2.5.2.2 Продувка стали в ковше инертными (нейтральными) газами

Продувка инертными газами обеспечиват гомогенизацию расплава по темепартуре и химическому составу, а такжее рафинирование от растворенных газов и неметаллических включений.

Гомогенизация расплава обеспечивается за счет активного перемешивания при барботаже расплава пузырьками вдуваемого газа. Для литейных ковшей вместимостью 3 – 10 т для гомогенизации расплава достаточно продувки в течение 2-4 мин.

Рафинирование жидкой стали от растворенных газов связано, прежде всего, с удалением из неё водорода. В пузырьках вдуваемого газа в начальный момент парциальное давление водорода P_H2 = 0. Поэтому водород экстрагирует в пузырьки и вместе с ними удаляется из расплава. Степень дегазации возрастает с увеличением расхода инертного газа. Эти параметры связаны следующей зависимостью:

V_Ar = (112/η) ∙ P_Ar ∙ (K_H / f_H) ² ∙ (1 / [H] _К – 1 / [H] _Н), (2.5.3)

где V_Ar – расход газа, м³/т;

η - коэффициент полезного действия продувки;

P_Ar – давление вдуваемого газа, Па;

K_H - константа равновесия реакции ¹ /₂ H₂ = [H];

f_H - коэффициент активности водорода в жидкой стали;

[H] _Н и [H] _К - содержание водорода в расплаве до и после продувки инертным газом, %.

Рафинирование жидкой стали от неметаллических включений обусловлено флотирующим действием всплывающих пузырьков вдуваемого газа: включения не смачиваются расплавом, потому вытесняются к поверхности металл-газ. Там они прилипают к пузырькам, всплывают вместе с ними из расплава и затем ассимилируются шлаком.

Продувку жидкой стали инертным газом осуществляют двумя способами: при помощи погружных фурм и через пористый огнеупор в днище ковша. В первом случае в ковш с расплавом опускают фурму в виде ложного стопора. В его наконечнике размещают газовые сопла с каналами, направленными вниз или/и вбок. В таком варианте продувка расплава в ковше осуществляется концентрированными газовыми струями. Во втором случае в футеровку днища ковша вставляют пористую вставку из качественных огнеупорных материалов (корунда Al₂O₃, шпинели MgOAl₂O₃, муллита и др.). Снизу к ней подводят инертный газ. При этом пузырьки вдуваемого газа зарождаются по всей площади пористой вставки. Поэтому продувка протекает более рассредоточенно, что обеспечивает более высокую эффективность обработки. Но его недостатком является высокая вероятность быстрой закупорки поровых каналов в пористой вставке шлаком.

В качестве продувочных газов обычно используют аргон или азот. Применение азота допустимо, если стали, не содержат нитридообразующих элементов (Cr, Ti, V и др.). Расход инертного газа обычно составляет 0,2…0,5 м³/т. При этом степень удаления водорода достигает 45…70 %, азота – 25…65 %, а неметаллическиз включений – 30-60 %.

2.5.2.3 Вакуумирование стали в ковше

Вакуумирование в ковше (Рис. 2.5.6) осуществляют следующим образом: сталеразливочный ковш (4) с расплавленным металлом помещают в специальную камеру (1), которую герметично закрывают крышкой 2 и в ней создают разрежение. Сталь выдерживают под низким давлением некоторое время. Для визуального контроля процесса используют смотровое окно 3.

Вакуумированию подвергают слабо раскисленную сталь с полной отсечкой шлака. При откачке воздуха из камеры металл начинает кипеть уже при давлении 60…80 кПа вследствие протекания реакции углеродного раскисления стали. С увеличением глубины вакуума интенсивность кипения стали возрастает. По мере снижения содержания кислорода процесс кипения затухает. Тогда в ковш вводят необходимые легирующие элементы.

Рис. 2.5.6 Схема вакуумирования стали в ковше:

Активное протекание процессов углеродного раскисления стали и обусловленного этим бурного кипения расплава обеспечивают, как и при вакуумно-индукционной плавке, повышение качества жидкого металла за счет его гомгенизации и рафинирования от растворенных газов и неметаллических включений. Так, при вакуумировании в ковше водород удаляется на 50…75 % (до содержаний 1,5…2,510^-4 %), а кислорода - до 50 %. При этом вакуумирование нераскисленной стали дает лучшие результаты. Азот удаляется в меньшей степени - не более 20 %.

Основным недостатком вакуумирования стали в ковше является замедленное протекание процесса дегазации расплава из-реализации его только на ограниченной поверхности раздела «Металл-Газ». Поэтому нашили применение спобобы вакуумирования, обеспечивающие увеличение удельной поверхности «металл-газ». Такие возможности реализуютс при вакуумировании стали в струе, порционном и циркуляционном вакуумировании.