Металлургия » Электрометаллургия стали » Рафинирование полупродукта при пониженных давлениях.

Рафинирование полупродукта при пониженных давлениях.

 (голосов: 0)
Рафинирование полупродукта при пониженных давлениях.
Рафинирование высокохромистых расплавов при пониженных давлениях происходит по тем же термодинамическим закономерностям, что и при кислородно-аргонной продувке.
Процесс проводится под вакуумом с верхней кислородной продувкой про одновременной продувке расплава инертным газом через днище. Парциальное давление СО в камере может бать снижено до величины < 0,2 кПа в зависимости от производительности вакуумного насоса. Соответственно потери хрома с окислением также уменьшаются.
Обезуглероживание металла в процессе VOD может быть разделено на пять фаз.
1. Начало выделения СО, которое задается исходной температурой и содержанием кремния в расплаве.
2. Более или менее стабильное обезуглероживание при относительно постоянном давлении от 10 кПа до 15 кПа, зависящем от скорости подачи кислорода.
3. Фаза ниже лимитирующего содержания углерода, когда скорость обезуглероживания, сопровождающегося снижением давления, уменьшается независимо от скорости подачи кислорода.
4. После этого кислород отключается. Удаление углерода продолжается за счет реакции взаимодействия углерода и кислорода, растворенных в металле (так называемая VCD-фаза), что позволяет получить очень низкие содержания углерода без чрезмерного окисления хрома.
5. Фаза восстановления шлака, раскисления и вакуумной дегазации при давлениях 2 % температура металла в процессе продувки будет подниматься выше 1800°С, что сопряжено с опасностью проедания ковша. Поэтому начальное содержание углерода должно быть уменьшено до ~1 % путем продувки кислородом расплава в дуговой электропечи, что влечет за собой увеличение длительности плавки в печи.
Известно, что для обеспечения наилучших технологических показателей сталеплавильного процесса, и особенно процесса производства низкоуглеродистых сталей, необходим, в первую очередь, контроль содержания углерода и температуры ванны. В большинстве случаев для этого производят отбор проб
металла и замер температуры расплава. При вакуумной обработке металла эти операции представляют определенные трудности и в значительной степени увеличивают продолжительность технологического процесса. В связи с этим предпринимаются попытки разработки математической модели процесса вакуум кислородного рафинирования, с помощью которой на основе данных о составе, температуре и количестве шихтовых материалов, а также о режиме продувки кислородом и аргоном, составе и температуре отходящих газов, режиме работы вакуумной системы можно определять изменение содержания углерода и хрома, а также температуру расплава по ходу плавки.
Для производства коррозионностойкой стали с весьма низким содержанием углерода и азота используют модификацию VOD процесса с продолжительным периодом вакуумной обработки и интенсивной продувкой аргоном SS-VOD (strong stirring vacuum oxygen decarburization). Это дает возможность снизить содержание углерода и азота до 0,001-0,004 и 0,0003-0,0010 % соответственно при содержании хрома до 30 %. В отличие от VOD-процесса в процессе в SS-VOD продувка кислородом продолжается до достижения содержания 0,02 % С, а продувка аргоном ведется через несколько пористых пробок с интенсивностью 10-25 лДт-мин) в период продувки кислородом и 16-40 лДт-мин) — во время выдержки под вакуумом.
Несколько японских фирм провели исследования, связанные с рафинированием коррозионностойких сталей процессом вакуумно-кислородного обезуглероживания в ковше. На заводе фирмы «Сумитомо киндзоку коге» в Амагасаки применен способ десульфурации расплава путем вдувания порошкообразного флюса через верхнюю фурму в условиях вакуума. Коррозионностойкую сталь марки A1S1 304, выплавленную в 50-т дуговой печи, подвергали обезуглероживанию в установке VOD. На стадии восстановления вводили кусковую известь (25—30 кг/т) и ферросилиций (7—8 кг/т), через пористые пробки в днище продували аргоном (40-50 л/мин) с целью перемешивания, а через верхнюю фурму на поверхность жидкого металла вдували порошкообразный флюс следующего состава: 76 % СаО; 17 % CaF2; 7 % Si02. Удельный расход флюса — 12 кг/т; интенсивность вдувания — 0,8 кг/(т-мин); размер частиц порошка — 0,3 мм. После ввод^:
кусковой извести и вакуумирования в течение 10 мин содержание серы в расплаве снижается до (20—50)-10~4 %. Вдувание флюса обеспечивает весьма глубокую десульфурацию — до 2-10~4 % S. Основность шлака после вдувания порошкообразного флюса достигает 2 и более, коэффициент распределения серы также превосходит значения этого показателя для процесса VOD, проводимого по старой технологии, т. е. только с продувкой аргоном снизу через одну или две пористые пробки.
Процесс VODC (vacuum oxygen decarburization converter) используют для получения сталей с высоким содержанием хрома и низким содержанием азота. После расплавления в дуговой печи и выпуска металла его заливают в конвертер. Здесь возможны два варианта проведения процесса. В первом случае — продувка расплава кислородом до содержания 0,15 % С под вакуумом, а во втором — обезуглероживание до 0,2 % С при атмосферном давлении. В обоих случаях по достижении содержания 0,15-0,20 % С продувку кислородом прекращают и дальнейшую обработку ведут под вакуумом, перемешивая металл аргоном.
