Внепечная обработка жидкого металла
К методам внепечной обработки металла относятся: обработка синтетическими шлаками; продувка металла аргоном; вакуумирование жидкого металла в ковше и др.
Обработка стали синтетическими шлаками
Шлак, состоящий из CaO, CaF2, Al2O3, выплавляют в специальной дуговой печи с угольной футеровкой. Шлак выпускают нагретым до 1650оС. Ковш со шлаком подводят к сталеплавильной печи и устанавливают так, чтобы высота падения струи металла составляла 3...5 м. При падении струи металла в ковш происходит перемешивание жидкого металла со шлаком, увеличивается поверхность контакта металл-шлак, происходит интенсивное удаление S, P, газов, растворенных в металле, неметаллических включений.
2[P] + 5(FeO) + 4(CaO)= P2O5(CaO)4 + 5Fe
[FeS]+ (CaO) = (FeO) + (CaS)
(FeO)
Fe + [O] Fe + [O] + [Mn] = Fe + {MnO}
Так, в процессе обработки металла синтетическими шлаками содержание серы уменьшается до 0,005...0,006 %, существенно уменьшается количество P, N2, O2, H2 и неметаллических включений.
Вакуумирование стали в ковше
При вакуумирование стали в ковше, последний помещается в вакуумную камеру (рис.1.13)
При уменьшении давления в камере, растворимость газов в жидком металле уменьшается (концентрация растворенных газов в металле подчиняется закону Сивертса при условии равновесия)
,
где Рг - парциальное давление газа, Па; КС - константа Сивертса (зависит от температуры);
Сг - концентрация растворенного газа в жидком металле, см3/100г;
Рис.1.13. Схема вакуумирования металла в ковше: 1 - жидкий металл
Растворенные газы в металле выделяются из него, происходит удаление водорода, кислорода, окиси углерода, азота. Температура металла за время вакуумной обработки понижается на 50...70ОС.
Продувка аргоном стали в ковше
Если жидкий металл продувать нейтральным газом (аргоном, гелием), то в пузырьки этого газа из металла переходят водород, азот, а также количество окиси углерода. В результате продувки содержание водорода, азота, кислорода, окисных неметаллических включений в стали уменьшается в большей или меньшей степени в зависимости от условий продувки.
Способы переплавки в специальных печах
Методами переплава в специальных печах являются: электрошлаковый переплав; вакуумно-индукционный переплав; электронно-лучевой переплав; пламенно-дуговой переплав.
Электрошлаковый переплав ( эшп )
Метод ЭШП - это метод специального переплава, при котором остальной электрод обычно круглого сечения расплавляется в слое жидкого электропроводящего рафинированного шлака, который наводят в водоохлаждаемой металлической изложнице (в медном водоохлаждаемом кристаллизаторе) расплавлением твердой шлаковой смесью или заливкой жидкого шлака, приготовленного в специальном плавильном агрегате. Переменный (или постоянный) электрический ток проходит от электрода к шлаку и под действием тепловой энергии расплавляет последний и поддерживает его в жидком состоянии при Т - 1600...2000ОС. Количество тепловой энергии, которое выделяется при прохождении тока через электропроводящий шлак можно рассчитать по закону Джоуля - Ленца
Q = J2.R., Дж
где J - сила тока, проходящего через электропроводящий шлак, A; R - электрическое сопротивление жидкого шлака, Ом; - длительность прохождения тока, с.
Принципиальная схема ЭШП приведена на рис.1.14. Процесс электрошлакового переплава впервые был разработан в СССР в институте электросварки им. К.О. Патона.
Одним из основных материалов, необходимых для ведения процесса ЭШП, является флюс, из которого в процессе плавки образуется жидкий шлак. К флюсам, используемым при ЭШП, предъявляются технологические и металлургические требования.
Рис.1.14. Принципиальная схема электрошлакового переплава
1 - переплавляемая заготовка; 2 - водоохлаждаемый кристаллизатор; 3 - капли металла; 4 - жидкий шлак; 5 - жидкого металла; 6 - переплавленный слиток
Технологические требования: высокая стабильность процесса ЭШП; минимальный удельный расход электроэнергии; неизменность состава шлака при длительном его хранении; и низкая гигроскопичность; и другие требования.
Металлургические требования: минимальная окислительная способность; высокая десульфирующая способность; высокая способность удаления металла неметаллических включений и газов; хорошая защита расплавленного металла от влияния атмосферы.
К перечисленным требованиям следует добавить, что шлаки для ЭШП не должны содержать дорогих и дефицитных материалов. Состав шлаков при ЭШП различен, чаще используются шлаки, состоящие из CaO, Al2O3, CaF2. Контактируя с жидким шлаком, переплавляемый стальной электрод постепенно оплавляется, капли металла, проходя через слой шлака очищаются от вредных примесей.