Основными недостатками перечисленных простых способов обработки металла являются: а) необходимость перегрева жидкого металла в плавильном агрегате для компенсации падения температуры металла при обработке в ковше; б) ограниченность воздействия на металл (только десульфурация, только дегазация и т.п.).
Лучшие результаты воздействия на качество металла достигается при использовании комбинированных или комплексных способов, когда в одном или нескольких последовательно расположенных агрегатах осуществляется ряд операций. Для их проведения зачастую необходимо изменять конструкцию ковша и использовать более сложное оборудование.
1. Комбинированные способы внепечной
Выбор необходимого оборудования определяется той или иной технологией обработки металла. Несмотря на многоплановость задач, возникающих при решении проблемы повышения качества металла методами вторичной металлургии, используемые при этом технологические приемы немногочисленны:
1) интенсификация процессов взаимодействия металла с жидким шлаком или твердыми шлакообразующими материалами путем организации интенсивного перемешивания (специальной: мешалкой, продувкой газом, вдуванием твердых шлакообразующих материалов непосредственно в массу металла, с помощью электромагнитного перемешивания и т.п.);
- интенсификация процессов газовыделения путем обработки металла вакуумом или продувкой инертным газом;
— интенсификация процессов взаимодействия с вводимыми в ванну материалами для раскисления и легирования (подбор комплексных раскислителей оптимального состава, введение раскислителей в глубь металла в виде порошков, блоков, с помощью специальной проволоки, с помощью патронов, выстреливаемых в глубь металла, искусственное перемешивание с целью облегчения условий удаления продуктов раскисления и т.д.).
Организация перемешивания ванны тем или иным способом (интенсификация процессов массопереноса) является обязательным условием эффективности процесса.
Внепечная обработка металла комбинированными методами может производиться: а) в обычном сталеразливочном ковше с футеровкой из шамота и с вертикальным стопором; б) в сталеразливочном ковше с футеровкой из основных высокоогнеупорных материалов и стопором шиберного типа; в) в сталеразливочном ковше, снабженном крышкой; г) в сталеразливочном ковше, оборудованном для вдувания газа или газопорошковой струи снизу через смонтированные в днище устройства; д) в ковше-печи с крышкой (сводом), через которую олушам электроды, нагревающие металл а процессе его обработки; е) в агрегате тип конвертора с продувкой металла кислородом, аргоном, паром; ж) в агрегате типа конвертора, снабженном оборудованием для вакуумирования расплава и т.д.
Медицинские растворы заводского производства. Интенсификация ...
... веществ: Растворы твердых веществ. Растворы жидких веществ. Растворы с газообразными лекарственными средствами. 1.2 Интенсификация процесса растворения Для ускорения процесса растворения ... растворов важны и при изготовлении почти всех других лекарственных форм, где растворы являются полупродуктами или вспомогательными компонентами при изготовлении конкретной лекарственной формы. Растворы ...
По мере совершенствования и развития методов вторичной металлургии обычные сталеразливочные ковши заменяются вспомогательными металлургическими агрегатами, в которых происходит очистка металла от вредных примесей и доводка до нужного состава и температуры. После пребывания в таком вспомогательном агрегате во многих случаях сталь выливают в обычный стале-разливочный ковш, из которого она разливается на слитки или поступает на машины непрерывной разливки.
2. Агрегаты
В процессе внепечной обработки стали происходит охлаждение металла, что, естественно, ограничивает продолжительность обработки. Компенсация теплопотерь осуществляется различными способами. В этом плане агрегаты, используемые для целей внепечной обработки стали, условно можно разбить на несколько групп:
1) агрегаты без дополнительного подогрева или подачи тепла в процессе обработки. К таким агрегатам относятся установки для обработки вакуумом различными методами, установки введения в металл реагентов в виде порошка, проволоки, блоков, установки типа накрытого крышкой ковша при продувке металла инертным газом;
- агрегаты, в которых подвод тепла осуществляется в результате окисления железа и примесей при продувке кислородом (например, конвертер АОД-процесса, конвертер VODC, RH-OB, RHO и др.);
- агрегаты, в которых подвод тепла осуществляется с помощью электроэнергии.
2.1 Электродуговой подогрев металла
Наиболее распространенными способами, позволяющими подогреть металл в процессе обработки, являются ASEA-SKF-процесс , внедренный в Швеции в 1964 г. и более простой Finkl-процесс (США).
