Главная | Обратная связь

Вакуумирование стали в ковше

Наиболее простым вариантом внепечного вакуумирования стали является одновременная обработка всей плавки вакуумом в ковше, осуществленная впервые в 1953 г. на Енакиевском металлургическом заводе. Для обработки ковш с металлом, выпущенным вместе со шлаком, устанавливаются в камере, накрываемой крышкой (рис. 1, а). С понижением общего давления в вакуумной камере начинается процесс дегазации стали, сопровождающейся перемешиванием металла и шлака выделяющимися пузырями газа.

Камера для вакуумирования представляет собой стальной цилиндр, устанавливаемый в бетонированном приямке в разливочном пролете. Сверху камера закрывается крышкой, укрепленной на петлях и поднимаемой при помощи лебедки. На некоторых установках крышка снимается краном или откатывается в сторону по рельсам, рубежом имеются установки, где применяют прямоугольные камеры, в которые ковш с металлом вкатывают на тележке через боковые двери.

Рисунок. 1. Схематическое изображение вариантов вакуумирования стали в ковше: а — с выдержкой ковша с металлом в камере; б — с электромагнитным перемешиванием металла, в — с продувкой газами, г — обработка по методу ASEA-SKF

До последнего времени на установках внепечного вакуумирования широко использовались механические, преимущественно многопластинчатые, насосы. Однако они при сравнительно большой производительности позволяют снижать давление только до 1,33—2,0 кПа (до 10—15 мм рт. ст.). При последовательном их соединении предельный вакуум достигает 0,533—0,660 кПа (4—5 мм рт. ст.), но резко уменьшается суммарная скорость откачки.

Насосы с масляным уплотнением чувствительны к наличию в откачиваемых газах пыли, которая в больших количествах выносится из вакуумных камер. Поэтому в системах с такими насосами необходимо устанавливать фильтры, быстро забивающиеся пылью и резко уменьшающие эффективную пропускную способность вакуумной системы.

Наиболее целесообразно в установках внепечного вакуумирования использовать пароводяные эжекторные насосы. Эти насосы наименее чувствительны к наличию в газах пыли и производительность их исчисляется десятками тысяч кубических метров в минуту даже при остаточном давлении 13,33—6,66 Па (0,1—0,05 мм. рт. ст.). Поэтому ряд установок на отечественных заводах, ранее работавших на механических насосах, оборудуют теперь пароэжекторными насосами.

Экспериментально установлено, что при вакуумировании стали в ковше раскисленной легированной электростали ни кислород, ни азот из металла не удаляются. Весь эффект вакуумирования сводится к незначительному снижению содержания водорода, причем эффективность обработки уменьшается с увеличением массы плавки.

Вакуумирование в ковше нераскисленной стали характеризуется бурным взаимодействием растворенного в металле углерода с кислородом металла и шлака и вскипанием металла и шлака. Поэтому при обработке нераскисленной стали необходимо в ковше обеспечивать свободный объем при его высоте, составляющей примерно 1 м.

В результате углеродного раскисления в вакууме кипящей стали в ковшах малого объема удается получать спокойный металл без дополнительного раскисления. Например, после вакуумной обработки 10-т мартеновских плавок низкоуглеродистой стали в течение 8—10 мин при давлении 66,6—400 Па (0,5—3,0 мм рт. ст.) содержание углерода снижалось на 0,02—0,09%, кислорода с 0,018—0,043 до 0,002—0,009%, закиси железа в шлаке с 8,5—16,6% до 2,2—8,3%. Выделяющаяся при обработке окись углерода перемешивает металл и способствует удалению водорода и азота, однако эффективность вакуумирования в ковше и нераскисленной стали уменьшается с увеличением массы металла, так как значительное ферростатическое давление затрудняет образование пузырьков окиси углерода в нижних горизонтах ковша большой емкости и нижние слои металла обработке вакуумом по существу не подвергаются. Так, уже при обработке плавки массой 60 т достигается очень незначительный эффект, а вакуумирование плавок массой 80—100 т становится нецелесообразным.

