Введение. Внепечная вакуумная обработка получила широкое распространение при производстве

Внепечная вакуумная обработка получила широкое распространение при производстве качественных марок стали. Накопленный многолетний опыт показывает, что вакуумирование стали приводит к повышению производительности сталеплавильных агрегатов, сокращению расхода легирующих и раскислителей, достижению более высокого уровня качества и служебных свойств металла [1, 2].

Схема обработки жидкой стали вакуумом была предложена еще Г. Бессемером. Практическое использование метода внепечного рафинирования для повышения качества металла относится к началу 50-х годов прошлого столетия. В СНГ работы по исследованию влияния понижения давления на процессы газовыделения были начаты в конце 30-х годов, а первая промышленная установка обработки металла вакуумом в ковше опробована на Енакиевском металлургическом заводе по инициативе ученых ИМЕТ АН СССР
А. Самарина и Л. Новика в 1952 – 1954 гг. Ковш с металлом опускали в камеру, которую затем плотно закрывали крышкой и из закрытой камеры откачивали воздух. Существенное влияние на развитие методов обработки металла вакуумом оказали успешные опыты, проведенные в Германии по обработке вакуумом стали с целью предотвращения дефектов, связанных с содержанием в металле водорода. На предприятии «Bochumer Verein» в 1952 г. использовали один из таких методов. В вакуумную камеру помещали изложницу; струя металла из ковша, проходя через вакуумированное пространство вакуумной камеры, разбрызгивалась, и при этом значительная часть содержащихся в металле газов (прежде всего водорода) удалялась. Вакуумированный металл содержал небольшое количество водорода и становился флокенонечувствительным.

В настоящее время успешно работают сотни установок внепечной обработки разнообразных конструкций. Самым простым способом является способ вакуумирования в ковше. К недостаткам вакуумирования в ковше относятся 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. Этого можно избежать, предусмотрев продувку металла в ковше инертным газом или электромагнитное перемешивание. При продувке металла инертным газом к обычным потерям тепла при выпуске и при выдержке в ковше добавляются потери тепла на нагрев газа, продуваемого через металл. При электромагнитном перемешивании этот недостаток ликвидируется, однако для электромагнитного перемешивания требуется более сложное и дорогостоящее оборудование.

Наиболее распространены следующие способы обработки металла вакуумом в ковше [3]:

1. Ковш с металлом помещают в вакуумную камеру, организуют перемешивание металла инертным газом; раскислители вводят в ковш из бункера, также находящегося в вакуумной камере;

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).

3. Металл под воздействием ферростатического давления засасывается примерно на 1,5 м в вакуумную камеру, 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. Два патрубка вакуумной камеры погружают в металл; порция металла засасывается в камеру. По одному из патрубков начинают подавать инертный газ, в результате чего металл по нему направляется вверх, в вакуум-камеру, а по другому - стекает в ковш, циркулируя таким образом через установку (метод называют циркуляционным вакуумированием.

Условия дегазации при обработке вакуумом различными методами неодинаковы, соответственно различно остаточное содержание неметаллических включений. Лучшие результаты достигаются при вакуумировании металла, не подвергаемого раскислению сильными раскислителями. Так как при этом происходит бурное вскипание металла, необходимо уделять особое внимание правильному расчету объема ковша для предотвращения возможного выплеска металла.

Для изготовления камер порционного и циркуляционного вакуумирования требуются высококачественные огнеупоры, особенно для изготовления патрубков. При подогреве футеровки вакуумных камер до 1500 °С тепловые потери при обработке плавок массой более 50 т невелики, и снижение температуры металла в процессе обработки не превышает 1 °С/мин. Потери тепла при вакуумировании заметно снижаются при использовании больших по вместимости установок (до 200 – 300 т металла в ковше) и увеличении интенсивности обработки.

В настоящее время еще не накопилось достаточно информации, чтобы установить какой способ обработки вакуумом предпочтительнее [4]. Установки порционного вакуумирования обычно используют в том случае, когда в цехе имеется разнообразный сортамент легированных сталей (проще организовать подачу ферросплавов и равномерное их растворение в металле). Способы порционного и циркуляционного вакуумирования обеспечивают примерно одинаковую степень удаления из стали водорода; вместе с тем при циркуляционном способе имеется дополнительная возможность воздействия на процессы удаления примесей путем изменения интенсивности подачи транспортирующего инертного газа (в один из патрубков), что очень важно, например, при производстве особонизкоуглеродистого металла. Метод и сама конструкция вакууматора обеспечивают возможность ввода в металл окислите­лей и флюсов. Например, при подаче в металл в процессе циркуляционного вакуумирования десульфурирующих смесей (на основе извести и плавикового шпата) одновременно с дегазацией можно проводить десульфурацию металла. Флюсы в виде порошка (или небольших кусков) вводят обычно в камеру над всасывающим патрубком. Таким образом, вакуумирование целесообразно использовать в сочетании с другими способами внепечной обработки (продувкой аргоном, обработкой шлаком и др.). Методы вакуумной обработки стали непрерывно совершенствуются; предлагаются новые решения, позволяющие получать металл высокого качества.

Дата добавления: 2015-10-13