книги из ГПНТБ / Линчевский Б.В. Применение вакуума в производстве стали

куумом. Путем несложного переоборудования это устройство может быть заменено воронкой для перелива металла из ковша в ковш.

Ковш со сталью помещают в очищенную и просушенную ка­ меру, закрывают камеру крышкой и начинают откачку. В прин-

Рис. 27. Вакуумная установка, сооруженная на заводе «Днепроспецсталь»

ципе было бы желательно держать металл под вакуумом до тех пор, пока не закончатся процессы газовыделения и взаимодей­ ствия углерода с кислородом. Однако продолжительность ваку­ умирования определяется скоростью остывания металла или его температурой, стойкостью огнеупорных стопорных катушек, про­ изводительностью откачивающего оборудования. Продолжи­ тельность вакуумирования можно было бы увеличить перегре­ вом металла, что компенсировало бы потери тепла во время ва-

50

время iH на ряде заводов СССР — Уральском заводе тяжелого машиностроения, Ново-Краматорском и др.

Камера на заводе в Бохуме имеет диаметр 4400 мм и высоту более 9000 мм. Ковш или изложницу устанавливают в камеру, затем накрывают ее крышкой, в которой имеется отверстие, за-

Насосная станция состоит из 2 насосов РВН-30 и семи насосов ВН-6. За 25—30 мин. предварительной откачки давление понижа­ ется до 1—3 мм рт. ст., к концу разливки давление повышается до 15 мм рт. ст. [25].

В Чехословакии на заводе имени В. И. Ленина исследовали отливку в вакууме слитков весом до 4,7 т при давлении ниже 1 мм рт. ст.; насосная станция имела производительность

166 мг!мин при 1 мм рт. ст. [26].

В последнее время появились сообщения о разливке в вакууме слитков весом до 225 т в США, на заводах компаний Бетлехем Стил и Юнайтед Стейтс Стил [27, 28].

52

В литейном пролете электросталеплавильного цеха завода Бетлехем Стил работают две установки, в которых разливают слитки весом до 225 т, диаметром до 3 м. На рис. 28 представлена схема установки. Вакуумная камера имеет внутренний диаметр 5150 и высоту 5750 мм, стенки ее изготовлены из листового же­ леза толщиной 38 мм. По внешней стороне камеры наварены трубки водяного охлаждения. Камера сверху накрывается кону­ сообразной крышкой высотой 2575 мм, суживающейся кверху (диаметр вверху 3,2 иг). Вакуумное уплотнение между крышкой и корпусом создается неопреновой кольцевой прокладкой, уло­ женной в паз во фланце корпуса.

Верхняя плита крышки имеет толщину 152 мм. На эту плиту устанавливается промежуточный ковш (камера завода Юнай­ тед Стейтс имеет опорные конструкции, поддерживающие про­ межуточный ковш, нагрузка которого, таким образом, не пере­ дается на крышку камеры). В крышке имеется отверстие, за­ крываемое листом алюминия. Промежуточный ковш устанавли­ вают так, чтобы разливочный стакан находился над отверстием.

Между днищем промежуточного ковша и крышкой имеется пространство диаметром 2150 и высотой 250 мм. Между проме­ жуточным ковшом и крышкой камеры также укладывается не­ опреновая прокладка. Установка имеет две телевизионные труб­ ки: одна направлена на разливочный стаканчик промежуточно­ го ковша, другая на металл, поднимающийся в изложнице. Раз­ ливку металла можно снимать высокоскоростным киноаппара­ том. С помощью телевизионных трубок можно вести дистанци­ онное наблюдение за разливкой с пульта управления, где нахо­ дятся 2 телевизионных экрана, а киносъемка дает материал для последующей обработки.

Очень удобно смонтировано управление установкой: на од­ ной панели рядом с телевизионными экранами расположены приборы для регистрации температуры металла, давления в ка­ мере, расхода воды и пара в паровом эжекторном насосе. Здесь же расположено управление для впуска воздуха или инертного газа после окончания разливки.

Вакуумная система американских установок в отличие от ев­ ропейских обслуживается паровым четырехступенчатым эжек­ торным насосом. При высоких скоростях истечения пара в соп­ лах эжекторного насоса обратная диффузия паров воды в отка­ чиваемый объем по всей вероятности очень незначительна.

Давление пара в эжекторном насосе 9 ати. Первая ступень эжектора работает без конденсации, конденсаторы установлены после второй и третьей ступеней. Последняя, четвертая ступень работает на атмосферу через паровой эксгаустер. При вклю­ чении насоса пар направляется в четвертую ступень, а затем по­ следовательно в третью, вторую и первую. Последние три ступе­ ни создают давление в камере 3—4 мм рт. ст., а при включении первой ступени давление понижается до 200—400 ц рт. ст.

53

На рис. 17 показана схема вакуумной системы, а на рис. 29 схема камеры завода Юнайтед Стейтс Стил, оборудованной па­ ровым эжекторным насосом фирмы Эллиот. Диаметр трубопро­ вода, соединяющего камеру с первой ступенью насоса, 900 лсм. Натекание в холодной установке составляет 30 р/мин.

Рабочие характеристики насоса приведены в табл. 12.

Рис. 29. Схема вакуумной камеры завода Юнайтед Стейтс Стил (США):

/ — основание; 2 — неопреновая прокладка; 3 — корпус; вакуумной камеры; 4 — опорные конструкции; 5 — к на­

сосам; 6 — изложница

Таблица 12 Характеристика эжекторного насоса, применяемого при вакуумировании

крупных слитков

Всего ................3461

Расход воды в конденсаторе:

54

Перед сборкой установки все ее отдельные узлы, в том числе и изложницу, тщательно очищают от пыли. Изложницу просу­ шивают, а надставку прокаливают 24 часа при 540°. Огнеупор­ ная футеровка надставки выполняется из высококачественного глиноземистого кирпича. Особое внимание обращают на скреп­ ление надставки с изложницей. После выполнения соединения собранный узел вновь прогревают несколько часов для удаления влаги.

