Материал: Электрометаллургия стали и ферросплавов учебное пособие.

Фирмой «Руршталь-Гереус» (RH) в «Хаттингене» (ФРГ) разра­ ботан циркуляционный способ непрерывного вакуумирования ме­ талла в специальной камере, который известен как RH-процесс. Схема циркуляционного вакуумирования представлена на рис. 150, б.

В нижней части цилиндрической вакуумной камеры имеются два патрубка — всасывающий, наклоненный под углом примерно 10°, и вертикально расположенный сливной. Такое расположение патрубков способствует более интенсивной циркуляции металла в ковше под действием вытекающих из камеры вакуумированных порций и исключает всасывание в камеру только что продегазированного металла. Для обеспечения в камере направленной циркуляции металла днище ее выполнено наклонным, а устье сливного патрубка расположенно ниже, чем всасывающего.

Процесс вакуумирования по способу RH начинается так же, как и при порционном способе. После погружения патрубков в ме­ талл и создания в камере разрежения металл всасывается в камеру на высоту 1460 мм по отношению к уровню в ковше. Во время по­ гружения через всасывающий патрубок начинают продувать аргон, вследствие чего на металл начинает действовать создаваемая в этом патрубке дополнительная подъемная сила. Втекающая в камеру струя металла фонтанирует на высоту до 1 м, дегазируется и стекает на подину камеры. Толщина слоя металла на подине камеры сос­ тавляет примерно 200 мм, поэтому дегазация продолжается и на подине.

Дегазированный металл сливается через сливной патрубок об­ ратно в ковш. Вследствие динамического напора струя вытекающего из камеры металла достигает дна ковша и вызывает хорошее пере­ мешивание ванны в ковше.

Таким образом, циркуляционный способ сочетает основные пре­ имущества струйной дегазации с вакуумированием металла в слое, а разбрызгивание струи аргоном в вакуумной камере и всплывание пузырей аргона в патрубке способствуют увеличению поверхности раздела металл—газ и благоприятствуют дегазации. На некоторых заводах при циркуляционном вакуумировании вместо аргона ис­ пользуют другие газы, позволяющие регулировать содержание в стали углерода, способствующие десульфурации или просто удешев­ ляющие процесс. Количество вдуваемого газа, необходимое для обе­ спечения циркуляции металла, при применении этого процесса невелико и составляет всего 5— 10% от общего количества выделяю­ щегося газа из металла при обработке.

Методом циркуляционного вакуумирования сталь широкого сор­

Стил Корпорейшен» в Хирохата таким способом производит пер­ воклассный автолист; получающиеся при этом слитки по структуре аналогичны слиткам спокойной стали, а по составу — кипящей. В зависимости от марки стали, степени ее раскисленности и исход­ ного содержания элементов эффективность проводимой дегазации этим способом выражается в снижении содержания водорода на 40—

376

70%, кислорода на 30—80%, азота на 10—25%, неметаллических включенийна 40—80 %.

Способ циркуляционного вакуумирования по своим возможно­ стям аналогичен методу порционного вакуумирования, но прево­ сходит его по производительности. Но циркуляционному способу полностью присущи и все ранее отмеченные отрицательные стороны и недостатки порционного вакуумирования. Кроме того, для обеспе­ чения работы установок циркуляционного вакуумирования требуется снабжение этих установок инертным газом и соответствующее уве­ личение мощности откачных средств.

Известны еще некоторые способы внепечного вакуумирования жидкой стали в специальных камерах, однако они пока еще не нашли широкого практического применения и осуществлены лишь в опыт­ ных установках или фигурируют в проектах и патентах. Например, процесс Термо-флоу (см. рис. 150, в) отличается от процесса RH тем, что дополняет установку двумя мощными индукторами, расположен­ ными вокруг обоих патрубков для подогрева и перемешивания ме­ талла. Индуктор на всасывающем патрубке может выполнять также и функции электромагнитного насоса, что позволяет отказаться от использования аргона для создания циркуляции металла.

Британским научно-исследовательским институтом металлур­ гии (БИСРА) разработан способ непрерывной дегазации, преду­ сматривающий вакуумирование стали в камере с непосредственным сливом вакуумированного металла из камеры в кристаллизатор уста­ новки полунепрерывной разливки (см. рис. 150, г).

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВНЕПЕЧНОГО ВАКУУМИРОВАНИЯ

Поскольку наибольший эффект достигается при вакуумировании нераскисленного металла, продолжительность плавки в электро­ печи стали, предназначенной для последующего вакуумирования, целесообразно сократить, исключив или значительно сократив вос­ становительный период. Поэтому с распространением внепечной де­ газации получила более широкое распространение и технология плавки в электропечи с одним шлаком.

