Статьи
Ковшевое вакуумирование
В процессе вакуумирования в вакуумной камере разливочный ковш размещают в вакуумной камере, подсоединенную к системе вакуумных насосов. Ковш снабжают 1. 3 пористыми пробками, через которые в расплав подают инертный газ, способствующий перемешиванию. Такие металлургические реакции, как дегазация, раскисление, десульфурация и легирование протекают в условиях вакуума.
В зависимости от химического состава плавки на различных стадиях процесса вакуумирования происходит снижение содержания углерода, кислорода, азота, водорода и серы. Доводка металла по химическому составу обеспечивается за счет системы вакуумных бункеров для подачи легирующих. Отличительными особенностями процесса являются высокая степень гомогенности жидкой ванны и усваиваемость легирующих. В зависимости от металлургических реакций, протекающих в ковше, величина свободного борта должна составлять 600. 1200 мм. В целях повышения производительности на некоторых предприятиях устанавливают двухкамерную систему VD (или же расширяют существующую систему до нее).
Порционное вакуумирование
В нижней части камеры находится труба, футерованная изнутри и снаружи высокоглиноземистыми огнеупорными трубками. Под камеру подводят ковш с металлом; опуская камеру и создавая в ней разрежение, заставляют металл из ковша подниматься по трубе в камеру, где он подвергается дегазации.
Высота подъема металла определяется разностью между атмосферным и остаточным давлением в камере. Приблизительно через минуту камеру приподнимают (труба не выходит из металла), металл из камеры опускается в ковш, количество циклов (подъем и опускание камеры) определяется желательной степенью дегазации. Для поддержания температуры металла на требуемом уровне в камере предусмотрены графитовые нагреватели. На своде камеры устанавливают дозаторы для присадки раскислителей и легирующих.
Преимущества метода — отсутствуют специальные вакуумные уплотнения, металл в процессе вакуумирования подогревается, небольшая емкость камеры, небольшая мощность насосов.
Недостатки метода — сложность конструкции, необходимость высококачественных огнеупоров, сохраняющих герметичность при высокой температуре; вакуумированный металл разливают навоздухе.
Циркуляционное вакуумирование
Вакуумная камера небольшой емкости (около 1 т) имеет наклонную подину и две футерованные трубы. При опускании труб в ковш со сталью металл поднимается по трубам вверх вследствие разрежения в камере. В одну из труб вводят аргон. Газ, поднимаясь, расширяется и инжектирует металл из ковша в камеру, в которой он подвергается вакуумной обработке. По наклонной подине металл сливается через вторую трубу в ковш. Таким образом осуществляется непрерывная обработка. Чтобы при погружении труб в ковш в них не попал шлак, их концы защищены чехлами из жести.
Вакуумная обработка инжектируемой струи обеспечивает удаление до 40% водорода, позволяет снизить содержание окисных неметаллических включений. Открытый ковш дает возможность присаживать раскислители и легирующие в процессе вакуумирования.
Недостатки — остывание металла и разливка на воздухе.
Струйное вакуумирование
Струйное вакуумирование металла применяется в основном при отливке крупных слитков. Этот способ является более совершенным, т. к. устраняется вторичное окисление при разливке вакуумированного металла из ковша в изложницы.
При отливке слитков в вакууме струя металла, переливаемого из ковша а изложницу, установленную в вакуумной камере, разрывается выделяющимися газами на множество мелких капель металла. Поверхность металла резко возрастает, что приводит глубокой дегазации стали. Кроме того, сталь также дегазируется в изложницы.
В настоящее время в промышленно развитых странах успешно работают сотни установок внепечного вакуумирова-ния различной конструкции. Самым простым способом является способ вакуумирования в ковше. Лучшие результаты при этом получаются при вакуумировании не-раскисленного металла. Растворенный в металле кислород взаимодействует при вакуумировании с растворенным в металле углеродом; из ванны, кроме того, энергично выделяется растворенный в металле водород (а также частично азот) и ванна вскипает. После интенсивной дегазации в металл сверху из помещенного в вакуумной камере бункера вводят раскислители и легирующие добавки. Недостатком вакуумирования в ковше является невысокая эффективность метода при вакуумировании относительно больших масс металла (> 50 т) и неравномерность состава металла в ковше после ввода раскислителей и легирующих вследствие слабого перемешивания всей массы металла. Положение улучшается в случае, когда предусматривается продувка металла в ковше инертным газом или при организации электромагнитного перемешивания. При продувке металла инертным газом к обычным потерям тепла при выпуске и выдержке в ковше добавя потери тепла в результате нагрева продуваемого через металл газа. При электромагнитном перемешивании этот недостаток ликвидируется, однако электромагнитное перемешивание требует более сложного и дорогостоящего оборудования.
