Обработка металла

Внепечная обработка чугуна и стали

Раздел:  Строительство. Ремонт

Для продувки металла инертными газами используют в основном   опускаемые   сверху   футерованные    фурмы   и   пористые плавки.   Обзор   современного   опыта   опубликован   в   работе При  выборе  метода  обработки  учитывают,   что  при  продувке   через   пористые   огнеупоры   обеспечивается   максимальная поверхность контакта металл — инертный газ. Простым ц надежным способом подачи газа является использование так называемого ложного стопора (3.4). Продувочные устройства типа ложного стопора безопасны в эксплуатации, так как в схему футеровки ковша не нужно вносить никакщ изменений, но их существенным недостатком является малая стойкость. В результате интенсивного движения вдоль стопора металло-газовой взвеси составляющие его огнеупоры быстро размываются (при использовании высококачественных высокоглиноземистых — до десяти плавок).

Погружные фурмы в большинстве случаев представляют собой футерованные огнеупорными катушками стальные трубы наружным диаметром 43-57 мм и стенкой толщиной 10-12 мм. В последние годы получили широкое распространение фурмы, в которых нижняя огнеупорная катушка опирается на кружок, приваренный к торцу трубы. Диаметр цилиндрического канала в кружке для выхода газа составляет от 8 до 32-35 мм. Каналы могут выполняться также щелевыми и коническими. В этом случае отмечена интенсификация процессов перемешивания. Используют погружные фурмы с Г- и Т-образными соплами, а также многосопловые. С целью диспергирования газа и интенсификации продувки погружные фурмы могут оснащаться пористыми дутьевыми блоками (3.5), хотя широкого распространения в этих дутьевых устройствах они не получили, главным образом, в связи с невозможностью подачи порошков. Пористые блоки можно рассматривать как разновидность многосопловой фурмы, в ряде случаев их применение обеспечивает повышение эффективности продувки. Перспективным является использование пористых углеродистых дутьевых блоков-фурм, характеризующихся невысокой стоимостью и простотой изготовления.

Распространен и другой способ продувки — через устанавливаемые в днище ковша пористые огнеупорные пробки или вставки; в тех случаях, когда продувка производится одновременно через несколько пробок, эффективность воздействия инертного газа на металл существенно увеличиваете'-Пористые огнеупорные пробки выдерживают несколько продУ' вок. Пористые пробки наряду с высокой газопроницаемость10 должны иметь огнеупорность, достаточную для надежной Ра' боты в интервале 1550-1650 °С, обладать высокой терм0' стойкостью и химической стойкостью к металлу и шлаку.

Получают распространение и другие способы. Чаще всего используют способ продувки через несколько (обычно 3-4) пористых пробок, расположенных примерно на серединах радиусов днища ковша, что обеспечивает удовлетворительное перемешивание объема металла в ковше.

Основной характеристикой дутьевого устройства (пористой пробки) является газопроницаемость огнеупорного металла. С одной стороны, она должна обеспечивать высокую интенсивность подачи газа, с другой, даже при отсутствии давления его, исключить проникновение стали или шлака в поры вставки. Опыт эксплуатации пористых пробок показал, что оба условия реализуются одновременно при диаметре пор от 0,6 до 1 мм. Эти значения определяются ферростатичес-ким давлением столба металла в ковше, температурой металла и углом смачивания между металлом и огнеупором.

Установка для продувки монтируется в днище ковша (3.6) и включает два основных элемента: продувочную пористую вставку и гнездовой кирпич. Вставка имеет листовую металлическую оболочку. Подвод инертного газа осуществляют по патрубку. Гнездовой кирпич и вставка выступают над уровнем днища ковша, что предотвращает образование настылей на поверхности вставки после разливки. Все устройство крепится  к  наружной части  днища  ковша.  В  днише могут устанавливаться одна или несколько продувочных систем. Операции по замене огнеупорных и других деталей осу

ществляют снаружи ковша при помощи специального гидравли

ческого механизма, позволяющего извлечь из ковша все

дутьевое устройство. Как правило, пробка имеет конусооб

разную форму, которая в значительной степени обусловлена

лучшим ее закреплением в гнездовом кирпиче. Пробки преи

мущественно размещают в зоне, отстоящей от стенки ковша

на 1/3—1/2 его радиуса со смещением на 90° относительно

канала для выпуска стали. Известны примеры размещения по

ристой вставки в стенке ковша на уровне третьего от днища

ряда кирпичей. Соседние с вставкой кирпичи без стальной

оболочки в этом случае изготавливают из того же материа

ла, что и вставку. При этом отмечается уменьшение износа

огнеупорной кладки в зоне вставки. В табл. 3.1 предла

гаются общие данные для качественного сравнения способов

продувки газом в ковше [6].

