Статьи Статьи

Установка для обработки стали инертным газом




Продувка металла инертными газами не так эффективна, как вакуумирование, но проще и дешевле. При такой продувке можно достичь следующих целей:

а) уменьшения содержания газов (N2 и Н2), растворённых в металле. Механизм извлечения газов тот же, что и в вакууматоре, т.е. создание парциального давления N2 и Н2 равного нулю на возможно большей поверхности. Это достигается путём наполнения объёма стали тысячами пузырьков инертного газа, внутри которых создаются маленькие "вакуумные камеры";

б) хорошего перемешивания расплава, в результате чего облегчается переход в шлак неметаллических включений и происходит усреднение состава металла;

в) получения стали с особо низким содержанием углерода (например, качественной нержавеющей стали). Для этого металл продувают кислородом с добавкой инертного газа, в результате чего снижается парциальное давление СО и облегчается процесс газоотделения;

г) снижения температуры металла за счёт нагрева инертного газа при контакте со сталью. Это позволяет регулировать до определенного уровня температуру металла в ковше. Вероятность чрезмерного охлаждения стали во время продувки только инертным газом ограничивает длительность продувки. Желательно, чтобы ковши со сталью, помещаемые на стенд для продувки инертным газом или помещаемые в вакууматор, имели подвод энергии. Для этой цели подводится теплота, генерируемая электрическими источниками (индуктор, плазматрон, электрическая дуга) или химическими реакциями при продувке металла кислородом. В обогреваемых ковшах металл можно выдержать длительное время (до 2 часов) и обеспечить высокую степень очистки от примесей.

В качестве инертного газа чаще всего используется аргон. Его главное преимущество в том, что он практически не растворяется в стали, в отличие, например, от азота. Хотя аргон, конечно, гораздо дороже азота.

Пример конструкции ковша с продувкой инертным газом (аргоном) в смеси с кислородом представлен на рис. 4.3. Данный ковш предназначен для получения стали с особо низким содержанием углерода. По внешнему виду ковш похож на конвертер из-за наличия верхней надставки, предназначенной для уменьшения выбросов.

Рис. 4.3. Ковш (конвертер) для аргоно-кислородной продувки жидкой стали: 1, 2 - фурмы для подачи смеси; 3 - ванна металла; 4 - надставка; 5 - футеровка ковша

Принцип работы установки следующий. Ковш с жидкой сталью, заполненный примерно наполовину (без учёта надставки), устанавливается на стенд. Для вдувания кислорода и инертного газа используются дутьевые устройства, через которые газ подводится к нижней части стенки ковша. В стенке вставлены трубки - фурмы. Фурма для подачи дутья состоит из двух концентрических труб. По внутренней трубе подают смесь аргона с кислородом, а по кольцевому зазору - аргон, служащий защитным газом. Соотношение расходов О2 и Ar изменяют по ходу продувки, добиваясь максимального окисления углерода. Соотношение меняется от О2:Ar = 3:1 в начале до 1:3 в конце продувки. После окончания обезуглероживающей продувки ковш продувают чистым аргоном для снижения концентрации кислорода и восстановления окисленных кислородом легирующих составляющих (Cr и др.). В процессе продувки ковш может наклоняться. При продувке вблизи фурм образуются газовые полости, форма которых зависит от расхода газа, его температуры, ферростатического давления. Эти полости пульсируют и могут распадаться на группы пузырьков небольших размеров. В пузырьки выделяются H2, N2 и СО, получаемый при окислении углерода кислородом дутья.

Интенсификации процесса способствуют малые расстояния между пузырьками, большое время пребывания пузырьков в расплаве, высокая скорость диффузии удаляемых газов, большая поверхность раздела газовой и жидкой фаз, высокий градиент концентраций удаляемых газов между металлом и пузырьком. Мелкие пузырьки всплывают медленнее и поэтому дольше находятся в металле.

Процедура послепродувочного ввода раскислителей и легирующих добавок та же, что и в вакууматорах: сначала раскислители (ферромарганец, ферросилиций и т.п.), а далее легирующие добавки (Cr, W, Ti и т.п.).

Потери среднемассовой температуры при продувке стали только аргоном в большегрузных ковшах составляют от 1 до 3,5 град/мин и в целом, при отсутствии обогрева снижение температуры за время продувки (10-15 мин.) составляет не менее 10-20 °С. Подача кислорода без аргона приводит к повышению температуры стали на 2-5 град/мин за счёт окисления углерода, марганца и кремния.

Преимущества обработки металла в ковше при продувке инертным газом:

  1. простота и дешевизна;
  2. высокая эффективность в сочетании с кислородом при глубоком обезуглероживании стали.

Недостатки обработки стали в ковше при продувке инертным газом:

  1. быстрое снижение температуры металла при вдувании холодного аргона, что ограничивает время процесса очистки или требует ввода дополнительной энергии для компенсации потерь теплоты;
  2. сравнительно высокая стоимость аргона.

В виде предложений по совершенствованию технологий продувки инертным газом может быть следующее:

  1. замена части аргона более дешёвыми газами (азотом или даже паром) при производстве стали простых марок. При этом сталь насыщается азотом и водородом. Они удаляются короткой продувкой аргоном;
  2. подвод энергии к ковшу для продления процесса продувки;
  3. использование теплоты отработанного газа для подогрева газа, вдуваемого в ковш.

Металлургия, металлопрокат

 


Опубликовано: 03.12.2010 08:14

Закрыть