§ 3. Современные способы вакуумирования

Схема обработки жидкой стали вакуумом была предложена еще Г.Бессемером. Практическое использование метода внепечно-го рафинирования для повышения качества металла относится к началу 50-х годов. В СССР работы по исследованию влияния понижения давления на процессы газовыделения были начаты в конце 30-х годов, а первая промышленная установка обработки металла вакуумом в ковше опробована на Енакиев-ском металлургическом заводе по инициативе ученых ИМет АН СССР А.Самарина и Л.Новика в 1952-1954 гг. Ковш с металлом опускали в камеру, которую затем плотно закрывали крышкой и из закрытой таким образом камеры откачивали воздух..

В настоящее время в промышленно развитых странах успешно работают сотни установок внепечного вакуумирования различной конструкции. Схемы наиболее распространенных конструкций представлены на рис. 183. Самым простым способом является способ вакуумирования в ковше (рис. 183).

Рис. 183. Различные способы внепечного вакуумирования 606

Недостатком вакуумирования в ковше является невысокая эффективность метода при вакуумировании относительно больших масс металла (> 50 т) и неравномерность состава металла в ковше после ввода раскислителей и легирующих вследствие слабого перемешивания всей массы металла. Этого можно избежать в том случае, когда предусматривается продувка металла в ковше интертным газом или электромагнитное перемешивание. При продувке металла инертным газом к обычным потерям тепла при выпуске и выдержке в ковше добавляются потери тепла на нагрев газа, продуваемого через металл. При электромагнитном перемешивании этот недостаток ликвидируется, однако электромагнитное перемешивание требует более сложного и дорогостоящего оборудования. В настоящее время наиболее распространены следующие способы обработки металла вакуумом в ковше:

1. Ковш с металлом помещают в вакуумную камеру, орга низуют перемешивание металла инертным газом, раскислители вводят в ковш из бункера, также находящегося в вакуумной камере. Этот метод часто называют ковшевым вакууми- рованием (рис. 184).

2. Металл вакуумируют при переливе из ковша в ковш или из ковша в изложницу, т.е. обработке вакуумом подвергает ся струя металла (метод называют струйным вакуумированием или вакуумированием струи).

3. Металл под воздействием ферростатического давления засасывается примерно на 1,48 м (рис. 185) в вакуумную

Рис. 184. Установка вакуумирования стали в ковше: 1 – вакуум-крышка; 2 – теплозащитный экран; 3 – ста-леразливочный ковш; 4 – вакуум-камера

607

камеру, которую через определенные промежутки времени поднимают, но так, чтобы конец патрубка все время оставался опущенным в металл в ковше. Металл из камеры сливается по патрубку в ковш, затем камеру опускают и под действием разрежения в нее засасывается очередная порция металла (метод называют порционным вакуумированием). В некоторых случаях поднимают и опускают не вакуумную камеру, а ковш с металлом, а камера остается неподвижной.

Этот способ часто называют также способом DH – по первым буквам предприятия Dortmund-Horder, ФРГ, где он был осуществлен впервые (рис. 185).

4. Два патрубка вакуумной камеры погружают в металл; при вакуумировании порция металла засасывается в вакуумную камеру (рис. 186). В один из патрубков начинают подавать инертный газ, в результате чего металл в этом патрубке . направляется вверх, в вакуум-камеру, а по другому – стекает вниз, в ковш. Происходит циркуляция металла через вакуум-камеру. Способ этот называют циркуляционным вакуумированием (или RH-процессом – по первым бук-

Рис. 185. Схема процесса порционного вакуумирования (Dtf-процесс) Рис. 186. Схема процесса циркуляционного вакуумирования (Я/7-процесс) 608

вам предприятия Ruhrstahl-Heraeus, ФРГ, где процесс был осуществлен впервые).

Заслуживает особого упоминания метод непрерывного (поточного) вакуумирования при разливке, разработанный в Липецком политехническом институте под руководством проф. Г.А.Соколова и внедренный на

Рис. 188. Метод пульсационного перемешивания металла в ковше (РМ-процесс)

Рис. 187. Схема установки поточного вакуумирования: / – сталеразливочный ковш; 2 – вакуумная камера; 3 – промежуточный ковш; 4 – кристаллизатор

НЛМК. В основу метода положен принцип вакуумной дегазации струи и слоя металла в проточной камере, расположенной между сталеразливочным и промежуточным ковшами (рис.187). Рафинированная сталь поступает в промежуточный ковш по металлопроводу, погруженному под уровень металла. Достоинствами метода является одновременное решение проблем: 1) вакуумирования в потоке; 2) защиты струи от вторичного взаимодействия с атмосферой; 3) повышение эффективности вакуумирования в результате движения струи через вакууми-рованное пространство, при котором происходит ее раскры-

39-4050

609

тие и раздробление на капли, а также увеличение поверхности контакта металл–газовая фаза (вакуум). Методы вакуумной обработки стали непрерывно совершенствуются, предлагаются новые решения, позволяющие получать металл высокого качества с использованием более простых методов. Примером может служить разработанный на одном из японских заводов метод, названный методом РМ (Pulsation Mixing -пульсирующее перемешивание), схема которого показана на рис. 188. На установке такого типа обрабатывают 100-т плавки конвертерного металла. Сущность метода заключается в переменном включении и выключении подачи аргона и вакуумного насоса, вследствие чего металл в цилиндре (и в ковше) интенсивно пульсирует, что обеспечивает высокую степень его рафинирования. Достоинство установки – возможность высокоэффективной работы без глубокого вакуума.