Металлургия » Электрометаллургия стали » Обработка жидкого металла с применением вакуума.

Обработка жидкого металла с применением вакуума.

 (голосов: 0)
Обработка жидкого металла с применением вакуума.Обработка жидкого металла с применением вакуума.
При обработке металла вакуумом:
1) уменьшается содержание растворенного в металле кислорода;
2) уменьшается содержание водорода и азота;
3) уменьшается содержание оксидных неметаллических включений;
4) в результате выделения большого количества газовых пузырей металл перемешивается, становится однородным, выравнивается его состав и температура, а в тех случаях, когда металл содержит повышенные концентрации примесей цветных металлов с малой энергией сублимации (свинец, сурьма, цинк), заметная часть их при обработке вакуумом испаряется.
В настоящее время в промышленно развитых странах успешно работают сотни установок внепечного вакуумирования различной конструкции. Самым простым способом является способ вакуумирования в ковше (ковш с металлом помешается в вакуумную камеру).
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 из-за слабого перемешивания всей массы металла. Положение улучшается в случае, когда предусматривается продувка металла в ковше инертным газом или же применение электромагнитного перемешивания.
При продувке металла инертным газом необходимо иметь ввиду, что к обычным потерям тепла при выпуске и выдержке в ковше прибавляются потери тепла в результате нагрева продуваемого через металл газа. При электромагнитном перемешивании этот недостаток ликвидируется, однако электромагнитное перемешивание требует более сложного и дорогостоящего оборудования.
В настоящее время наиболее распространенными способами обработки металла вакуумом в ковше являются:
а) помещение ковша с металлом в вакуумную камеру и последующее перемешивание металла инертным газом; раскислители вводятся в ковш из бункера, также находящегося в вакуумной камере; данный метод называют «ковшевым вакуумированием»
б) вакуумирование при переливе из ковша или из ковша в изложницу, так как при этом обработке вакуумом подвергается «струя» металла, данный метод иногда называют «струйным вакуумированием» или «вакуумированием струи»;
в) порционное вакуумирование (или способ DH);
г) циркуляционное вакуумирование (или способ RH).
При порционном вакуумировании металл под воздействием ферростатического давления засасывается (примерно на 1,48 м) в вакуумную камеру, которая через определенные промежутки времени поднимается (но так, чтобы конец патрубка все время оставался опущенным в металл в ковше), металл из камеры сливается по патрубку в ковш, затем камера опускается и в нее вакуум засасывает очередную порцию металла (отсюда название способа «порционное вакуумирование»). В некоторых случаях поднимается и опускается не вакуумная камера, а ковш с металлом, а камера остается неподвижной. При циркуляционном вакуумировании вакуумная камера имеет два патрубка, причем оба погружаются 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, по другому — стекает в ковш, циркулируя таким образом через установку (отсюда название метода — «циркуляционное вакуумирование»). В России установка циркуляционного вакуумирования успешно работает на Ижевском металлургическом и других заводах.
Условия дегазации при обработке вакуумом разными методами различны, соответственно различен уровень содержания газов, достигаемый в результате вакуумирования. Лучшие результаты достигаются при вакуумировании нераскисленного металла, так как при этом процесс газовыделения интенсифицируется в результате протекания реакций [0]+[С]={СО}газ и [MeO]+[C]={CO}m+[ Me], где МеО — оксидные неметаллические включения.
Наблюдаемое при этом бурное вскипание металла заставляет рассчитывать объем ковша таким образом, чтобы предотвратить возможный выплеск из него металла.
Практика показала, что удаление водорода идет наиболее интенсивно при давлении в вакууматоре < 0,5 мм. рт. ст. Современные же пароструйные насосы позволяют достичь разрежения 0,1-0,3 мм. рт. ст.
Естественно, что для изготовления камер порционного и циркуляционного вакуумирования требуются высококачественные огнеупоры, особенно для изготовления патрубков. Характерные для ковшевого вакуумирования повышенные температуры обработки, удлинение времени пребывания в ковше и интенсивное перемешивание сделали невозможным использование обычных, футерованных шамотом, стопоров ковшей. Оказалось необходимым заменить стопоры на шиберные затворы, а шамотную футеровку — на более стойкую доломитовую или магнезитовую. Вместе с тем следует иметь в виду, что при подогреве футеровки вакуумных камер установок DH и RH до температуры 1500"С тепловые потери при обработке плавок массой 50 т и более невелики и падение температуры металла в процессе обработки не превышает ГС/мин.
Потери тепла при вакуумировании заметно сокращаются при увеличении емкости установок (до 200-300 т металла в ковше) и интенсивности обработки (например, при обработке металла в 330-т ковше на установке DH при пяти операциях в 1 мин. по 30 т металла, закачиваемого в вакуумную камеру, интенсивность обработки возрастает до 150 т/мин.
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 транспортирующего инертного газа (в один из патрубков), что имеет особое значение при производстве особонизкоуглеродистого металла. Исследования показали, что интенсивность циркуляции металла растет по мере повышения расхода газа до 1500 л/мин. и при дальнейшем повышении расхода газа практически не меняется. Обезуглероживание расплава происходит на свободной поверхности металла в камере, на поверхности капель фонтанирующего металла в камере и на поверхности пузырей газа во всасывающей трубе. При повышении расхода подаваемого во всасывающую трубу газа интенсивность обезуглероживания заметно возрастает, при этом повышается доля (до 30-40 %) углерода, окислившегося на поверхностях капель фонтанирующего металла, а также на поверхности пузырей газа.