Как правило, продувочные вставки изготавливают из качественных высокоглиноземистых и основных огнеупоров- Из каждого в отдельности либо в различных сочетаниях, в частности, известно применение вставок, в которых зона контакта с металлом состояла из магнезита, а нижняя часть — из глинозема. Кроме состава огнеупорного материала, большое значение для эксплуатационных характеристик вставки имеет вид ее пористости. Технология Изготовления вставок позволяет производить кирпичи с неориентированной и ориентированной (направленной) пористостью, причем направленная пористость может создаваться особым способом литья с вибрацией. Для технологии изготовления кирпичей с неориентированной пористостью характерны применение крупнозернистого материала, сравнительно низкое давление прессования, добавление породообразующих материалов.

Помимо названных конструкций широкое распространение получает способ ввода газа в жидкий металл через разливочный канал шиберного затвора. Способ имеет ряд достоинств: отсутствие необходимости сооружения специальных установок и внесения изменений в конструкцию кожуха и футеровку ковша, устранение расхода огнеупорных катушек (при исключении погружной фурмы). Способ получил распространение на многих заводах СССР [7—9]. Сотрудники Рус-тавского  металлургического  завода  и  Института  металлургии

Т.В.Кашакашвили, М.Д.Ланчава, А.Г.Габисиани* предложили название ШОС-процесса (шиберная обработка стали). В СССР применяют в основном два варианта конструкции (3.7). Особенностью затвора конструкции ДПИ (3.7, а) является наличие кристаллизатора, выполненного в виде дву* концентрически расположенных и установленных с зазором металлических элементов. Это позволяет предотвратить возникновение аварийных ситуаций при резком снижении давления в газопроводе и обеспечить продувку с малым расходом газа. После окончания обработки металла и закрытия затвора кристаллизатор извлекается из разливочного канзла для повторного использования. Основным недостатком затв°' ра  является  необходимость перекрытия  канала  перед  окончанием продувки. Достоинством затвора, эксплуатируемого на Руставском металлургическом заводе (РМЗ) (3.7, б), является простота изготовления и обслуживания. Однако в его конструкции не предусмотрена защита от прохода жидко-4 го металла по каналу кислородной трубки, используемой в качестве инжекционной фурмы, при внезапном прекращении подачи  газа. Для  устранения указанного недостатка  на  ММК

СП.Еронько с соавторами* было предложено в канале фурмы разместить стальной сердечник, однако это привело к снижению газопропускной способности фурмы до 60м3/ч.

На 3.8  показана  эволюция  способов  продувки металЛа в ковше газами . Как было отмечено выше, при продувке "чертным газом выравнивается состав и регулируется темпе-Ратура  металла,  ускоряются  процессы  растворения  в  металле установленную в боковой стенке ковша; д - через канал шнберного тат-вора; е, ж, 1, и -донная продувка в сочетании с другими способами внепечной обработки стали

введенных в ковш ферросплавов, облегчается процесс всплы-вания неметаллических включений, происходит дегазация стали. Продувка с расходом газа до 0,5 м7т стали уже достаточна для усреднения химического состава и температуры металла; продувка с интенсивностью до 1,0м3/т влияет на рафинирование металла от неметаллических включений; Для достижения оптимальных результатов в дегазации необходим расход инертного газа не менее 2-3 М3/т металла.

Обычно    продувке   инертным   газом   подвергается   хорошо раскисленный   металл.   Продувка   инертным   газом,   уменьшу парциальное  давление  монооксида  углерода,  сдвигает  впра равновесие   реакций   [С] +   [О] =   СОГ   и   [С] +   (МеО) =   »' +  СОГ.  В случае продувки  неполностью  раскисленного ме и(, ла    кроме   перечисленных   процессов,   происходит    окислен ^ углерода,   дополнительное   перемешивание   и   газовыделени^ результате образования СО. Продувка и вызываемое этим ^ ремешивание металла улучшают условия зарождения и выДе^я пузырей СО. Вследствие этого при продувке снижается численность металла, уменьшается содержание оксидных неметаллических включений. В качестве примера приведем результаты, полученные А.Ф.Сарычевым с соавторами на ММК . Исследовали влияние продувки металла аргоном через шибер-вьш затвор на технологические факторы при производстве низкоуглеродистой кипяшей стали для тонкого холодно- и горячекатаного листа. Опытные и сравнительные плавки проводили в двухванной печи с выпуском в ковш нераскисленно,-г0 металла (0,02-0,19 % С). Температура стали перед выпуском составляла 1585-1610 °С. Во время выпуска на обычных и опытных плавках по наполнении ковша от 1/5 до l/З его высоты присаживали ферромарганец из расчета получения заданного содержания марганца в готовой стали. На опытных плавках подачу аргона в ковш начинали в момент появления металла на желобе и заканчивали при появлении окисленного печного шлака на сталевыпускном желобе. Содержание кислорода в металле в начале выпуска на опытных и обычных плавках было примерно одинаковым. В ковше после выпуска плавки, а также на разливке концентрация его в случае продувки стали аргоном уменьшалась (3.9). При этом металл получался также более однородным по содержанию марганца в начале и в конце разливки.

Таким образом, избираемые методы продувки должны учи. хываи весь комплекс технологических проблем, начиная 01 марки стали и кончая вместимостью КОЕШЭ.