Тема 2.2 позапічне оброблення високолегованих сталей

1. Оброблення сталі білими та синтетичними шлаками та іншими матеріалами

Оброблення білими шлаками. Білі шлаки електропечей з основністю більшою ніж 2,5 і вмістом FeO до 1% є хорошими десульфураторами сталі. При видержуванні сталі під білими шлаками у печі процеси дифузії сірки і кисню протікають повільно внаслідок малої контактної поверхні „метал-шлак" і тому вимагають тривалого часу (1,5...2,0 год). Ці процеси можуть бути суттєво прискорені шляхом швидкого змішування сталі із шлаком під час випускання сталі із печі у ківш. Спочатку в ківш зливають більшу частину шлаку, а потім з висоти подають потужний струмінь сталі. Шлак перетворюється в крапельну емульсію, яка взаємодіє з усією масою сталі. Контактна поверхня „метал - шлак" збільшується у сотні разів і протягом 2...З хв. вміст сірки і кисню в сталі зменшується в 2...З рази.

Оброблення рідкої сталі білими шлаками уже протягом багатьох років використовують в сталеливарних цехах вітчизняних заводів при виробництві виливків із спеціальними властивостями.

Оброблення рідкої сталі синтетичним шлаком у ковші. Сутність методу полягає в наступному: рідкий синтетичний шлак готується в окремому плавильному агрегаті. В ківш заливають порцію шлаку, а потім потужним потоком випускають у ківш сталь. Далі процеси здійснюються як і в попередньому випадку. Кількість шлаку для оптимальних умов оброблення сталі складає 3...5% від маси металу . Склад шлаку: 60% СаО + 40% Аl2Оз, температура плавлення 1410°С. Коефіцієнт розподілу сірки між шлаком і металом досягає 300...500. Вміст кисню у сталі після оброблення синтетичними шлаками знижується до 0,003%, а сірки — до 0,005...0,010%. Крім того у сталі залишається невелика кількість неметалевих вкраплин, така сталь має підвищену холодностійкість.

Оброблення сталі синтетичними шлаками здорожує її вартість на 3...5%, але в той же час підвищує надійність і довговічність металопродукції. Витрати, які пов'язані з установленням шлакоплавильної печі і приготуванням шлаку, повністю окупаються внаслідок збільшення продуктивності плавильних печей і значного покращання якості виливків.

Оброблення сталі твердими сумішами порошків. Оброблення рідкої сталі у ковші сумішами твердих порошків флюсів забезпечує задовільну десульфурацію. Наприклад, суміш порошків свіжовипаленого вапна (80%) і плавикового шпату (20%), яка подається у струмінь сталі при випусканні її із печі у кількості 2...3%, знижує вміст сірки в 1,5...2,0 рази. Проте при цьому необхідно підвищувати температуру сталі перед випуском у ківш на 2О...ЗО°С. Така технологія може бути успішно використана для десульфурації сталі, виплавленої в електропечах з кислою футеровкою за умови обов'язкового відсікання пічного шлаку від металу. У цьому випадку необхідна реконструкція летки і жолоба печі або використання проміжного ковша.

З цією ж метою може бути використана технологія оброблення рідкої сталі самоплавкими шлаковими сумішами: 10... 13% алюмінієвого порошку, 19...22% натрієвої селітри, 50...60% вапна, 10% кріоліту, до 10% глинозему. Витрати суміші - 3% від маси сталі. У ковші суміш запалюють спеціальними ампулами і шлак, що розплавляється, перегрівається до 1550°С (tпл ~ 1300°С). На рідкий шлак випускають сталь у тій же послідовності, що і при використанні синтетичних шлаків .

Вміст сірки у сталі знижується удвічі, помітно покращуються її властивості. Крім того, цей метод не потребує використання шлакоплавильних печей і перегрівання сталі перед випусканням її із печі.

До недоліків цього способу відносять порівняно великі витрати алюмінію (біля 3 кг/т) і необхідність витрат на устатковання для спеціальної витяжки газів, що утворюються під час горіння і розплавлення суміші.

Розглянута технологія може бути використана для оброблення сталі, виплавленої у печі з кислою футеровкою.

Оброблення сталі нейтральними газами. Основним реагентом при продуванні сталі в ковші є аргон, який одержують як супутній газ при виробництві рідких кисню та азоту. Аргон вводять у ківш через установлені у його дні поруваті вогнетривкі магнезитові вставки - блоки, несправжні стопори або спеціальні занурювальні фурми, облицьовані вогнетривами. Потоки бульбашок, які підіймаються і проходять через всю висоту металу, утворюють замкнені зони циркуляції металу, гомогенізують склад сталі, флотують гази та неметалеві вкраплини . В результаті 3...7 хвилинного продування вміст кисню знижується на 10...20%, водню - на 15...30%, азот видаляється дуже мало. Активно (до 30%) виносяться в шлак і неметалеві вкраплини. Механічні властивості сталі помітно покращуюються: відносні подовження і звуження підвищуються на 10...25%, ударна в'язкість - на 15...30%. Характеристики міцності практично не змінюються. Особливо позитивно впливає продування на властивості виливків з високомарганцевої і інших високолегованих сталей.

В залежності від маси металу у ковші, тривалості продування і кількості газу, що вдувається, температура сталі у ковші помітно знижується на 25...80°С. Це потребує відповідного перегрівання металу у плавильному агрегаті. Установлено, що після продування сталі інертним газом, вона відзначається більш високою рідкотекучістю внаслідок підвищення ступеня чистоти щодо газів і неметалевих вкраплин