9 Обработка стали в вакуумной установке

Основными задачами вакуумной обработки стали являются:

– снижение в жидкой стали газов: водорода, азота, кислорода до величин соответствующих требованиям нормативно-технической документации;

– снижение содержания углерода в стали до значений менее 0,03% особенно при вакуум-углеродном раскислении;

– десульфурация стали;

– удаление неметаллических включений из стали;

– корректирование химического состава и температуры стали после установки "ковш-печь" или конвертера.

Задачами вакуум-кислородного обезуглероживания являются те же задачи, что при вакуумной обработке стали, а также окисление углерода до значений менее 0,03% без существенного окисления других элементов, например, сверхнизкоуглеродистых марок стали для глубокой вытяжки (ULC, IF) или хрома в хромистых марках стали.

9.1 Требования к ферросплавам, легирующим и добавочным материалам

Ферросплавы и легирующие: марганец металлический, ферросиликомарганец, ферромарганец, ферросилиций, феррохром, ферросиликохром, никель, ферромолибден, ферротитан, ферробор, феррованадий, феррониобий, алюминий первичный, алюминий для раскисления, производства ферросплавов и алюминотермии, сплав алюмоферрокремниевый.

Науглероживатели: антрацит дробленный для науглераживания стали, проволока порошковая для обработки металлургических расплавов. Шлакообразующие материалы: известь для сталеплавильного и ферросплавного производства, концентраты плавикошпатовые металлургические, флюс-раскислитель алюмосодержащий, порошки переклазовые спеченные.

Ферросплавы и легирующие должны быть сухими, соответствовать требованиям нормативно-технической документации по химическому составу основных компонентов, иметь минимально-допустимое содержание вредных примесей (S, P). Фракционный состав ферросплавов от 10 до 40 мм (определяется визуально).

Науглероживатель должен быть сухим, содержание влаги не более 1%, летучих – не более 2%, содержание серы – не более 1,2%, углерода – не менее 90%. Фракционный состав науглероживателя от 2 до 8 мм (определяется визуально). Науглероживатель должен быть расфасован в полиэтиленовые мешки развесом до 25 кг, исключающие поглощение влаги из атмосферы.

Известь должна быть марки ИС-1 первого или второго сорта, или ИС-2 первого сорта. Суммарное содержание СаО+MgO не менее 92% в извести ИС-1 первого сорта, не менее 90% – в ИС-1 второго сорта, не менее 88% – в ИС-2 первого сорта, при содержании MgO ≤ 6%, потери при прокаливании не должны превышать 5%, 7%, 8%, соответственно. Известь должна быть свежеобожженной. Срок хранения извести не более 16 часов с момента выдачи из печей обжига. Фракционный состав от 25-50 мм (контролируется визуально). Остальные шлакообразующие материалы должны быть сухими с содержанием влаги не более 1%. Периодически отбираются пробы всех материалов для контроля качественных характеристик.

Теплоизолирующие смеси с основностью не ниже 2 для стали с содержанием углерода не менее 0,05%:

– марки ;

– марки ТИС-2М .

Безуглеродистые теплоизолирующие смеси с содержанием углерода не более 1,0% используются для теплоизоляции стали с содержанием углерода менее 0,05%.

2.5 Технологические газы:

– кислород газообразный, первого сорта ;

– аргон газообразный, первого сорта ;

– азот газообразный, первого сорта.

9.2 Краткая характеристика вакуумной установки камерного типа (УВК)

Вакуумная установка камерного типа состоит из следующих основных узлов:

I-я вакуумкамера (позиция А);

II-я вакуумкамера (позиция В).

Вакуумкамера представляет собой металлоконструкцию, сваренную из листов, с усиленным днищем. Внутри каждой вакуумкамеры установлены опоры, на которые устанавливается стальковш. Трубы для подвода инертного газа проходят сквозь стенку в зоне опор ковша.

Вакуумкамера сконструирована таким образом, что содержимое ковша может находиться в камере под ковшом в случае прогара ковша. Стенки и днище вакуумкамеры футерованы огнеупорными материалами. Каждая вакуумкамера снабжена термоэлектрическим преобразователем ТХА (К) для обнаружения течи ковша. ТХА (К) соединена с системой визуализации технологического процесса вакуумирования. При достижении температуры в вакуумкамере 700˚С происходит сработка параметров визуализации, показывающая обнаружение течи ковша с металлом.

Вакуумная крышка, расположена на транспортной тележке, подвешена на металлоконструкциях и передвигается по рельсам над камерами.

Вакуумная крышка включает в себя: герметичную крышку, водоохлаждаемую крышку ковша, теплозащитный экран, бункер для легирующих материалов, кислородную фурму.