Установка ASEA-SKF (рисунок 1) состоит из ковша, кожух которого изготовлен из немагнитной нержавеющей стали, устанавливаемого после слива в него металла на сталевоз с индуктором для электромагнитного перемешивания. Ковш оборудован двумя съемными крышками: крышкой-сводом с тремя электродами для дугового обогрева и вакуумплотной крышкой, соединенной с системой вакуумных насосов. Ковш перемешают под одну и другую крышки по мере необходимости нагрева после присадки шлакообразующих и последующего вакуумирования. Такой способ, конечно, сложен и дорогостоящ, однако высокое качество металла оправдывает затраты и поэтому он получил достаточно широкое распространение.
Рисунок 1 — Схема процесса ASEA-SKF : а — вакуумирование; б — подогрев; 1 — перемешивающий индуктор; 2 — электроды; 3 — шиберный затвор
По некоторым данным качество стали, обработанной на установках этого типа, может быть сравнимо с качеством стали электрошлакового переплава. В нашей стране установки типа ASEA-SKF работают в сталеплавильных цехах некоторых заводов тяжелого и энергетического машиностроения, где отливаются крупные слитки для изготовления роторов турбин электростанций и других ответственных изделий.
Если в методе ASEA-SKF используется индукционное перемешивание, то в Finkl-процессе перемешивание осуществляется более простым способом — продувкой аргоном; при этом ковш находится в стационарном положении, что упрощает обработку металла при производстве его в больших количествах. Установки типа ASEA-SKF — это уже не просто ковши, а металлургические агрегаты, в которых проводятся определенные металлургические операции. Сам процесс становится по существу дуплекс-процессом: печь (или конвертер) — вторичный агрегат.
Разливка стали и кристаллизация
... операции разливки на самом высоком технологическом уровне. Для улучшения качества слитков широкое применение нашли способы внепечной обработки жидкого металла в ковше вакуумированием, ... разливку стали считали искусством и только опытным мастерам доверяли выполнение этой операции. Современные сведения о физико-химических процессах, протекающих во время разливки и при затвердевании черных металлов, ...
2.2 Процесс ковш-печь
В мировой практике получает все большое распространение процесс названный процессом ковш-печь . В зарубежной литературе пропах получил наименование LF-npouecc (Ladle-Furnacei, в отечественной литературе часто используют аббревиатуру АКОС (агрегат комплексное обработки стали!. Процесс включает перемешивание путем продувки металла аргоном в ковше, дуговой подогрев и обработку металла синтетическим шлаком в процессе перемешивания аргоном. Процесс обеспечивает не только получение металла заданного химического состава и температуры, но и снижение количества неметаллических включений в результате удаления серы и кислорода, что привело к значительному улучшению механических свойств. Такой агрегат может быть установлен в любом сталеплавильном цехе.
Типичная конструкция установки LF (печь-ковш) доказана на рисунке 2. В ковше наводится рафинировочный шлак, и в него сверху опускают электроды системы электродугового нагрева таким образом, чтобы обеспечить достаточно эффективную теплопередачу и одновременно защитить огнеупоры ковша от дуги. При этом остаточные оксиды железа в шлаке восстанавливаются углеродом графитовых электродов.
Рисунок 2 — Установка типа ковш-печь (LF): 1 — шиберный затвор; 2 — тележка; 3 — основной ишак; 4 — смотровое окно; 5 — электроды; 6 — бункеры ддя хранения легаруюпшх добавок; 7- инертная атмосфера внутри печи; о — нагрев погруженной дутой; 9 — жидкая ставь; 10 — перемешивание инертным газом; 11 — пористая пробка
Arc-Process
(Arc-Process):
2.3 Установки с вакуумированием металла
внепечной сталь вакуумирование электродуговой
Vacuum Arc Degassing).
Агрегат состоит (рисунок 4) из камеры, установленной на самодвижущейся тележке, и вакуумного трубопровода в стационарном своде (а не корпусе камеры).
Технология поведения операции следующая:
1) помещение ковша в VAD — камеру и продувка аргоном в течение 3 мин (без вакуума) ;
2) отбор пробы на химический анализ и перемешение камеры на участок скачивания шлака (содержащего FeO и Р2О5).
