Лекция 9. Внепечная обработка стали. Способы обработки жидкой стали вакуумом, инертными газами. Аргонокислородная продувка. Обработка синтетическими шлаками, порошковыми материалами.

План лекции:

1. Внепечная обработка металлов и сплавов

2. Обработка металлов вакуумом

3. Обработка металлов вакуумом и кислородом

4. Продувка металлов инертными газами

5. Аргоно-кислородная продувка

6. Обработка металла синтетическим шлаком

7.Продувка металла порошкообразными материалами

Внепечная обработка металлов и сплавов

Проведение технологических операций вне плавильного агрегата называ­ют вторичной металлургией (ковшевой металлургией, внеагрегатной обработкой, внепечной обработкой, ковшевым рафи­нированием). Основную цель вторичной металлургии можно сформулировать как осуществление ряда технологических операций быстрее и эффективнее по сравнению с решением аналогичных задач в обычных сталеплавильных агрегатах. Современные методы внепечной обработки позволяют получать сталь с очень малым (" ультранизким" ) содержанием углерода (< 0, 003 %) и азота (< 0, 003 %). В результате стало возможным появление нового класса сталей — так называемых IF-сталей (от англ. Interstitial FreeSteels). Ввод в состав этих сталей небольших количеств карбидо- и нитридообразующих элементов (таких как титан, ниобий, бор)позволяет полностью исключить наличие свободных атомов внедрения — углерода и азота — в кристаллической решетки при любых условиях охлаждения после прокатки и термической обработки и существенно повышает пластические свойства, деформируемость и штампуемость сталей.

Методы внепечной обработки могут быть условно разделены на простые (обработка металла 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 в ковше; 4) введение реаген­тов в глубь металла; 5) продувка порошкообразными мате­риалами.

Наилучшие результаты воздействия на качество металла достигаются при использовании комбинированных способов, когда в одном или нескольких, последовательно расположенных агрегатах, осуществляется ряд операций.

Несмотря на многоплановость задач, стоящих при решении проблемы повышения качества металла методами вторичной металлургии, используемые при этом технологи­ческие приемы сводятся к интенсификации следующих процессов:

1. Взаимодействия металла с жидким шлаком или твердыми шлакообразующими материалами (интенсивное перемешивание специальной мешалкой, продувкой газом, вдуванием твердых шлакообразующих материалов непосредственно в массу метал­ла, электромагнитное перемешивание и т.п.).

2. Газовыделения (обработка металла вакуумом или про­дувка инертным газом).

3. Взаимодействия с вводимыми в ванну материалами для раскисления и легирования (подбор комплексных раскисли­телей оптимального состава; введение реагентов в глубь металла в виде порошков, блоков, специальной проволоки; с использованием патронов, выстреливаемых в глубь металла; искусственное перемешивание для улучшения условий удале­иия продуктов раскисления; организация тем или иным способом перемешиивания ванны, интенсификация про­цессов массопереноса — обязательное условие эффективности процесса).

 

Обработка металлов вакуумом

Обработка металла вакуумом влияет, как известно, на про­текание тех реакций и процессов, в которых принимает участие газовая фаза.

Газовая фаза образуется, в частности, при протекании реакции окисления углерода (образование СО), при протека­нии процессов выделения растворенных в металле водорода и азота, а также процессов испарения примесей цветных ме­таллов.

В стали практически всегда содержится определенное ко­личество углерода. Равновесие реакции [С] + [О] = СО_газ,

при обработке вакуумом сдвигается впра­во, кислород реагирует с углеродом, образуя окись углеро­да. В тех случаях, когда кислород в металле находится в составе оксидных неметаллических включений, снижение дав­ления над расплавом приводит в результате взаимодействия с углеродом к частичному или полному разрушению этих включений:

(МеО) + [С] = Ме+ СО_газ; К= ;

Более слабые включения, такие например, как МnО или Сr₂О₃, восстанавливаются почти нацело; для восстановления более прочных включений, таких, например, как А1₂О₃ или ТiO₂, требуется очень глубокий вакуум. Снижение концент­рации кислорода в металле (" окисленности" металла) при обработке вакуумом за счет реакции окислениия углерода получило название " углеродное раскисление".

Обработка металла вакуумом влияет и на содержание в стали водорода и азота. Выше было сказано, что содержание водорода в металле определяется при прочих равных усло­виях давлением водорода в газовой фазе. При снижении давления над расплавом равновесие реакции 2[Н]=Н_2газ сдвигается вправо. Водород в жидкой стали отличается большой подвижностью, коэффициент диффузии его достаточно велик (D_H = 1, 2-5-1, 5 * 10^-3 см/с), и в резуль­тате вакуумирования значительная часть содержащегося в металле водорода быстро удаляется из металла. Равновесие реакции 2[N] =N_2гaз при снижении давле­ния также сдвигается вправо, однако азот в металле менее подвижен, коэффициент диффузии его в жидком железе на по­рядок меньше, чем водорода [D= (1-4) * 10^-4 см/с], в результате интенсивность очищения расплава от азота под вакуумом значительно ниже, чем от водорода. Требуются бо­лее глубокий вакуум и продолжительная выдержка, чтобы достигнуть заметного очищения металла от азота. Процесс очищения металла от водорода и азота под ва­куумом ускоряется одновременно протекающим процессом вы­деления пузырьков оксида углерода. Эти пузырьки интенсивно перемешивают металл и сами являются маленькими " вакуумными камерами", так как в пузырьке, состоящем только из СО, парциальные давления водорода и азота равны нулю.

