Обработка металла

Внепечная обработка чугуна и стали

Раздел:  Строительство. Ремонт

До последнего времени агрегаты внепечной обработки работали на переменном токе. Настоящий период характеризуется интенсивными  попытками  оргзовать  работу  таких  агрегатов на постоянном токе. Перевод установок на работу на постоянном юке решает ряд задач: 1) снижение расхода электрода; 2) снижение расхода футеровки; 3) использование постоянного тока для интенсификации процессов раскисления и десульфурации ванны, имея в виду прежде всего возможность реализации способа электрохимического раскисления ванны (катод — жидкий металл).

Идея организации электрохимического раскисления стали известна*. Если жидкий металл является катодом, то на границе раздела жидкий металл — твердый электролит растворенный в металле кислород ионизируется [О] + 2 е = О2" и под действием электрического поля внедряется в кристаллическую решетку твердого электролита. Пройдя через твердый электролит по анионным вакансиям, анионы кислорода разряжаются, отдавая электроны аноду на гр'1"—^ его с твердым электролитом О2" = О + 2 е и далее О + О = О2. При этом отсутствует загрязнение металла продуктами раскисления. Известны также идеи организовать под воздействием постоянного тока удаление из металла водорода. Учитывая, что водород в металле находится в основном в виде протона Н+, а в шлаке в виде иона гидроксила ОН", можно определенным образом воздействовать на процесс удаления водорода путем наложения электрического поля. При наложении электрического поля на катоде идет процесс выделения водорода: Н++ е= Н; Н+ Н= Н2(г); на аноде - процесс выделения Л2О: 4ОНщ = 2Н2О(Г)+ От+ 4е. Пока нет Достаточной информации о протекании процессов в жидкой ванне при воздействии постоянного тока на большие массы металла в ковше.

В 1981 г. группой болгарских специалистов (П.Савов и др.) была запущена первая в мире установка типа LF для внепечной обработки стали в 6-т ковше с одной дугой постоянного тока, позволившая повысить эффективность нагрева, ликвидировать шум от дуги, избежать эрозии футеровки, создать условия для протекания электрохимических процессов глубокого рафинирования от серы и кислорода без ваку-УМирования. В настоящее время промышленное развитие получил вариант установки с  подводом постоянного  тока  графитированными электродами, один иТ" которых является катЛ дом, а два другие — анодом. На установке осуществляют комплексную обработку стали массой до 20 I.

Технология рафинирования стали на данной установке включает следующие операции. После опускания свода и электродов расход инертного газа для перемешивания устанавливают 25-30 л/мин, отбирают пробу для химического анализа и измеряют температуру металла. Дуговой нагрев осуществляют при максимальной мощности источника питания. Одновременно с опусканием электродов в ковш добавляют известь и плавиковый шпат в количестве 0,8-1 % от массы стали. Электрическая дуга стабилизируется, что обеспечивает высокий к.п.д. 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 и шлакообра-зующие, 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 не превышает 65 мин. При необходимости удаления водорода до < 3 • 10"" % возможна обработка под вакуумом (давление 66,7 Па) при подаче аргона через днище в количестве 50 л/мин. Для этого установка дополнительно оснащается вакуумплотной крышкой—сводом, и в течение 10 мин вакуумной обработки содержание водорода в металле снижается до 2,2 • 10~4 %. Используя такую крышку-свод, проводят вакуумно-кислородное рафинирование, коррозионностойких сталей при давлении 6,6-8,0 кПа.

Порошкообразный материал из расчета 2-5 кг/т стали загружают в распределительный резервуар вместимостью 0,125-0,15 м3, в который для вдувания подводят инертный газ в количестве 20 л/кг порошкообразного материала. Продувают металл порошкообразными реагентами (кальцием, сплавами Si—Ca—Ba, Si—Ca—A1) фракции < 2 мм через футерованную фурму, погружаемую на глубину 1 м. Аналогичным образом можно науглероживать металл вдуванием порошкообразного коксика или графита. Усвоение углерода составляет не менее 80%.

При обраЬотке стали между металлом и шлаком происходят электрохимические реакции, благодаря чему сера, кислород и водород удаляются интенсивнее. Присадка извести в количестве 8 кг/т и плавикового шпата в количестве 2 кг/т является достаточной для снижения содержания серы в процессе обработки от 0,03—0,06 до 0,006-0,012 % и достижения степени десульфурации > 80 %, что превышает степень де-сульфурации на установках ковш-печь переменного тока типа АСЕА-СКФ*, которая находится в пределах 40-70%.

В 1987-88 гг. появились сообщения об успешном выпуске установки типа ковш-печь на постоянном токе на заводе "Brymbo Steel Works" (Великобритания) [22, 23], который имеет в эксплуатации 100-т дуговую печь с водоохлаждаемы-ми панелями. После плавки в печи оставляют до 20 т расплава. Программа цеха включает более 3000 марок стали, в основном мягкие стали (содержание 0,1-0,15 % С с введением добавок в ковш). Вся сталь обрабатывается на трех установках типа ковш-печь, из которых одна использует процесс VAD, вторая — работает на переменном токе, третья — на постоянном токе; установки имеют следующие характеристики, соответственно: мощность 7,9, 7,9 и 12,5 MB-А; диаметр электродов 250, 250 и 300 мм; диаметр распада электродов- 1117, 711 и 1056мм; вторичное напряжение- 220, 220 и 250 В, сила тока- 25 кА. Установка на постоянном токе была пущена в 1986 г. и имела целью снижение расхода графитовых электродов и футеровки по сравнению с установкой на переменном токе; трансформатор напряжения для нее был переделан из трансформатора от ранее используемой дуговой печи мощностью 12,5 MB-А и снабжен тиристорным выпрямителем мощностью 12 МВт. Установка яа постоянном токе имеет овальную в плане форму и перекрыта сверху водоохлаждаемым сводом. В течение года с начала эксплуатации на установке было обработано > 250 тыс.т стали [23]. При напряжении 312 В повышение температуры в 75-т ванне составило 2-2,5 °С/мин, при 299 В- 1,5-2,0 °С/мин. В установке, работающей на постоянном  токе,  содержание  водорода   в  металле  колеблется  в пределах (2—4)-КГ4%, в то время как в установке на переменном токе- (3-5)• КГ4 %. Расход электродов также уменьшается и составляет 0,29 против 0,36 кг/т, но расхож электроэнергии в установке на постоянном токе был несколько выше (до 9 кВт-ч/т), что объясняется использованием водоохлаждаемого свода. Отмечается, что в целом производительность труда в цехе увеличилась за период 1979-1986 гг. со 150 до 280т/чел.год (при этом число персонала уменьшилось с 2250 до 1000 чел.), в сутки выплавляют до 23 плавок, продолжительность плавки 4 мин, максимальная недельная производительность 10383 т жидкой стали 120 плавок [23]. Вначале установка имела один центральный графитовый "дуговой" электрод и второй "глубинный" электрод, погружаемый ниже шлака в расплавленный металл, которые составляли одну электрическую цепь. Предварительную установку электродов в исходное положение перед началом процесса производили вручную- с пульта управления, а после подачи на них напряжения управление переключали на автоматическое. Крайние положения электродов при перемещениях ограничены конечными выключателями. Глубинный электрод погружали в металл на ~ 100 мм. Дуговой электрод имеет в центре отверстие диаметром 35 мм, через которое производят подачу аргона. Установка оборудована водоох-лаждаемой крышкой, устройствами выпрямления переменного тока в постоянный фирмы "Siemens". В последующем была опробована и получила одобрение установка с двумя дуговыми электродами [22].