Вторичная металлургия
Современные способы конвертерной выплавки стали характеризуются значительной скоротечностью. Однако данный факт приводит к тому, что сталь при данном способе ее получения содержит немалое количество различных примесей, не удаленных из расплава, в связи с весьма невысокой длительностью технологического процесса. Учитывая быстрое развитие современных технологий металлургического производства, повышаются требования к качественным характеристикам стали на соответствующих технологических стадиях ее переработки. При этом неуклонно увеличивается потребность в стали, содержащей в своем составе минимальное количество тех или иных химических элементов, качественное регулирование которых возможно лишь на уровне отдельных атомов.Это привело к резкому увеличению и развитию рынка сталей, высокого качества.
В современных условиях возникло противоречие, когда увеличению скорости выплавки стали мешают ограничения, налагаемые технологическими процессами, которые не позволяют за необходимое до окончания плавки время придать расплаву соответствующие свойства и обеспечить нужное содержание примесей. Устранение данного противоречия стало возможно при условиях, когда технологический процесс обработки был изменен так, чтобы дать возможность воздействовать на расплав вне печи, посредством переноса части операций из емкости конвертера в ванны ковшей для транспортировки стали. Таким образом, при трансформации технологии получения стали была организована и использована вторичная металлургия.
С применением в конвертерном производстве технологии внепечного рафинирования металла для стабилизации операций по разливке стали в кристаллизаторы, для поддержания ее однородного состава и температурных параметров, стало возможным использовать более дешевые чугуны с низким содержанием марганцовистых и кремнистых соединений.
В настоящее время при применении вторичной металлургии можно выделить ряд базовых способов внепечной обработки. Ниже приведены некоторые из них.
Обработка расплава вне печи порошкообразными материалами и газами
Одним из способов ускорения процесса, при котором углерод окисляется кислородом, содержащимся в расплаве, является продувка инертным газом, в частности аргоном. Ее осуществляют через соответствующие пробки, имеющие пористый состав и огнеупорные свойства, либо через полый стопор или через днище ковша, имеющего пористую структуру. При этом такая обработка ведет к перемешиванию расплава, что в свою очередь, обеспечивает более равномерную консистенцию и усредненный состав.
Кроме того на поверхности расплава формируют шлак, имеющий необходимый состав, при этом он растворяет в себе содержащиеся в расплаве неметаллические включения.
При совместном применении указанных способов обработки (продувка аргоном и обработка шлаком) можно добиться значительного увеличения эффективности процесса.
Применяют порошкообразные материалы для обработки расплава с помощью газообразного носителя реагентов, в качестве которого может выступать природный газ, кислород или инертные газы (аргон). В качестве реагента используют в основном порошки металлов или шлаковую смесь определенного состава. Введение порошкообразных реагентов осуществляется в основном сверху, через соответствующую фурму.
Так, например, фосфор удаляется из расплава путем продувки через него кислородной струи со смесью, содержащей железную руду, плавиковый шпат и известь. Добавлением азотной или аргоновой струе флюса, содержащего плавиковый шпат или известь, обеспечивается удаление серы. Также для обеспечения высокой степени удаления серы из расплава и раскисления металла широко используют вдувание реагентов, содержащих кальций.
Необходимо также отметить, что кроме прочих, в настоящее время разработаны и применяются способы ввода реагентов без использования газовых носителей.
Рафинирование расплава в вакуумной среде
При создании вакуумной среды над расплавом, содержание в нем газов может быть сокращено в несколько раз. Данным способом из него удаляют кислород, водород, азот, углекислый газ и другие газообразные составляющие. Процесс удаления кислорода в вакууме осуществляется за счет флотации. При этом активно выделяющиеся пузырьки газа «слипаются» с всплывающими неметаллическими оксидными включениями и удаляются из расплава. Также, с помощью вакуума удаляют водород.
Для удаления из расплава азота используют более глубокий вакуум, причем процесс продолжается в течение более длительного времени, чем при снижении содержания водорода.
