3. Внепечное вакуумирование стали

1) Вакуумирование в ковше

Вакуумирование стали в ковше является наиболее простым способом вакуумной обработки стали. Его осуществляют в установках, состоящих из вакуумной камеры и соединенной с ней вакуум - проводами станции вакуумных насосов. При выпуске стали, предназначенной для вакуумирования в ковше, необходимо принять меры с целью попадания возможно меньшего количества шлака в ковш, т.к. при этом уменьшается эффект вакуумирования и возможно восстановления фосфора в сталь.

Для вакуумирования стали ковш устанавливают в вакуумной камере, которую закрывают герметичной крышкой. С понижением давления в камере происходит процесс дегазации стали, вызывающий перемешивание металла и шлака выделяющимися пузырьками газа. При вакуумировании нераскисленной стали происходит реакция [C] и [O] с образованием СО. Всплывающие пузырьки СО вызывают интенсивное кипение, которое усиливает массоперенос в металле и экстрагирует из металла водород и азот.

Для 10-30т ковшей [H]_конеч=3-410 ^-4 %, [O]_кон=3-910 ^-3 %, [С]_кон=0,02-0,07%.

О днако, эффект вакуумирования в ковше уменьшается с увеличением массы стали вследствие увеличения ферростатического давления и уменьшения удельной поверхности реагирования. Поэтому применяют электромагнитное перемешивание (f=2-5 Гц) и продувку металла инертными газами, обычно, аргоном. В процессе вакуумной обработки металл охлаждается, что вызывает необходимость перегрева стали в печи на 40-50С, т.е. на 150-180С выше температуры ликвидус.

К_Cr-100%

К_v=100%

К_Mn , К_Si =95%

К_C = 80%

Увеличение толщины шлака в ковше вызывает повышения его гидростатического давления и уменьшает эффект вакуумирования

Футеровка: шамот, высокоглинозёмистые огнеупоры, доломитовые магнезитовые

Р_ост =2-10 кПа до 20 Па

[H] до 0,0003 % и до 0,00012 %

С применением Ar удаляется до 75 % [H]

Деазотация до 30-40 %

Но требуется перегрев металла на 40-70 % ^оС

2) Вакуумирование в струе.

Большое влияние на скорость дегазации оказывает увеличение относительное поверхности (F/V) металла:

,где

(С - С_пов) - градиент концентрации растворенного вещества;

К- константа скорости; F/V-соответственно поверхность и объем металла.

Действительно, при дроблении жидкой стали на капли во время струйного вакуумирования процессы окисления углерода и дегазации завершаются в течении короткого времени, исчисляемого секундами.

Изложницу помещают в вакуум - камеру, которую закрывают крышкой с промежуточной емкостью. Переливное отверстие в промежуточной емкости перекрывают алюминевым листом толщиной 2-3 мм и создают в камере вакуум. По достижении необходимого разрежения сталь переливают из ковша в промежуточную емкость, откуда она, расплавив алюминевый лист, поступает в установленную в камере изложницу или ковш. Проходя разреженное пространство камеры, струя металла разрывается выделяющимися пузырьками газа на капли 10-0,001 мм и сталь подвергается интенсивной вакуумной обработке.

Вакуумирование струи более эффективно при обработке нераскисленной стали, так, при остаточном давлении 0,3-1,0 кПа содержание водорода в стали уменьшается на 70-80%,кислорода на 50-60%,азота на 15-20%.