Современные процессы рафинирования стали
  9.3.2 Технология рафинирования высоколегированного полупродукта продувкой кислородом в вакууме

Для рафинирования на установках VOD рекомендуют использовать полупродукт, содержащий 0,5 – 1,0% С и около 0,1% Si. Концентрация хрома должна приближаться к верхнему пределу, предусмотренному маркой выплавляемой стали, никеля и молибдена – к нижнему пределу. При производстве стали ферритного класса полупродукт должен содержать 0,3% Mn, аустенитного – 1%. При вакуумном рафинировании потери марганца испарением составляют около 20%.

Выплавка полупродукта в электропечах сопровождается частичным окислением хрома. Поэтому перед выпуском из электропечи на шлак присаживают FeSi. При температуре 1660оС печной шлак вместе с металлом выпускают в ковш. Интенсивное перемешивание в ковше во время выпуска плавки способствует восстановлению хрома. По окончанию выпуска шлак, содержащий, % мас.: 45 – 50 CaO; 15 – 18 SiO2; = 20 Al2O3; = 5 Cr2O3; = 4 MgO; = 6 (FeO + MnO), скачивают из ковша. После скачивания шлака отбирают пробу металла для химического анализа, проводят замер температуры и загружают в ковш известь. Температура полупродукта, поступающего на установки VOD, должна составлять около 1600оС.

Последовательность технологических операций в процессе VOD рассмотрим на примере получения аустенитной стали с содержанием углерода 0,03% из 100 т полупродукта с исходным содержанием углерода 0,5%. Установка оборудована водоохлаждаемым брызгозащитным экраном, подвешенным под крышкой вакуумной камеры.

После доставки на установку VOD ковш устанавливают на стенд внутри вакуумной камеры. Подключают ковш к трубопроводу подачи аргона и при расходе газа 10 нм3/ч визуально контролируют наличие продувки. Укладывают рукава с огнеупорной массой поверх цапф и на верхний край ковша. Подвозят и опускают крышку вакуумной камеры, опускают брызгозащитный экран. При необходимости корректировки химического состава металла в ковш вводят ферросплавы, увеличивая расход аргона до 20 нм3/ч. Суммарная продолжительность этих операций составляет 10 минут.

При расходе аргона 10 нм3/ч начинают откачку вакуумной камеры. После понижения давления до 33 кПа опускают кислородную фурму и, установив ее на высоте 1,4 м над поверхностью металла, начинают подачу кислорода. Одновременно с продувкой продолжают откачку вакуумной камеры, постепенно увеличивая расход кислорода до 1700 нм3/ч. По ходу продувки происходит окисление кремния и начинает окисляться углерод. В результате образования СО и СО2 давление в камере увеличивается.

В процессе продувки контролируют давление в вакуумной камере, расходы кислорода и аргона, состав и температуру отходящих газов. На основании данных о расходе кислорода и составе отходящих газов компьютер рассчитывает скорость окисления углерода, текущую концентрацию его в металле и время окончания продувки.

В заключительном периоде продувки давление в камере начинает понижаться. При содержании углерода 0,05 – 0,07% продувку прекращают и поднимают кислородную фурму. Время от начала откачки вакуумной камеры до прекращения продувки составляет 50 минут.

После прекращение подачи кислорода в течение 15 минут проводят заключительный период обезуглероживания, в ходе которого концентрация углерода понижается в результате взаимодействия с растворенным в металле кислородом. Для этого расход аргона увеличивают до 20 нм3/ч и продолжают откачку вакуумной камеры, понижая давление до 130 Па.

После продувки кислородом ковшевой шлак содержит, % мас.: 20 – 25 CaO; 10 – 15 SiO2; 15 Al2O3; 25 – 35 Cr2O3; 8 – 10 MgO; 11 (FeO + MnO). С целью восстановления хрома и получения подвижного высокоосновного шлака в ковш загружают FeSi, известь и плавиковый шпат, увеличивая расход аргона до 40 нм3/ч. После восстановления хрома ковшевой шлак имеет состав, % мас.: 48 CaO; 15 – 25 SiO2; 15 – 25 Al2O3; 3 Cr2O3; 7 MgO; 2 (FeO + MnO). При перемешивании с этим шлаком концентрация серы в металле понижается с 0,020 – 0,035 до 0,003 – 0,009 %. Через 20 минут после ввода шлакообразующих камеру заполняют воздухом.

После заполнения камеры проводят отбор пробы металла для химического анализа и замер температуры. Если металл перегрет, во время ожидания результатов анализа в ковш может быть добавлен мелкий легированный лом. После получения данных о химическом составе металла вводят корректирующие присадки ферросплавов и проводят гомогенизацию расплава при расходе аргона 30 нм3/ч. Суммарная продолжительность этих операций составляет 20 минут.

Поднимают брызгозащитный экран, поднимают и убирают вакуумную крышку. Убирают рукава с огнеупорной массой с цапф ковша, поднимают ковш и отсоединяют трубопровод подачи аргона.

Сведения о содержании углерода в аустенитной стали с 18% Cr и 10% Ni, полученной процессом VODОбщее время пребывания ковша на установке VOD составляет 123 минуты. Его можно сократить на 20 минут, если после восстановления шлака, десульфурации и заполнения камеры воздухом корректировку химического состава и температуры металла проводить на УДМ. При использовании футерованного брызгозащитного экрана время пребывания ковша на установке VOD увеличивается на 13 минут, которые требуются для установки экрана на ковш и снятия его при помощи крана.

Содержание углерода в аустенитной нержавеющей стали с 18% Cr и 10% Ni не должно превышать 300 ppm. Производство ее описанным выше способом из полупродукта с исходным содержанием углерода 0,5 – 0,7% позволяет получать сталь с содержанием углерода 25 – 175 ppm (рисунок 9.7).

Рисунок 9.7 – Сведения о содержании углерода в аустенитной стали с 18% Cr и 10% Ni, полученной процессом VOD

На производство 1 т стали в процессе VOD расходуется 13 нм3 кислорода, 25 кг извести, 5 кг плавикового шпата, 12 кг FeSi (с учетом получения в металле 0,2% Si), 0,3 нм3 аргона.

  9.3.2 Технология рафинирования высоколегированного полупродукта продувкой кислородом в вакууме
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