В данном процессе скорость удаления азота повышается и становится более интенсивной и полной при соответствующем повышении активности перемешивания ванны с расплавом.
Добиться наибольшей эффективности процесса вакуумного рафинирования расплава можно при активном движении к границе фаз пузырьков угарного газа и "носителей", содержащих неметаллические включения.
Для создания вакуума используют особые камеры, под отводящие патрубки которых ставят ковш.
На практике в основном вакуумирование проводят тремя способами: порционным, циркуляционным или ковшевым.
При вакуумировании порционным способом в состав технологической системы входят: вакуумная камера, футерованная с внутренней стороны; патрубок, футерованный с двух сторон;агрегаты для перемещения вакуум – камеры; вакуумные насосы; бункеры для подачи в камеру рафинирующих веществ; нагревателя вакуумной камеры.
Технологический процесс порционного вакуумирования включает в себя последовательность ряда операций, при которых происходит опускание в расплав патрубка, который перемещается в заполненную вакуумом камеру под действием нормального атмосферного давления. Порция расплава, попавшая в камеру, подвергается вакуумному воздействию в течение короткого периода (около 30 с), после чего камеру поднимают, соблюдая условие поддержания связи патрубка с расплавом, находящимся в вакуумной камере. После указанной операции расплав, подвергшийся вакуумной обработке, поступает обратно в ковш по патрубку. Данная процедура неоднократно повторяется.
В систему вакуумирования циркуляционным способом входят составные части аналогичные устройствам системы вакуумирования порционным способом. Отличительной особенностью системы циркуляционного вакуумирования является наличие двух патрубков, вместо одного, а также наличие механизма подачи аргона в один из патрубков.
В процессе циркуляционного вакуумирования патрубки опускают в расплав, после чего он под воздействием вакуума попадает в камеру. Затем осуществляется нагнетание аргона в один из патрубков. В течение 30 - 35 минут расплав под давлением аргона вместе с образовавшимся потоком пузырьков постоянно протекает через вакуумную камеру по патрубкам.
Для производства сталей с особо низким содержанием углерода при циркуляционном способе вакуумирования в камере создают специальные условия, при которых во время вакуумирования нераскисленного расплава скорость извлечения углерода значительно повышается.
В процессе вакуумирования ковшевым способом ковш для разливки стали помещают в особую герметично камеру, закрытую футерованной крышкой и охлаждаемую водой, в которой обеспечивается давление не более 5 мм ртутного столба. Такая обработка нераскисленного металла обеспечивает активное извлечение углерода.
При указанном способе вакуумирования особые требования предъявляются к высоте свободного борта ковша для разливки стали. В связи с вспениванием шлака пузырьками угарного газа, уровень расплава поднимается на высоту до 700 - 800 мм. Из-за этого при вакуумной обработке ковшевым способом свободный борт ковша емкостью 385 т. должен составлять не менее 1200 - 1300 мм.
Очистка расплава специальными шлаками
До начала внепечной обработки расплав, полученный путем переливания из ванны конвертера в ковш для разливки стали, может содержать в своем составе неметаллические включения, фосфор, серу, кислород, а также другие вредные вещества. Для удаления таких примесей применяют специальные синтетические шлаки, температуры состава и количество которых, задаются заранее. При соблюдении необходимых характеристик шлака, он взаимодействует с расплавом, создавая обширную и весьма активную поверхность фаз.На образовавшемся разделе двух фаз и проходят физико-химические преобразования, лежащие в основе процессов рафинирования.
Перед обработкой расплава подготавливается соответствующий шлак, основу которого определяет известково – глиноземный состав. Указанный шлак получают посредством плавления в печи электродуговым методом заданного состава шихты.