По некоторым оценкам выплавка стали при вакуумировании с одним шлаком по сравнению с работой на двух шлаках увеличи­ вает производительность сталеплавильной печи на 30%. Только в результате этого себестоимость стали, подвергнутой дегазации даже по наиболее дорогостоящему варианту ASEA — SKF, не пре­ вышает себестоимости стали, выплавленной по обычной технологии

сдвумя шлаками, хотя качество первой заметно выше.

ВСССР освоена технология производства высокохромистых

нержавеющих сталей с применением окислительного вакуумирования металла в ковше. Эта технология позволяет получать низкоуглеро­ дистые нержавеющие стали без использования дорогостоящего ра­ финированного феррохрома. Окислительное вакуумирование с про­ дувкой в ковше металла аргоном позволяет снизить содержание в нем углерода на 0,08—0,12% без угара хрома. При этом себестоимость

377

стали уменьшается более чем на 8 руб/т по сравнению с ее себестои­ мостью в случае использования обычной технологии.

В результате внепечной дегазации, кроме того, уменьшается или полностью подавляется флокеночувствительность стали, уменьшается поражение ее газовыми включениями и волосовинами, снижается загрязненность неметаллическими включениями и уменьшается склонность стали к старению.

Однако вакуумирование нераскисленной или полураскисленной стали не позволяет полностью использовать возможности электро­ плавки по удалению серы, в связи с чем металл, подвергаемый внепечной дегазации, как правило, в большей мере загрязняется серой. Этим объясняется продолжение поисков путей решения проблемы десульфурации стали в процессе вакуумирования.

Вакуумирование жидкой стали в струе исключает возможность заметного удаления серы в шлак, а вакуумирование в ковше про­ текает при условиях, мало благоприятных для перехода серы в шлак. Значительными потенциальными возможностями в отношении де­ сульфурации обладает, по-видимому, метод ASEA — SKF.

С точки зрения эффективности удаления серы заслуживает вни­ мания разработанный в СССР метод так называемой вакуум-шлако- вой обработки, являющийся разновидностью варианта вакуумиро­ вания переливом из ковша в ковш. В этом случае во второй ковш, установленный в вакуумной камере, предварительно наливается обессеривающий синтетический шлак, и в процессе перелива в него присаживают раскислители. В таких условиях металл вакуумируется в нераскисленном состоянии, а сразу после дегазации рас­ кисляется металлическими раскислителями и обрабатывается десульфурирующим шлаком.

В тех случаях, когда в процессе вакуумирования используют продувку металла газами, десульфурацию можно осуществлять, применяя карбид кальция или вдувание порошкообразной извести.

Важным преимуществом многих способов внепечного вакууми­ рования является возможность вынести операции по легированию стали из печи в ковш или вакуумную камеру. Благодаря этому внепечное вакуумирование позволяет значительно расширить возмож­ ности обычных сталеплавильных агрегатов и в значительной мере унифицировать производство специальных сталей в разных агре­ гатах .

Но при применении некоторых способов внепечной обработки вакуумом металл может не только рафинироваться, а и обогащаться кислородом. Источником поступления кислорода может стать, как уже отмечалось, огнеупорная футеровка, содержащая значитель­ ное количество кремнезема. Еще большую"опасность в этом отноше­ нии представляет печной окислительный шлак, попадающий в ва­ куумные агрегаты вместе с металлом. Тем не менее надежные устройства, предотвращающие попадание печного шлака, пока еще не созданы.

Не решена еще и проблема огнеупорных материалов, нужных для изготовления футеровки вакуумных агрегатов. Футеровка из

т

обычного шамотного кирпича для этих целей непригодна ввиду ее неудовлетворительной стойкости. Широко применяют для изгото­ вления футеровки вакуумных агрегатов высокосортный магнезито­ вый кирпич, изготовляемый, в частности, из плавленого магнезита. Так, стойкость магнезитовой подины (одного из наиболее слабых мест футеровки на установках ДН) при использовании плавленого огнеупора достигала 200—300 плавок. Наблюдается также тенден­ ция к употреблению кирпича из огнеупорных масс с высоким содер­ жанием глинозема.

При использовании всех способов внепечной дегазации азот удаляется хуже других газов, и в большинстве случаев содержание азота в стали снижается на 0—20%. Лучшим методом достижения минимального содержания в металле азота следует считать сокра­ щение продолжительности выдержки металла под восстановитель­ ным шлаком.