В ряде зарубежных работ отмечается, что одно только снижение расходов (прежде всего, энергии), связанных с необходимостью подогрева (или замедленного охлаждения) металла после горячей деформации с целью снижения содержания в нем водорода уже окупает расходы на вакуумную обработку.
Для интенсификации процесса обезуглероживания вакуумные установки в ряде случаев стали дополнять устройствами для одновременной продувки металла кислородом. На таких установках удается в необходимых случаях получать высокую степень обезуглероживания: равновесие реакции [С]+ 1/2 {02} = СО при вакуумировании сдвигается вправо; продувка кислородом вызывает дальнейший сдвиг равновесия. Именно этот принцип положен в основу так называемого «вакуумкислородного обезуглероживания» (VOD-процесс).
Применительно к установкам циркуляционного вакуумирования процесс обезуглероживания ускоряется также при введении кислорода для продувки или для обдувки металла непосредственно в камере циркуляции. Такой процесс, разработанный японскими фирмами, получил название RH-OB (Oxygen Blowing).
Обычно используется один из двух способов подачи кислорода: а) подача кислорода под уровень металла через одну или две фурмы, каждая из которых состоит из двух концентрических труб, между которыми подают защитный газ (Ar,N2 или С02); б) подача кислорода через одну или две фурмы в пространство над ванной в камере или сверху (под углом) на поверхность металла, поступающего в вакуумную камеру.
Скорость обезуглероживания выше в случае подачи кислорода под уровень металла, время обработки при этом заметно сокращается. Содержание кислорода в металле контролируется электрохимическим методом анализа отходящих газов. Падение активности свидетельствует об окончании процесса окисления углерода в данных условиях (в 90 % случаев конечное содержание углерода менее 0,015 %). Содержание кислорода в процессе обдувки металла кислородом возрастает до 0,05 %, но после окончания подачи .кислорода снижается до 0,005 % и в готовом металле — до 0,0020 %. Содержание серы при условии наведения в ковше шлака из извести и плавикового шпата может быть снижено до 0,005 %. При обработке вакуумом удаляются также свинец (до 0,0010-0,0020 %) и цинк (до < 0,0010 %).
Методы вакуумной обработки стали непрерывно совершенствуются, отыскиваются новые варианты, позволяющие решать стоящие перед металлургами задачи возможно более простыми методами. Примером сказанному может служить разработанный на одном из японских заводов метод, названный методом РМ (Pulsation Mixing — пульсирующее перемешивание). Энергия перемешивания создается за счет периодического изменения давления в камере над ковшом в пределах от разрежения до избыточного давления, при этом расплав периодически засасывается в камеру и выпускается с высокой скоростью обратно в ковш.
С учетом результатов исследований, проведенных в производственных условиях на опытной 100-тонной установке, была разработана промышленная установка для обработки методом РМ ковшей вместимостью 250 т.
Агрегат размещен вблизи сталевозного пути между конвертером и установкой непрерывной разливки стали во втором сталеплавильном цехе металлургического комплекса в г. Мидзусима. Камера, футерованная изнутри огнеупором, установлена на поворотном кронштейне. После помещения сталевоза в рабочее положение поворачивают кронштейн и нижнюю часть камеры погружают в расплав, после чего в камере многократно чередуют наддув и разрежение посредством подачи азота под давлением с последующей откачкой при помощи вакуумного насоса.
В верхней части камеры установлен бункер для введения легирующих добавок с целью коррекции по химическому составу (главным образом по алюминию и углероду).
Управление всеми операциями может осуществляться как в ручном, так и в автоматическом режиме с поста управления. Давление газа в камере автоматически регулируется при помощи логического контроллера. Для повышения точности сигналов давления предусмотрены два датчика давления. Благодаря небольшой площади контакта расплава с огнеупорами, падение температуры расплава в процессе обработки невелико.
Техническая характеристика РМ-установки.
Время, требуемое для равномерного перемешивания расплава при различных методах обработки (в сек.): РМ —100-200; RH -150-400; DH -150-300; ASEA-SKF -80-100; VOD -120-360.
По раскисляющей способности процесс РМ превосходит перемешивание аргоном и соответствует циркуляционному вакуумированию. За счет подачи азота в камеру, предотвращения попадания шлака в камеру и вследствие эффективного перемешивания расплава, по степени усвоения легирующих добавок процесс РМ не уступает порционному и циркуляционному вакуумированию.
Средняя величина рефосфорации после 8—12 мин обработки в десять раз меньше, чем при продувке аргоном. Несмотря на применение азота в процессе РМ, его содержание в расплаве повышается лишь на 0,9 миллионных долей. Таким ростом содержания азота можно пренебречь. После 10 мин. обработки температура расплава снижается на 16°С, что на 25 % меньше по сравнению с циркуляционным вакуумированием.
В металле, обработанном пульсационным методом, наибольший размер неметаллических включений не превышает 150 мкм, а количество включений равно 0,2 мг на 10 кг стали, то есть по степени уменьшения количества крупных неметаллических включений процесс РМ аналогичен циркуляционному вакууммированию.
Печать

РЕКЛАМА

Видео металлургия

Счетчики