До начала процедуры выпуска стали из конвертера, шлак, разогретый до температуры 1700°С, помещают в ковш для разлива. При падении струи расплава с высоты конвертерной ванны в ковш, находящийся в нем разогретый до высокой температуры жидкий шлак дробит расплав на мелкодисперсные капли, частично создавая эмульсию. На образовавшемся разделе двух фаз,взаимно проникающих друг в друга, возникает обширная поверхность для проведения физико-химических преобразований.
На данной стадии окисленность расплава снижается, а также уменьшается количество содержащихся в нем неметаллических компонентов, в связи с тем, что при взаимодействии оксида кальция из шлака с находящейся в нем серой, последняя переходит в шлак. Указанный процесс успешно осуществляется при условии минимального объема кремнезема в смеси, а также отсутствия окислов железа в составе жидкого синтетического шлака, способных перейти в расплав с последующим окислением его компонентов.
Наиболее оптимальный состав синтетического шлака включает в себя следующие компоненты:оксид кальция - 50-55 %; оксид алюминия - 40-45 %; диоксид кремния - 5-10 %; оксид магния - до 10 % и небольшую часть фторида кальция для разжижения шлака. Соотношение массы шлака к массе расплава обычно составляет не более 1:20. При обработке шлаком с указанным составом уменьшение содержания вредных примесей в расплаве составляет: серы - в два раза; неметаллических включений и кислорода практически на треть.
Основным преимуществом применения синтетического шлака, изготовленного по специальной технологии, в процессе обработки расплава для его рафинирования, является высокая скорость течения процесса, при которой удаление значительного количества ненужных примесей происходит за период перемещения расплава из ванны конвертера в ковш для разливки стали. Причем указанный способ очистки от вредных компонентов может быть совмещен с другими методами его очищения.
Для выведения серы часто используют синтетический шлак в твердом состоянии, причем сера удаляется из металла посредством воздействия струи расплава с высокой температурой на твердые фракции шлака, которые последовательно расплавляются на дне ковша. Однако данному способу использования шлака придают значительно меньшее предпочтение из-за нестабильности результатов и низкой степени удаления примесей.
Комплексная обработка расплава в ковше – печи
С помощью применения вторичной металлургии по требованию потребителя производитель проводит рафинирование жидкого чугуна и скрапа с целью получения стали с заданными характеристиками, необходимого качества, определенного заказчиком химического состава, температуры, с заранее установленным содержанием неметаллических включений,насыщенностью газом, атомами различных легирующих элементов и иными параметрами. Для этого конвертерный шлак, собравший значительную часть вредных примесей, отделяют от чугуна, используя совокупность технических средств и различных последовательных либо одновременно протекающих технологических операций, которые объединены в единый комплексный процесс.
При использовании комплексного воздействия на сталь вне печи одновременно осуществляются или последовательно применяются простые и эффективные способы его очищения от нежелательных компонентов, включающие такие технологические процессы как очистка синтетическим шлаком, рафинирование его состава в вакуумной среде, обработка расплавленной смеси порошкообразными материалами и газами и, раскисление, подогрев и др. При этом для ускорения интенсивности получения расплава более высокого качества при использовании комбинации простых способов его очистки от вредных примесей важной технологической операцией является его перемешивание.
Основной емкостью для осуществления комплексной обработки расплава при его рафинировании является ковш для разливки стали, выступающий в качестве агрегата ковш-печь. В сталеразливочном ковше на расстоянии от его борта, равном 1/3 - 1/4 радиуса днища,смонтированы две продувочные пробки.С их помощью выполняется одна из основных операций, лежащих в основе очистки расплава от вредных примесей – продувка в струе аргона под слоем синтетического шлака, а также обеспечивают последовательное перемешивание в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Поддержание температуры расплава обеспечивается подачей переменного тока на три электрода, изготовленных из графита.При погружении электродов в шлак, электрический ток проходит через расплав, в результате чего возникает электрическая дуга, которая эффективно его прогревает. Причем создаются условия, когда шлаковый слой на 25 - 35 % превышает размер электрической дуги.