Вакуумная крышка представляет собой выпуклую металлоконструкцию, сваренную из листов с основным вакуумным фланцем и различными разъемами. Разъемы для дополнительного оборудования в верхней части крышки водоохлаждаемые. Крышка футеруется огнеупорными материалами.

Водоохлаждаемая крышка ковша предназначена для защиты вакуумной крышки от перегрева и предохранения от выбросов шлака и стали.

Теплозащитный экран имеет трубчатую конструкцию, соединение с вакуумной крышкой выполнено с помощью петель и штанг. Вакуумная крышка дополнительно оборудована двумя разъемами для подвода и отвода охлаждающей воды. Подключение воды от вакуумной крышки к крышке ковша выполнено с помощью гибких шлангов.

На вакуумной крышке установлен двойной вакуумный бункер конусного типа емкостью 1,5 м³ для подачи ферросплавов и легирующих материалов во время вакуумной обработки металла. Бункер состоит из верхнего приемного отсека и вакуумного отсека. В качестве закрывающего элемента используются автоматически управляемые затворы. Для вентиляции и опорожнения верхнего и нижнего отсеков установлена система трубопроводов с клапанами. Материалы подаются в вакуумную камеру посредством соединительной трубы, находящейся на вакуумной крышке.

Крышка поднимается и опускается с помощью гидравлических цилиндров. Необходимые для вакуумирования технологические среды: азот, кислород, аргон и вода на охлаждение подсоединены к крышке гибкими шлангами. Подача электроэнергии производится с помощью гибких кабелей.

Бункера для хранения ферросплавов и сыпучих материалов расположены возле вакууматора и используются как для вакуумной установки камерного типа, так и для установки "ковш-печь".Подвижное колено для соединения вакуумной установки камерного типа с вакуумнасосом.

Вакуумный насос, эжекционный, семиступенчатый с тремя конденсаторами, включающий в себя: 7 эжекторов, 3 кондесатора, сборник конденсата, 3 насоса горячей воды. Эжекторы – это струйные насосы, использующие пар в качестве среды для создания вакуума. Эжекторы Е5а, Е4а и конденсатор С3 используются для процесса с созданием вакуума при разрежении менее 90 мбар.

Эжекторы Е5, Е4, Е3 и конденсатор С1 используются для процесса с созданием вакуума при разрежении менее 30 мбар. Включение эжекторов Е5, Е4, Е3 и конденсатора С1 в работу производится только после создания вакуума с разрежением менее 90 мбар.

Всасываемая среда состоит из газов, образующихся во время обработки жидкой стали (CO₂, CO, H₂, N₂) и технологических газов (N₂, Ar, O₂), а также пыли.

Обычное разрежение при вакуумировании составляет от 5 мбар до 0,67 мбар. Разрежение 0,67 мбар является международным стандартом. Расчетная всасывающая способность при разрежении 0,67 мбар – 800 кг/ч, при разрежении 98 мбар – 4500 кг/ч. Время создания вакуума от атмосферного давления до давления 1 мбар внутри металлической вакуумкамеры примерно от 3 мин. до 5 мин.

Система очистки отходящих газов. Система подачи сред: аргона, электроэнергии, кислорода, азота и воды на охлаждение вакуумкамеры и крышки.Система взвешивания, дозировки и подачи материалов к приемным устройствам вакуумной установки камерного типа.

Трайб-аппарат для ввода порошковой и алюминиевой проволоки. Пост управления с системой АСУ ТП всех узлов и механизмов.

9.3 Подготовка вакуумной установки камерного типа к проведению вакуумной обработки или вакуум-кислородному обезуглероживанию стали

В процессе подготовки вакуумной установки камерного типа к проведению вакуумирования плавки необходимо проверить аличие энергоносителей и соответствие параметров подводимых к УВК энергоносителей: аргона, кислорода, электроэнергии, охлаждающей воды, пара требованиям технической документации, исправность измерительных приборов в центральном и местном постах управления УВК. Готовность к работе всех узлов и механизмов УВК на мониторе центрального поста управления, исправность системы слежения за поверхностью металла и шлака в ковше во время вакуумирования, отсутствие воды, остатков шлака, металла и других материалов в вакуумной камере, исправность аварийной сигнализации.

Также следует проверить наличие ферросплавов, легирующих и добавочных материалов в загрузочных бункерах, наличие алюминиевой и порошковых проволок в корзинах трайбаппаратов, готовность к работе системы создания вакуума и системы удаления технологических газов.

