 |
|
Продувка металла порошкообразными материалами
Продувка металла порошкообразными материалами (или вдувание в сталь порошкообразных материалов) проводится для обеспечения максимального контакта вдуваемых твердых реагентов с металлом, максимальной скорости взаимодействия реагентов со сталью и высокой степени использования вдуваемых реагентов.
Достоинством этого метода является также то, что реагент в сталь вдувается струей газа-носителя, который оказывает определенное воздействие на сталь. Газом-носителем может быть:
· окислитель (например, кислород или воздух);
· восстановитель (например, природный газ);
· нейтральный газ (азот, аргон).
В качестве вдуваемых реагентов используют шлаковые смеси, а также металлы или сплавы металлов. Метод вдувания порошков используют для ряда целей.
1. Дефосфорация металла. При использовании шлаковых смесей для удаления фосфора в сталь обычно вдувается в струе кислорода смесь, состоящая из извести, железной руды и плавикового шпата.
2. Десульфурация. Для удаления серы в сталь вводят (в струе аргона или азота) флюсы на основе извести и плавикового шпата; смеси, содержащие кроме шлакообразуюших также кальций или магний; реагенты, которые вследствие высоких энергий взаимодействия и соответствующего пироэффекта обычными способами вводить в сталь нельзя (кальций, магний).
|
| Рисунок 1. Устройства для продувки стали кальцийсодержащими реагентами: а - общая схема (1 - подъемно-опускающееся устройство; 2 - раздаточный бункер; 3 - труба для продувки; 4 - крышка с огнеупорной футеровкой; 5 - фурма; 6 - ковш; 7 - накопитель фурм); б - фурма 1 - огнеупор; 2 - стальная труба) |
3. Раскисление и легирование, в том числе для введения металлов, которые вследствие вредного действия на здоровье обычными методами вводить опасно (свинец, селен, теллур).
4. Ускорение шлакообразования. В конвертерных цехах вдувание порошкообразной извести используют при переделе высокофосфористых чугунов.
5. Науглероживание. Вдувание в сталь порошкообразных карбонизаторов (графита, кокса и т.п.) позволяет в различных случаях практики решать разные задачи, в частности: корректировать содержание углерода в металле; при недостатке или отсутствии чугуна повышать в металле содержание углерода до пределов, необходимых для нормального ведения процесса; раскислять сталь (вдувание в окисленную сталь порошка углерода вызывает бурное развитие реакции обезуглероживания, содержание кислорода при этом уменьшается, а выделяющиеся пузыри СО промывают ванну от газов и неметаллических включений). Порошок графита или кокса можно вводить в сталь непосредственно в печи, а также в ковш или на струю металла.
6. Метод вдувания в сталь в ковше порошков может использоваться также для получения стали с регламентированным содержанием азота, а также для легирования кремнием, никелем, молибденом, вольфрамом, свинцом и др. Для получения низкосернистой азотсодержащей стали могут использоваться смеси, содержащие цианамид кальция CaCN2. В этом случае несущим газом является азот. При вдувании смеси кроме насыщения металла азотом одновременно протекают процессы науглероживания, раскисления и десульфурации. Условия перехода азота в сталь из несущего газа улучшаются при снижении в стали содержания кислорода и серы; и кислород и сера являются поверхностно-активными элементами и препятствуют переходу азота в сталь. Также, как в случае обработки стали синтетическим шлаком, состав попадающего из печи в ковш шлака в значительной степени влияет на протекание реакции десульфурации в ковше.
В настоящее время для введения в глубь, металла широко используют в порошкообразном виде различные шлаковые смеси, а также магний, барий, РЗМ; способы ввода реагентов в глубь металла разнообразны, поэтому под терминами "вдувание порошков", "инжекционная металлургия" понимают большое число самых разнообразных технологий.
Наиболее распространенным реагентов, используемым в составе вдуваемых смесей, является кальций. Кальций оказывает положительное влияние как реагент, существенным образом влияющий на скорость удаления включений, поскольку присутствие кальция способствует переводу включений глинозема в жидкие алюминаты кальция, что, в свою очередь, способствует ускорению удаления включений из металла.
Сталь, подвергнутая обработке кальцием, характеризуется существенно более высокой обрабатываемостью, что способствует повышению производительности металлообрабатывающих станков благодаря возможности работы на повышенных скоростях резания. Стали, обработанные кальцием, имеют лучшие показатели анизотропии свойств, при использовании введения в сталь кальция значительно улучшаются показатели механических свойств и снижается сегрегация в крупных слитках для поковок (конечная металлопродукция, а это труба стальная бесшовная, балка двутавровая, металлоконструкции, арматура, квадрат стальной, лист стальной гарячекатанный и другие виды металлопроката имеют высшее качество, при продувке металла в ковше порошкообразными материалами).
Процесс введения кальция в сталь характеризуется рядом особенностей: пироэффектом, малой степенью усвоения и соответственно повышенной стоимостью обработки и т.д. Учитывая это, распространение получили два приема работы:
· добавка кальция в составе различных сплавов, смесей, соединений ("разубоживание" материала);
· введение кальция (в виде этих смесей и соединений) не на поверхность, а в глубь металла ("инжекция" или "инъекция").
Термин "инжекционная" металлургия введен шведскими металлургами, разработавшими одну из разновидностей способа с использованием фурм-образного вида (рис.1) и обозначается буквами Ij или (Injection). Метод широко распространен за рубежом (под разными названиями); например, в ФРГ данный способ известен как TN-процесс. В США, Канаде и некоторых других странах этот метод получил название САВ-процесса. Метод используют, в частности, при производстве стали, применяемой для изготовления стального листа для сварных тяжелонагруженных конструкций и других видов металлопроката. Жидкую сталь выпускают в ковш, закрываемый затем крышкой, через которую вводят фурму для вдувания кальция в струе аргона. Кальций испаряется и, поднимаясь вместе с пузырями аргона, связывает серу в сульфид CaS.
Итак можно сделать вывод, что сталь после продувки порошкообразными материалами является более качественной, соответственно повышается и качество металлопродукции и металлопроката (швелера, трубы, двутавры, уголки равнополочные, листы стальные гарячекатанные и многое др.)