Металлургия » Электрометаллургия стали » Доводка полупродукта с применением инертных газов

Доводка полупродукта с применением инертных газов

 (голосов: 0)
Доводка полупродукта с применением инертных газов
В процессе обезуглероживания высокохромистой нержавеющей стали необходимо учитывать термодинамические закономерности, которые управляют химическими реакциями. Парциальное давление СО в период обезуглероживания должно быть уменьшено для того, чтобы избежать чрезмерного окисления хрома.
Следует не забывать и о кинетических факторах этого процесса. Для окисления углерода металла оксидами хрома в шлаке и, соответственно, повышения отношения [Сг]/[С] необходимо обеспечить интенсивное перемешивание шлака и металла. При вдувании в конвертер наряду с кислородом инертных газов — аргона, азота водяного пара понижается парциальное давление {СО}, а продувка снизу обеспечивает хорошее перемешивание шлака и металла. В отечественной металлургии этот процесс получил название ГКР или АКР-газо-кислородное или аргоно-кислородное рафинирование, в зарубежной в основном используют термин АОД (argon-oxygen-decarburization).
Процесс АОД был разработан американской фирмой Union Carbide («Юнион Карбайд») в середине 50-х годов для производства низкоуглеродистого феррохрома и лишь 15 лет спустя установки АОД начали использовать для выплавки коррозионностойкой стали. Первый промышленный агрегат АОД был введен в эксплуатацию в 1968 г. на заводе фирмы «Joslyn Stainless Steel» («Джослин стешшс стал») в Форт Уэйне. США, что положило начало новому направлению в области производства высококачественной, прежде всего высоколегированной стали.
В настоящее время процесс АОД используется на металлургических заводах многих стран мира, где установлены конвертеры вместимостью от 4 до 160 т. Для конвертеров АОД характерно использование сменных реторт. Так, в составе оборудования, обеспечивающего процесс АОД, на заводе в Латробе, США, как и на других заводах, входит три реторты. Это позволяет обеспечить практически постоянную готовность конвертера АОД к работе; при этом перефутеровка реторты, сушка и разогрев новой футеровки производится в оптимальных условиях на специальных стендах. В этом цехе для транспортировки реторт, дуговых печей и ковшей, в отделение для перефутеровки и обратно создано специальное транспортное средство грузоподъемностью 72 т.
Основой сортамента конвертеров АОД является коррозионностойкая сталь. Процессом АОД успешно получают высококачественную коррозионностойкую сталь аустенитного, ферритного и аустенитоферритного классов. При этом в отдельных марках стали содержание хрома составляет 25-29 %, никеля — до 37 %, молибдена до 7 %, а также значительные количества других элементов (Си, Ti, Mn, N).
По классической технологии рафинирующие газы вдувают через боковые фурмы, расположенные вблизи днища, ниже уровня металла. Расположение, число и конструкция фурм, способы управления ими были предметом многочисленных исследований, осуществленных практически всеми фирмами, которые используют процесс АОД. Число фурм обычно колеблется от 2 до 6. Их устанавливают с одной стороны конвертера, например, с интервалом в 27°. В процессе освоения технологии АОД ряд фирм провел исследования с целью определения оптимальных параметров процесса, в том числе с использованием математического или гидравлического моделирования.
В общих чертах технология выплавки стали процессом АОД выглядит следующим образом. Металл из дуговой печи заливают в конвертер АОД вместе со шлаком и продувкой азотом 3 мИн, восстанавливая оксиды хрома. Затем шлак скачивают, дают Доломит, чтобы снизить износ огнеупоров, и начинают первый Период продувки, который ведут до температуры 1650°С, затем — второй (до 1700°С). Соотношение 02:Аг по периодам: 3:1, 2:1, 1:4.
Заканчивают процесс продувкой чистым аргоном в течение 3-4 мин. Существенно усовершенствовали режим продувки в конвертере АОД на заводе фирмы «Син Нигшон сэйтэцу» в Хикари, Япония, где отказались от ступенчатого изменения соотношения расходов кислорода и нейтрального газа в период обезуглероживания и на базе компьютерного управления перешли к непрерывному изменению этого соотношения.
В результате внедрения нового режима продувки эффективность обезуглероживания в диапазоне 0,11—0,70 % С увеличилась на 6 %. Затем улучшились и другие показатели процесса: экономия аргона составила 5,9 м3/т стали, ферросилиция для восстановления оксидов — 1,2 кг/т стали, продолжительность обработки металла в конвертере сократилась на 14 мин. Стойкость футеровки конвертера АОД на этом заводе достигла рекордного значения — 525 плавок.
Рост производства стали и числа конвертеров АОД сопровождались совершенствованием технологии выплавки, привязкой ее к конкретным условиям предприятия, и здесь четко определился ряд тенденций. Так, на многих предприятиях стремятся заменить значительную часть дорогостоящего аргона более дешевыми газами; использовать комбинированную продувку, когда большая часть кислорода подается сверху через водоохлаждаемую фурму.