Кроме того, в тех случаях, когда металл содержит в по­вышенных концентрациях примеси цветных металлов (свинца, сурьмы, олова, цинка и др.), заметная часть их при обра­ботке вакуумом испаряется. Необходимо иметь в виду, что при обработке вакуумом испаряется также и железо и полезные примеси (очень ин­тенсивно, например, испаряется марганец). Однако эти по­тери становятся ощутимыми лишь при очень глубоком вакууме и очень длительной выдержке.

Схема обработки жидкой стали вакуумом была предложена Г.Бессемером. Практическое использование метода внепечного рафинирования для повышения качества металла относится к началу 50-х годов.

В настоящее время в промышленно развитых странах ус­пешно работают сотни установок внепечного вакуумирования различной конструкции. Схемы наиболее распространенных конструкций представлены на рисунке 113. Самым простым спо­собом является способ вакуумирования в ковше (рис. 113).

 

 

Рисунок 113. Различные способы внепечного вакуумирования

В настоящее время наиболее распространены следую­щие способы обработки металла вакуумом в ковше:

1. Ковш с металлом помещают в вакуумную камеру, орга­низуют перемешивание металла инертным газом, раскислители вводят в ковш из бункера, также находящегося в вакуумной камере. Этот метод часто называют ковшевым вакууми-рованием (рис. 114).

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

 

1 — вакуум-крышка; 2 — теп­лозащитный экран; 3 — ста-леразливочный ковш; 4 — вакуум-камера

Рисунок 114. Установка вакуу­мирования стали в ковше:

 

3. Металл под воздействием ферростатического давления засасывается примерно на 1, 48 м (рис. 115) в вакуумнуюкамеру, которую через определенные промежутки времени поднимают, но так, чтобы конец патрубка все время оста­вался опущенным в металл в ковше. Металл из камеры слива­ется по патрубку в ковш, затем камеру опускают и под дей­ствием разрежения в нее засасывается очередная порция металла (метод называют порционным вакуумированием). В некоторых случаях поднимают и опускают не вакуумную каме­ру, а ковш с металлом, а камера остается неподвижной.

4.

Этот способ часто называют также способом DH — по пер­вым буквам предприятия Dortmund-Horder, Германия, где он был осуществлен впервые (рис. 115). Два патрубка вакуумной камеры погружают в металл;

Рисунок 115. Схема процесса порционного вакуумирования (DH-процесс)

Рисунок 116. Схема процесса циркуляционного вакуумирования (RH -процесс)

при вакуумировании порция металла засасывается в вакуум­ную камеру (рис. 116). В один из патрубков начинают по­давать инертный газ, в результате чего металл 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 (или RH-процессом — по первым бук- вам предприятия Ruhrstahl-Heraeus, Германия, где процесс был осуществлен впервые).

Заслуживает особого упоми­нания метод непрерывного (по­точного) вакуумирования при разливке, разработанный в Ли­пецком политехническом инсти­туте под руководством проф. Г.А.Соколова и внедренный на НЛМК. В основу метода положен принцип вакуумной дегазации струи и слоя металла в проточной камере, расположенной между сталеразливочным и промежуточным ковшами (рис.117).

1— сталеразливочный ковш; 2 — вакуумная камера; 3 — промежуточный ковш; 4 — кристаллизатор

 

Рисунок 117. Схема установки поточного вакуумирования

 

Рисунок 118. Метод пульсационного перемешивания металла в ковше (RH -процесс)

Рафинированная сталь поступает в промежуточный ковш по металлопроводу, погруженному под уровень металла. Досто­инствами метода является одновременное решение проблем: 1) вакуумирования в потоке; 2) защиты струи от вторичного взаимодействия с атмосферой; 3) повышение эффективности вакуумирования в результате движения струи через вакууми-рованное пространство, при котором происходит ее раскры­тие и раздробление на капли, а также увеличение поверхно­сти контакта металл—газовая фаза (вакуум). Методы вакуум­ной обработки стали непрерывно совершенствуются, предла­гаются новые решения, позволяющие получать металл высоко­го качества с использованием более простых методов. При­мером может служить разработанный на одном из японских заводов метод, названный методом РМ (PulsationMixing — пульсирующее перемешивание), схема которого показана на рисунке 118. На установке такого типа обрабатывают 100-т плавки конвертерного металла. Сущность метода заключается в переменном включении и выключении подачи аргона и ваку­умного насоса, вследствие чего металл в цилиндре (и в ковше) интенсивно пульсирует, что обеспечивает высокую степень его рафинирования. Достоинство установки — воз­можность высокоэффективной работы без глубокого вакуума.

 

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. I. ПРИЕМЫ ИЗМЕРЕНИЙ И СТАТИСТИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ ИХ РЕЗУЛЬТАТОВ В ПСИХОЛОГИЧЕСКОМ ИССЛЕДОВАНИИ
2. II. ВНУТРИПАРТИЙНАЯ БОРЬБА 1920-х гг. и ИСТОКИ СТАЛИНИЗМА
3. V.5. Обработка на фрезерных станках
4. А 6. Назовите хронологические рамки контрнаступления советских войск под Сталинградом, которое явилось переломным моментом в ходе Великой Отечественной войны в пользу СССР.
5. АВИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ОЧАГОВ ВРЕДИТЕЛЕЙ ЛЕСА
6. Автобиография Василия Иосифовича Сталина
7. АСОИ- Автоматизированная Система Обработки Информации
8. Аудит в условиях компьютерной обработки данных
9. БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ МЯСНОГО СЫРЬЯ
10. Борьба за «сталинское наследие»
11. Борьба за власть между И.В.Сталиным и Л.Д.Троцким
12. Василий Сталин не сомневался в том, что история воздаст всем по заслугам.