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 га-за различными способами в нижнюю часть ковша. Расход инертного газа поддерживают в пределах 0, 5–2, 5м³/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. 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 к113плавке. 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.

Агрегат «печь-ковш»

Наиболее эффективным приемом внепечной обработки стали является комплексная обработка расплава в сталеразливочном ковше с применением мощного высокотемпературного источника локального нагрева, который обеспечивает непрерывную компенсацию тепловых потерь. Агрегаты, обеспечивающие нагрев и перемешивание стали в ковше, ее рафинирование и корректировку химического состава, получили название «печь-ковш» (от английского ladle-furnace (LD). Печь-ковш представляет собой установку, состоящую из крышки для ковша с отверстиями, через которые установлены три электрода. Под крышку помещается сталеразливочный ковш с металлом после выпуска из сталеплавильной печи. Кроме того, в состав установки «печь-ковш» обычно также входят средства для перемешивания металла инертным газом, система подачи ферросплавов и материалов для рафинирования стали в ковше. 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. Ввод порошковой проволоки в расплав осуществляется по направляющей трубе с помощью специального трайбаппарата, состоящего из подающего и разматывающего устройств. 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, рас-творенный 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: -

- вакуумная дегазация металла VD (Vacuum Degassing);

- вакуумно-кислородное обезуглероживание, при котором для удаления углерода из металла используют и продувку кислородом VOD (Vacuum Oxygen Decarburization).

Однако в последнее время все большее распространение получают комбинированные агрегаты, сочетающие в себе обе разновидности. 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», аналогичным образом происходит и обезуглероживание металла;

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»;

3) циркуляционное вакуумирование, когда металл под действием вакуума всасывается в специальную камеру, где и про-исходит удаление вредных примесей;

4) порционное вакуумирование, при котором металла закачивается в камеру вакуумирования отдельными порциями.

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-ковши может выполнять ее основные функции. Импульсно-динамическое устройство, 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. 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, работающих на основе испарения активной составляющей (Mg или Са) и экзотермических реакций окисления примесей, что позволяет рассчитывать на эффективное перемешивание при рафинировании стали. Время обработки при помощи этого устройства не превышает 10 мин. 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.

Непрерывная разливка стали

Непрерывная разливка стали сама по себе является эффективным мероприятием по снижению затрат в металлургическом производстве. За счет использования машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) из производственной цепочки исключается обжимной передел, что позволяет существенно снизить потребление энергоресурсов для производства готового проката. В МНЛЗ расплавленный металл из сталеразливочного ковша, установленного на поворотном стенде, через промежуточный ковш заливается в медный, охлаждаемый водой кристаллизатор, в котором начинает формироваться твердая оболочка (корочка) непрерывнолитого слитка. Из кристаллизатора слиток непрерывно вытягивается тянущими роликами и попадает в зону вторичного охлаждения, где он со всех сторон охлаждается водой из форсунок. Далее следует зона охлаждения на воздухе, в которой слиток окончательно затвердевает, после чего он режется на мерные длины с помощью газовых резаков. МНЛЗ бывают радиального типа, вертикальные, вертикальные с изгибом слитка на 90°, криволинейные, горизонтальные, валковые, ленточные и т.д. В настоящее время на МНЛЗ разливают непрерывнолитые блюмы, слябы и заготовки. При этом наибольшим энергосберегающим потенциалом являются установки, способные отливать непрерывнолитой слиток сечением, близким по форме и размерам к готовому изделию (прокату), что существенно сокращает цикл производства, потребление энергоресурсов и обеспечивает более приятные деформационные условия. К таким машинам относятся тонкослябовые агрегаты, агрегаты валковой разливки-прокатки и установки литья заготовки типа «собачья кость», которые используются для последующей прокатки в балки или рельсы. В настоящее время также активно проводятся исследования по производству квадратной заготовки со скругленными углами радиусом 15–30 мм вместо 3–8 мм (как принято сейчас). Это позволяет обеспечить более благоприятные условия деформации в прокатном стане (например отсутствие брака по «закату») и имеет определенные технологические преимущества в самом процессе разливки.

Также существенно позволяет экономить энергоресурсы объединение МНЛЗ с прокатным станом в единый литейно-прокатный агрегат (ЛПА). Что позволяет вести прокатку без отдельного нагрева заготовок. В случае же использования отдельно стоящей МНЛЗ без применения технологий транзитной прокатки или горячего посада, практически все тепло кристаллизующегося металла теряется. Потери тепла на МНЛЗ составляют: в окружающую среду 5%, на систему охлаждения кристаллизатора 5%, с водой и паром системы вторичного охлаждения – 40%, остальное тепло 50% содержится в твердом непрерывнолитом слитке.

Комплекс мероприятий по утилизации и сбережения тепла на МНЛЗ включает:

- комбинированное двухконтурное охлаждение кристаллизаторов водой с утилизацией тепла;

- применение системы водовоздушного вторичного охлаждения слитка с пароотводом и утилизацией тепла в пароотводящем тракте;

- установка термосберегающих и теплоутилизирующих экранов в линии МНЛЗ;

- использование тепла заготовки для последующей транзитной прокатки или горячего посада, а также создание литейно-прокатных агрегатов;

- применение нанопорошковых модификаторов (Y₂O₃, TiN, TiCN и др.), которые вводятся в виде проволоки или ленты в промежуточный ковш или кристаллизатор и создают дополнительные центры кристаллизации чем обеспечивают получение лучшей макро и микроструктуры, измельчение неметаллических включений и повышение механических свойств металла;

- в настоящее время также активно изучается возможность плазменного подогрева металла в промежуточном ковше, что позволит снизить температуру перегрева металла на 20 °С, и уменьшить структурную и химическую неоднородность.

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: