Введение реагентов в глубь металла

Преимуществом способа является введение реагента и металла струей газа-носителя, который оказывает положительное воздействие на металл. Газом-носителем бывает: 1) окислитель (к примеру, кислород либо воздух); 2) восстановитель (к примеру, натуральный газ); 3) нейтральный газ (к примеру, аргон). В качестве вдуваемых реагентов употребляют шлаковые консистенции, также металлы или сплавы металлов.

Способ вдувания порошков употребляют для ряда целей.

1. Дефосфорация металла. При использовании шлаковых смесей для удаления фосфора в металл обычно вдувают в виде кислорода смесь, состоящую из извести, стальной руды и плавикового шпата.

2. Десульфурация металла. Для удаления серы в металл вдувают в струе аргона либо азота флюсы на базе извести Плавикового шпата; консистенции, содержащие кроме шлакообра-У Щ также кальций или магний; реагенты, которые по причине огромных энергий взаимодействия и соответств щего пироэффекта обыкновенными методами вводить в мета запрещено (кальций, магний).

3. Раскисление и легирование, в том числе введение металлов, которые вследствие токсичности обыкновенными способами вводить небезопасно (свинец, селен, теллур).

4. Ускорение шлакообразования (к примеру, в конвертерных цехах вдувание пылеобразной извести употребляют при переделе высокофосфористых чугунов.

5. Науглероживание. Вдувание в металл пылеобразных карбонизаторов (графита, кокса и т.п.) позволяет решать разные задачи: корректировать содержание углерода в металле; при недостатке или отсутствии чугуна увеличивать в металле хранение углерода до пределов, нужных для нормального ведения процесса; раскислять металл (вдувание в окисленный металл порошка углерода провоцирует бурное развитие реакции обезуглероживания, хранение кислорода при всем этом миниатюризируется, а выделяющиеся пузыри монооксида углерода "прочищают" ванну от газов и неметаллических включений). Порошок графита либо кокса может вводиться в металл непосредственно в печи, а также в ковш или на струю металла, выпускаемого из печи в ковш. Существуют и остальные цели применения этого способа.

Опыт последних лет продемонстрировал, что в текущее время способ вдувания в металл пылеобразных реагентов является одним из действенных методов увеличения свойства стали.

Рис. 28. Современная установка для вдувания в металл кальцийсодержащих материалов:

/ — ковш, накрытый крышкой; 2—фурма; 3 — карусельная установка с запасными фурмами; 4— питатель; 5_ бункера с материалами для вдувания; 6— пылеулавливающая установка; 7— устройства для подачи газо­порошковой смеси от питателя к фурме

Основными недостатками перечисленных простых способов обработки металла являются: а) необходимость перегрева жидкого металла в плавильном агрегате для компенсации падения температуры металла при обработке в ковше; б) ограниченность воздействия на металл.

Сталь и ее комбинированные методы внепечной обработки в металлургии. Установки ковш-печь

	По мере совершенствования простых методов внепечной обработки получают развитие комбинированные или комплексные методы внепечной обработки стали. Это развитие идет по пути или комбинации нескольких "простых" методов, или создания новых агрегатов с комплексной обработкой стали (сокращенно АКОС), или превращения "простых" методов в комплексные. Пример решения проблемы по первому пути показан на рис. 1, когда необходимо использовать метод вакуумирования, организуют последовательную обработку металла вначале на установке с вдуванием кальцийсодержащих материалов (раскисление и удаление серы), затем на вакуумной установке (дегазация). В случае необходимости получения низкоуглеродистых сталей (например, коррозионностойких, жаропрочных из которых изготавливают качественный металлпрокат) широко используют комбинирование вакуумной обработки с аргоно-кислородной продувкой и т.д. Пример решения по второму пути создание агрегатов, получивших название ковш-печь или LF (Ladle-Furnace, англ.). Процесс LF проводится в ковше, футерованном основными огнеупорами, накрываемом крышкой, через которую опускают электроды (рис. 2). Процесс включает перемешивание продувкой металла аргоном в ковше, дуговой подогрев и обработку металла синтетическим шлаком в процессе его перемешивания аргоном. Рисунок 1. Схема последовательной обработки стали вначале на установке с вдуванием кальцийсодержаших материалов, затем на установке циркуляционного вакуумирования Процесс обеспечивает не только получение заданного химического состава и температуры металла, но и снижение количества неметаллических включений в результате удаления серы и кислорода и существенное повышение качества конечной металлопродукции и металлопроката. Рисунок 2. Рис. слева. Установка ковш-печь: 1 - шиберный затвор; 2 - тележка; 3 - основной шлак; 4 - смотровое окно; 5 - электроды; 6 - бункеры для хранения легирующих добавок; 7 - инертная атмосфера внутри печи; 8 - нагрев погруженной дугой; 9 - ковш; 10 - жидкая сталь; 11 - пористая пробка для подачи аргона Рис. справа. Схема установки ковш-печь типа АР (Arc-Process): 1 - ковш; 2 - крышка-свод; 3 - бункера для ферросплавов и флюсов; 4 - фурма для подачи в сталь аргона или азота; 5 - электроды; 6 - подача аргона; 7 - фурма для вдувания порошка силикокальция в струе аргона; 8 - безокислительная атмосфера; 9 - шлак CaO-SiO2-Al2O3 На рис. 2 показан вариант установки типа ковш-печь, предусматривающий возможность комплексных методов внепечной обработки стали: перемешивания металла аргоном под слоем синтетического шлака, вдувание порошкообразных реагентов и подогрев расплава одновременно. Агрегаты ковш-печь работают как на переменном, так и на постоянном токе. На рис. 3 показаны примерные схемы работы установок ковш-печь на постоянном токе. По схеме рис. 3, а нагрев ванны происходит через шлак. По такой схеме работает крупная (160-т емкости) установка внепечной обработки стали в конвертерном цехе НЛМК. В качестве примера превращения "простого" метода в комплексный можно привести пример трансформации агрегата циркуляционного вакуумирования (RH). Рисунок 3. Схема установки ковш-печь постоянного тока: а - без подового электрода 1 - ковш; 2 - свод; 3 - электроды; 4 - шлак; 5 - пористая пробка); б - с подовым электродом (7, 2 - электроды; 3 - шлак; I - к вакуумной системе; Н - ввод добавок и флюсов) Первым этапом усложнения процесса явилось дополнительное введение кислорода в вакуумную камеру с целью интенсификации обезуглероживания и дополнительного подогрева металла (рис. 4, а). Далее, для подогрева металла в процессе его обработки начали использовать метод подачи в вакуумкамеру алюминия (в виде проволоки или в виде гранул) с последующим окислением его вдуванием кислорода (при протекании реакции 4Al + 3O2 = 2Al2O3 + Q выделяется большое количество тепла). Дальнейшее усложнение - подача сверху из бункера непосредственно в вакуум-камеру или снизу в подающий патрубок (рис. 4, б) шлакообразуюших материалов (обычно десульфурирующих смесей на базе СаО-CaF2); вариант такой технологии получил наименование VOF-процесс (англ. Vacuum-Oxygen-Flux Process). Рисунок 4. Усовершенствования процесса циркуляционного вакуумирования: а - подача кислорода; б - подача флюсов; в - создание зоны интенсивного барботажа На рис. 4,в показана применяемая схема дополнительной подачи кислорода и аргона непосредственно в камеру вакууматора. Такая схема позволяет эффективно использовать вводимый в камеру алюминий для подогрева собственно металла, позволяет контролировать и регулировать температуру металла (меняя соотношение O2: Ar) и образовывать в камере зоны интенсивного кипения и перемешивания металла. Это дает возможность, меняя расход алюминия и соотношение O2: Ar, управлять процессами окисления углерода, кремния,марганца, хрома. Такая технология позволяет получить сталь, содержащую не более (%): S 0,002; Р 0,015; [О] 0,002; [Н] 0,00015. Практика показала также, что введение углеродсодержащих добавок (например, электродного боя) в камеры порционного или циркуляционного вакууматоров позволяет, зная массу вводимого углерода, получать нужное содержание углерода в готовой стали. В результате создаются возможности перенести полностью в ковш такие операции, как раскисление, легирование и коррекция по углероду. Выше были отмечены особые трудности при необходимости получения очень низких содержаний углерода. Использование способа, показанного на рис. 4,в, облегчает и эту задачу. Приведенные примеры показывают, что агрегат порционного вакуумирования позволяет проводить операции: дегазации; подогрева (за счет окисления кислородом вводимого алюминия); десульфурации (обработка флюсом); раскисления (ввод раскислителей); легирования (ввод легирующих добавок); науглероживания; глубокого обезуглероживания. В результате комбинированных методов внепечной обработки, готовая сталь более качественная, такая сталь служит материалом для производства металлоконструкций ответственного назначения, балок двутавровых, швелера, профнастила, арматурного проката, высококачественных профильных труб, листа стального, и другого металлопроката.

Во всех случаях внепечной обработке стали, расплавленный металл интенсивно и длительно подвергается перемешиванию. Принято считать, что это приводит к росту макро - однородности расплава металла по температуре и составу. Однако существует мнение, что при длительном перемешивании расплавленного металла достигается также и микро равновесие расплавленной стали. Возможно, что состояние расплава, приближенное к микроскопическому равновесию повлечет за собой изменения структурно-чувствительных (физических свойств стали) и улучшит качественную характеристику рафинированного металла. К сожалению, исследований для определения физических свойств и качеств металлических расплавов до внепечной обработке стали и после нее, сделано недостаточно.

Дата добавления: 2015-07-08