Учитывая потенциальные возможности разных способов внепечиой дегазации и стоимость затрат на сооружение установки, в тех случаях, когда внепечная дегазация преследует ограниченные цели, для получения максимального экономического эффекта предпочте­ ние следует отдать более простому и дешевому способу.

Глава 28

ВАКУУМНАЯ ИНДУКЦИОННАЯ ПЛАВКА

КЛАССИФИКАЦИЯ ВАКУУМНЫХ ИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧЕЙ

За тридцатилетний период, прошедший со времени появления промышленных печей для вакуумной индукционной плавки (ВИП), разработаны разнообразные конструкции установок, работающих по периодическому или полунепрерывному методу.

Работа печей периодического действия характеризуется тем, что после каждой плавки вакуумную плавильную камеру необходимо разгерметизировать для замены изложницы или формы с отливкой и загрузки следующей порции шихты.

В печах полунепрерывного действия смену изложниц и загрузку шихты осуществляют через шлюзовые устройства без нарушения вакуума в плавильной камере. Поэтому в таких печах можно прово­ дить без разгерметизации несколько плавок, число которых обычно определяется стойкостью тигля.

Печи периодического действия в конструктивном отношении вы­ полнять проще, и поэтому затраты на их сооружение меньше. Од­ нако ввиду необходимости откачивать в начале каждой плавки боль­ шое количество газов, понижая давление от атмосферного до рабо­ чего, установки периодического действие оборудуют более мощными вакуумными насосами. Кроме того, металл, выплавленный в печах периодического действия, может содержать больше кислорода и газов, чем металл, полученный в печах полунепрерывного действия.

379

Это связано с тем, что при нарушении вакуума стенки тигля про­ питываются окислами, образующимися из остатков металла, а по­ верхность печи, вакуумной камеры и расположенных в ней устройств адсорбирует газы. В процессе вакуумной плавки в результате де­ сорбции газов в атмосфере над расплавом поддерживаются более высокие парциальные давления вредных газов и, следовательно, уменьшаются возможности его рафинирования, а переход закиси железа из футеровки загрязняет расплав кислородом.

В печах полунепрерывного действия вследствие непрерывной работы уменьшаются колебания температуры тигля и возрастает его стойкость. Сокращение простоев на ремонтах тигля, а также ис­ ключение затрат времени на откачку камеры между плавками, замену изложниц и совмещение конца одной плавки с началом дру­ гой обеспечивают более высокую производительность печей этого типа. Все это обусловило более широкое распространение в промы­ шленности печей полунепрерывного действия.

Конструктивно печи обоих типов можно выполнять со стацио­ нарной камерой и наклоняющимся тиглем, когда слив металла осу­ ществляется наклоном тигля внутри неподвижной камеры (рис. 151), или поворотными, когда для слива металла наклоняется вся пла­ вильная камера (рис. 152).

Для наклона тигля в стационарной плавильной камере требуется свободный объем и необходимо размещать в вакууме механизм на­ клона, что усложняет конструкцию плавильной камеры, увеличи­ вает общий откачиваемый объем и вынуждает увеличивать мощность вакуумных насосов. С этой точки зрения предпочтительнее кон­ струкция установок с наклоняющейся плавильной камерой, так как

вэтом случае объем камеры может быть в несколько раз меньше,

амеханизм наклона располагается вне вакуумной камеры.

Слив металла из печи периодического действия с наклоняющейся плавильной камерой осуществляется в одну изложницу, вклады­ ваемую в специальный патрубок, расположенный перпендикулярно или под углом к оси тигля, или закрепляемую под сливным жело­ бом тигля таким образом, что при повороте корпуса плавильной ка­ меры угол между осями тигля и изложницы изменяется. Усложнение конструкции при этом оправдывается уменьшением размывания стенки изложницы струей металла.

Необходимость выпуска всей плавки в одну изложницу ограни­ чивает емкость печей периодического действия с наклоняющейся плавильной камерой; обычно она не превышает нескольких сотен килограммов.

На установках полунепрерывного действия камера разливки обособлена от плавильной камеры. При наклоне плавильной камеры металл из тигля сливается в желоб, по которому перетекает в камеру разливки и распределяется по изложницам. В этот случае емкость

печи не ограничивается массой слитка и может достигать десятков тонн.

К недостаткам установок полунепрерывного действия такого типа следует отнести большую массу наклоняющихся частей и не-

380