Для проведения вакуумной обработки стали должны использоваться ковши, прошедшие 1-2 налива. Использование новых по футеровке ковшей не разрешается.За час до начала вакуумирования стали производится обдув уплотнений вакуумкамер и фальш-вакуумация. Выявленные в процессе подготовки УВК неисправности должны быть устранены заранее, до начала вакуумирования.

9.4 Вакуумная обработка стали в вакуумной установке камерного типа

Вакуумная обработка стали подразделяется на следующие виды:

– Вакуумная дегазация стали – VD-процесс;

– Вакуумно-углеродное раскисление – VCD-процесс;

– Вакуумно-кислородное обезуглероживание – VOD-процесс;

– Вакуумно-кислородное обезуглероживание с интенсивным перемешиванием – SS-VOD-процесс.

Выплавка стали-полупродукта производится в конвертерах. Уровень свободного борта в ковше должен быть не менее 800 мм для вакуумной дегазации и вакуум-углеродного раскисления, не менее 900 мм – для вакуум-кислородного обезуглероживания. При отсутствии свободного борта вакуумную обработку проводить запрещается. Уровень свободного борта определяется визуально по количеству рядов футеровки над поверхностью металла.Для обеспечения уровня свободного борта в ковше 800 мм, необходимого для предотвращения выплесков и выбросов шлака и металла при их вспенивании во время вакуумирования, масса стали на переливе должна составлять:

Высота ковша по броне, мм	Масса стали, т
5720	270-275
6020	300-305

При проведении вакуумной обработки стали выполняются следующие технологические операции: отбор проб стали и шлака для определения химического состава, измерение температуры стали, Проведение необходимого технологического процесса (VD, VCD, VD-OB или SS-VD-OB).

9.5 Основные требования при вакуумной обработке стали

При вакуумной обработке должны выполнятся следующие требования:

1) Химический состав стали в конце обработки на УКП должен соответствовать среднемарочному составу стали. При выплавке стали в конвертере, сталь должна быть раскислена в ковше во время выпуска;

2) толщина слоя основного рафинировочного шлака в ковше для вакуумной обработки стали после обработки стали на установке "ковш-печь" должна быть не более 80 мм, что определяется замером металлической трубкой;

3) температура металла перед началом вакуумирования должна обеспечивать проведение технологических операций по вакуумированию, корректированию химического состава, проведению усреднительной продувки инертным газом и дальнейшей разливке металла на МНЛЗ;

Температура металла (Т) в конце обработки на установке "ковш-печь" или при выпуске из конвертера определяется по формуле:

,

где Т – температура разливки стали на МНЛЗ на верхнем пределе, ˚С;

∆Т_пр – снижение температуры за счет присадки 1 т материала (ферросплавов и легирующих, углеродсодержащих и шлакообразующих материалов: извести, алюмофлюса, плавикового шпата) на 300 т жидкой стали в ковше, ˚С;

m_пр – масса присаживаемых материалов, т;

∆Т_в – снижение температуры 300 т металла в ковше при наборе вакуума и вакуумировании за 1 мин, ˚С (от 1,5 до 2,5), для высокоуглеродистых марок стали ∆Т_в=(от 1,5 до 2,2)˚С. Рекомендуется выбирать ∆Т_в на верхнем пределе в случаях:

– при вакуумировании на "холодной" УВК (на первой плавке);

– при использовании ковша, который не был в работе более 8 часов или с температурой футеровки ниже 900˚С;

τ_в – длительность набора вакуума и время вакуумирования (набор вакуума 5-10 мин, выдержка под вакуумом – 10-30 мин);

∆Т_пер – снижение температуры 300 т металла в ковше при отборе проб и ожидании химанализа, а также при перемешивании металла аргоном для удаления неметаллических включений (0,6-0,8), ˚С;

τ_проб – длительность отбора пробы и ожидания химанализа (5-10), мин;

τ_пер – длительность перемешивания металла в ковше аргоном для удаления неметаллических включений (3-7), мин.

Ориентировочное падение температуры при вакуумной дегазации стали от 60˚С до 100˚С.

4) ферросплавы для корректировки химического состава стали необходимо присаживать в ковш до начала процесса вакуумирования на УКП или после набора глубокого вакуума;

5) ферротитан, ферробор, феррониобий, феррованадий – легирующие с повышенным сродством к азоту, должны быть присажены в ковш в конце процесса вакуумирования (за 5-10 мин до окончания обработки);

6) в случае образования густого шлака перед вводом ферросплавов, необходимо присаживать в ковш плавиковый шпат за 3-4 мин до ввода раскислителей;

7)все присаживаемые в ковш материалы: ферросплавы, легирующие, шлакообразующие и науглероживатель должны быть сухими. Содержание остаточной влаги в науглероживателе должно быть не более 1%.

