24.Что такое вакуум-кислородное обезуглероживание? Для чего применяется

Вакуум-кислородное рафинирование стали

Система VOD [VOD-Vacuum Oxygen Decarburization-process] представляет собой камеру дегазации, дополнительно оборудованную фурмой для продувки металлического расплава кислородом. Подобную систему наиболее рационально использовать при производстве нержавеющей стали со сверхнизким содержанием углерода (принудительное обезуглероживание) или для химического нагрева жидкого металла в сочетании с введением добавок алюминия или кремния (в этом случае процесс называю VD-OB: вакуумная дегазация с кислородной продувкой). Вакуумный насос системы VOD отличается повышенной производительностью, позволяющей откачивать бóльшие объемы отходящих газов.

Продувку кислородом начинают при давлении в камере ~ 25 кПа. Давление в камере понижается до ~ 4 кПа. Далее подачу кислорода прекращают. После присадки шлако-образующих, раскислителей и легирующих расплав продувают с более высокой интенсивностью аргоном до 1,5 л/(мин∙т) через пористую пробку в днище ковша при более низком давлении (до ~ 63 Па в конце процесса). Содержание углерода, обеспечиваемое тамим процессом < 0,04 %.  Существуют разные варианты процесса VOD.  VOD-CP [VODC-Vacuum Oxygen Decarburization Converter-process] - способ вакуумно-кислородного обезуглероживания легиров. стали в спец. конвертере с герметичной крышкой, соединен, с вакуум-насосом, путем продувки расплава кислородом сверху и аргоном снизу; отличается большей интенсивностью процесса обезуглероживания по сравнению с ВОД-процессом.  VOD-SSP [VOD-SS-Vacuum Oxygen Decarburization Strong Stirring-process] - ВОД-процесс с особо интенсивной продувкой аргоном (10-25 л/мин на 1 т стали); применяется в основном для произ-ва осо-бонизкоуглеродистых сталей, в частности суперферритов.

Металлургические преимущества системы VOD:

ускоренное производство сверхнизкоуглеродистых марок стали;

возможность работы при различном исходном содержании углерода;

возможность использования более дешевых высокоуглеродистых легирующих добавок;

низкое парциальное давление позволяет снизить потери хрома из-за окисления при производстве нержавеющей стали;

высокая скорость восстановления хрома за счет взаимодействия со шлаком;

возможность проведения химического нагрева;

низкое конечное содержание растворенных газов;

повышенная чистота стали по неметаллическим включениям;

достижение точных плановых показателей состава.

Рис. Схема установки VOD.

Среди предприятий использующих систему VOD:

"Lisco", "Guangzhou", КНР Wuyang ISCO;

"Уян", КНР Gerdau Acos Finos Piratini;

"Порту-Алегре", Бразилия) Acc. Venete S.P.A.;

"Камин", Италия;

ОАО "НКМЗ", Украина;

СЗАО "ММЗ", г.Рыбница Молдавия;

ОАО "ВМЗ", г. Выкса Россия;

ОАО "Энергомаш-cпецсталь", г. Краматорск Украина.

25.Опишите источники образования неметаллических включений в стали и способы их удаления в технологии внепечной металлургии

Неметаллические включения в стали

В конце окислительного рафинирования фактическое содержание в жидком металле кислорода, серы, фосфора, азота и других вредных примесей значительно (часто во много раз) выше их растворимости в твердой стали при обычной температуре, т. е. жидкий металл (по сравнению с твердым) по содержанию этих примесей является пересыщенным раствором. В процессе кристаллизации и охлаждения стали неизбежно выпадение примесей из раствора с образованием различных химических соединений. Из этих химических соединений только СО является летучим (газом), а все остальные образуют самостоятельную конденсированную фазу в виде неметаллических включений, которые в той или иной степени фиксируются в объеме твердой стали.

Источниками образования неметаллических включений в стали являются также огнеупоры и шлаки, с которыми жидкий металл соприкасается во время плавки и разливки. Если химически чистое железо расплавить в огнеупорном тигле, состоящем, например, из SiO2, то, согласно основной закономерности поведения элементов, в жидком железе произойдет растворение кремнезем. Такой раствор, если даже не является насыщенным по отношению к жидкому состоянию, но по отношению к твердому состоянию представляет пересыщенный раствор.

То же можно сказать о шлаке, любой компонент которого растворяется в жидком металле и принимает участие в образовании неметаллических включений. Это было показано экспериментально японскими исследователями, которые изучали состав неметаллических включений в нераскисленной стали микрорентгеноспектральным методом. Они установили, что состав неметаллических включений в нераскисленном металле практически не отличается от состава шлака, под которым плавилась сталь. Итак, в любой твердой стали неизбежно содержание различных неметаллических включений, которые, как правило, ухудшают ее свойства.

Отрицательное влияние неметаллических включений на механические свойства стали связано с тем, что они, во-первых, нарушают сплошность металла, во-вторых, имеют по сравнению с металлом разный коэффициент расширения и неодинаковую деформируемость. Эти же причины в значительной степени обусловливают снижение электротехнических, антикоррозионных и других свойств стали, поэтому при повышении содержания неметаллических включений снижаются усталостная прочность, износостойкость стали.