Обработка металла

Внепечная обработка чугуна и стали

Раздел:  Строительство. Ремонт

Современные сталеплавильные цехи оснащены широкой гаммой установок для внепечной обработки. Комплект установок для внепечной обработки стали может изменяться в широких пределах в зависимости от сортамента стали. Так, например, при производстве трубной стали в конвертерном цехе завода "Huckingen Mannesmannrohren- Werke" (ФРГ) используют простую технологию внепечной обработки (без вакуумирования и использования установок ковш-печь). Схема обработки видна из   7.6.  В  цехе  имеется  два  конвертера  по   225 т  и четыре УНРС. Для обеспечения нормальной работы УНРС в металл вводят небольшое количество кальция, стандартный состав смеси для десульфурации, кг/т стали: СаО 6—8; CaF2 1,5; А1 1; расход аргона 0,4 м3/т. Содержание кислорода в готовой стали =s0,002 %, содержание серы зависит от проведения операции десульфурации жидкого чугуна. При использовании десульфурированного чугуна в готовом металле гарантируется получение «0,0014 % S [13]. В сталеплавильном цехе завода в г.Шарлеруа (Бельгия), оборудованном дуговыми электропечами вместимостью 180—200 т имеется целый комплекс установок для внепечной обработки. Сталь выпускают в подогретый до 1200 °С ковш, футерованный основными огнеупорами (днище — глиноземистый кирпич, стенки — доломит, шлаковый пояс - магнезит). Цех выпускает качественную сталь для получения толстого (50—80 мм) листа и располагает установками DH, TN, VAD и VOD. Комплекс технологий включает использование нескольких установок, при этом при выборе технологии для той или иной плавки учитывают следующие их характеристики.

1.DH— дегазация; снижение содержания водорода ниже 2,5 • 10~4 %; хорошее регулирование выравнивания состава и температуры; удовлетворительное обезуглероживание.

2.TN— инжекция: контроль формы включений; низкое содержание серы (0,002 %); очень низкое содержание кислорода (< 0,0015%); хорошее регулирование выравнивания состава и температуры.

3.         VAD:      низкое      содержание      водорода      (< 1,8 • 10~4 %);

очень    низкое    содержание    серы    (< 0,001 %);    очень    низкое

содержание    кислорода   (Z [О]    < 0,001 %);    возможность   вво

дить   большую   массу   легирующих   (> 3 %   от   массы   плавки);

поддержание   температуры   на  уровне   требований   для   непре

рывной   разливки;   исправление   (подогрев)   холодных   плавок;

поддержание   необходимого   температурного   интервала   между

температурой    ликвидуса   и   температурой   в   промежуточном

ковше.

4.         VOD:    очень    низкое    содержание    углерода    (0,03 %);

низкое    содержание    фосфора   (0,005 %);    низкое    содержание

азота     (< 0,005 %);     струйная     дегазация     для     достижения

Улыранизких концентраций водорода (< 1,2 • 10~4 %).

При направлении плавки на установку VOD массу плавки снижают  до  140 т,  чтобы в  ковше  было  свободное  пространство высотой 1,6 м для исключения выбросов металла [14]. На важность использования ковшей с основной футеровкой для получения низкого содержания кислорода при обработке в ковше обращено внимание и в работе [15], в которой описана работа конвертерного цеха, имеющего установки для продувки аргоном, вдувания порошков, DH-вакуумирования и ASEA—SKF. На 7.7 показано, что продувка аргоном в ковшах с основной футеровкой дает возможность получат* сталь с более низким содержанием кислорода.