Уменьшение содержания углерода в расплаве обеспечивается продувкой водорода и кислорода в вакуумной среде. В результате протекающих взаимодействий углерод окисляется до угарного и углекислого газов. При продувке аргона и кислорода получают сталь с особо низким содержанием углерода.
Для успешного удаления серы из расплава при его комплексной обработке, в вакууматор подают шлак, содержащий в качестве своей основы смесь оксидов и фторидов кальция, обеспечивая при этом надежное препятствие попаданию в камеру вакууматора шлака, окисленного в конвертере при выходе расплава из ванны.
При рассматриваемом способе в ковше– печи в сочетании с циркуляционной вакуумной обработкой можно осуществлять различный состав технологических операций, в зависимости от заданных условий производства, таких как:
• проведение рафинирования для удаления включений, а также выравнивания его температуры и химического состава путем продувки нейтральным инертным газом и его перемешивания;
• дегидрогенизация и снижение его окисленности за счет подачи через него инертного газа;
• электродуговой нагрев в сталеразливочном ковше или в вакуум-камере за счет окисления подаваемого алюминиякислородом;
• уменьшение количества азота, кислорода и водорода, а также неметаллических компонентов, которые не были удалены за счет прилипания к газовым пузырькам посредством вакуумирования;
• применение для десульфурации синтетического шлака с необходимым содержанием оксида кальция;
• удаление серы, путем осуществления его обработки шлаковой порошкообразной смесью, обладающей основными свойствами в инертной газовой струе;
• удаление серы и придача высокого уровня раскисления посредством его взаимодействия с порошкообразным кальцием;
• удаление фосфора и серы за счет обработки расплава смесью порошкообразных шлаков, содержащих плавиковый шпати известь.
Для обработки стали вне печи обычно применяют установки доводки металла (УДМ), которые находятся в области работающего конвертера. Причем данные установки не осуществляют прогрев стали в ковше и не оборудованы специальной крышкой для сохранения температуры расплава. Однако они проводят с ним значительный объем технологических операций, таких как:
* температурные измерения и определение окисленности;
* подачу аргона;
* доставку катанки из алюминия или порошковой проволоки;
* определение и изменение химического состава;
* снижение температуры металла;
* добавление незначительного количества необходимых примесей (микролегирование);
* подогрев, путем подачи алюминиевого состава.
Для придания расплаву усредненного состава компонентов и равномерной температуры при плавках любого назначения через расплав, находящийся в ковше продувают аргон. Данный процесс осуществляется через соответствующую фурму или специальный блок, находящийся на дне ковша при условии ограничения активности барботажа, а также недопущения оголения поверхности расплава. После окончания продувки проводится измерительные операции, при которых определяют кислородную активность металла в расплаве, его температуру, величину шлакового слоя, а также осуществляют отбор проб для последующего анализа.
Полученные результаты химического анализа играют существенную роль для корректировки выполняемых впоследствии операций по обработке расплава. Так замеры температуры расплава позволяют регулировать необходимость его нагрева или охлаждения. Причем для понижения температуры применяют необходимые присадки, периодически добавляемые в объеме от 200 до 1000 кг., в состоящими из металлизованных окатышей, металлической обрези или сечки.
Затем технология предусматривает повторную 2 - 5 минутную продувку аргоном при которой в него подается алюминий для повышения температуры.
По результатам определения химического состава расплава принимают решения по корректировке его состава. Такая корректировка проводится добавлением специальных железосодержащих сплавов, частями не превышающими по массе 500 кг.
После «исправления» состава расплава и приведения его температуры к необходимому значению через пористые блоки, расположенные в донной части ковша, в него вновь подают аргон для того, чтобы очистить шлак от содержащихся в нем неметаллических примесей.
При необходимости осуществить микролегирование, добавляют соответствующие ферросплавы, содержащие элементы с различной степенью «усвоения» расплавом, что необходимо учесть при осуществлении последующих операций.
