§11. Методы отделения шлака от металла ("отсечки" шлака)

Одним из важных элементов успешного проведения операций внепечной обработки является контроль и регулирование количества шлака, попадающего при выпуске в ковш.

Методы удаления шлака с поверхности металла в ковше (установка ковша на платформу, оборудованную устройствами для наклона, конструирование специальных гребков и т.п.)

627

Рис 201 Установка для скачивания шлака с поверхности металла в ковше Рис 202 Пневматическая пробка для отсечки шлака в конвертере

сложны (рис. 201). Большое распространение получили методы загущения шлака (например, введение порции холодного доломита) для затруднения его вытекания из агрегата. Однако такие методы не позволяют полностью отсечь конечный шлак при выпуске. Известен ряд решений организации отсечки шлака при выпуске из мартеновских печей.

В конвертерных цехах распространение получили способы закупоривания сталевыпускного отверстия (летки) с использованием различного рода пробок (рис. 202). На ряде

628

металлургических заводов при выпуске металла из печи или конвертера используют более простой прием: ковш с металлом в момент появления шлака отводят от агрегата; этот метод, однако, не обеспечивает стабильности результатов и сопровождается потерями металла. Проблема отсечки конечного шлака остается одной из важных. Наиболее благоприятны условия для отсечки конечного шлака при работе дуговых электропечей с донным или эркерным выпуском.

§ 12. Комбинированные (комплексные) методы внепечной обработки

По мере совершенствования простых методов внепечной обработки получают развитие комбинированные или комплексные методы. Это развитие идет по пути или комбинации нескольких "простых" методов, или создания новых агрегатов с комплексной обработкой стали (сокращенно АКОС), или превращения "простых" методов в комплексные. Пример решения проблемы по первому пути показан на рис. 203, когда необходимо использовать метод вакуумирования, организуют последовательную обработку металла вначале на установке с

Рис. 203. Схема последовательной обработки стали вначале на установке с вдуванием кальцийсодержащих материалов, затем на установке циркуляционного вакуумирования

629

вдуванием кальцийсодержащих материалов (раскисление и удаление серы), затем на вакуумной установке (дегазация) В случае необходимости получения низкоуглеродистых сталей (например, коррозионностойких, жаропрочных и др.) широко используют комбинирование вакуумной обработки с аргоно-кислородной продувкой и т.д.

Пример решения по второму пути – создание агрегатов, получивших название ковш–печь или LF (Ladle–Furnace, англ.). Процесс LF проводится в ковше, футерованном основными огнеупорами, накрываемом крышкой, через которую опускают электроды (рис. 204). Процесс включает перемешивание продувкой металла аргоном в ковше, дуговой подогрев и обработку металла синтетическим шлаком в процессе его перемешивания аргоном. Процесс обеспечивает не только получение заданного химического состава и температуры металла, но и снижение количества неметаллических включений в результате удаления серы и кислорода.

Рис 204 Установка типа ковш–печь

1 - шиберный затвор, 2 - тележка, 3 - основной шлак, 4 - смотровое окно, 5 - электроды, 6 - бункеры для хранения легирующих добавок, 7 - инертная атмосфера внутри печи, <5 - нагрев погруженной дугой, $> - ковш, 10 - жидкая сталь, 1J – пористая пробка для подачи аргона

Рис 205 Схема установки ковш–печь типа АР (Arc-Process)

/ - ковш, 2 - крышка-свод, 3 - бункера для ферросплавов и флюсов, 4 - фурма для подачи в металл аргона или азота, 5 – электроды, 6 – подача аргона, 7 – фурма для вдувания порошка силикокальция в струе аргона, 8 – безокислитель ная атмосфера, 9 – шлак CaO–SjO₂–A1₂O₃

630

На рис. 205 показан вариант установки типа ковш–печь, предусматривающий возможность перемешивания металла аргоном под слоем синтетического шлака, вдувание порошкообразных реагентов и подогрев расплава одновременно.

Агрегаты ковш–печь работают как на переменном, так и на постоянном токе. На рис. 206 показаны примерные схемы работы агрегатов LF на постоянном токе. По схеме рис. 206, а нагрев ванны происходит через шлак. По такой схеме работает крупная (160-т емкости) установка внепеч-ной обработки стали в конвертерном цехе НЛМК.

В качестве примера превращения "простого" метода в комплексный можно привести пример трансформации агрегата циркуляционного вакуумирования (RH).

Первым этапом усложнения процесса явилось дополнительное введение кислорода в вакуумную камеру с целью интенсификации обезуглероживания и дополнительного подогрева металла (рис. 207, а). Далее, для подогрева металла в процессе его обработки начали использовать метод подачи в

Рис. 206. Схема установки ковш–печь постоянного тока:

а – без подового электрода (1 – ковш; 2 – свод; 3 – электроды; 4 – шлак; 5 – пористая пробка); б – с подовым электродом (1, 2 – электроды; 3 – шлак; I – к вакуумной системе; II – ввод добавок и флюсов)

631

вакуум-камеру алюминия (в виде проволоки или в виде гранул) с последующим окислением его вдуванием кислорода (при протекании реакции 4А1 + ЗО₂ = 2А1₂О₃ + Q выделяется большое количество тепла). Дальнейшее усложнение – подача сверху из бункера непосредственно в вакуум-камеру или снизу в подающий патрубок (рис. 207, б) шлакообразуюших материалов (обычно десульфурирующих смесей на базе СаО– CaF₂); вариант такой технологии получил наименование VOF-процесс (англ. Vacuum–Oxygen–Flux Process).

Рис. 207. Усовершенствования процесса циркуляционного вакуумирования: а – подача кислорода; б – подача флюсов; в – создание зоны интенсивного барботажа подачей в металл кислорода и аргона

632

На рис. 207,в показана применяемая схема дополнительной подачи кислорода и аргона непосредственно в камеру вакууматора. Такая схема позволяет эффективно использовать вводимый в камеру алюминий для подогрева собственно металла, позволяет контролировать и регулировать температуру металла (меняя соотношение О₂: Аг) и образовывать в камере зоны интенсивного кипения и перемешивания металла. Это дает возможность, меняя расход алюминия и соотношение О₂: Аг, управлять процессами окисления углерода, кремния, марганца, хрома.

Такая технология позволяет получить сталь, содержащую не более (%): S 0,002; Р 0,015; [О] 0,002; [Н] 0,00015.

Практика показала также, что введение углеродсодержа-щих добавок (например, электродного боя) в камеры порционного или циркуляционного вакууматоров позволяет, зная массу вводимого углерода, получать нужное содержание углерода в готовой стали. В результате создаются возможности перенести полностью в ковш такие операции, как раскисление, легирование и коррекция по углероду.

Выше были отмечены особые трудности при необходимости получения очень низких содержаний углерода. Использование способа, показанного на рис. 207,в, облегчает и эту задачу.

Приведенные примеры показывают, что агрегат порционного вакуумирования позволяет проводить операции: а) дегазации; б) подогрева (за счет окисления кислородом вводимого алюминия); в) десульфурации (обработка флюсом); г) раскисления (ввод раскислителей); д) легирования (ввод легирующих добавок); е) науглероживания; ж) глубокого обезуглероживания.