9.6 Вакуумная обработка стали на УВК

Вакуумная обработка стали подразделяется на два вида: вакуумная дегазация – VD-процесс и вакуум-углеродное раскисление стали – VCD-процесс.

9.6.1 Вакуумная дегазация стали

Вакуумной дегазации подвергаются стали:

– раскисленные кремнием, кремнием и алюминием (спокойные);

– раскисленные алюминием (кипящие и полуспокойные).

Сталеразливочный ковш краном перевозится к установке вакуумирования и опускается в одну из камер (позиция А или В).При установке ковша на опоры вакуумкамеры автоматически подключается линия подачи аргона в стальковш.После установки ковша и подачи аргона, необходимо зрительно убедиться в работе аргонных пробок. Проверяется высота свободного борта в ковше (визуально).Произвести отбор пробы металла и шлака, замер температуры металла и содержания водорода в металле.

Отбор проб металла на химический анализ производится в ручном режиме. Пробоотборник вводится в ковш через слой шлака в жидкий металл на глубину не менее 400 мм и выдерживается 3-5 секунд с момента погружения.Первая проба отбирается сразу после установки стальковша в вакуумкамеру (подключение продувки аргоном, определение высоты свободного борта). Следующая проба отбирается после присадки ферросплавов, шлакообразующих и окончания вакуумирования. Проба охлаждается обдувом сжатым воздухом до потемнения поверхности, а затем – в воде. Охлажденная проба пневмопочтой отправляется в экспресс-лабораторию.

Контроль температуры металла производится в ручном режиме термоэлектрическим преобразователем разового погружения.Первый замер температуры производится после установки ковша в вакуумкамеру, следующий – после окончания вакуумирования.

Далее вакуумкамеру накрывают крышкой, и проверяют состояние уплотнения. После этого включается вакуумный насос и с помощью камеры наблюдают за поведением металла в ковше.Когда шлак или металл "закипает" до уровня верхнего среза сталеразливочного ковша, что контролируется визуально с помощью телекамеры, следует уменьшить скорость создания вакуума в камере и контролировать процесс с помощью линии контроля вакуума и расхода пара на вакуумнасос или кратковременно открыть клапан линии азота для повышения давления в вакуумкамере до понижения уровня расплава в ковше. Далее набор вакуума следует продолжить. Когда вскипание прекращается, откачка давления из вакуумкамеры возобновляется. Причиной "вскипания" является, в основном, повышенное образование СО вследствие реакции между углеродом в стали с FeO в шлаке. В это время проводить удаление серы и азота не рекомендуется.

Уменьшение скорости создания вакуума производится в автоматическом режиме с помощью АСУ ТП.

Создание вакуума производится ступенчато. В начале вакуумирования запускается (стартовый) вакуумнасос (эжекторы Е5а+Е4а), обеспечивающие процесс VOD при разрежении в вакууматоре менее 90 мбар. Через 3-5 минут или при обеспечении разрежения 90 мбар происходит переключение на (рабочий) вакуумнасос низкого вакуума (эжекторы Е5+Е4+Е3+Е2+Е1) для обеспечения VD-процесса при разрежении в вакуумкамере менее 5 мбар. Для обеспечения VCD-процесса запускается вакуумнасос (Е5+Е4+Е3), создающий разрежение в вакуумкамере менее 30 мбар. Для создания вакуума 0,67 мбар используются:

а)1-я ступень – Е1 – 0,67-5 [мбар];

б)2-я ступень – Е2 – 5-25 [мбар];

в)3-я ступень – Е3 – 25-100 [мбар];

г)4-я ступень – Е4 – 100-400 [мбар];

д)5-я ступень – Е5 – 400-1000 [мбар].

В процессе создания вакуума до разрежения 90 мбар необходимо установить минимальный расход аргона (75 л/мин). Закрывать аргон полностью не рекомендуется, т.к. возобновление подачи аргона может привести к всплеску металла и шлака в ковше и выбросам.При достижении разрежения в вакуумкамере менее 30 мбар при VCD-процессе или менее 10 мбар при VD-процессе расход аргона плавно увеличивают до 450 л/мин для проведения эффективной дегазации.При необходимости корректировки химического состава металла присадку ферросплавов следует производить в первой половине вакуумирования и не позднее, чем за 10 мин до окончания вакуумирования.Снижение температуры металла при вакуумировании составляет от 1,8˚С/мин до 2,5˚С/мин в зависимости от расхода аргона (ориентировочно 60-100˚С за цикл обработки).

