3.12. Вакуумирование жидкой стали в ковше: способы и технологии, применяемое оборудование. Влияние вакуумирования на качество готового металла. Комплексная обработка жидкой стали в ковше.

В настоящее время в промышленно развитых странах ус­пешно работают сотни установок внепечного вакуумирования различной конструкции. Самым простым спо­собом является способ вакуумирования в ковше.

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. Этот метод часто называют ковшевым вакуумированием. После выпуска стали из сталеплавильной печи ковш с металлом устанавливают в вакуумную камеру. Камера представляет собой металлический цилиндр, расположенный в бетонированной яме в полу цеха. Диаметр камеры несколько больше диаметра ковша. Стенки и дно камеры выложены огнеупорным кирпичом. Сверху камера герметично закрывается крышкой. Между корпусом камеры и крышкой имеется вакуумное уплотнение в виде ленты или трубки из вакуумной резины. В корпусе камеры имеется отверстие для вакуумпровода, по которому производится откачка воздуха и газов, выделяющихся из металла при обработке в вакууме. Для создания разрежения применяются пароэжекторные насосы высокой производительности (до 10000 м3/мин). На крышке камеры установлены устройства для наблюдения за процессом обработки, дозаторы для присадки добавок. После установки в камеру ковша с жидким металлом ее закрывают крышкой и откачивают из камеры воздух до давления 6,5—15,0 Па. При понижении давления из металла выделяются растворенные в нем азот и водород, и, если металл не раскислен, начинает бурно протекать реакция взаимодействия растворенных углерода и кислорода.

Сталь, предназначенную для вакуумирования в ковще, не рекомендуется предварительно раскислять кремнием или алюминием. Продолжительность обработки составляет 10—15 мин. За это время происходит раскисление стали, частичная ее дегазация, удаление неметаллических включений. Благодаря перемешиванию металла усредняется химический состав стали и выравнивается температура. Этот метод используется для получения пластичной стали, применяемой для автомобильного листа и для некоторых марок конструкционной и электротехнической стали.

Однако применение вакуумирования стали в ковше мало пригодно для повышения степени чистоты спокойной, раскисленной стали, так как большая глубина металла в ковше не позволяет полностью использовать реакции раскисления стали углеродом и дегазацию металла в глубинных слоях.

2. Метод называют струйным вакуумированием или вакуумированием струи. Метод обработки металла в струе при отливке крупных слитков или при переливе из ковша в ковш, стоящий в вакуумной камере, позволяет более эффективно обрабатывать сталь. На крышке вакуумной камеры устанавливают промежуточный ковш, вакуум-плотно присоединенный к крышке. Емкость этого ковша составляет 5—10 т. Отверстие между промежуточным ковшом и камерой до начала вакуумной разливки закрывают листом алюминия. Внутрь камеры устанавливают изложницу или пустой ковш. Перед началом разливки в камере создают разрежение. В промежуточный ковш наливают сталь из разливочного ковша и открывают стопор промежуточного ковша. Струя стали прожигает лист алюминия и попадает в вакуумную камеру. В вакууме газы, выделяются из металла, активно идет реакция [С] + + [0]=СО. Выделяющиеся газы разрывают струю стали на мелкие капли, что значительно увеличивает поверхность раздела жидкого металла с газом, а, следовательно, повышает эффективность вакуумной обработки. Выделение газов продолжается из стали, налитой в изложницу. После заполнения изложницы в камеру напускают воздух, открывают крышку и после полного затвердевания слитка вынимают изложницу со слитком из камеры. Преимущество этого метода заключается в том, что слиток отливается в вакууме, в то время как в других способах после вакуумной обработки сталь разливают по изложницам на воздухе.

Метод отливки крупных слитков в вакууме широко применяется для производства ответственных поковок, предназначенных для изготовления коленчатых и гребных валов судов, роторов крупных турбин электростанций, генераторов, прокатных валков, деталей атомного энергомашиностроения. Большое значение для таких ответственных и дорогостоящих поковок и изделий имеет отсутствие скоплений неметаллических включений, флокенов, пористости, приводящих к преждевременному их разрушению. Поскольку водород вызывает появление флокенов, водородной хрупкости и пористости, то обычно крупные поковки подвергают обезводороживающему отжигу в течение сотен часов, однако полностью опасность появления дефектов, связанных с водородом, не устраняется. Только вакуумная обработка гарантирует устранение этих дефектов.