книги / Металлургические технологии

Процесс VOD делится на два периода: продувочный и послепродувочный. В период продувки сталь под вакуумом продувают кисло­ родом в течение 60...80 мин. В условиях вакуума кислородная про­ дувка приводит к смещению равновесия реакции окисления углерода [С] + [О] —> СОг вправо, и содержание углерода снижается от 0,7... 1,0 до 0,08...0,10 %. Температура во время продувочного пе­ риода повышается с 1550 до 1685 °С.

Во время послепродувочного периода кислородную продувку

1 Торр), продолжают подавать аргон. Происходит дальнейшее сниже­ ние содержания углерода до 0,03. . . 0,04 %, содержание серы снижает­ ся до 0,006 %. Еще одной особенностью процесса VOD является высо­ кая степень усвоения легирующих добавок: хром, никель и молибден усваиваются практически полностью (степень усвоения 99 %), марга­ нец усваивается на 95 %, ниобий - на 92...95 %, алюминий и титанна 80. .. 90%.

Вакуумирование порций металла в вакуум-камере вне ковша. Двумя основными способами вакуумирования отдельных порций металла являются разработанные в Германии способы порционного вакуумирования (способ DH) и циркуляционного вакуумирования (способ RH).

Установка DH (рис. 10.7) имеет вакуумную камеру 3, в нижней части которой расположен засасывающий патрубок. Камера может совершать движения вверх-вниз.

Перед обработкой жидкой стали камеру нагревают до 1550 °С графи­ товым нагревателем 2 или газокислородной горелкой. Когда камера нахо­ дится в нижнем положении, включаются вакуумные насосы, создавая в камере вакуум около 100 Па. В результате разности давлений (давления в камере и атмосферного давления) металл из ковша 4 выдавливается

вкамеру, заполняя ее нижнюю часть (рис. 10.7, а).

Вметалле, оказавшемся в камере, под действием разрежения активи­ зируются реакции дегазации: происходит удаление кислорода, водорода

иазота Металл «кипит». Как только «кипение» прекращается, камеру под­

нимают, что приводит к уменьшению объема, занимаемого металлом

ввакууматоре, и порция стали из вакуумной камеры перемещается обратно

вковш (рис. 10.7, б). Высота подъема стали, равная 1,4 м, при этом не из­ меняется. Далее цикл повторяют. Обычно для достижения желаемой сте­ пени дегазации производят 30...40циклов. При этом кратность циркуля­ ции металла составляет 3.. .4, т.е. любая порция металла должна побывать

ввакууматоре 3.. .4 раза При обработке сталей по методу DH содержание углерода можно снизить до 0,005 %, содержание кислорода и водорода уменьшить в 2.. .3 раза, азота в 1,2... 1,5 раза Установка DH позволяет вакуумировать плавки массой до 400 т.

Рис. 10.7. Схема установки порционного вакуумирования (установка DH): 1 - бункер для присадки ферросплавов; 2 - графитовый стержень для подогрева вакууматора; 3 - вакууматор; 4 - ковш с металлом; 5 шиберный затвор

Установка RH (рис. 10.8) состоит из цилиндрического вакууматора 2 , в нижней части которого имеются погружаемые в жидкий металл пат­ рубки - подъемный 3 и сливной 4. При откачке воздуха металл поднима­ ется в вакууматор на высоту 1,4 м. Одновременно с началом откачки воздуха в нижнюю часть подъемного патрубка подают холодный аргон.

продувают кислородом. Данный процесс позволяет получать корро­ зионно-стойкие хромоникелевые стали с содержанием углерода ме­ нее 0,02 %. Кроме того, с помощью процесса RH-OB получают ку­ зовные стали, практически не содержащие углерода (не более 0,003 %) и азота (не более 0,004 %).