По истечении расчетного времени обработки произвести отключение вакуумных насосов. Отключение вакуумнасосов, продувку и заполнение вакуумкамеры азотом, соединение ее с атмосферой производить в автоматическом режиме. Через люк вакуумкамеры следует произвести замер температуры металла и отбор пробы стали на химанализ. При необходимости произвести отбор пробы шлака на химанализ.

При необходимости получения более чистой по неметаллическим включениям стали (для штрипсов, судостроительной стали и трубного металла) разрешается вводить алюминий перед вакуумированием.

После завершения обработки происходит контролируемое отключение паровых эжекторов. Вакуумкамера заполняется азотом до атмосферного давления. Крышка поднимается и перемещается в позицию ожидания, отключается подача аргона. Отбирается проба, измеряется температура металла, если получены необходимые температура и химанализ, производится ввод алюминиевой проволоки и силикокальциевой проволоки для раскисления и легирования. Далее ковш краном поднимается из вакуумкамеры и перевозится на МНЛЗ.

9.6.2 Вакуум-углеродное раскисление (VCD-процесс)

Вакуум-углеродному раскислению подвергают кипящие стали, в том числе легированные марганцем, хромом, никелем и другими элементами, имеющими низкое сродство к кислороду. Вакуум-углеродное раскисление стали протекает вследствие образования СО во время вакуумирования:

При содержании углерода в стали меньше 0,50% равновесие между углеродом [C] и кислородом а_[O] не зависит от температуры:

,

где Р_СО – давление, бар;

[C], [O] – содержание углерода и кислорода, %

или .

Типичная модель процесса VCD протекает при содержании углерода 300-400 ppm (0,03-0,04% С) углерода и 500-700 ppm а_[O] кислорода, т.е. нераскисленного металла, выпускаемого из конвертера.

В начале вакуумной обработки в автоматическом режиме запускается вакуумный насос с эжекторами Е5а+Е4а. Через 6 минут или при создании разрежения менее 90 мбар происходит переключение на вакуумный насос VD.Для проведения процесса VCD запускается вакуумный насос низкого давления с эжекторами: Е5+Е4+Е3. После достижения разрежения в вакуумкамере менее 30 мбар расход аргона необходимо увеличить до 450 л/мин. При окислении примерно 200 ppm углерода из стали удаляется примерно 270 ppm кислорода за 10 мин вакуумной обработки. В случае угрозы перелива шлака и металла через край ковша необходимо поддерживать разрежение на постоянном уровне или кратковременно открыть клапан линии азота для повышения давления в вакуумной камере.

После проведения процесса VCD проводится дегазация стали (процесс VD), для чего запускается насос низкого вакуума в составе эжекторов Е5+Е4+Е3+Е2+Е1. После создания разрежения менее 5 мбар из бункеров добавляются легирующие добавки. Продолжительность обработки 10-16 минут в зависимости от требуемого содержания углерода в готовой стали.

После проведения вакуумной обработки отключают вакуумный насос, заполняют вакуумную камеру азотом, а затем воздухом до атмосферного давления и открывают крышку вакуумной камеры.Производят отбор пробы металла для определения полного химического состава, замер температуры металла. По результатам химического анализа и температуры стали производят корректирование параметров. При низкой температуре стали производится подогрев. Температура стали в ковше должна соответствовать картам разливки.

9.7 Вакуумно-кислородное обезуглероживание (VOD-процесс)

Вакуумно-кислородное обезуглероживание (ВКО) стали применяется при производстве:

– сталей со сверхнизким содержанием углерода (ULC и IF) для производства рулонной стали, предназначенной для сверхглубокой вытяжки;

– нержавеющих сталей с содержанием углерода не более 0,03%;

– других низкоуглеродистых марок стали по решению главного инженера.

Проведение вакуумно-кислородного обезуглероживания производится в вакуумной камере с применением кислородной фурмы.

Температура жидкой стали должна составлять 1640-1660˚С.

Толщина шлака в ковше после обработки на установке "ковш-печь" должна быть не более 80 мм. При выплавке стали в конвертерах должна производиться отсечка шлака при выпуске, обработка ТШС и ввод теплоизолирующей основной безуглеродной смеси.

Общий объемный расход кислорода на продувку жидкой стали во время вакуумирования определяется:

,

где Q_общ – общий расход кислорода на продувку жидкой стали, м³;

М_с – масса жидкой стали в ковше перед продувкой, т;

α = 0,7 – коэффициент использования кислорода;

%∆С, %∆Mn, %Si – окисление C, Mn, Si в процессе кислородной продувки, соответственно, %;

К_С = 1,33 – удельный расход кислорода на окисление 0,1% С, м³/т;

К_Mn = 0,3 – удельный расход кислорода на окисление 0,1% Mn, м³/т;

К_Si= 1,15 – удельный расход кислорода на окисление 0,1% Si, м³/т;

К_Cr = 1,6 – удельный расход кислорода на окисление хрома, м³/т;

К_Fe = 0,43 – удельный расход кислорода на окисление железа, м³/т.

