1.8.3 Вакуумная обработка стали
Вакуумирование влияет на протекание реакций с участием газовой фазы. Такими реакциями являются, в частности, реакции окисления углерода и взаимодействия серы с кислородом и углеродом, сопровождающиеся образованием СО, COS, CS2, CS и т. п. Газовая фаза возникает также в результате выделения растворенных в стали азота и водорода и парообразования цветных металлов. В условиях разрежения равновесие реакций, протекающих с участием газовой фазы, смещается в сторону ее образования. Так, по реакции [С]+[О] = {СО} продолжается удаление кислорода, растворенного в металле до более низких концентраций и образуется дополнительное количество монооксида углерода. Если кислород присутствует в виде оксидных включений, снижение давления сопровождается восстановлением оксидов углеродом. Часть оксидов, особенно менее прочных, исчезает полностью в условиях разрежения, достигаемого в промышленных установках вакуумирования стали (до 100 Па). Равновесие реакций 2[N]↔{N2}, 2[Н]↔{Н2} при понижении давления над металлом также смещается вправо. Наиболее полно из металла удаляется водород, обладающий большей подвижностью в расплавах, чем азот. Выделению этих газов из металла способствует образование и удаление пузырей монооксида углерода. Этот процесс сопровождается также удалением неметаллических включений. Таким образом, в условиях вакуума снижается содержание растворенных в металле кислорода, водорода, оксидных неметаллических включений, металл становится более однородным.
В настоящее время применяют ряд способов вакуумной обработки стали. Вакуумирование в ковше, помещаемом в вакуумную камеру, производят при уровне металла, находящемся примерно на 1,5 м ниже верха ковша во избежание перелива металла в камеру во время его вскипания. После дегазации металла из специального бункера вводят раскислители и легирующие добавки в ковш, находящийся в вакуумной камере. Недостатком такого способа являются сравнительно низкая его эффективность вследствие большой массы металла, одновременно находящейся в условиях разрежения. Применением одновременной продувки инертным газом или электромагнитного перемешивания можно повысить эффективность этого способа. Для обработки в условиях разрежения больших масс металла используют способы циркуляционного и порционного вакуумирования (рис.10).
а — порционное вакуумирование, б — циркуляционное вакуумирование, в — циркуляционное с подогревом от индуктора, г — вакуумирование со сливом на установке полунепрерывной разливки стали (УПНРС): 1 — сталеразливочный ковш, 2 — промежуточное устройство, 3 — вакуумная камера, 4 — приемное устройство УПНРС |
Рисунок 1.10 - Схематическое изображение различных установок вакуумирования стали в специальных камерах
|
1.8.4 Продувка газопорошковыми струями
Для увеличения поверхности контакта твердых реагентов с жидким металлом, их целесообразно измельчать и вдувать в виде газопорошковых струй. В качестве твердых реагентов используют различные смеси извести, железной руды, плавикового шпата, карбида кальция, графита и т. п. Газом-носителем могут являться воздух, кислород, азот, природный газ, аргон и т. п.
Удаление фосфора проводят вдуванием в струе кислорода извести, железной руды и плавикового шпата. Для удаления серы смесь извести и плавикового шпата вдувают в струе аргона. Для науглероживания стали вдувают графит, кокс, древесный уголь. Этот метод применяют для введения в металл в струе аргона сильных раскислителей и десульфураторов, обладающих малой плотностью (кальций, магний и т. д.), а также легирующих элементов.