Материал: Электрометаллургия стали и ферросплавов учебное пособие.

на заводах тяжелого машиностроения главным образом в качестве метода получения крупных слитков флокеночувствительной стали. Установки струйной дегазации позволяют отливать слитки массой

Рис. 146. Схематическое изображение различных вариантов струйной дегазации в вакууме:

а — при отливке крупных слитков; б — перелив из ковша в ковш; а — двухступенчатое вакуумирование; г — многостадийное вакуумирование с подогревом

250—300 т, необходимые для изготовления роторов турбин и гене­ раторов, коленчатых и гребных валов для судостроения и ряда других крупногабаритных изделий.

Хорошие результаты, полученные при отливке в вакууме круп­ ных слитков, способствовали распространению этого метода дега­ зации и в производстве сравнительно мелких слитков, предназна­

ченных для металлургического передела. Появился второй вариант струйной дегазации — переливом из ковша в ковш (рис. 146, б). В этом случае в вакуумную камеру устанавливают второй сталераз­ ливочный ковш, из которого металл после вакуумирования разли­ вают по изложницам или на установках непрерывной и полунепре­ рывной разливки.

Как и при вакуумировании в ковше, эффективность струйной дегазации проявляется наиболее полно при обработке нераскисленной стали (рис. 148). В этом случае дегазация обнаруживается уже при давлении 10 кПа (0,1 ат), а при остаточном давлении 0,267—

0,933 кПа (2—7 мм рт. ст.) содержание водорода уменьшается на

70—80%, кислорода — на 50—60%, азота — до 25%.

Применение способа вакуумирования стали переливом из ковша

в ковш ограничивается н§об.х9димоетыо использования второго

сталеразливочного ковша и связанными с этим значительными теп­ ловыми потерями, что требует очень существенного перегрева ме­ талла в печи.

В последние годы получает распространение метод вакуумной обработки струи во время выпуска стали из печи в ковш. В пред­ ставленной на рис. 149 установке Челябинского металлургического завода для вакуумирования струи металла при сливе из электропечи роль вакуумной камеры выполняет герметизированный сталераз­ ливочный ковш, накрытый крышкой со встроенной промежуточной емкостью. Сталь из печи через промежуточную емкость и бесстопорное переливное отверстие поступает в вакуумированное простран­ ство ковша, где подвергается струйной дегазации. Система, состоя­ щая из Стационарного и подвижного вакуумпроводов, позволяет проводить вакуумную обработку стали, выплавленной в любой печи цеха.

372

Установки подобного типа, но отличающиеся конструктивным исполнением, работают также на заводах ФРГ, США, Франции, Че­ хословакии и других стран.

Вакуумирование струи при сливе плавки из плавильного агре­ гата сокращает продолжительность обработки и значительно умень­ шает потери тепла по сравнению с обработкой при переливе. Тем не менее и в этом случае происходят заметные тепловые потери на нагрев промежуточной емкости, что требует предварительного пере­ грева металла в печи на 25—30° С.

Кроме рассмотренных вариантов вакуумирования металла

вструе, известно применение более сложных вариантов, например двойного вакуумирования (см. рис. 146, б), трехстадийной вакуум­ ной обработки с подогревом (см. рис. 146, г) и др. Разработка таких сложных вариантов вызвана тем, что при входе в вакуумную камеру струя разрывается, принимая форму конуса с углом при вершине 90—120°. При отливке в вакууме слитков часть металла не попадает

визложницу, а часть брызг намораживается на стенки изложницы,

врезультате чего образуется неудовлетворительная поверхность слитка. В установках с многостадийным вакуумированием струи основное количество газов из металла выделяется на первых стадиях и в изложницу металл поступает более плотной струей. Дополни­ тельные потери тепла на нагрев промежуточных емкостей можно компенсировать, например подогревом металла в индукционной печи, как показано на рис. 146, г. Однако ввиду сложности такие установки широкого распространения не получили.

Практика эксплуатации установок вакуумирования металла в струе показала высокую эффективность струйной дегазации. Об этом, в частности, может свидетельствовать и то обстоятельство, что, несмотря на многообразие применяемых методом вакуумиро­ вания, примерно половина всех установок внепечного вакуумиро­ вания работает по методу струйной дегазации.

ВАКУУМИРОВАНИЕ СТАЛИ В СПЕЦИАЛЬНЫХ КАМЕРАХ

Впроцессе развития внепечной вакуумной обработки были раз­ работаны и более совершенные способы дегазации, учитывающие достоинства и недостатки ковшового и струйного вакуумирования. Несмотря на существенные различия между отдельными вариантами, общим для них является то, что вакуумирование стали проводится вне ковша в специальной камере-реторте.

В1956 г. акционерным обществом Дортмунд Хердер Хюттенунион (ДНН) в ФРГ был предложен порционный способ вакуумной обработки стали массового производства в ковшах большой емкости, получивший известность как ДН-процесс. Принципиальная схема этого способа вакуумирования представлена на рис. 150, а.

Обработка металла вакуумом происходит.в футерованной камеререторте, в которую он поступает через патрубок вследствие раз­ ности давления в камере и окружающей ее атмосфере. Патрубок, погруженный в металл, футеруют изнутри и снаружи.

