4.2 Продувка металла инертными газами

Для продувки металла инертными газами используют в основном опускаемые сверху футерованные фурмы и пористые вставки. При продувке инертным газом происходит перемешивание металла, усреднение его состава. Масса пузырьков инертного газа облегчает процессы газовыделения, так как сами эти пузырьки являются готовыми полостями с развитой поверхностью раздела, что важно для образования новой фазы.

Одним из направлений внепечного рафинирования стали, обеспечивающего значительное улучшение ее служебных свойств, является продувка в ковше инертными газами сверху через ложный стопор, снизу через пористые пробки и пористое днище. Понижение скорости подъема из металла пузырьков с уменьшением их размера приводит к увеличению продолжительности контакта газа с расплавом и росту степени взаимодействия с жидкостью в 20 – 40 раз и количества удаляемых твердых частиц из жидкости в 15 – 30 раз, в результате чего качество стали значительно повышается при улучшении технико-экономических показателей работы агрегата.

Продувка инертным газом сопровождается снижением температуры металла (газ нагревается и интенсивно уносит тепло), поэтому продувку часто используют для регулирования температуры металла в ковше. Для продувки металла, не содержащего нитридообразующих (хром, ванадий, титан), используют азот.

1 – ковш; 2 – жидкий металл; 3 – жидкий шлак; 4 – ложный стопор; 5 - подача инертного газа; 6 – пористые пробки; 7 – боковая фурма; 8 – шиберный затвор; 9 - крышка; 10 – огнеупорный колпак; 11 – вакуумная камера; 12 – электроды УКП.

а – через ложный стопор; б – через пористую пробку; в – через пористые блоки; г – через боковую фурму; д – через канал шиберного затвора; е - ; ж – продувка металла инертным газом совместно с обработкой вакуумом (CAS- процесс); з – донная продувка инертным газом в вакуумной камере; и – донная продувка на установке ковш-печь.

Рисунок 1 – Способы продувки стали в ковше инертными газами

. Расход инертного газа составляет 1,5 – 3,0 м³/т стали. В зависимости от массы жидкой стали в ковше снижение температуры стали при таком расходе газа 2,5 – 4,5⁰С/мин. Тепло при продувке затрачивается на нагрев инертного газа и на излучение активно перемешиваемыми поверхностями металла и шлака. Потери тепла сокращают при накрывании ковша крышкой

При продувке через пористые огнеупоры обеспечивается максимальная поверхность контакта металл – инертный газ. Надежным способом подачи газа является использование “ложного” стопора, так как устройство безопасно в эксплуатации, но этот метод имеет существенный недостаток: это устройство одноразового использования. Погружные фурмы представляют собой футерованные огнеупорными катушками стальные трубы наружными диаметром 43 – 57мм и стенкой толщиной 10 – 12мм. В результате интенсивного движения вдоль стопора металло-газовой взвеси составляющие его огнеупоры быстро размываются.

Известно, что при продувке стали в ковше инертным газом используют пористые вставки в днище ковша или погружаемую сверху в металл футерованную фурму, устанавливаемую на расстоянии 0,3 – 0,5 радиуса ковша от стенки. Фурмы с одним или тремя боковыми отверстиями имеют более низкую стойкость, чем фурмы с прямой подачей газа (когда оси струи газа и фурмы совпадают).

При продувке стали инертными газами жидкотекучесть увеличивается. Это происходит в результате изменения строения жидкого металла. С ростом интенсивности перемешивания ванны и уменьшением продолжительности его цикла количество смен прохождения металла через барботажную зону в течение продувки увеличивается и эффективность воздействия продувки на структуру жидкой стали повышается.

Более распространен другой способ – установка в днище ковша пористых огнеупорных пробок. Такие пробки выдерживают несколько продувок. Они обладают высокой газопроницаемостью, огнеупорностью, достаточной для работы при температурах 1550 – 1650⁰С, нужной термостойкостью и химической стойкостью к металлу и шлаку.

Наряду с выравниванием температуры обработка газами через днище позволяет гомогенизировать металл по химическому составу. При продувке ванны аргоном взамен кислорода наблюдается дополнительное снижение окисленности стали, содержание кислорода приближается к равновесному. Продувка ванны кислородом при низком значении углерода ведет к повышению уровня окисленности металла – при 0,04 – 0,05% С содержание кислорода может достигать 0,076 – 0,124%. В этом случае целесообразно производить продувку металла аргоном.

При использовании для глубинной продувки азота можно наблюдать некоторое увеличение содержания его в стали, однако более высокие скорости обезуглероживания и выделения окиси углерода из ванны могут нейтрализовать это явление.

При замене кислородного дутья воздухом в период доводки концентрация азота в конце плавки может достигать 0,0055 – 0,0065%, особенно в низкоуглеродистой стали.

При повышении интенсивности кипения ванны скорость удаления водорода из металла увеличивается. Поэтому существенного повышения содержания водорода в стали при глубинной продувке не наблюдается. При глубинной продувке ванны кислородом использование аргона или азота определяется маркой стали.

В процессе продувки металла через пористые днища ковша при рассредоточенном дутье с образованием мелких пузырьков увеличивается степень удаления водорода и азота, НВ при повышении эффективности использования инертных газов. Продувка не вызывает барботажа и заключает вторичное окисление металла; ее можно вести во время выпуска металла из печи до раскисления, во время раскисления и в процессе разливки.