Например, входящие в состав легирующих добавок титан и бор «усваиваются на 50 %; ниобий и ванадий – на 90 % молибден – на 95 %.
Содержание алюминия при изменении химического состава расплава регулируют добавлением в него алюминиевых пирамидок или катанки. При необходимости корректировки по углероду, ее проводят добавлением коксика, «усвоение» углерода из которого происходит на уровне 45 - 60 %.
В современных условиях возникло противоречие, когда увеличению скорости выплавки стали мешают ограничения, налагаемые технологическими процессами, которые не позволяют за необходимое до окончания плавки время придать расплаву соответствующие свойства и обеспечить нужное содержание примесей. Устранение данного противоречия стало возможно при условиях, когда технологический процесс обработки был изменен так, чтобы дать возможность воздействовать на расплав вне печи, посредством переноса части операций из емкости конвертера в ванны ковшей для транспортировки стали. Таким образом, при трансформации технологии получения стали была организована и использована вторичная металлургия.
С применением в конвертерном производстве технологии внепечного рафинирования металла для стабилизации операций по разливке стали в кристаллизаторы, для поддержания ее однородного состава и температурных параметров, стало возможным использовать более дешевые чугуны с низким содержанием марганцовистых и кремнистых соединений.
В настоящее время при применении вторичной металлургии можно выделить ряд базовых способов внепечной обработки. Ниже приведены некоторые из них.
Обработка расплава вне печи порошкообразными материалами и газами
Одним из способов ускорения процесса, при котором углерод окисляется кислородом, содержащимся в расплаве, является продувка инертным газом, в частности аргоном. Ее осуществляют через соответствующие пробки, имеющие пористый состав и огнеупорные свойства, либо через полый стопор или через днище ковша, имеющего пористую структуру. При этом такая обработка ведет к перемешиванию расплава, что в свою очередь, обеспечивает более равномерную консистенцию и усредненный состав.
Кроме того на поверхности расплава формируют шлак, имеющий необходимый состав, при этом он растворяет в себе содержащиеся в расплаве неметаллические включения.
При совместном применении указанных способов обработки (продувка аргоном и обработка шлаком) можно добиться значительного увеличения эффективности процесса.
Применяют порошкообразные материалы для обработки расплава с помощью газообразного носителя реагентов, в качестве которого может выступать природный газ, кислород или инертные газы (аргон). В качестве реагента используют в основном порошки металлов или шлаковую смесь определенного состава. Введение порошкообразных реагентов осуществляется в основном сверху, через соответствующую фурму.
Так, например, фосфор удаляется из расплава путем продувки через него кислородной струи со смесью, содержащей железную руду, плавиковый шпат и известь. Добавлением азотной или аргоновой струе флюса, содержащего плавиковый шпат или известь, обеспечивается удаление серы. Также для обеспечения высокой степени удаления серы из расплава и раскисления металла широко используют вдувание реагентов, содержащих кальций.
Необходимо также отметить, что кроме прочих, в настоящее время разработаны и применяются способы ввода реагентов без использования газовых носителей.
Рафинирование расплава в вакуумной среде
При создании вакуумной среды над расплавом, содержание в нем газов может быть сокращено в несколько раз. Данным способом из него удаляют кислород, водород, азот, углекислый газ и другие газообразные составляющие. Процесс удаления кислорода в вакууме осуществляется за счет флотации. При этом активно выделяющиеся пузырьки газа «слипаются» с всплывающими неметаллическими оксидными включениями и удаляются из расплава. Также, с помощью вакуума удаляют водород.
Для удаления из расплава азота используют более глубокий вакуум, причем процесс продолжается в течение более длительного времени, чем при снижении содержания водорода. В данном процессе скорость удаления азота повышается и становится более интенсивной и полной при соответствующем повышении активности перемешивания ванны с расплавом.
Добиться наибольшей эффективности процесса вакуумного рафинирования расплава можно при активном движении к границе фаз пузырьков угарного газа и "носителей", содержащих неметаллические включения.