Источник
вакуумирование стали
10 % всей выплавляемой стали;
Основные способы вакуумирования стали: а-в ковше одновременно всего объема металла; 6 — в ковше (вакууматоре) порциями, в-при выпуске и разливке
Основные способы вакуумирования стали: а) — в ковше одновременно всего объема металла; б) — в ковше (вакууматоре) порциями, в) — при выпуске и разливке
Смотри также:
— Вакуумирование
— вакуумирование ферросплавов
— вакуумирование циркуляционное
— вакуумирование при выпуске
— вакуумирование порционное
— вакуумирование порошка
— вакуумирование внепечное
— вакуумирование в струе
— вакуумирование в ковше
— вакуумирование в изложнице
Энциклопедический словарь по металлургии. — М.: Интермет Инжиниринг . Главный редактор Н.П. Лякишев . 2000 .
Полезное
Смотреть что такое «вакуумирование стали» в других словарях:
вакуумирование стали — Кратковрем. обработка жидкой стали под вакуумом с целью улучшения ее качества за счет уменьшения в ней при обычных способах выплавки содержания газов (Н2, N2, О2) и неметаллич. включений, а при спец. методах выплавки и нек рых др. элементов (напр … Справочник технического переводчика
ВАКУУМИРОВАНИЕ СТАЛИ — [steel vacuum treatment (processing)] кратковременная обработка жидкой стали под вакуумом с целью улучшения ее качества за счет уменьшения в ней при обычных способах выплавки содержания газов (Н2, N2, О2) и неметаллических включений, а при… … Металлургический словарь
ВАКУУМИРОВАНИЕ СТАЛИ — см. Дегазация стали … Большой энциклопедический политехнический словарь
вакуумирование в ковше — [ladle vacuum treatment] вакуумирование жидкого металла в ковше, помещенного в вакуумную камеру или закрытом герметичной крышкой, под которой создается разрежение. Вакуумирование стали проводят в разливочных ковшах с шиберными устройствами и… … Энциклопедический словарь по металлургии
вакуумирование в струе — [stream vacuum degassing] вакуумирование жидкого металла при переливе его из ковша в другой ковш или в изложницу в вакуумной камере. Вакуум в ней создают до начала перелива металла; обычно Рт Энциклопедический словарь по металлургии
вакуумирование циркуляционное — [circulation vacuum treatment] – вакуумирование жидкой стали, засасываемой в вакуумную камеру из ковша через погруженный в расплав патрубок и сливаемый в тот же ковш через другой патрубок. Циркуляция металла интенсифицируется подачей в заборный… … Энциклопедический словарь по металлургии
вакуумирование при выпуске — [tapping vacuum treatment] Вакуумирование стали при выпуске ее из плавильной печи через промежуточный ковш в герметично соединенный с ним разлив, ковш с крышкой, из которого откачивается воздух. Смотри также: Вакуумирование … Энциклопедический словарь по металлургии
вакуумирование порционное — [D H ladle (vacuum lift) treatment] вакуумирование порций жидкой стали, периодически засасываемых в вакуумную камеру из ковша через футерованный патрубок (˜ 10 % от массы металла в ковше), погруженный в расплав, и после кратковременной… … Энциклопедический словарь по металлургии
вакуумирование в изложнице — [mold vacuum treatment] вакуумирование жидкого металла при разливке в изложницу, помещенную в вакуумную камеру; при разливке стали применяется для отливки крупных слитков массой до 600 т для поковок коленчатых и гребных валов судов, роторов… … Энциклопедический словарь по металлургии
Вакуумирование — [vacuum degassing (treatment)] 1. Удаление газа, пара или парогазовой среды из сосудов или аппаратов с целью получения в них давления ниже атмосферного. 2. Смотри Вакуумировшше стали. 3. Смотри Вакуумирование порошка. Смотри также: вакуумирование … Энциклопедический словарь по металлургии
Источник
Вакуумирование стали
Суть технологического воздействия – снижение внешнего давления над металлом с целью смещения равновесия, зависящих от давления реакций рафинирования металла.
Повышение качества при вакуумировании происходит за счет протекания следующих процессов:
1. Дегазация металла путем снижения концентрации водорода и азота в стали.
2. Вакуумное раскисление стали за счет возрастания раскисляющей способности углерода. Кроме того, смещение равновесия реакции окисления углерода может быть использовано для глубокого обезуглероживания стали.
3. Снижение содержания в металле неметаллических включений, как в результате перемешивания, так и частичного восстановления неметаллических включений углеродом.
4. Частичное рафинирование от нежелательных примесей цветных металлов в результате испарения легколетучих примесей (цинк, свинец, сурьма, олово).
С точки зрения конструктивного решения и технологических особенностей могут быть выделены следующие способы вакуумирования стали:
1. Вакуумирование в ковше.
2. Струйное вакуумирование.
3. Порционное вакуумирование.
4. Циркуляционное вакуумирование.
Вакуумирование в ковше (рис.9.1-1) является сравнительно технически простым и относительно дешевым способом. Суть состоит в установке сталеразливочного ковша с металлом в вакуумную камеру, в которой после закрытия крышки с помощью системы вакуумных насосов производится снижение внешнего давления.
Струйное вакуумирование может быть реализовано как при переливе из ковша в другой ковш, установленный в вакуумной камере, так и при разливке в вакууме крупных слитков (более 50 т), когда в вакуумной камере установлена изложница. Особого внимания заслуживает вариант поточного вакуумирования при разливке стали на машине непрерывного литья заготовок.
Порционный и циркуляционный способы вакуумирования объединяет то, что единовременно подвергается вакуумирования только часть металла, засасываемая из ковша в специальную вакуумную камеру. Различие между способами заключается в способе обмена металла между ковшом и вакууматором. При порционном вакуумировании (процесс DH) вакуумная камера имеет один патрубок и обновление порции вакуумируемого металла происходит за счет перемещения вакуумной камеры «вверх-вниз». Вауумная камера для циркуляционного вауумирования (процесс RH, рис.9.1-2) оснащена двумя патрубками, один из которых предназначен для поступления металла в вакууматор (подающий патрубок), другой – для отвода металла из вакууматора (убирающий патрубок). Для организации циркуляции металла после опускания патрубков в ковш с металла в подающий патрубок осуществляется подача инертного газа. Формирующийся «газовый лифт» способствует поступлению в вакууматор новый порций металла из ковша, а возникающее избыточное ферростатическое давление способствует сходу соответствующего количества металла через убирающий патрубок обратно из вакууматора в ковш.
Рис. 9.1-1. Установка для вакуумной обработки металла в ковше
1 – вакуум-крышка; 2 – теплозащитный экран; 3 – сталеразливочный ковш;
Рис.9.1-2. Схема RH- процесса (циркуляционного вакуумирования)
1 – промышленная телевизионная камера; 2 – подключение вакуума; 3 – камера RH; 4 – подогрев камеры; 5 – патрубок для подвода транспортирующего газа; 6 – погружная трубка на входе; 7 – шлюзовое устройство для ввода в камеру легирующих добавок; 8 – лотковый дозатор в вакуум-плотном кожухе; 9 – погружная трубка на выходе; 10 – сталеразливочный ковш
Методы вакуумной обработки стали непрерывно совершенствуются, предлагаются новые решения, позволяющие получать металл высокого качества с использованием более простых метадов. Примером может служить процесс РМ (рис.9.1-3). 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. Достоинством установки является возможность высокоэффективной работы без глубокого вакуума.
Рис.9.1-3. Общий вид и схема РМ-процесса
1 – пункт управления; 2 – избыточное давление N2; 3 – клапанная станция; 4 – вакуум; 5 –гидравлическая система; 6 – бункер для легирующих добавок
Дата добавления: 2015-06-22 ; просмотров: 4177 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник
Вакуумирование стали в ковше
Технологические процессы вакуумирования стали вносят весомый вклад в повышение качества металлопродукции, в связи с чем они получают все большее распространение. На современном этапе существует два основных способа вакуумирования стали: циркуляционное и камерное камерное вакуумирование.