При продувке инертными газами выравнивается состав и регулируется температура металла, ускоряются процессы растворения в металле введенных в ковш ферросплавов, облегчается процесс всплывания НВ, происходит дегазация стали. Иногда продувку инертным газом проводят одновременно с обработкой металла вакуумом. При этом расход инертного газа может быть существенно сокращен. Совмещение продувки инертным газом с обработкой синтетическими шлаками резко повышает эффективность использования шлаковых смесей, так как энергичное перемешивание при продувке увеличивает продолжительность контакта металла со шлаком и величину поверхности контакта.

Продувка аргоном стала необходимым элементом технологии сталеплавильного производства в цехах с машинами непрерывного литья стали для выравнивания химического состава и температуры металла, а также частичной дегазации. Она совершенно необходима и при отливке слитков, особенно из больших ковшей при производстве сталей трубного сортамента, для автолиста и т.д.

В ЭСПЦ производится обработка стали аргоном в ковше через пористую пробку в днище ковша. На случай выхода из строя пористой пробки на новом печь-ковше имеется кислородная фурма, подаваемая сверху. Обработка стали в печи-ковше состоит из нескольких этапов. Металл в ковше продувается аргоном, интенсивностью 500 л/мин в течении 3-5 минут; затем происходит отбор пробы и замер температуры. В этот момент температура стали в ковше составляет 1528⁰С. Следующим этапом считается наведение шлака присадкой шлакообразующих CaO+CaF₂, в количестве 1200 и 400кг соответственно, и сопровождающееся нагревом. Снова проводится химанализ, после чего в ковш отдаются раскислители SiC, CaC, Al – сечка, антрацит. Заключительным этапом обработки считается присадка в ковш ферросплавов, таких, как FeSi65, FeMn, SiMn. В процессе обработки температура повышается до 1568-1600⁰С. Снижение вредных примесей обеспечивается присадкой в металл ферросплавов.

После установки ковша в рабочее положение под крышкой начинают продувку металла с повышенным расходом аргона и включают ток. Проводят раскисление шлака силикокальцием или гранулированным алюминием массой 50 и 40кг соответственно. При необходимости десульфурации металла расход силикокальция и алюминия увеличивают до 100-120кг и 70-90кг, соответственно, а также наводят рафинирующий шлак путем присадки извести массой 0,6 -1,0 т и плавикового шпата массой 0,2-0,3 т, порциями по 150-200кг.

После получения жидкоподвижного шлака, но не ранее, чем через 5 мин. продувки, производят замер температуры и отбор пробы металла №1. После получения результатов химического анализа пробы металла и шлака, проводят корректировку химического состава металла на рекомендуемое содержание элементов, а также в случае необходимости производят дополнительное раскисление шлака (если содержание FeO превышает 2,0 %).

Таблица 3 - Техническая характеристика агрегата «ковш-печь» ЭСПЦ

Наименование параметра	Значение
Емкость ковша по стали	100 т
Длительность цикла обработки	30-50 мин
Вторичное напряжение трансформатора	280-98,5 В
Диаметр электродов	450-500мм
Скорость подогрева	2-3 0С/мин
Давление аргона	1 МПа
Давление азота	0,4 МПа
Расход аргона	60-80 м3/ч

Присадки ферросплавов производят в следующем порядке:

-добиваются получения жидкоподвижного шлака под течкой;

-при вводе науглероживателя устанавливают повышенный расход аргона, до оголения металла;

-начинают присадки порций ферросплавов, визуально контролируя их прохождение и усвоение, в следующей последовательности: хром, марганец, кремний, ванадий, углерод, алюминий, силикокальций;

-через 1-2 минуты после отдачи последней порции расход аргона уменьшают.

После отдачи последней порции ферросплавов производят дуговой подогрев металла в течение 5 мин, затем в течение 5 мин продувают металл и после этого берут пробу металла №2. Производят расчет необходимой скорости нагрева и устанавливают соответствующую ступень напряжения.

После доводки плавки по химическому составу производят нагрев (охлаждение) до температуры отдачи плавки на разливку. Перед отдачей плавок на разливку производят двойной, дублирующий замер температуры, а также отбор пробы металла и шлака на химический анализ.

После обработки плавки на установке «ковш-печь», ковш с плавкой подают на МНЛЗ.

Заключение

Развиваясь на основе новейших достижений современной науки и техники, электрометаллургия обязана своими успехами в первую очередь достижениями физической химии металлургических процессов, электротехники, вакуумной техники.

Современное развитие электросталеплавильного производства характеризуется переносом процессов рафинирования слали из дуговой печи в ковш. Это ведет не только к повышению производительности печей и более эффективному использованию мощности трансформаторов, но и к улучшению качества стали.

Список использованной литературы

1. Технологические инструкции по выплавки стали в ДСП.

2. Технологическая инструкция «Разливка стали на слябовой машине непрерывного литья заготовок ».

3. Технологическая инструкция «Разливка стали на 4-ручьевой машин непрерывного литья заготовок круглого и прямоугольного сечения»

4. Технологическая инструкция «Разливка стали в изложницы»

5. Григорьев В.П., Нечкин Ю.М., Егоров А.В. и др. Конструкции и проектирование агрегатов сталеплавильного производства. М.: МИСиС. 1995.

6. Поволоцкий Д.Я., В.А. Кудрин и др. «Внепечная обработка стали». М.: МИСиС, 1995

7. Целиков А.И., Полухин П.И., Зюзин В.И. и др. «Машины и агрегаты металлургических заводов». М.: Металлургия, 1978.

8. Никольский Л.Е., Зинуров И.Ю. Оборудование и проектирование электросталеплавильных цехов. М.: Металлургия, 1993.

59