На заводе фирмы «Рипаблик стал» в Кантоне, США, где аргон заменяют азотом, металл из дуговой печи выпускают вместе со шлаком и вместе со шлаком заливают в конвертер АОД и продувают азотом. После этого замеряют температуру, отбирают пробу и скачивают шлак. Взвешивая скачанный шлак, узнают вес металла. Известь (из расчета получения основности шлака 1,5) и все легирующие добавки присаживают в конвертер в течение первого периода продувки при содержании углерода не менее 0,25 % С и при температуре металла не более 1680°С. Температура металла после ввода присадок не должна опускаться ниже 1595°С.
Пробы металла отбирают в момент, когда по расчету содержание углерода в нем на 0,1 % превышает заданное. При продувке переходят с азота на аргон тогда, когда содержание углерода в стали (по данным компьютера) отвечает требуемому. Кислород отключают чуть раньше достижения заданного содержания углерода. Восстановительную смесь в конвертер присаживают тогда, когда с компьютера поступает сигнал о том, что содержание азота достигло требуемого значения.
После восстановительной смеси в конвертер присаживают десульфурирующую смесь и перед самым выпуском — корректирующие добавки. Высокие скорости окисления углерода достигаются в процессе ККБ-С («Крупп Комбайнд Блоуинг Стай-нлис»), разработанном фирмой «Krupp Stahl» («Крупп Шталь»), Германия .
В результате одновременной продувки снизу и сверху создаются две реакционные зоны с большой активной поверхностью, что способствует интенсификации процесса обезуглероживания расплава. В начале продувки, до достижения критической концентрации углерода, вдувается один кислород. Затем к кислороду добавляют инертные газы, изменяя соотношение от 4:1 до 1:4. После достижения 0,15 % С продувку ведут только через боковые фурмы.
Процесс ККБ-С обеспечивает более высокую скорость обезуглероживания, чем классический АОД, соответственно сокращается продолжительность рафинирования металла. В этом процессе при основности шлака 1,8 восстановление хрома из Шлака и десульфурацию проводят в один прием.
В результате сокращения продолжительности плавки, стойкость футеровки возросла на 60 %.
Интересна технологическая схема получения низкофосфористой коррозионностойкой стали способом АОД. После заливки в конвертер высокоуглеродистых ферроникеля и феррохрома расплав содержит 3,6 % С; 1,6 % Si; 0,025 % Р; 0,57 % S; 9,2 % Ni; 13 % Сг. Его подвергают процессу дефосфорации. На первой стадии осуществляют десиликонизацию и науглероживание расплава. Для этого добавляют известь и кокс (около 7 % от массы завалки каждого). Расплав продувают кислородно-азотной смесью в соотношении 3:1 через донные фурмы. Кроме того осуществляют продувку кислородом сверху на заключительном этапе десиликонизации. Затем шлак удаляют. Расплав в этот период имеет температуру около 1600°С и содержит не более 0,1 % Si и около 5 % С.
Процесс дефосфорации включает добавку в конвертер извести (10 кг/т), плавикового шпата (29 кг/т), прокатной окалины (15 кг/т) и карбоната лития (Li2C03 — 6 кг/т). Одновременно расплав продувают азотом или аргоном снизу с интенсивностью 28 м3/(т-ч). Кроме того, в ходе продувки добавляют окалину в количестве до 5 кг/т. По окончании продувки шлак немедленно удаляют. Продолжительность обработки составляет около 8 мин.
Если требуется проведение дальнейшей дефосфорации, после присадки ферросилиция, извести и кокса расплав продувают кислородно-азотной смесью в соотношении 3:1 снизу и кислородом сверху. После такой обработки содержание фосфора в металле составляет менее 0,01 %. По окончании процесса дефосфорации осуществляют обычный рафинировочный процесс с обезуглероживанием расплава и восстановлением оксидов хрома из шлака. Различие заключается лишь в более высоком содержании углерода (около 5 %). Состав конечного металла следующий: 0,060 % С; 0,57 % Si; 1,12 % Мп; 0,006 % Р; 0,0011 % S; 8,5 % Ni; 18,28 %Сг; 0,035 % N; 0,0032 % О.
Процесс АОД проходит с избытком тепла, что позволило специалистам ряда фирм разработать технологию легирования расплава никелем путем вдувания порошка (агломерата) оксида никеля в потоке несущего газа. Реакция восстановления оксида никеля углеродом расплава сопровождается поглощением тепла. Так что вдувание NiO позволяет регулировать температуру ванны. Фракция порошка — 0,2-0,4 мм. Кроме оксидов никеля, в процессе АОД в ряде случаев используют оксиды хрома. Так, в Японии в одном из конвертеров АОД выплавляют коррозионностойкую сталь с использованием хромсодержащей руды, кокса и низкофосфористого чугуна. Чугун подвергали предварительной обработке с целью обескремнивания и дефосфорации, а руда содержала 45,4 % Сг,03; 26,5 % Fe; 14,5 %А1203-
Разновидностью процесса АОД является способ рафинирования жидкого расплава разработанный французской фирмой «Creusot-Lorie» («Крезо-Луар») совместно со шведской фирмой «Uddeholms» («Уддехолмс») и получивший название CLU (КЛУ)-процесс. В этом процессе вместо большей части нейтрального газа используется перегретый водяной пар. Опыт работы агрегата КЛУ-процессом в Дегерфорсе, Швеция, показал, что можно успешно выплавлять аустенитную коррозионностойкую сталь, содержащую 8 среднем 0,015 % С. При этом достигается значительная экономия затрат на газы, огнеупоры и электроэнергию, хотя расход восстановителей и шлакообразующих выше. Следует также учитывать необходимость иметь аргон, которым в последние 2-4 мин ведут продувку, с целью снижения содержания водорода, который поступает в металл с водяным паром.
Печать

РЕКЛАМА

Видео металлургия

Счетчики