После установки огнеупорной крышки и проверки работоспособности телекамеры опускается кислородная фурма с соплом Лаваля. Кислородная фурма опускается на высоту 600-800 мм над уровнем расплава.

Проводится три вида продувки.

Исходная продувка расплава кислородом. Суммарный расход аргона на пористые пробки в начале продувки расплава кислородом должен быть от 100 л/мин до 200 л/мин. Одновременно с запуском вакуумного насоса (эжекторы Е5а+Е4а) при достижении разрежения 200 мбар начинают продувку кислородом. Расход кислорода в течение 5 мин постепенно увеличивается с 500 м³/ч до 1500 м³/ч.

Дополнительная продувка расплава кислородом. При снижении разрежения до 90 мбар ведут продувку расплава кислородом в течение 2 минут с расходом до 1500 м³/ч.В течение двух минут ведут продувку расплава кислородом с расходом до 1200 м³/ч при снижении давления до 80 мбар.В течение трех минут ведут продувку расплава кислородом с расходом до 1000 м³/ч при снижении разрежения до 60 мбар.В течение пяти минут ведут продувку расплава кислородом с расходом до 800 м³/ч при снижении разрежения до 10 мбар до полного расходования необходимого на плавку объема кислорода.

9.8 Период кипения

Прекращают продувку кислородом. Закрывают отсечной клапан. Включают вакуумный насос низкого вакуума (эжекторы Е5+Е4+Е3+Е2+Е1). Разрежение в вакуумной камере снижают до 1 мбар. Расход аргона на перемешивание расплава постепенно увеличивают до максимально возможной величины, при которой отсутствует перелив шлака через борт ковша (до 450 л/мин).

В случаях перелива (выплесков) шлака и расплава через борт ковша, необходимо снизить расход аргона, несколько минут подержать давление на постоянном уровне, уменьшив мощность всасывания вакуумнасосом, или кратковременно открыть клапан линии подачи азота для повышения давления в вакуумной камере. После прекращения выплесков из ковша следует восстановить необходимый уровень разрежения.После выдержки расплава под вакуумом с разрежением менее 1 мбар в течение 10-20 минут снимают вакуум. Производят корректирование химсостава.

Снижают расход аргона на перемешивание до 60-80 л/мин и заполняют камеру азотом для восстановления атмосферного давления. Снимают крышку вакуумкамеры и защитную водоохлаждаемую крышку ковша.Производят замер температуры и отбор пробы металла для определения химического состава. При необходимости, измеряют активность кислорода и содержание водорода в стали, отбирают пробу шлака на химический анализ.

В случае высокой температуры металла производят его охлаждение продувкой аргоном, при необходимости в ковш вводится мелкая обрезь той же марки стали. При необходимости дополнительного окисления углерода после получения химического анализа, производится повторная продувка расплава кислородом с расходом до 1000 м³/ч в течение 5 мин при разрежении 40 мбар. Перед повторной продувкой кислородом, ковш накрывают защитной водоохлаждаемой крышкой, а вакуумкамеру – крышкой.

По результатам анализа проб металла и замера температуры, рассчитывают массу необходимых присадок ферросплавов и шлакообразующих материалов в ковш для восстановления легирующих элементов из шлака, корректировки химического состава и температуры стали. Массу необходимых присадок ферросилиция, марганца металлического, извести и плавикового шпата определяют по формулам:

(2)

Р_СаF2 = 0,2∙Р_СаО

где М_С – масса жидкой стали в ковше, т;

Mn_н, Si_н – содержание Mn и Si в стали перед проведением вакуумно-кислородной обработки, %;

Mn_o, Si_o – остаточное содержание Mn и Si в стали после вакуумно-кислородной обработки, %;

Mn_к, Si_к – содержание Mn и Si в готовой стали, %;

P_Al – расход чушкового, брикетированного или гранулированного алюминия для восстановления окислов из шлака, кг;

[Al] – содержание Al в чушковом алюминии и др., %;

– содержание Mn в ферросплавах (в FeMn или Mn металлическом), %;

У_Mn – усвоение Mn из марганцевых ферросплавов, 90%.

