11. Внепечная обработка стали

Первоначально кислородные конвертеры работали по технологии, при которой все раскислители и легирующие вводили в ковш при выпуске металла, причем внепечной обработки жидкого металла не предусматривалось. В последующем, в конвертерном, как и в других сталеплавильных производствах, начали применять различные способы внепечной обработки, обеспечивающие заметное повышение качества металла: продувку аргоном, вдувание порошкообразных материалов, вакуумирование, обработку синтетическим шлаком и др.

В настоящее время как в СССР, так и зарубежом признано, что наиболее рациональной является технология конвертерного производства, предусматривающая: 1) выплавку в конвертере металла с заданными температурой, содержанием углерода, фосфора и окисленностью: 2) проведение в ковше операций рафинирования металла от вредных примесей, легирования, раскисления, доводки состава и температуры до заданных, т. е. получение методами внепечной обработки стали высокого качества любого сложного состава. Конвертер при этом становится агрегатом для получения стандартного полупродукта, из которого получают сталь заданного состава методами внепечной обработки.

К основным преимуществам такой технологии относятся:

1. Возможность глубокого рафинирования металла от ряда вредных примесей за короткий промежуток времени, что затруднительно или недостижимо без внепечной обработки.

2. Получение гарантированно низкого содержания примесей в стали.

3. возможностб проведения микролегирования и модифицирования (введения в количестве не более десятых долей процента некоторых добавок, способствующих измельчению зерна стали).

4. Достижение высокого качества стали в связи с очень низким содержанием примесей (серы, кислорода, неметаллических включений и др.); высокой однородностью жидкого металла; воздействием модифицирования.

5. Получение стали почти любого сложного состава, т. е. расширение сортамента сталей, выплавляемых в конвертерах.

6. Малые потери (угар) вводимых в металл при внепечной обработке раскислителей и легирующих.

7. Упрощение технологии плавки в самом конвертере.

При всех способах обработки жидкого металла в ковше обязательной является отсечка шлака в процессе выпуска металла в ковш (см. п. 8.6), а также загущение попавших в ковш порций шлака, иначе в процессе внепечной обработки из конвертерного шлака в металл будет переходить (восстанавливаться) фосфор, а -кислородом оксидов железа шлака будут окисляться вводимые в металл раскислители и легирующие, повысятся окисленность металла и содержание в нем неметаллических включений.

Необходимо также применение ковшей с основной или высокоглиноземистой футеровкой. Эффективность рафинирования в этом случае, как показал опыт, заметно выше, чем в ковшах с шамотной футеровкой.

Ниже приведена краткая характеристика применяемых или внедряемых в отечественных конвертерных цехах технологий обработки металла в ковше.

11.1 Продувка аргоном

Продувку аргоном проводят в первую очередь для интенсивного перемешивания металла, т. е. для усреднения состава и температуры металла и их корректировки. Кроме того, в результате перемешивания из металла удаляются неметаллические включения, а пузырями аргона удаляются растворенные водород и азот. Однако количество удаляемых водорода и особенно азота мало, поскольку расход аргона на продувку невелик . Обычно не более 0,04—0,2 м³/т стали).

В отечественных конвертерных цехах продувку аргоном ведут при помощи погружаемой в металл фурмы, а на зарубежных заводах —через фурмы или пористые огнеупоры в днище ковша. Фурма состоит из полого стального стержня, к верху которого крепят аргоноподводящую головку; на стержень снаружи надеты высокоглиноземистые трубки, снизу на стержень навинчена пробка (пористая или с каналом для прохода газа). Для предотвращения выбросов при погружении фурмы в металл ее после сборки сушат не менее 48 ч при 120— 140°С, а перед использованием разогревают в течение 2—4 ч, так чтобы ее температура достигала 150°С.

Установка для продувки аргоном включает: подъемно-поворотное устройство, на консоли которого закрепляют фурму; сушильную камеру для разогрева фурм перед продувкой; механизмы опускания в ковш термопары и пробоот-борника; группу бункеров с устройством для дозирования и выдачи ферросплавов в ковш; контейнер для запасных фурм. Подъемно-поворотное устройство перемещает консоль с фурмой вверх и вниз (для ввода фурмы в ковш или сушильную камеру) и путем поворота иереводит их из положения «над ковшом» в положение «над камерой» и обратно.

Технология продувки. На плавках с продувкой аргоном в ковше присадку основных легирующих и раскислителей (марганца, кремния, хрома и др.) рекомендуется производить при выпуске в ковш из расчета получения этих элементов в количестве, соответствующем нижнему пределу их содержания в выплавляемой стали.

После установки фурмы над ковшом включают подачу аргона с расходом 30—40 м³/ ч и вводят фурму в металл на глубину 75—95 % высоты слоя металла в ковше. Усреднительная продувка (до первого замера температуры) должна продолжаться 3—4 мин, а для легированных хромом сталей >5 мин. По истечении этого времени замеряют температуру термопарой погружения и отбирают пробу металла. После получения результатов анализа, если это требуется, в ковш в процессе продувки вводят корректирующие добавки ферросплавов. Масса разовой порции не должна превышать 0,5 % от массы плавки. Алюминий вводят в виде блоков или чушек в объем металла на штанге и иногда в виде проволоки при помощи трайб-аппарата. После введения корректирующих добавок продувку продолжают в течение 3—5 мин.

Затем производят второй замер температуры. При необходимости дополнительного охлаждения на < 10 °С его осуществляют путем продолжения продувки нейтральным газом, а при необходимости большего охлаждения — присадкой в ковш мелкого лома (сечки) или погружением сляба в сочетании с продувкой арго-ном. Охлаждение слябом иногда проводят и до ввода корректирующих состав добавок.

Если не требуются корректирующие добавки, то охлаждение стали до заданной температуры на <15°С проводят продувкой нейтральным газом, а при необходимости большего охлаждения — присадкой в ковш сечки или погружением сляба в сочетании с продувкой аргоном.

При выборе режима охлаждения исходят из расчета, что в 200—350-т ковше 1 мин продувка аргоном снижает температуру металла на —1,5°С;добавка 0,05% сечки — на ~1 °С. Погружение сляба сечением 0,25 X 1,5 м на глубину 2,5 м вызывает снижение температуры со скоростью 3—5°С/мин в течение первых 5 мин после погружения и 2—3°С/мин после 5 мин выдержки (эти значения уточняются в условиях каждого цеха). Масса одной порции загружаемой сечки не должна превышать 0,5 % массы стали, интервал между порциями должен быть >2 мин. После присадки сечки и охлаждения слябом металл необходимо продувать аргоном >2 мин.

После окончания охлаждения плавки производят замер температуры металла. Требуемая температура металла для различных марок стали регламентируется технологическими инструкциями. Общая продолжительность продувки для углеродистых сталей должна быть >5 мин; для низколегированных сталей — >7 мин, в том числе для сталей, содержащих хром, > 10 мин.

Для сталей, не содержащих- нитридообразующих элементов (хрома, титана, ванадия и др.), допускается использование для продувки азота вместо аргона.

После окончания продувки аргоном на поверхность металла в ковш вводят теплоизолирующие смеси (вспученный вермикулит, 6т-севы извести к др.)-