Перемешение камеры с ковшом к VAD-устройству, накрывание сводом и вакуумирование с подогревом (или без подогрева), Подогрев осуществляется с помошью электродов, опускаемых через свод;
одновременно с вакуумированием наводится (присадкой CaO, CaF 2 и Аl) новый шлак и продолжается продувка аргоном;
- после 20-25 мин такой обработки под вакуумом производится корректировка химического состава и температуры (электроподогревом);
5) после достижения необходимых параметров вакуумирование прекращается и камера с ковшом транспортируется на разливочную площадку.
Расчет литейного цеха производительностью 12000 т металла в год
... под низким давлением состоит в вытеснении газом жидкого металла из раздаточной печи в литейную форму. Помимо принудительного заполнения литейной ... предполагается построить в городе Красноряск Красноярского края Расчетная зимняя температура - 34 °С. В районе имеется зона из зеленых ... по выплавляемым моделям относится к цехам: по виду литейного сплава: стального литья; по массе отливок: среднего литья; ...
Рисунок 4 — Схема VAD-процесса
1-вакуумная фурма для замера температуры и отбора проб; 2 — телескопическая труба для вакуум-плотной герметизации электродов; 3 — водоохлаждаемый токоподвод; 4 — зажимное приспособление для электрода; 5 — шлюзовое устройство для ввода в вакуум-камеру легирующих добавок; 6 — направляющая колонка для управления электродами; 7 — смотровое стекло с ротором; 8 — теплозащитный экран; 9 — подключение вакуума; 10 — вакуум камера; 11 — сталеразливочный ковш; 12 — пористый блок для продувки инертными газами
В тех случаях, когда требуется получать менее 0 004% S у металл дополнительно вдувается порошок СаС 2 или силикокальций. Фурма погружается на глубину 2,5 м, продолжительность вдувания 15 мин, содержание серы до окончания процесса вдувания 0,001%. Фурму для вдувания обычно изготавливают из цельнотянутой трубы с нанизанными на нее катушками из огнеупорного материала, содержащего 60% Al2 O3 , навинчивающейся пробки (80% Al2 O3 ) и вставки на месте выхода струи (95% Al2 O3 ).
Получаемая сталь может быть предназначена для изготовления крупных емкостей для сжиженного газа, арктических трубопроводов, буровых морских платформ, атомных электростанций, специальных установок химической и нефтехимической промышленности и других изделии ответственного назначения.
Подробное исследование технологии обработки по способу VAD проведено на одном из заводов Японии. На заводе имеется 50-т установка VAD, металл на которую поступает с дуговой печи или из кислородного конвертера. Легирующие элементы и флюсы присаживаются в ковш под вакуумом, металл продувают аргоном через пористую пробку. Полный цикл обработки стали в установке длится 140 мин, из них первые 80 мин — подогрев металла с 1540 до 1640°С при давлении 26,6 кПа, затем 40 мин — дегазация при давлении менее 1,3 кПа и последние 20 мин — снова подогрев и доведение температуры металла до 1600°С.
Для десульфурации стали использовали шлаки, содержащие при пересчете компонентов на квазитройную систему 50 — 70% СаО, 20 — 35% Al 2 O3 и 10% SiO2 . По результатом испытаний наибольший коэффициент распределения (S)/[S], превышающий 600, был достигнут в области существования в жидкой фазе и извести и три силиката кальция. Перед обработкой из ковша скачивали печной шлак, поэтому суммарное содержание оксидов железа и марганца в шлаке для десульфурации не превышало 1%. Примерный оптимальный состав шлака, %: 60 СаО, 30 Al2 O3 и 10 SiO2 . Считается, что в качестве основы для расчетов десульфурации металла, раскисленного алюминием, может быть принята реакция 3 (СаО) + 2 [Al] + 3 [S] = 3 (CaS) + Al2 O3
2.4 Установки с индукционным подогревом и перемешиванием
Помимо установок с дуговым подогревом разрабатываются установки с использованием методов индукционного нагрева (и перемешивания).
Печи для термической обработки стали
... комнатной температуре и резко ускоряются при нагрева. Термическая обработка, представляющая собой нагрев закаленного сплава ниже температур фазовых превращений (ниже А С 1 ) для приближения ... температуры. Если нагрев проводится еще выше, чем при перегреве, и металл длительное время находится при этой температуре в окислительной атмосфере печи, то может возникнуть неисправимый дефект — пережог стали. ...