Циркуляционное вакуумирование – процесс RH впервые осуществлен в Германии в 1959 г. фирмой Ruhrstahl – Heraeus. В способе циркуляционного вакуумирования используется эрлифтный эффект для обеспечения циркуляции металла в проточной вакуумной камере (рисунок 2.6).
Рисунок 2.6 – Схема процесса циркуляционного вакуумирования стали: 1 – телекамера; 2 – подключение к вакуумной системе; 3 – камера RH-OB; 4 – подогрев камеры; 5 – кислородные и аргонные сопла; 6 – патрубок для подвода транспортирующего газа; 7 – шлюзовое устройство для ввода легирующих; 8 – лотковый дозатор; 9 – погружные трубы; 10 – сталеразливочный ковш
Камера имеет форму удлиненного цилиндра (высота до 11 м), а в металл ковша погружают два патрубка, в один из которых на двух – трех уровнях через трубки из нержавеющей стали подают аргон в количестве от 0,5 до 1,5 м 3 /мин.
Современные установки оборудуют стационарными камерами, а ковш с металлом подают на специальной тележке с гидравлическим подъемом ковша на высоту, необходимую для погружения патрубков в металл. Одновременно подают аргон и включают вакуумные насосы. Во всасывающем патрубке газ нагревается, увеличиваясь в объеме, поднимается вверх, увлекая металл, в камеру поступает смесь из одной части металла и 10 объемных частей газа со скоростью более 5 м/с, фонтанируя на высоту до 10 м и создавая многократно увеличивающуюся поверхность газ – металл. Дегазированный металл стекает в ковш сливным патрубком. Таким образом, обеспечивается циркуляция стали через камеру. Подача аргона на разных уровнях с разным давлением повышает скорость циркуляции, интенсифицирующей дегазацию металла.
Скорость циркуляции повышается при увеличении диаметра всасывающего патрубка и расхода аргона, достигая 100 т/мин. В конце обработки металл раскисляют и легируют, усредняя химический состав еще в течение 2 мин.
Метод RH и конструкция агрегата позволяет в потоке аргона вводить порошкообразную смесь СаО+СаF2, обеспечивая высокую степень десульфурации уже при расходе смеси около 3 кг/т, потому что металл содержит минимальное количество поверхностно активного кислорода. Для компенсации затрат тепла, в камеру вдувают кислород, предусматривая в металле соответствующее превышение содержания углерода. Вариант такой технологии назван VOF процессом (Vacuum – oxygen – flux).
В RH процессе из-за большой поверхности излучения металлом увеличиваются потери тепла и ухудшаются условия работы графитовых нагревателей при попадании на них брызг металла. Поэтому на некоторых установках обеспечивается индукционный нагрев металла в патрубках.
Современные установки снабжаются устройствами для отбора проб, измерения температуры и окисленности металла.
В настоящее время основным способом вакуумирования стали является способ камерного вакуумирования, который имеет широкие технологические возможности рафинирования стали под вакуумом, простую конструкцию и требует меньших капитальных затрат. Кроме того, объем работ по обслуживанию камерного вакууматора минимален, а процесс обработки достаточно надежно контролируем и управляем. Оборудование камерного вакууматора не контактирует с жидкой сталью (рисунок 2.7), не требует специальных огнеупоров для футеровки, нет необходимости в ее предварительном подогреве, на показатели процесса не влияет периодичность и темп работы.
Основными разновидностями процесса камерного рафинирования являются процессы VD – Vacuum Degassing и VOD & VD – OB – Vacuum Oxygen Decarburization & Vacuum Decarburization – Oxygen Blowing позволяющие производить глубокую дегазацию металла, раскисление и обезуглероживание (рисунок 2.8).
Рисунок 2.7 – Схема процесса камерного вакуумирования стали: 1- бункер для легирующих компонентов; 2 – ковш с металлом; 3 – аргон; 4 – крышка вакуумкамеры; 5 – вакуумкамера
В состав камерной установки для вакуумирования стали в ковше входит: высокопроизводительный пароэжекторный вакуумный насос, вакуумкамера с крышкой и вакуумпровод.