10.1.4. Методы комплексной обработки на установках «ковш-печь»

Первые агрегаты для комплексной обработки сталей представля­ ли собой ковш и набор крышек. В самом простом случае крышек могло быть две: одна - для дугового подогрева, вторая - для вакуум­

ной обработки. Такая конструкция реализована в широко распро­ страненной технологии ASEA-SKF (Швеция): ковш в процессе обра­ ботки стали последовательно перемещают под различные крышки.

Другой разновидностью комбинированного процесса обработки стали шлаковыми смесями и вакуумом при одновременном электродуговом подогреве и продувке аргоном может служить процесс VAD (Vacuum Arc Degazation), при котором реализуют глубокую десуль­ фурацию путем вдувания порошковых реагентов (СаС2, SiCa, Са) через погруженную фурму.

В последние годы в мировой практике большое распространение получает новое поколение агрегатов «ковш-печь», конструкция ко торых обеспечивает проведение обработки всех сталей без исключения. За рубежом такие агрегаты получили название LF (Laddle-Fumace),

шению качества сталей: регулировать температуру металла за счет на­ грева, вводить большие количества легирующих ферросплавов, осуще­ ствлять глубокую десульфурацию. Для проведения десульфурации на­ водят шлак, основность которого достигает 5...7, а содержание FeO (окисленность) не превышает 0,3...0,5 %. Низкая окисленность шлака обеспечивается благодаря нейтральной (аргоновой) атмосфере.

Реакция десульфурации в присутствии небольших добавок алю­ миния запишется следующим образом:

[S] + (СаО) + 2/3 [Al] = (CaS) +1/3(А120 3).

При температуре 1600 °С и содержании в стали 0,05 % А1 коэф­

фициент распределения серы достигает уровня (FeS) = 1500. Это [S]

означает, что при содержании серы в шлаке около 1 %, ее содержа­ ние в металле не будет превышать 0,0007 %.

10.2.Переплавные процессы

10.2.1.Плавка в вакуумно-индукционных печах

Установка для вакуумно-индукционной плавки (ВИЛ) пред­ ставляет собой индукционную печь, помещенную в вакуумную ка­ меру, из которой вакуумными насосами откачивают газы. Емкость вакуумно-индукционных печей изменяется в пределах от нескольких килограммов до нескольких десятков тонн.

ВИЛ обладает следующими преимуществами перед другими ва­ куумными плавильными агрегатами:

1 ) имеется возможность длительной выдержки жидкого металла под вакуумом, благодаря чему происходит глубокая дегазация, рас­ кисление и очищение от большей части неметаллических включений и примесей цветных металлов;

2) можно выплавлять самые сложные по химическому составу ста­ ли и сплавы из самых различных металлических шихтовых материалов.

К недостаткам ВИЛ можно отнести невозможность уменьшения кон­ центрации примесей, в процессах удаления которых принимает участие шлаковая фаза (серы и фосфора), а также возможность загрязнения металла экзогенными неметаллическими включениями (кусочки футеровки тигля).

10.2.2.Вакуумная дуговая плавка

Ввакуумных дуговых установках (рис. 10.10) расплавление заготовки происходит под действием электрической дуги. Переплавляемой заготов­ кой чаще всего является стальной слиток, полученный каким-либо тради­ ционным способом (конвертер, электропечь или мартеновская печь).

Установка состоит из вакуумной камеры 3, с которой герметично состы­ кован медный водоохлаждаемый кри­ сталлизатор 5. В вакуумной камере мо­ жет двигаться без нарушения герметич­ ности стальная водоохлаждаемая штанга-электрододержатель. К концу штанги крепят переплавляемую заго­ товку - электрод 4.

Перемещение электрододержателя вместе с электродом осуществляют элек­ тромеханическим приводом. Перед на­ чалом процесса на дно кристаллизатора укладывают так называемую «затрав­

ку» - шайбу из такого же материала, ко­ торый сейчас собираются выплавлять. Включают в работу вакуумные насосы, получают необходимую степень разре­ жения (около 10"2 Па) и затем подают питающее напряжение от источника пи­ тания 7. При подаче напряжения между электродом и затравкой зажигается

электрическая дуга. Под действием высокой температуры дуги голов­ ная часть электрода быстро нагревается и постепенно расплавляется. Капли жидкого металла падают в кристаллизатор, где образуется не­ большая ванна жидкого металла. Наиболее эффективная обработка вакуумом происходит во время формирования капли и ее падения в кристаллизатор. По мере расплавления электрода в кристаллизаторе растет слиток рафинированного (очищенного) металла.

