3.4 Фильтрация неметаллических включений.

Радикальным способом удаления из стали самых мелких включений может быть фильтрация керамическими фильтрами [9]. Метод фильтрации широко применяется при производстве алюминия, никеля, в литейном производстве. При выплавке стали эта технология в настоящее время интенсивно развивается, однако остается еще много нерешенных проблем. Особенно сложными являются условия работы фильтра при непрерывной разливке стали. Фильтр должен выдержать без механических разрушений и коррозии всю серию плавок, разливаемых последовательно "плавка на плавку", т.е. сотни тонн металла, и при этом сохранить пропускную и ассимилирующую способность. Поэтому в этом случае применяются лишь фильтры с внутренней фильтрующей поверхностью, где размеры каналов или открытых пор намного больше, чем самое крупное включение.

Для обеспечения высокой эффективности фильтрации необходимы, во-первых, активная по отношению к неметаллическим включениям данного типа поверхность фильтрации и, во-вторых, максимальное число столкновений включений с фильтрующей поверхностью. Первое условие выполняется при хорошей смачиваемости включениями материала фильтра и при высокой пористости и дефектности структуры поверхности фильтра. Это проблема выбора материала фильтра, и она более или менее ясна. Для выполнения второго условия необходимы либо малый размер каналов (при ламинарном течении металла в канале), либо высокая турбулизация потока, которая характерна для сравнительно больших сечений каналов.

3.5 Десульфурация.

Десульфурация стали основана на взаимодействии металл – шлак. Как правило, ковшовые шлаки представляют собой соединения квазитройной системы СаО–АL₂О₃–SiO₂. Чтобы достигнуть оптимальных результатов десульфурации с помощью шлаков этого типа, необходимо приготовить глиноземистый шлак, насыщенный известью. Известково-насыщенные технические ковшовые шлаки несколько отличаются от шлака в чистой тройной системе, в частности, они отличаются более высоким содержанием SiO₂.

Недостаточно насыщенные или пересыщенные шлаки ведут к снижению потенциала. Следовательно, для производственно надежного достижения максимальных степеней десульфурации необходимо иметь точно выверенный известково-насыщенный покровный шлак.

Существует несколько других технологий десульфурации с применением магнийсодержащего реагента (например, порошковая проволока). Ее применение в ПК может быть успешным, а процесс десульфурации – более управляем и гибок.

3.6 Экстракция газа из расплава

Экстракция газа из расплава, то есть деазотирование, удаление водорода, происходят преимущественно при подъеме пузырьков аргона в жидкой стали (продувка аргоном) [5]. Экстракцию газа из расплава можно описать следующим образом. На дне ковша парциальное давление азота в пузырьках аргона равно нулю. Из жидкой стали азот будет переноситься в пузырьки до тех пор, пока, согласно закону Сивертса, парциальное давление в пузырьке аргона не придет в равновесие с содержанием газа в жидкой стали. Так как на дне ковша общее давление высокое благодаря ферростатическому напору, лишь небольшое количество азота будет переходить в пузырьки. При подъеме пузырьков ферростатическое давление вокруг них постепенно понижается, поэтому происходит перенос азота из расплава в пузырьки.

При увеличении объема продувающего аргона происходит значительное снижение содержания азота. Чем выше содержание азота перед обработкой, тем оно выше после этой обработки при постоянном объеме продувающего аргона.

Время обработки является очень важным фактором. При одном и том же времени продувки наиболее низкое содержание водорода может быть достигнуто при высоких интенсивностях продувки. При получении содержания водорода от 110^-4 % (no массе) и меньше после вакуумирования существует необходимость продувку проводить объемом аргона не менее 20м³.

В процессе вакуумной обработки как и при продувке аргоном происходит глубокое деазотирование. Причем оно достигается лучше при низких содержаниях серы.

Сущность непрерывного вакуумирования заключается в том, что между сталеразливочным и промежуточным ковшами устанавливается камера, обеспечивающая вакуумирование струи и тонкого слоя металла на днище камеры.

Преимущества поточного вакуумирования перед традиционными способами вакуумирования заключаются в следующем:

• непрерывность процесса со скоростью разливки (0,5 – 6,0 т/мин) без увеличения технологической паузы между выплавкой и разливкой стали;

• создание развитой межфазной поверхности в системе струя – слой, обеспечивающей высокую степень рафинирования;

• сохранения обычного (без перегрева) температурного режима производства стали в связи с незначительными тепловыми потерями при вакуумировании;

• сохранение эффекта вакуумирования до литого слитка без специальных мер защиты металла от контакта с воздухом на участке сталеразливочный ковш – промежуточный ковш;

• обеспечение благоприятной для всплывания неметаллических включений гидродинамики в промежуточном ковше за счет безнапорного истечения металла из вакуумной камеры.

При увеличении содержания серы наблюдается резкое ухудшение процесса деазотирования. Подобные результаты можно видеть для влияния содержания кислорода. Влияние глубины вакуумирования можно описать следующим образом. До давления 100-1000 Па снижение содержания азота не происходит, но при более высоких давлениях это снижение становится заметным.

Удаление водорода в процессе вакуумной обработки можно объяснить и рассчитать с помощью той же модели, что и деазотирование. Сравнивая деазотирование с удалением водорода, можно отметить, что начальное содержание водорода не оказывает значительного влияния на его остаточное содержание после вакуумной обработки.

Однако в обычной практике сталеплавильной установки время обработки является очень важным фактором. При одном и том же времени продувки наиболее низкое содержание водорода может быть достигнуто при высоких интенсивностях продувки. Влияние вакуумной обработки на процесс удаления водорода такое же, как и влияние на деазотирование.

B процессе вакуумной обработки происходит снижение содержания SiO₂ в покровном шлаке. Процесс протекает при перемешивании ванны, более интенсивном по сравнению с перемешиванием при атмосферном давлении. При таких условиях интенсивного перемешивания снижение содержания SiO₂ протекает следующим образом:

(SiO₂) + 4/3[Аl] = 2/3(Аl₂О₃) + (Si).

Снижение степени распределения кремния эквивалентно снижению содержания SiO₂ при постоянном содержании кремния в расплаве. Для получения сверхчистой стали необходимо, прежде всего, чтобы содержание алюминия после вакуумной обработки было более 0,03 % с целью предотвращения повторного окисления потоком кислорода от шлака к расплаву.

После вакуумной обработки можно снизить остаточное содержание кислородных включений, т.е. уменьшить общее количество кислорода при помощи перемешивания.

Процесс вакуумной дегазации очень эффективен для получения чистых марок сталей.