Основные технические параметры пароэжекторного вакуумного насоса ПЭВН 500×0,5, который может использоваться для камерного вакуумирования представлены ниже:
- рабочее давление на входе в основной насос, 0,5 мм рт.ст.;
- давление (абс.) на выходе из насоса, 830 мм рт.ст.;
- производительность насоса по сухому воздуху с t=20 o С при рабочем давлении на входе, 500 кг/ч;
- продолжительность откачки вакуумкамеры и вакуумпровода от атмосферного давления до рабочего, 6 мин.
Вакуумная камера состоит из двух основных частей: собственно камеры и крышки. Крышка установлена на транспортной тележке и может вертикально перемещаться с помощью гидропривода.
Основные элементы вакуумкамеры: корпус вакуумкамеры с уплотнительным каналом; стенд с направляющими для установки ковша; отверстие-мембрана с термодатчиком для аварийного слива стали; соединительный патрубок вакуумпровода с камерой; система подачи аргона и азота для разгерметизации.
Рисунок 2.8 – Схема процесса VD (слева) и VOD & VD – OB (справа)
Крышка с тележкой вакуумкамеры размещает следующие устройства: защитный тепловой экран с элементами подвода и отвода охлаждающей воды; систему телевизионного контроля процесса вакуумной обработки; устройство отбора проб и замера температуры; фурму для продувки стали кислородом (при необходимости); шлюзовые устройства для ввода раскисляющих, легирующих и шлакообразующих добавок. Во избежание выплесков шлака и металла из ковша во время обработки свободный борт ковша увеличивают на 0,6-1 м.
В зависимости от решаемых задач технологические варианты ковшевого вакуумирования позволяют эффективно рафинировать расплав на любой стадии внепечной обработки.
Вакуумирование нераскисленной стали позволяет наиболее полно реализовать общеизвестные преимущества углерода как раскислителя. Благодаря вакууму равновесие реакции взаимодействия растворенных в стали углерода и кислорода сдвигается в сторону образования газообразных продуктов, что позволяет дополнительно раскислить сталь углеродом и уменьшить количество оксидных включений, образующихся в ходе окончательного глубинного раскисления металла. Однако в промышленных вакуумных установках равновесие между углеродом и кислородом, растворенными в стали, не достигается. Основные причины этого явления заключаются в следующем:
- при исключительно малых концентрациях взаимодействующих веществ, скорость химической реакции уменьшается настолько, что не позволяет за время обработки даже приблизиться к состоянию термодинамического равновесия;
- практика промышленного вакуумирования показывает, что даже небольшое количество FeO в рафинировочном шлаке (до 1%) в значительной степени способствует тому, что равновесие реакции не достигается.
Так, при давлении в 100-200 Па расчетное произведение равновесных концентраций углерода и кислорода составляет около 2,5-5,9×10 -6 , однако ход реакции обезуглероживания (раскисления углеродом) прекращается вблизи равновесной кривой, соответствующей Р = 1-10 кПа, т. е. реальная остаточная концентрация углерода и кислорода в стали после вакуумирования на несколько порядков выше равновесной, рассчитанной в тонком приповерхностном слое металла в ковше. Поэтому возникает задача обеспечения за счет раскисления углеродом под вакуумом максимально возможного снижения концентрации кислорода в стали, величина которого позволяет избежать образования в металле жидких или твердых продуктов раскисления после ввода добавок.
В связи с этим для обеспечения высокой степени реализации раскислительной способности углерода в условиях вакуума необходимо:
- применять основную футеровку сталеразливочных ковшей, в состав которой входят трудновосстановимые оксиды;
- поддерживать высокую основность шлака и минимальное содержание оксидов железа в нем;
- перемешивать расплав в ковше инертным газом для облегчения условий зарождения продуктов реакции окисления углерода.
Как показывает практика, при содержании углерода в стали около 0,50 % за счет вакуумно-углеродного раскисления концентрацию кислорода в металле удается понижать до 0,002-0,003 %, что ниже равновесной с содержанием кремния, но выше равновесной с растворенным в металле алюминием. Поэтому при вводе кремния в металл после вакуумноуглеродного раскисления первичные эндогенные включения не образуются. За счет снижения содержания растворенного в стали кислорода путем раскисления углеродом под вакуумом последующее осаждающее раскисление протекает с минимальным угаром раскислителей. Такой способ обработки рекомендуется для производства свободной от крупных оксидных включений и их локальных скоплений особо чистой стали.