Для создания вакуума используют особые камеры, под отводящие патрубки которых ставят ковш.
На практике в основном вакуумирование проводят тремя способами: порционным, циркуляционным или ковшевым.
При вакуумировании порционным способом в состав технологической системы входят: вакуумная камера, футерованная с внутренней стороны; патрубок, футерованный с двух сторон;агрегаты для перемещения вакуум – камеры; вакуумные насосы; бункеры для подачи в камеру рафинирующих веществ; нагревателя вакуумной камеры.
Технологический процесс порционного вакуумирования включает в себя последовательность ряда операций, при которых происходит опускание в расплав патрубка, который перемещается в заполненную вакуумом камеру под действием нормального атмосферного давления. Порция расплава, попавшая в камеру, подвергается вакуумному воздействию в течение короткого периода (около 30 с), после чего камеру поднимают, соблюдая условие поддержания связи патрубка с расплавом, находящимся в вакуумной камере. После указанной операции расплав, подвергшийся вакуумной обработке, поступает обратно в ковш по патрубку. Данная процедура неоднократно повторяется.
В систему вакуумирования циркуляционным способом входят составные части аналогичные устройствам системы вакуумирования порционным способом. Отличительной особенностью системы циркуляционного вакуумирования является наличие двух патрубков, вместо одного, а также наличие механизма подачи аргона в один из патрубков.
В процессе циркуляционного вакуумирования патрубки опускают в расплав, после чего он под воздействием вакуума попадает в камеру. Затем осуществляется нагнетание аргона в один из патрубков. В течение 30 - 35 минут расплав под давлением аргона вместе с образовавшимся потоком пузырьков постоянно протекает через вакуумную камеру по патрубкам.
Для производства сталей с особо низким содержанием углерода при циркуляционном способе вакуумирования в камере создают специальные условия, при которых во время вакуумирования нераскисленного расплава скорость извлечения углерода значительно повышается.
В процессе вакуумирования ковшевым способом ковш для разливки стали помещают в особую герметично камеру, закрытую футерованной крышкой и охлаждаемую водой, в которой обеспечивается давление не более 5 мм ртутного столба. Такая обработка нераскисленного металла обеспечивает активное извлечение углерода.
При указанном способе вакуумирования особые требования предъявляются к высоте свободного борта ковша для разливки стали. В связи с вспениванием шлака пузырьками угарного газа, уровень расплава поднимается на высоту до 700 - 800 мм. Из-за этого при вакуумной обработке ковшевым способом свободный борт ковша емкостью 385 т. должен составлять не менее 1200 - 1300 мм.
Очистка расплава специальными шлаками
До начала внепечной обработки расплав, полученный путем переливания из ванны конвертера в ковш для разливки стали, может содержать в своем составе неметаллические включения, фосфор, серу, кислород, а также другие вредные вещества. Для удаления таких примесей применяют специальные синтетические шлаки, температуры состава и количество которых, задаются заранее. При соблюдении необходимых характеристик шлака, он взаимодействует с расплавом, создавая обширную и весьма активную поверхность фаз.На образовавшемся разделе двух фаз и проходят физико-химические преобразования, лежащие в основе процессов рафинирования.
Перед обработкой расплава подготавливается соответствующий шлак, основу которого определяет известково – глиноземный состав. Указанный шлак получают посредством плавления в печи электродуговым методом заданного состава шихты.
До начала процедуры выпуска стали из конвертера, шлак, разогретый до температуры 1700°С, помещают в ковш для разлива. При падении струи расплава с высоты конвертерной ванны в ковш, находящийся в нем разогретый до высокой температуры жидкий шлак дробит расплав на мелкодисперсные капли, частично создавая эмульсию. На образовавшемся разделе двух фаз,взаимно проникающих друг в друга, возникает обширная поверхность для проведения физико-химических преобразований.