Повысить эффективность внепечного вакуумирования стали в ковше позволяет принудительное перемешивание металла. При принудительном перемешивании степень дегазации, одинаковая со степенью дегазации верхних слоев металла при вакуумировании без перемешивания, может быть достигнута в объеме всего ковша любой емкости. Перемешивание позволяет обрабатывать нераскисленную сталь с введением раскислителей и легирующих добавок после обработки, что способствует получению стали, менее загрязненной продуктами раскисления.

Для интенсификации вакуумирования стали в ковше наиболее широкое распространение получили электромагнитное перемешивание (рис. 1, б) и продувка металла газами (рис. 1, в).

Обработку с электромагнитным перемешиванием металла в ковше успешно применяют для дегазации плавок массой 70—180 т. Но для осуществления этого варианта вакуумирования необходимо специальное оборудование — сталеразливочные ковши специальной конструкции, источники питания низкой частоты, индукторы и другое оборудование.

В значительно более широких масштабах применяют перемешивание металла продувкой газами. Для этого в обычном сталеразливочном ковше предусматривают устройство для ввода газа в металл: ложный стопор с газопроницаемыми элементами, пористые или с прошитыми каналами огнеупорные пробки, пористые блоки и т. п.

В отличие от электромагнитного перемешивания продувка металла оказывает дополнительное дегазирующее действие. Вначале для этих целей металл продували только инертными газами, однако в последнее время наряду с аргоном применяют также азот, окись и двуокись углерода и даже сухой воздух. Это позволяет значительно снизить стоимость затрат на обработку без заметного снижения ее эффективности.

Предложены и другие способы перемешивания стали в ковше:

· вибрация,

· перемешивание при помощи механических мешалок типа пропеллера и некоторые другие способы.

Однако они пока не нашли широкого применения вследствие недостаточной эффективности (вибрация) или из-за сложности устройств (мешалки). Крупный недостаток способов вакуумирования стали в ковше; заключается в значительных потерях тепла (рис. 2). Дефицит тепла увеличивается также вследствие повышения температуры ликвидуса при обезуглероживании. Поэтому вакуумирование в ковше с перемешиванием металла целесообразно применять для обработки высоко- и среднеуглеродистых сталей в ковшах большой емкости.

Рисунок. 2. Потери тепла при вакуумировании: 1 — обработка в ковше, 2 — обработка по методу ДН

Но даже в том случае металл в печи необходимо перегревать на 50—70° С, что отрицательно сказывается на производительности агрегата и уменьшает стойкость футеровки.

Делаются попытки компенсировать потери тепла при вакуумировании подогревом металла в ковше. Так, шведской компанией электричества (ASEA) и компанией шведских шарикоподшипниковых предприятий (SKF) разработан способ вакуумирования жидкой стали в ковше с подогревом электрическими дугами (см. рис. 1, г).

После расплавления металла и скачивания шлака в электропечи плавку выпускают в подогретый ковш, который устанавливают затем в индуктор для перемешивания и вакуумирования в течение 10 — 15 мин. По окончании вакуумирования и легирования снимают крышку и на ковш устанавливают свод, подобный своду обычной дуговой печи, включают ток и продолжают рафинирование плавки.

Таким образом, принцип действия этой установки позволяет перенести все операции по рафинированию стали в ковш. Сталеплавильная печь в этом случае используется только для расплавления шихты и удаления из металла фосфора. Это обеспечивает значительное возрастание производительности электропечи и увеличение срока службы ее футеровки, но соответственно усложняет работу футеровки ковша.

Несмотря на сложность и сравнительно высокую стоимость оборудования, этот способ благодаря большим потенциальным возможностям рафинирования и гибкости технологического процесса получил распространение не только в Швеции, но и в Японии, США, Англии, Италии и ряде других стран. В 1972 г. на зарубежных заводах насчитывалось свыше 20 установок, работающих методом ASEA—SKF, в которых исходный полупродукт выплавляют не только в электропечах, но и в кислородных конвертерах, и по способу Калдо.