содержание в металле серы и кислорода, которые, являясь поверхностно-активными веществами, уменьшают скорость массопередачи азота через границу раздела фаз. В качестве примера, подтверждающего это положение, на рисунке 7.3 показана зависимость концентрации азота в раскисленной алюминием низколегированной стали от общего содержания кислорода после вакуумирования в 100-т ковше.

Влияние содержания кислорода на концентрацию азота в стали после вакуумирования

Рисунок 7.3 – Влияние содержания кислорода на концентрацию азота в стали после вакуумирования

На рисунке 7.4 приведены сведения о влиянии содержания серы в стали на эффективность удаления азота в процессе VD в ковшах разной вместимости при различной интенсивности продувки металла аргоном.

Влияние содержания серы в стали на эффективность удаления азота при вакуумировании в ковшах разной вместимости

Рисунок 7.4 – Влияние содержания серы в стали на эффективность удаления азота при вакуумировании в ковшах разной вместимости: 1 – 70-т ковш, 2 нл Ar/(т•мин); 2 – 100-т ковш, 7 нл Ar/(т•мин); 3 – 240-т ковш, 12 нл Ar/(т•мин)

Из рисунка видно, что содержание азота менее 0,004% может быть получено при концентрации серы в стали менее 0,004% и интенсивной продувке металла аргоном.

При использовании процесса VD для обезуглероживания металла в 220 – 260-т ковшах высота свободного борта ковша обычно составляет 0,7 – 1,2 м, расход аргона – 400 – 2400 нл/мин. В этих условиях при исходной концентрации углерода около 300 ppm вакуумирование продолжительностью 15 – 25 мин. позволяет понизить содержание его в металле до 20 – 30 ppm. Наиболее высокие скорости обезуглероживания металла наблюдаются при интенсивной продувке расплава аргоном.

  7.2 Технология обработки металла в камерных вакууматорах без использования кислорода
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