Технология, осуществляемая в VODC конвертере, имеет следующие преимущества перед применяемыми установками ковшевого типа. Имеется возможность рафинирования расплава без предварительного удаления из него кремния; нет опасности вскипания и выброса металла; отсутствует электрический нагрев. По сравнению с другими конвертерными процессами (AOD, CLU), VODC-процесс имеет следующие преимущества:
— более низкие потери хрома при обезуглероживании до 0,1-0,001 % С;
— оксиды хрома могут быть восстановлены углеродом в вакууме при одинаковом конечном содержании углерода и меньшем расходе восстановителя (4—7 кг кремния на 1 т по сравнению с 14 кг кремния на 1 т при AOD-npouecce);
— возможность десульфурации до величины не менее 0,002 % (при одношлаковом процессе степень десульфурации 95 % без обработки кальцием);
— возможность снижения содержания азота до 0,010 % в высколегированной хромистой стали;
— возможность обезуглероживания до 0,01 % (по массе) или (C + N)< 0,015%;
— удаление водорода до 2-10"4 %, низкий удельный расход аргона.
Наиболее значительные результаты при производстве коррозионностойких сталей в вакуумном конвертере достигнуты в отношении удаления серы и азота, что объясняется высокой сульфидной емкостью шлака и интенсифицируется перемешиванием под вакуумом. Хорошее удаление азота является следствием совместного воздействия вакуума и интенсивной продувки инертным газом.
В АО «Ижорские заводы» освоена выплавка нержавеющих сталей с использованием процесса ASEA-SKF (Швеция). Процесс основан на электродуговом подогреве металла на двух стендах при атмосферном давлении. Ковш, в котором производится обработка металла, выполнен таким образом, что может накрываться либо сводом, через который проходят электроды, либо вакуумной крышкой для проведения операций вакуумирования и продувки кислородом при пониженном давлении (третий стенд). В процессе обработки осуществляется электромагнитное перемешивание металла (на всех трех стендах). При этом также возможна продувка металла аргоном через донные пористые пробки. Для выплавки полупродукта на Ижорском заводе используют электродуговую печь, в которой выплавляют лигатуру, содержащую- 0,15 % С, 40-50 % Сг и 20-25 % Ni. В мартеновской печи получают углеродистую заготовку (- 0,15-0,20 % С). Лигатуру и углеродистую заготовку сливают в ковш установки ASEA-SKF, где и проводятся все остальные операции. По этой технологии отливают слитки из нержавеющей стали массой до 400 т.
Преимущество подогрева металла при пониженном давлении заключается в том, что можно работать без смены свода или без удаления электродов в период дегазации. Недостаток способа заключается в высоких расходах на элементы уплотнения электродов. Этот способ также нашел применение при рафинировании нержавеющих сталей и получил название VAD (vacuum arc degassing) или Finkl (по имени автора этой разработки).
Австрийскими металлургами разработан способ, являющийся комбинацией установок VOD и VAD, так называемый процесс VFH (Vakuum Frish und Heiz — окисление в вакууме с подогревом). Ковш, в котором проводится обработка стали, может устанавливаться либо на стенд для дугового подогрева, либо на вакуумную обработку. Предусмотрена продувка металла аргоном через днище ковша.
Процесс RH-OB (кислородная продувка — oxygen blowing — в камере циркулярного вакуумирования — RH) был разработан на заводе в Муроране (Япония) для производства коррозионностойких сталей. На заводах в Оите и Нагойе его используют в процессе получения нелегированных сталей. Метод предусматривает остановку продувки в кислородном конвертере при более высоком содержании углерода, так как последующие обезуглероживание и подогрев расплава производят на RH-установке.
После первоначальной продувки кислородом расплав имеет следующий состав:- 0,1 % С; < 0,01 % Р; < 0,01 % S; следы Сг (температура 1680—1700°С). Расплав, легированный хромом содержит: 0,5-0,8 % С; 0,020-0,035 % Р; < 0,009 % S; ~ 10,5 % Сг (температура 1740—1770°С). Химический состав металла после обработки процессом RH-OB следующий: 0,04-0,06 % С; 0,020-0,035 % Р; < 0,009 % S; 16,3-16,5 % Сг (температура 15900. В процессе вакуумной обработки потери хрома практически отсутствуют, общее усвоение его составляет 96—97 %. Продувка легированного расплава газовыми смесями с регулируемым окислительным потенциалом и комбинированная продувка, также как и использование вакуумкислородного рафинирования, позволили значительно снизить затраты на шихтовые материалы, благодаря использованию чугуна, легированных отходов, высокоуглеродистых ферросплавов и др. Снижаются потери хрома и других легирующих компонентов в результате их меньшего окисления.
Разработанные и опробованные в промышленных масштабах технологические схемы производства позволяют достичь весьма низких содержаний углерода и азота (0,01-0,05 и 0,011-0,015 % соответственно) при высокой степени использования хрома (около 95-98 % и более). Полупромышленные и промышленные разработки указывают на возможность достижения очень низких содержаний фосфора (менее 0,01 %), серы (0,001-0,003 %), азота (0,001-0,004 %) и углерода (0,0003-0,0010 %) при производстве коррозионностойких сталей из обычных шихтовых материалов.
Для осуществления эффективной технологии выплавки широкого сортамента коррозионностойких сталей разработан набор технологического оборудования, обеспечивающий достижение требуемых результатов с высокими технико-экономическими показателями.
Печать

РЕКЛАМА

Видео металлургия

Счетчики