На данной стадии окисленность расплава снижается, а также уменьшается количество содержащихся в нем неметаллических компонентов, в связи с тем, что при взаимодействии оксида кальция из шлака с находящейся в нем серой, последняя переходит в шлак. Указанный процесс успешно осуществляется при условии минимального объема кремнезема в смеси, а также отсутствия окислов железа в составе жидкого синтетического шлака, способных перейти в расплав с последующим окислением его компонентов.
Наиболее оптимальный состав синтетического шлака включает в себя следующие компоненты:оксид кальция - 50-55 %; оксид алюминия - 40-45 %; диоксид кремния - 5-10 %; оксид магния - до 10 % и небольшую часть фторида кальция для разжижения шлака. Соотношение массы шлака к массе расплава обычно составляет не более 1:20. При обработке шлаком с указанным составом уменьшение содержания вредных примесей в расплаве составляет: серы - в два раза; неметаллических включений и кислорода практически на треть.
Основным преимуществом применения синтетического шлака, изготовленного по специальной технологии, в процессе обработки расплава для его рафинирования, является высокая скорость течения процесса, при которой удаление значительного количества ненужных примесей происходит за период перемещения расплава из ванны конвертера в ковш для разливки стали. Причем указанный способ очистки от вредных компонентов может быть совмещен с другими методами его очищения.
Для выведения серы часто используют синтетический шлак в твердом состоянии, причем сера удаляется из металла посредством воздействия струи расплава с высокой температурой на твердые фракции шлака, которые последовательно расплавляются на дне ковша. Однако данному способу использования шлака придают значительно меньшее предпочтение из-за нестабильности результатов и низкой степени удаления примесей.
Комплексная обработка расплава в ковше – печи
С помощью применения вторичной металлургии по требованию потребителя производитель проводит рафинирование жидкого чугуна и скрапа с целью получения стали с заданными характеристиками, необходимого качества, определенного заказчиком химического состава, температуры, с заранее установленным содержанием неметаллических включений,насыщенностью газом, атомами различных легирующих элементов и иными параметрами. Для этого конвертерный шлак, собравший значительную часть вредных примесей, отделяют от чугуна, используя совокупность технических средств и различных последовательных либо одновременно протекающих технологических операций, которые объединены в единый комплексный процесс.
При использовании комплексного воздействия на сталь вне печи одновременно осуществляются или последовательно применяются простые и эффективные способы его очищения от нежелательных компонентов, включающие такие технологические процессы как очистка синтетическим шлаком, рафинирование его состава в вакуумной среде, обработка расплавленной смеси порошкообразными материалами и газами и, раскисление, подогрев и др. При этом для ускорения интенсивности получения расплава более высокого качества при использовании комбинации простых способов его очистки от вредных примесей важной технологической операцией является его перемешивание.
Основной емкостью для осуществления комплексной обработки расплава при его рафинировании является ковш для разливки стали, выступающий в качестве агрегата ковш-печь. В сталеразливочном ковше на расстоянии от его борта, равном 1/3 - 1/4 радиуса днища,смонтированы две продувочные пробки.С их помощью выполняется одна из основных операций, лежащих в основе очистки расплава от вредных примесей – продувка в струе аргона под слоем синтетического шлака, а также обеспечивают последовательное перемешивание в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Поддержание температуры расплава обеспечивается подачей переменного тока на три электрода, изготовленных из графита.При погружении электродов в шлак, электрический ток проходит через расплав, в результате чего возникает электрическая дуга, которая эффективно его прогревает. Причем создаются условия, когда шлаковый слой на 25 - 35 % превышает размер электрической дуги.
Уменьшение содержания углерода в расплаве обеспечивается продувкой водорода и кислорода в вакуумной среде. В результате протекающих взаимодействий углерод окисляется до угарного и углекислого газов. При продувке аргона и кислорода получают сталь с особо низким содержанием углерода.