Для предотвращения чрезмерно бурного развития под вакуумом реакции окисления углерода проводят частичное раскисление стали путем повышения в ней содержания кремния и (или) алюминия. Благодаря перемешиванию металла и применению сравнительно небольшого количества раскислителей, возможно достижение такой же высокой степени чистоты стали по оксидным включениям, как и при вакуумировании стали в нераскисленном виде.
При обработке частично раскисленной стали (0,15 % Si и 0,005% Аl) реакция окисления углерода начинается при давлении 30-50 кПа. Дальнейшее снижение давления до 100-200 Па позволяет постепенно увеличить интенсивность кипения, которое достигает своего наибольшего значения и поддерживается в течение некоторого времени на определенном регулируемом уровне. Затем наступает постепенное затухание процесса кипения.
Рафинирование расплава при ковшевом вакуумировании обусловлено тем, что дополнительное (к продувке аргоном) интенсивное выделение из глубинных слоев металла пузырей оксидов углерода, образующихся в результате смещения равновесия между растворенными углеродом и кислородом при понижении давления, создает мощные турбулентные потоки, охватывающие весь объем металла. При таком характере кипения шлак уносится в глубь ковша и дробится, значительно увеличивая межфазную поверхность, что обеспечивает дополнительное возрастание скорости потока кислорода из шлака в металл. Это способствует дальнейшему развитию реакции окисления углерода и значительному увеличению объема выделяющегося оксида углерода. Интенсивное кипение ванны создает необходимые кинетические условия для протекания реакции взаимодействия углерода с кислородом и выделения растворенного водорода и азота.
В зависимости от количества окисляемого углерода и доли оксидов железа в покровном шлаке можно получить заданное содержание кислорода в металле. В течение всего периода дегазации проводится наблюдение за поведением металла под крышкой вакуумной камеры. Скорость набора вакуума регулируется в зависимости от интенсивности кипения. В отдельных случаях, для предотвращения чрезмерно бурного вскипания расплава и перелива его через край ковша, в вакуумную камеру подают нейтральный газ. При перемешивании расплава инертным газом его расход по мере снижения давления в вакуумной камере необходимо понижать, чтобы исключить чрезмерно бурную продувку. Вакуумная обработка частично раскисленного металла заканчивается тогда, когда кипение металла при достигнутом конечном давлении затухает.
Снижение температуры металла в ковше массой 100 т при вакуумной обработке составляет от 70 до 80 o С, а собственно вакуумная обработка частично раскисленной стали (глубокий вакуум) продолжается 15-20 мин.
По окончании вакуумирования проводится отключение насосов и в течение 1-2 мин в вакуумную камеру подается нейтральный газ или вначале — нейтральный газ, а затем воздух. Газообразные продукты реакции увеличивают объем и площадь поверхности пузырей аргона и при прочих равных условиях облегчают экстракцию растворенного в металле водорода и азота, поэтому дегазация при вакуумировании нераскисленной и полураскисленной стали проходит быстрее и полнее, чем в случае глубоко раскисленной.
Вместе с тем, способ вакуумирования нераскисленной и полураскисленной стали не гарантирует получение низкого содержания газов в готовой продукции в силу ряда причин, одна из которых заключается в том, что, после окончания вакуумной обработки, как правило, требуется проведение нагрева, перемешивания, легирования, раскисления, науглероживания и десульфурации.
С другой стороны, при обработке расплавов промышленной чистоты эффективность удаления азота обычно не превышает 15-30 %. При этом анализ влияния состава металла на результаты обработки дает основания полагать, что уменьшение эффективности дегазации непосредственно связано с наличием в расплаве поверхностно-активных веществ.
Этот факт подтверждается рядом исследований, на основании которых, например, установлена тесная зависимость между концентрацией азота и серы в стали по окончанию обработки. Так, при уменьшении концентрации серы в стали с 0,010 % до 0,003 % за счет десульфурации металла рафинировочным шлаком в ходе вакуумной обработки содержание азота (начальная концентрация [N]=0,0050 %) снижается на 12 и 18 %, соответственно. При этом эффективность деазотации стали существенно увеличивается, когда остаточное содержание серы в металле составляет не более 0,003%. В последнем случае происходит стабильное удаление азота с 110 ррm до 70 ррm при обычном вакуумировании в течение 10 мин и даже до 40 ррm в случае более продолжительного вакуумирования.
