Рідка сталь, металургійний портал

Основними способами підвищення якості рідкої сталі є:

• обробка металу в умовах розрідження;
• продування стали інертним газом;
• обробка металу синтетичним шлаком;
• продування металу газопорошкового струменями.

Обробка металу в умовах розрідження

Обробка металу в умовах розрідження впливає на перебіг тих реакцій і процесів, в яких бере участь газова фаза. Газова фаза утворюється при протіканні реакції окислення вуглецю, процесів виділення розчинених в металі водню і азоту, а також процесів випаровування домішок кольорових металів.

У стали завжди стримається певну кількість вуглецю. При обробці вакуумом кисень, розчинений в металі, реагує з вуглецем з утворенням оксиду вуглецю у вигляді газових бульбашок (СО). Таким чином, відбувається видалення кисню з металу. Якщо кисень присутній у вигляді оксидних включень, зниження тиску супроводжується відновленням оксидів вуглецем.

Азот в металі менш рухливий, ніж водень, і коефіцієнт дифузії його в рідкій сталі значно менше. Тому інтенсивність очищення розплаву від азоту під вакуумом набагато нижче, ніж від водню, і потрібно більш глибокий вакуум, щоб досягти помітного очищення металу від азоту.

Процес очищення металу від водню і азоту під вакуумом прискорюється протікає одночасно процесом виділення бульбашок оксиду вуглецю (СО), які інтенсивно перемішують метал і сприяють видаленню неметалічних включень.

В даний час застосовуються ряд способів обробки стали вакуумом. Схеми деяких з них представлені на малюнку 29.

При вакуумуванні в ковші. помещаемом в вакуумну камеру (рисунок 29а), розчинений в металі кисень взаємодіє з розчиненим вуглецем. Крім того, з ванни енергійно виділяються розчинений в металі водень і частково азот, і ванна закипає. Після дегазації металу зі спеціального бункера вводять розкислювачі і легуючі добавки в ківш, що знаходиться у вакуумній камері. Недоліком такого способу є низька ефективність при обробці великої маси металу, одночасно знаходиться в умовах розрідження. Для обробки великих мас металу застосовують методи циркуляційного і порційного вакуумування.

При циркуляційному вакуумуванні (рисунок 29 б) два патрубка вакуумної камери опускають в метал. При створенні розрідження рідка сталь під-приймаються в камеру на певну висоту. В метал підйомного патрубка через пористу вогнетривку вставку вдувають аргон. В результаті виходить газо-металева суміш меншої щільності в порівнянні зі сталлю, що знаходиться в іншому патрубку. Ця суміш надходить в камеру, а дегазований метал витікає через зливний патрубок в ківш.

При порціонному вакуумуванні (рисунок 29 в) частину металу по каналу патрубка з ковша, що знаходиться під атмосферним тиском, всмоктується в вакуумну камеру, витримується там деякий час і повертається в ківш при деякому опусканні останнього. При черговому підйомі ковша в межах зануреного в нього патрубка в вакуумну камеру всмоктується чергова порція рідкого металу. Повторення цих операцій забезпечує сумарний ефект вакуумування стали, що знаходиться в ковші при атмосферному тиску.

Продування стали інертним газом

Продування стали інертним газом (рисунок 30) здійснюють в режимі утворення міхурів інертного газу, що перемішують рідкий метал в ковше.Інертний газ (частіше аргон) вводять різними способами в нижню частину ковша. Бульбашки інертного газу перемішують метал, вирівнюють склад, якщо необхідно, то і знижують його температуру до заданого рівня.

Поєднання продувки інертним газом з витримкою в умовах розрідження, а також застосування синтетичного шлаку під час продування інертним газом сприяють більш ефективному видаленню з металу шкідливих домішок і неметалевих включень.

Обробка металу синтетичним шлаком

Обробка металу синтетичним шлаком проводиться для інтенсифікації та підвищення повноти переходу в шлак сірки, фосфору і кисню. Обробку ведуть перемішуванням металу з рідким синтетичним шлаком в ковші під час випуску металу з сталеплавильного агрегату. Одночасно з шлакового ковша подають струмінь рідкого шлаку на струмінь рідкої сталі. Синтетичний шлак попередньо виплавляють в печі електродуги і перед обробкою металу випускають в шлаковий ківш. Витрата синтетичного шлаку зазвичай не перевищує 6% від маси металу. Тривалість обробки стали синтетичним шлаком обмежується тривалістю випуску металу з агрегату в ківш. Для підвищення ефективності обробки необхідно при випуску металу з сталеплавильного агрегату відокремлювати технологічний шлак, не даючи йому потрапляти в ківш.

При перемішуванні металу зі шлаком під час обробки складу синтетичного шлаку змінюється в порівнянні з початковим складом. Переходить з металу частина сірки, домішуються продукти розкислення стали, а також іноді небажана частина кінцевого шлаку з сталеплавильного агрегату. Це і короткий період перемішування металу зі шлаком не дозволяє використовувати повністю здатність синтетичного шлаку до видалення сірки з металу.

Більш повне використання шлаку для видалення домішок здійснюють обробкою металу синтетичним шлаком в умовах розрідження. Ківш з рідким шлаком встановлюють в вакуумну камеру, а зверху подають струмінь металу. Під впливом розрідження піниться шлаку і дроблення струменя металу на дрібні краплі, що сприяє збільшенню поверхні взаємодії шлаку і металу.

Продувка металу газо-порошковими струменями

Продувка металу газо-порошковими струменями здійснюється вдуванием тонкоподрібнених твердих реагентів струменем газу. Це веде до збільшення поверхні контакту твердих реагентів з металом і інтенсивному видаленню домішок.

Як тверді реагентів використовують різні суміші вапна, залізної руди, плавиковогошпату, карбіду кальцію, графіту. Газом-носієм можуть бути повітря, кисень, азот, аргон, природний газ.
Для видалення фосфору в струмені кисню в метал вдувають тверду суміш, що складається з вапна, залізної руди і плавиковогошпату. Для видалення сірки в метал вдувають в струмені аргону суміш вапна і плавикового шпату. Плавиковий шпат вводиться до складу сумішей для підвищення жидкотекучести шлаку.

Цей метод застосовують для введення в струмені аргону в метал сильнодіючих реагентів (кальцій, магній), які через високих енергій взаємодії і виділення великої кількості тепла звичайними способами вводити в метал можна.