При ограничениях по содержанию Si ≤ 0,03% в химическом составе сверхуглеродистых марок стали восстановление элементов из шлака производить первичным чушковым алюминием, для раскисления использовать металлический марганец с низким содержанием кремния. В качестве плавикового шпата использовать плавиковый шпат марки ФК-85, ФК-92. Расход первичного чушкового алюминия от 2 кг/т до 3 кг/т стали.

Проведение процесса SS-VOD (вакуумно-углеродного обезуглероживания с интенсивным перемешиванием) аналогичен процессу VOD и применяется для производства сталей со сверхнизким содержанием углерода. Отличием процесса SS-VOD от процесса VOD является проведение продувки металла аргоном с максимально возможным расходом, исключающим выплескивание металла и шлака.

Перед проведением технологических операций по восстановлению элементов из шлака, раскисления стали и ввода флюсующих на шлак устанавливают расход аргона на пористые пробки 75-100 л/мин, затем в ковш вводят чушковый алюминий, алюминиевые брикеты или гранулированный алюминий в количестве 2 кг/т стали.Вакуумную камеру накрывают крышкой и создают разрежение 300 мбар.

Расход аргона на перемешивание расплава увеличивают до максимального значения, при котором отсутствуют выбросы (перелив) металла и шлака через борт ковша (рекомендуемое значение 300-600 л/мин).

При обработке хромистых марок стали при необходимости вводят никель, низкоуглеродистый, низкофосфористый феррохром. Выдерживают расплав под разрежением менее 1 мбар при существующем расходе аргона в течение 15-20 мин. Для восстановления легирующих элементов из шлака и корректировки химического состава стали в процессе VOD должны использоваться только низкофосфористые и низкоуглеродистые ферросплавы.

Расход аргона на перемешивание расплава снижают до 75-100 л/мин. Заполняют вакуумную камеру азотом.При соответствии давления внутри вакуумной камеры атмосферному открывают крышку.Производят замер температуры, отбирают пробу металла на полный химический анализ. При необходимости производят замеры активности кислорода, содержания водорода в жидкой стали, отбирают пробу шлака для определения его химического состава.

При необходимости по результатам замеров температуры стали и химического анализа стали производят корректирование параметров.

9.9 Корректировка химического состава стали

Необходимые ферросплавы и легирующие для корректировки химического состава стали присаживают в ковш через бункер ввода добавок УВК или вручную.

Последовательность присадки: ферромолибден, никель, углеродсодержащий материал, феррохром, ферромарганец (ферросиликомарганец), ферросилиций, алюминий, феррованадий.

Ориентировочное усвоение легирующих из ферросплавов приведено в таблице 9.1.

Таблица 9.1 – Параметры присадки материалов на УВК

Наименование материала	Насыпная масса, т	Допускаемая масса присадки за 1 прием, кг	Усвоение легирующих из ферросплавов, %
Ферросилиций	1,4	500	70-90
Ферромарганец	3,9	300	90
Алюминий гранул.	1,3	300	60
Углерод	0,8	100	60-90
Ферросиликохром	3,2	300	90
Феррохром	3,6	200	90
Ферромолибден	5,8	300	95
Никель	5,2	300	95
Антрацит	0,9	100	80

Корректировку химического состава стали производят при рекомендуемом суммарном расходе аргона на перемешивание от 100 л/мин до 150 л/мин. При этом диаметр каждого продувочного пятна не должен превышать 20 см.

Ковш отдается на разливку после получения результатов химического анализа, соответствующего химическому составу металла по заказу. Окончательную корректировку по углероду производят не позднее, чем за 10 мин до окончания обработки стали. Последняя присадка ферросплавов должна заканчиваться за:

Ферросплав	Корректировка
ферросилиций	за 10 мин
Ферросплав	Корректировка
ферромарганец	до 0,20% марганца – 5 мин, более 0,20% – 15 мин
феррохром	до 0,10% хрома – 5 мин, более 0,10% – 10 мин
ферромолибден	до 0,20% молибдена – 15 мин
никель	до 0,50% никеля – 10 мин
феррованадий, феррониобий	до 0,05% V, Nb – 5 мин, более 0,05% – 10 мин

Ввод ферротитана, ферробора, ферроцерия и других кусковых модификаторов для микролегирования стали рекомендуется производить в конце вакуумной обработки за 2 мин до снятия вакуума через бункер со шлюзовым затвором.

9.10 Обработка стали вводом проволоки

Обработка стали вводом порошковой проволоки с помощью трайб-аппарата, установленного на рабочей площадке УВК, производится с целью:

- корректировки по содержанию отдельных элементов в узких пределах (углерод);

- глубокого раскисления стали (алюминий);

- глубокого раскисления и модифицирования морфологии неметаллических включений (силикокальций, феррокальций, алюмокальций).