Вакуумная дуговая плавка (ВДП) позволяет удалять газы, приме­ си цветных металлов, уменьшает долю неметаллических включений. Благодаря быстрой направленной кристаллизации стальной ВДПслиток имеет более благоприятное строение, по сравнению с обыч­ ным слитком. Недостатком процесса является невозможность леги­ рования металла по ходу плавки.

Для получения сталей особо высокой чистоты по газам проводят двойную ВДП-обработку или сначала производят ВИЛ, а затем - ВДП.

10.2.3. Электронно-лучевая плавка

Принцип нагрева металла в установках электронно-лучевой плав­ ки (ЭЛП) заключается в бомбардировке переплавляемой заготовки электронным пучком высокой энергии в глубоком вакууме (остаточ­

скольку медный водоохлаждаемый кристаллизатор ЭЛП не имеет футеровки; возможность расплавления самых тугоплавких металлов. К недостаткам ЭЛП можно отнести повышенный расход электро­ энергии и высокую стоимость самих установок, а также высокие за­ траты на их эксплуатацию.

10.2.4. Электрошлаковый переплав

Процесс электрошлакового переплава (ЭШП) был разработан в Ин­ ституте электросварки им. Е.О. Патона (г. Киев, Украина). Практиче­ ское использование ЭШП началось в 1958 году, когда на заводе «Днепроспецсталь» (г. Запорожье, Украина) вступила в строй первая в мире промышленная установка ЭШП.

Принципиальная схема ЭШП представлена на рис. 10.12. Элек­ трическая цепь между переплавляемым электродом и наплавляемым слитком замыкается через слой жидко­ го синтетического шлака. Жидкий шлак электропроводен, но обладает высоким удельным электросопротив­ лением, и при прохождении электри­

ческого тока он разогревается до

Вода

ваные (или катаные) заготовки, либо непрерывно-литые заготовки квадратного или круглого сечения.

Чаще всего данный способ рафинирования используют для сни­ жения содержания серы (до 0,001 %). Кроме того, ЭШП можно ис­ пользовать для глубокой дефосфорации и снижения доли оксидных включений.

Применение ЭШП позволило решить проблему повышения каче­ ства подшипниковых сталей, используемых для тяжелонагруженных авиационных подшипников. Методом ЭШП получают стали и сплавы для дисков и лопаток газотурбинных авиадвигателей, элек­ трогенераторов, прокатных валков и других деталей, работающих в сложных условиях.

ГЛАВА 11. Разливка сталей

Разливкой называют операцию распределения жидких сталей по чугунным (реже - стальным) емкостям-изложницам, в которых про­ исходит процесс кристаллизации сталей и формирование стальных слитков.

Разливка является важнейшим этапом сталеплавильного произ­ водства. Технология и организация процесса разливки в значи­ тельной степени определяют количество отходов при дальнейшем переделе стальных слитков и качество металлопродукции. Совер­ шенствование технологии разливки является значительным резервом увеличения производства сталей, поскольку в настоящее время от 5 до 15 %, а в некоторых случаях до 25 % выплавленной стали возвра­ щается в переплав из-за дефектов, возникающих в процессе разливки и кристаллизации слитков.

11.1. Сталеразливочные ковши

Готовую сталь вначале выпускают из сталеплавильного агрегата в сталеразливочный ковш, который представляет собой стальной со­ суд, имеющий изнутри огнеупорную футеровку (рис. 1 1 .1 ). Емкость сталеразливочных ковшей изменяется от 5 до 500 т.