Время, мин.

Рис. 30. Изменение давления в вакуумной камере по ходу разливки

После установки изложницы камеру закрывают и откачива­ ют до 300—400 р./рт. ст. Когда камера подготовлена, в промежу­ точный ковш наливают металл из разливочных ковшей до уров­ ня, обеспечивающего необходимое уплотнение жидким метал­ лом, и начинают разливку.

На рис. 30 показано изменение давления при подготовке ка­ меры и во время разливки. При попадании струи металла в ка­ меру давление резко повышается, затем вновь снижается и ос­ тается почти постоянным вплоть до момента достижения метал­ лом места соединения надставки с изложницей, что отмечают по повышению температуры в месте контакта с помощью термопа­ ры, вмонтированной в место соединения. Разливку прерывают, давление мгновенно снижается. При наполнении головы слитка несколько раз открывают и закрывают стопор промежуточного ковша, перерывы разливки отмечаются колебаниями давления в камере.

По окончании разливки во избежание взрыва при контакте взрывоопасных газов с воздухом камеру сначала наполняют инертным газом до атмосферного давления и только потом сни­ мают крышку.

Изложница со слитком остается в камере в течение времени,

55

камеры сталь выливается в ковш. Эту операцию повторяют до тех пор, пока металл не будет дегазирован до желаемого и возмож­ ного предела. При опускании и подъеме камеры максимальная разность уровней стали в ковше и в камере остается неизменной. Во время вакуумирования металл подогревается графитовым или электродуговым нагревателем, находящимся внутри камеры. Установка, работающая в мартеновском цехе, смонтирована на подвижной платформе, где кроме камеры расположены насосвоздуходувка и три поршневых насоса общей производитель-

сталью составляет 30 мин. При попадании первых порций метал­ ла в камеру давление изменяется от 20 до 100 мм и за 22 мин. об­ работки снижается до 15—30 мм рт. ст. Газовыделение уменьша­ ется в результате добавки ферросилиция. Таким образом уже об­ работано более 40000 т стали.

В томасовском цехе сама установка неподвижна, а переме­ щается ковш. В этой установке, кроме насоса Рута, имеется водо­ кольцевой насос (производительностью 250 мъ1мин. С помощью электродугового подогрева (мощностью 3000 кет) 30 т стали за 10 мин. нагреваются на 30°.

57

Металл, .вытекающий из камеры, хорошо перемешивается с основной массой стали в ковше. Как показали опыты на модели с водой и глицерином, вытекающая струя из трубы проникает до дна ковша и новые, необработанные порции металла отбира­ ются из верхних слоев. После 30-кратной обработки 80 т стали в ковш вводили 100 кг FeSi и перекачивали еще 10 раз. Пробы отобранные по ходу дегазации, показали, что ферросилиций рав номерно распределялся по всему объему стали.

Основным конструктивным преимуществом данного метода является отсутствие специальных вакуумных уплотнений и воз­ можность компенсации тепловых потерь подогревом металла в процессе вакуумирования. Отпадают затраты на строительство больших камер, порционная дегазация небольших масс металла позволяет применять менее мощные насосы по сравнению с дру­ гими установками. Недостатки данного метода заключаются в необходимости манипуляций с большими тяжестями: ковш со сталью, платформа с установкой; необходимы также высокока­ чественные огнеупорные и вакуумплотные трубы, сохраняющие герметичность при высоких температурах. Износ этих труб, оче­ видно, вызывает необходимость частых ремонтов. Очевидно, в данном случае имеет .место повышенное вторичное окисление жидкого металла, длительное время находящегося на воздухе.

Вакуумирование струи, инжектируемой из открытого ковша

Этот вариант вакуумной обработки был осуществлен на за­ воде фирмы «Генрих-Хютте» совместно с фирмой Гераус [29]. Из обычного сталеразливочного ковша емкостью 60—#0 т порции жидкого металла непрерывно поднимаются по трубе в вакуум­ ную камеру, проходят через нее и далее сливаются в тот же ковш. Вся операция продолжается 12—15 мин. При создании разрежения в камере металл поднимается в обеих трубах оди­ наково, но при вдувании в одну из труб аргона происходит ин­ жекция металла в этой трубе вверх по направлению к камере, что и создает общее движение металла (рис. 33).

В камере поддерживается давление 100 ц рт. ст. Вакуумная система состоит из трех насосов Рута, которые при параллель­ ном включении обеспечивают откачку 470 м31мин, форвакуумно­ го водокольцевого насоса производительностью 12,5 м3/мин. По­ ложительным моментом метода циркуляционного вакуумирова­ ния является стационарность установки и ковша во время обра­ ботки.

СОСТАВ ГАЗОВ

По мере понижения общего давления в камерах при обра­ ботке металла в ковше или при переливе из стали выделяются растворенные в ней газы: водород, азот и кислород, последний в форме продуктов реакции взаимодействия растворенных в -ме­ талле углерода и кислорода—окиси и двуокиси углерода. Ана-

58

лиз откачиваемого газа может служить качественной характе­

ристикой процессов дегазации стали.

В табл. 13 приведено изменение состава откачиваемых газов при отливке в вакууме крупных слитков [21].

1 — ковш; 2 — камера; 3 — пылеуловитель

Таблица 13

Изменение состава газа при вакуумировании

59