Таким образом, если главной задачей вакуумирования является удаление из металла газов (водорода и азота), то следует стремиться к получению в расплаве минимального содержания поверхностно-активных примесей. Таким требованиям соответствует глубоко раскисленная сталь на конечной стадии ковшевой обработки.
Для получения низкого содержания водорода и азота широко применяют технологию вакуумирования раскисленной стали непосредственно перед разливкой, которая может сочетаться с экстракционным удалением серы путем параллельной с вакуумированием обработкой рафинировочным шлаком.
Для обеспечения достаточной площади поверхности раздела взаимодействующих фаз вакуумную обработку раскисленной стали совмещают с продувкой расплава инертным газом. Заметное увеличение скорости массообменных процессов наблюдается при повышении величины удельной мощности перемешивания металла до уровня 200-300 Вт/т.
Следует отметить, что при атмосферном давлении такая величина мощности перемешивания практически недостижима.
Величина расхода аргона, необходимого для дегазации стали, быстро уменьшается при понижении давления над поверхностью расплава. В связи с этим сочетание продувки стали инертным газом и вакуумной обработки является весьма эффективным средством дегазации металла. Так, согласно теоретическим расчетам, для получения в стали остаточного содержания водорода ниже 1,5 ррm под атмосферным давлением необходимо ввести в 100-тонный сталеразливочный ковш не менее 700 м 3 аргона. При продувке инертным газом под вакуумом (0,01 и 0,001 атм.) количество газа значительно снижается и составляет 14 и 8 м 3 , соответственно.
В связи с этим продувка стали аргоном в сталеразливочном ковше под вакуумом всегда сопровождается существенной дегазацией металла.
Известно, что вакуумированный металл в сравнении с невакуумированным при равном содержании серы имеет более высокую долю сульфидных включений. Это объясняется, прежде всего, более низким содержанием оксидных включений в вакуумированной стали, в результате чего сульфидные включения в меньшей степени откладываются на оксидах и выделяются в отдельную фазу в более грубой форме. Проблема сульфидных включений в вакуумируемой стали решается тем, что в металле необходимо иметь достаточно низкую концентрацию серы.
Для процесса десульфурации, который протекает в диффузионной области, скорость взаимодействия ограничена массопередачей веществ в объеме металла или шлака. На основании вышеизложенного следует, что самой «медленной» технологической операцией, которая ограничивает производительность участка внепечной обработки, как правило, является процесс десульфурации стали. Действительно, при скорости десульфурации, 3-5 ppm/мин (для стали с начальным содержанием серы около 0,025 %) десульфурация на 0,015-0,020 % занимает примерно 40-60 мин. Учитывая, что максимальная скорость нагрева металла составляет около 4 o С/мин, за время десульфурации при работе с включенным трансформатором можно повысить температуру стали в ковше на 160-240 o С. То есть, вполне очевидна диспропорция для установки «ковш-печь» между скоростью нагрева металла и десульфурации.
На практике нагрев металла в течение цикла обработки на установке «ковш-печь» (30-35 мин) гарантированно обеспечивает получение заданного перегрева расплава. Дальнейшее нахождение металла на установке, часто связано с необходимостью получения требуемого содержания серы в стали.
Действительно, как показывает практика, при параллельном проведении операций десульфурации и нагрева на установке «ковш-печь» степень использования трансформатора составляет около 50 %, что влечет за собой повышение расходов по переделу и снижение производительности.
Поэтому в процессе внепечной обработки стали применяется технология непрерывной десульфурации, которая начинается сразу после наведения шлака на установке «ковш-печь» и заканчивается по окончании вакуумирования, включая продувку металла в ковше инертным газом в позиции ожидания. Данное мероприятие позволяет сократить продолжительность пребывания металла в ковше, повысить степень использования трансформатора и сократить потери тепла. Завершающий этап десульфурации стали, который проводят в камерном вакууматоре, позволяет достичь чрезвычайно низкого содержания серы (до 0,001 %), а за счет интенсивного перемешивания металла со шлаком без доступа воздуха предупредить опасность поглощения азота и окисления расплава в ходе обработки, что существенно повышает результат рафинирования.
Источник