Особый интерес представляют попытки организовать в процессе внепечной обработки дефосфорацию металла. В работе [16] представлены результаты проведенного на заводе "Chita" (Япония) исследования технологии внепечной обработки стали в ковше—печи (с последующей дополнительной дегазацией на установке циркуляционного типа), обеспечивающей снижение содержания фосфора и азота до 0,00'4 и 0,003% соответственно (7.8). Для дефосфорации низколегированной стали в одном ковше (без перелива) нерас-кисленный металл, нагретый в среднем до 1650 °С, выпускают из дуговой печи (без шлака) в ковш, продувают различными смесями, включающими NajCO3, CaO, CaF2, CaCl2> ВаО, СаС2, скачивают образовавшийся шлак и дегазируют с компенсацией (в случае необходимости) потерь тепла путем подогрева. В табл. 7.1 приведены составы смесей для деф°" сфорации. Содержание серы и кислорода после такой обработки не превышает 0,001 % каждого. Влияние температуры на дефосфорацию показано на 7.9. При последующей дегазации стали на установке циркуляционного типа отмечена четкая связь степени удаления азота с содержанием серы (7.10), что связано с поверхностной активностью серы. Изменение концентраций примесей в процессе, проведенном на заводе "Chita" показано на 7.11. Комбинированная технология внепечной обработки в данном случае позволяет снизить суммарное содержание ([S] + [Р] + [О] + + [N]) до уровня  < 0,008%.

По-иному   операция   дефосфорации  в  ковше  организована при   производстве   качественной   стали   (рельсы   и   балки)   из высокофосфористого чугуна (1,65 % Р) на заводе "Sacilor-' Gandrange" [17]. Передел высокофосфористых чугунов осуществляется в двух 260-т конвертерах OLP-LBE в две стадии с повторным использованием конечного шлака. Для получения очень низких содержаний фосфора и серы жидкий чугун обрабатывают присадками Na2CO3 в количестве 6-8 кг/т, для охлаждения применяют сортированный чистый по фосфору и сере лом, при рафинировании после скачивания первого шлака вводят 15-30 кг СаО/т с последующим перемешиванием. При этом состав получаемой стали следующий, %: С 0,03-0,045; Р 0,01-0,015; S 0,012 при 1640 °С. После продувки сталь сливают в ковш, удаляют (методом перелива из ковша в ковш) конвертерный шлак, осуществляют обработку в печи-ковше конструкции ASEA с электромагнитным перемешиванием и продувкой аргоном и разливают на УНРС. Для проведения внепечной дефосфорации при сливе металла из конвертера применяют шлаки состава, %: 46 СаО + 18 FeO + + 23CaF2 или 50 СаО + (15-20) Na2CO3+ (30-35) FeO, причем содержание фосфора в ковше линейно зависит от содержания фосфора в конвертере. При добавке шлаковых смесей в количестве 4—6 кг/т снижение температуры составляет 6-7 °С, содержание фосфора при этом снижается до значений < 0,005 %, причем рефосфорация в процессе дальнейшей обработки в ковше не превышает 0,0005 %. При содержаний серы перед обработкой, равном 0,012 %, в промежуточном ковше УНРС было 0,0028 %, в заготовке - 0,001-0,005 % [17].

Достаточно подробное исследование условий рафинирования металла проведено на заводе "Nagoya" (Япония) в связи с организацией технологии "сверхчистых" сталей для изготовления химических реакторов и труб газопроводов [18].

Технология под названием NSR* включает внедоменную обработку чугуна (вначале вдувание извести в струе азота, затем перемешивание мешалкой в ковше флюсом, состоящим из СаО, CaF2 и окалины), продувку в кислородном конвертере, удаление шлака методом отсоса, продувку стали в ковше порошками, обработку в установке ковш-печь под шлаком системы CaO-Al2O3~CaF2-SiO2 и RH-вакуумирование. В случае использования всех перечисленных звеньев технологической цепочки гарантируется получение в стали, 10~*%: [P] 50; [S] 10; [Н] 1,5 и [О] 15. Если дополнительно скачивать шлак после дефосфорации чугуна перед заливкой в конвертер, содержание фосфора в металле становится < 0,002 %. В обзоре [19] также отмечается, что хотя многие способы внепечной обработки стали с их восстановительными условиями не подходят для дефосфорации, при обработке стали шлаками на основе CaO-CaF2-FeO или CaO-Na2O-SiO2-FeO на установках LF или VOD можно получать  < 0,002 % Р.