Скорость ввода проволоки контролируется инкрементным датчиком частоты вращения.

Обработка порошковой проволокой, содержащей углерод, производится перед окончательным раскислением стали на марках, имеющих суженные пределы по содержанию углерода. Проволока, содержащая углерод, вводится в конце обработки после отдачи последней порции ферросплавов и получения пробы по расчету. Усвоение углерода 100%. Разрешается корректировка по углероду не более, чем на 0,05%.

Обработка стали порошковой проволокой, содержащей силикокальций, феррокальций и алюмокальций, производится в конце обработки, после окончательного раскисления стали алюминиевой проволокой. При обработке силикокальцием следует учитывать кремний, вносимый из силикокальция.

Количество вводимой порошковой кальцийсодержащей проволоки, необходимое для образования жидких алюминатов и предотвращения выпадения твердых включений CaS при внепечной обработке металла, рассчитывают по формуле:

,

где L – количество порошковой проволоки, необходимое для образования жидких алюминатов и предотвращения выпадения твердых включений CaS при внепечной обработке металла, м;

[S] – массовая доля серы в металле перед обработкой, %;

[Al] – массовая доля алюминия в металле перед обработкой, %;

Т – температура металла перед началом обработки кальцийсодержащей проволокой, ˚С;

М_С – масса жидкого металла в стальковше, кг;

β – степень усвоения кальция через 3 мин после ввода проволоки, % (рекомендуемое значение β = 20%);

b – содержание кальция в порошковом наполнителе проволоки, доли;

η – наполнение порошковой проволоки, кг/м.

Расчет количества вводимой порошковой проволоки осуществляет компьютер после ввода данных о параметрах плавки или мастер УВК вручную.

После введения в жидкий металл алюминиевой катанки, а также после ввода порошковых проволок, содержащих кальций, производится мягкая продувка расплава продолжительностью не менее 2 мин, на сталях, с контролем на загрязненность неметаллическими включениями – не менее 3 мин без оголения зеркала металла (рекомендуемый расход аргона 80-100 л/мин).

9.11 Корректировка температуры металла

Корректировку температуры металла перед разливкой осуществляют путем выдержки в ковше при перемешивании расплава аргоном.

Примерный охлаждающий эффект при суммарном расходе аргона от 60 л/мин до 100 л/мин составляет 0,4-0,5˚С/мин, при расходе аргона 150 л/мин – 0,7˚С/мин, при расходе аргона 250 л/мин - 1˚С/мин.

При значительном перегреве стали, в качестве охлаждающей присадки допускается использовать мелкую обрезь той же марки стали. Обрезь отдают порциями не более 500 кг через саморазгружающийся бункер, подвешенный на мостовом кране.

Охлаждающий эффект присадок составляет 5-7˚С/т обрези.

Если температура металла низкая, химанализ известен, готовится операция подогрева стали алюминием. Для подогрева 300 т стали в ковше на 6˚С необходимо ввести 100 кг чушкового алюминия или брикетов алюминия и затратить 75 м³ технического кислорода. Ковш накрывается защитной крышкой, вакуумкамера закрывается крышкой. Опускается кислородная фурма, запускается вакуумнасос и при давлении менее 100 мбар производится продувка металла кислородом с расходом 1000-2500 м³/ч. После продувки кислородом необходима выдержка металла в течение 3 минут при разрежении менее 5 мбар для очистки стали. Одновременно с вакуумированием производится продувка металла аргоном с расходом 100-300 л/мин.

Вакуум снимается, вакуумкамера заполняется азотом до атмосферного давления, открывается крышка.

Последний замер температуры производится непосредственно перед отдачей ковша на разливку.

Выдержка металла в ковше от конца обработки до начала разливки должна составлять не более 30 мин.

Возвращение плавки на установку "ковш-печь" для подогрева металла производиться не должно. В исключительных случаях, при снижении температуры металла после вакуумной обработки ниже температуры разливки, плавку нагревают на установке "ковш-печь" не более, чем на 10˚С. Повторный нагрев плавки на установке "ковш-печь" считается нарушением установленного порядка обработки.

После повторного нагрева плавки производят контроль массовой доли алюминия в стали, при необходимости производят корректировку его содержания. Далее металл обрабатывают силикокальцием и плавку передают на разливку.

Если на вакууматоре плавка обработана силикокальцием, и после повторного нагрева не производят корректировку массовой доли алюминия, далее металл обрабатывают силикокальциевой, феррокальциевой, алюмокальциевой порошковой проволокой в количестве 30 п.м и плавку передают на разливку.