В качестве примера на рисунке 5 показана схема агрегата, разработанного SCRATA (Steel Casting Research Trade Association. ЮАР).
Процесс назван LMR (от англ. Ladle Metal Refining).
Процесс особенно удобен для получения сравнительно небольших порций легированных (например, 13% Сr и 4% Ni) сталей, когда требуется гарантированно низкое содержание примесей.
Рисунок 5 — Установка рафинирования легированных сталей с индукционным нагревом и перемешиванием аргоном: 1 — арматурный слой футеровки; 2 — крышка-свод; 3 — магнезитовые панели (рабочий слой футеровки); 4 — пористая пробка для подачи аргон; 5 — индуктор; 6 — промежуточный слой футеровки.
2 .5 Установки с использованием топливных горелок
Предпринимались попытки использовать в процессе внепечной обработки и такой традиционный способ нагрева, как топливные горелки. Так, на заводе Holmstad (Швеция) с 1986 г. работает 50-т печь-ковш с двумя топливно-кислородными горелками мощностью по 50 МВт, в которой обрабатываются плавки из 50-т дуговой печи. В процессе обработки металл продувается инертным газом. Горелки установлены в крышке ковша. Период нагрева продолжается 12 мин, и за это время температура металла увеличивается примерно на 15°С со средней скоростью 0,95°С/мин при подводимой энергии 80 кВт-ч. Общее количество подводимой энергии 800, усвоенной 280 кВт-ч, что соответствует среднему к.п.д. 35% . В процессе нагрева к.п.д. изменяется с 20 до 45%. Возможно снижение температуры выпуска стали из дуговой печи примерно на 50°С (при расходе энергии в установке печь-ковш 25 — 30 кВт-ч/т).
2.6 Установки ковш-печь на постоянном токе
Одна из первых в мире установок такого рода была пущена в 1981 г. в Болгарии. Работа таких установок (в начале 6-т полупромышленной, а затем 20-т промышленной) показала, что переход на постоянный ток позволяет повысить эффективность нагрева, ликвидировать шум от дуги, уменьшить эрозию футеровки. Промышленное развитие вначале получил вариант установки с подводом постоянного тока графитированными электродами, один из которых является катодом, а два другие — анодом (рисунок 6).
Рисунок 6 — Типы установок ковш-печь постоянного тока:
- а — все электроды опускают сверху в шлак: 1 — ковш;
- 2 — свод;
- 3 — электроды;
- 4 — шлак;
- 5 — пористая пробка для подачи аргона;
- б — установка с подовым электродом (анодом): 1 — электрод (катод);
- 2 — подовый электрод (анод — обычно их несколько);
- 3 — слой шлака;
- I — вакуум отсос;
- II — ввод шлакообразуюших, легирующих и раскислителей
Технология рафинирования стали на данной установке включала следующие операции. После опускания свода и электродов расход инертного газа для перемешивания устанавливали 25-30 л/мин, отбирали пробу для химического анализа и измеряли температуру металла. Дуговой нагрев осуществляли при максимальной мощности источника питания. Одновременно с опусканием электродов в ковш добавляли известь и плавиковый шпат (0,8 — 1% от массы стали).
Сау нагревом возухонагревателя доменной печи
... фурмам, а также управление распределением материалов на колошнике. Управление ходом доменной печи обеспечивает управление одновременного схода столба шихтовых материалов. Подача и нагрев ... влажностью при одновременном повышении их пластичности. Для ... печи, а слой кокса - наоборот. В связи со значительным объёмом доменных печей ... футеровка, охлаждаемая холодильниками. Во многих случаях верхняя часть печи ...
Электрическая дуга стабилизируется, что обеспечивает высокий к.пл. нагрева, бесшумность и хорошее экранирование дуги стенками ковша. В течение 35 мин работы средняя скорость нагрева металла достигает 3,5°С/мин с учетом предварительного подогрева футеровки ковша.
После измерения температуры и взятия проб металла в ковш вводят легирующие и при необходимости шлакообразующие, уменьшают напряжение и увеличивают расход аргона до 50 л/мин. Вместо аргона для ряда сталей используют азот, точность регулирования температуры составляет ±5°С. Продолжительность такой обработки составляет не более 65 минут.