373

Перед началом вакуумной обработки камеру подогревают при помощи газовых горелок. Затем патрубок снизу закрывают листом алюминия и камеру откачивают. На стенд под камеру устанавливают ковш и, поднимая ковш или опуская камеру, погружают патрубок в металл на глубину 250—350 мм. Для защиты листа алюминия от шлака конец патрубка прикрывают жестяным колпаком.

После расплавления алюминия металл в результате разности давления внутри и снаружи камеры поднимается в камеру; при этом предельно уровень металла может подняться от прежней отметки на 1460 мм, а глубина ванны в камере может достигнуть 600— 1000 мм. При циклически осуществляемых подъемах и опусканиях камеры

Рис. 150. Схематическое изображение различных установок вакуумировании стали в спе­ циальных камерах:

а — порционное вакуумирование; б — циркуляционное вакуумирование; в — циркуляцион­ ное с подогревом от индуктора; г — вакуумирование со сливом в УПНРС; 1 — сталеразлнвочный ковш; 2 — промежуточное устройство; 3 — вакуумная камера; 4 — приемное устрой­ ство УПНРС

или ковша металл то вытекает из камеры (остается лишь в патрубке), то вновь поднимается в нее, в результате чего вакуумированию под­ вергаются все новые порции металла.

Этот метод вакуумной обработки стали имеет ряд очевидных пре­ имуществ по сравнению с ранее рассмотренными. Во-первых, металл подвергается вакуумированию небольшими порциями, что позволяет использовать вакуумные насосы сравнительно небольшой произво­ дительности. Во-вторых, этот способ позволяет обрабатывать боль­ шие массы металла, так как масса металла в ковше не ограничивается. В-третьих, при применении такого способа обработки металл можно легко подогревать в вакуумной камере, тем самым компенсируя тепловые потери и увеличивая возможную продолжительность обра­ ботки. Подогрев металла осуществляют, как правило, графитированными стержнями, расположенными горизонтально над поверхностью металла в камере и работающими как элементы сопротивления. В-четвертых, вытекающие из камеры порции металла интенсивно перемешивают металл в ковше, что способствует выравниванию со­ става во всем объеме ковша. Это позволяет, учитывая возможности подогрева металла, присаживать в ковш значительные количества

374

ферросплавов и осуществлять легирование в процессе Вакуумной об­ работки.

По этим возможностям этот способ является наиболее универ­ сальным, поскольку он дает возможность вакуумировать в различ­ ных целях широкий сортамент стали, начиная от шарикоподшип­ никовой высокой степени чистоты и кончая низкоуглеродистой для глубокой вытяжки. Хорошее усреднение состава и высокое усвое­ ние присаживаемых во второй половине вакуумирования материалов позволяют получать таким способом сталь, характеризуемую узкими пределами по химическому составу, что никакими другими спосо­ бами выплавки металла массового производства получить невоз­ можно. Используя раскисление металла углеродом, можно не только уменьшить содержание в стали кислорода, но и получить сталь с низким содержанием углерода, что имеет особое значение при про­ изводстве малоуглеродистых нелегированных сталей для глубокой вытяжки. Так, установка фирмы «Коппервелд Стил Корпорейшен»

сталь высшего качества при сокращенной на 2 ч продолжительности плавки.

Порционным способом работает около трети всех установок внепечного вакуумирования, в том числе крупнейшая] установка (360 т) на заводе «Джонс энд Лафлин Стил Корпорейшен» в Питс­ бурге (США). Спроектированы установки для обработки стали ука­ занным выше способом в ковше емкостью 600 т.

Наряду с высокой эффективностью установки порционого ва­ куумирования отличаются и наибольшей сложностью конструкции, поскольку каждая из них представляет собой комплекс устройств, обеспечивающих возвратно-поступательное движение вакуумкамеры или ковша, шарнирное соединение вакуумпроводов, автомати­ ческое взвешивание и загрузку порциями в камеру требуемого коли­ чества ферросплавов по ходу обработки без нарушения вакуума. В состав оборудования установки входят устройства для электро­ обогрева камеры, газоохладитель, насосно-аккумуляторная стан­ ция и другие элементы.

Но, по-видимому, главной проблемой, сдерживающей повсемест­ ное распространение этого способа вакуумирования, является низ­ кая стойкость футеровки патрубка и камеры, подвергающейся теп­ ловому, химическому и абразивному разрушению. На заводе «Крусибл Стил» (США) стены камеры футерованы магнезитовым кирпи­ чом толщиной 225 мм и тремя слоями изоляции (200 мм). Подина выложена магнезитом (300 мм) и хромитовой обожженной массой (100 мм), а патрубок футерован 90%-ным глиноземистым кирпичом на высокоглиноземистой массе. Футеровка стен и свода выдержи­ вает 200 плавок, подины и нижней части стен 50, а патрубка 100— 160 плавок. На отечественной установке опробована футеровка из корундового (93% А120 3) и периклазо-шпинелидного кирпича, но и эти огнеупоры показали невысокую стойкость, хотя стойкость пери- клазо-шпинелидной футеровки оказалась выше, чем корундовой.

375