Для успешного удаления серы из расплава при его комплексной обработке, в вакууматор подают шлак, содержащий в качестве своей основы смесь оксидов и фторидов кальция, обеспечивая при этом надежное препятствие попаданию в камеру вакууматора шлака, окисленного в конвертере при выходе расплава из ванны.
При рассматриваемом способе в ковше– печи в сочетании с циркуляционной вакуумной обработкой можно осуществлять различный состав технологических операций, в зависимости от заданных условий производства, таких как:
• проведение рафинирования для удаления включений, а также выравнивания его температуры и химического состава путем продувки нейтральным инертным газом и его перемешивания;
• дегидрогенизация и снижение его окисленности за счет подачи через него инертного газа;
• электродуговой нагрев в сталеразливочном ковше или в вакуум-камере за счет окисления подаваемого алюминиякислородом;
• уменьшение количества азота, кислорода и водорода, а также неметаллических компонентов, которые не были удалены за счет прилипания к газовым пузырькам посредством вакуумирования;
• применение для десульфурации синтетического шлака с необходимым содержанием оксида кальция;
• удаление серы, путем осуществления его обработки шлаковой порошкообразной смесью, обладающей основными свойствами в инертной газовой струе;
• удаление серы и придача высокого уровня раскисления посредством его взаимодействия с порошкообразным кальцием;
• удаление фосфора и серы за счет обработки расплава смесью порошкообразных шлаков, содержащих плавиковый шпати известь.
Для обработки стали вне печи обычно применяют установки доводки металла (УДМ), которые находятся в области работающего конвертера. Причем данные установки не осуществляют прогрев стали в ковше и не оборудованы специальной крышкой для сохранения температуры расплава. Однако они проводят с ним значительный объем технологических операций, таких как:
* температурные измерения и определение окисленности;
* подачу аргона;
* доставку катанки из алюминия или порошковой проволоки;
* определение и изменение химического состава;
* снижение температуры металла;
* добавление незначительного количества необходимых примесей (микролегирование);
* подогрев, путем подачи алюминиевого состава.
Для придания расплаву усредненного состава компонентов и равномерной температуры при плавках любого назначения через расплав, находящийся в ковше продувают аргон. Данный процесс осуществляется через соответствующую фурму или специальный блок, находящийся на дне ковша при условии ограничения активности барботажа, а также недопущения оголения поверхности расплава. После окончания продувки проводится измерительные операции, при которых определяют кислородную активность металла в расплаве, его температуру, величину шлакового слоя, а также осуществляют отбор проб для последующего анализа.
Полученные результаты химического анализа играют существенную роль для корректировки выполняемых впоследствии операций по обработке расплава. Так замеры температуры расплава позволяют регулировать необходимость его нагрева или охлаждения. Причем для понижения температуры применяют необходимые присадки, периодически добавляемые в объеме от 200 до 1000 кг., в состоящими из металлизованных окатышей, металлической обрези или сечки.
Затем технология предусматривает повторную 2 - 5 минутную продувку аргоном при которой в него подается алюминий для повышения температуры.
По результатам определения химического состава расплава принимают решения по корректировке его состава. Такая корректировка проводится добавлением специальных железосодержащих сплавов, частями не превышающими по массе 500 кг.
После «исправления» состава расплава и приведения его температуры к необходимому значению через пористые блоки, расположенные в донной части ковша, в него вновь подают аргон для того, чтобы очистить шлак от содержащихся в нем неметаллических примесей.
При необходимости осуществить микролегирование, добавляют соответствующие ферросплавы, содержащие элементы с различной степенью «усвоения» расплавом, что необходимо учесть при осуществлении последующих операций.
Например, входящие в состав легирующих добавок титан и бор «усваиваются на 50 %; ниобий и ванадий – на 90 % молибден – на 95 %.
Содержание алюминия при изменении химического состава расплава регулируют добавлением в него алюминиевых пирамидок или катанки. При необходимости корректировки по углероду, ее проводят добавлением коксика, «усвоение» углерода из которого происходит на уровне 45 - 60 %.