Обработка металла

Внепечная обработка чугуна и стали

Раздел:  Строительство. Ремонт

В начальный период распространения процессов непрерывной разливки стали промежуточный ковш играл роль распределительного устройства, обеспечивающего постоянство напора металла, поступающего в кристаллизаторы УНРС. Накопленный опыт показал, что использование промежуточных ковшей простейшей конструкции без учета характера потоков жидкого металла, его повторного окисления в результате взаимодействия с атмосферой, огнеупорами, шлаком может привести к ухудшению качества стали. Рациональное устройство и оснащение промежуточного ковша превращает его в металлургический агрегат непрерывного действия, предназначенный для Дополнительного внепечного рафинирования стали и повышения ее качества. Особое развитие эта тенденция получила за   последние   годы   [1].   Современный   промежуточный   ковш снабжен приспособлениями, позволяющими устранить влияние таких источников загрязнения, как эрозия огнеупоров, повторное окисление, взаимодействие с ковшовым шлаком, обеспечить всплывание и отделение неметаллических включений в результате правильной организации движения металла, исключающей появление застойных зон и укороченных путей обеспечить использование дополнительных технологических приемов — продувки инертными газами, применения специальных крышек и покровных флюсов, размещения порогов и фильтров, регулирования температуры, проведения раскисления и микролегирования стали. Для выполнения этих функций промежуточные ковши оборудуют датчиками, сигнализирующими о концентрации кислорода и азота в жидком металле, об основности шлка, о температуре металла. Разрабатываются электромагнитные, электрические, световые, звуковые, вибрационные анализаторы и управляющие системы, позволяющие получить информацию о количестве неметаллических включений и их распределении по размерам, об уровне металла в промежуточном ковше, в появлении в выпускном отверстии ковша или на поверхности металла в промежуточном ковше шлака, о ходе десульфурации и раскисления летучими элементами (например, кальция) по ходу разливки.

На современных установках сталь заливают в промежуточный ковш через удлиненный погружной стакан с поддувом инертного газа. Для уменьшения взаимодействия металла с воздухом, а также для теплоизоляции ковш накрывают крышкой, а на зеркало металла в ковш присаживают флюсы, из которых формируются шлаки умеренной основности, способные абсорбировать продукты раскисления и эффективно препятствовать насыщению стали газами. Футеровку промежуточных ковшей рекомендуется выполнять из основных огнеупоров с повышенным содержанием CaO, MgO, AI2O3, ZrO2. Активному удалению неметаллических включений способствуют правильный выбор наклона стенок ковша и расстановки перегородок, продувка металла аргоном через вращающиеся насадки для дробления газовой струи и эффективного перемешивания расплава, рациональное раскисление, в том числе экзотермическими ферросплавами, образующими жидкие продукты раскисления. Особое внимание придается такому новому способу рафинирования металла, как фильтрация включений при прпускании металла через специальные отверстия в перегородках, устанавливаемых во внутренней полости промежуточного ковша.

В "турбулентном" промежуточном ковше, в котором осуществляется активное перемешивание металла газом или за счет специальной расстановки перегородок, появляется возможность дополнительно легировать металл. При этом в случае, если перемешивание организовано лишь в одной части ковша, а в другой течение металла спокойное, можно присаживать ферросплавы только в турбулентную часть и получать на двухручьевой УНРС стали различного состава из одной плавки. Можно легировать сталь азотом, подавая его в верхнюю часть удлиненного погружного стакана. Подогрев металла в промежуточном ковше может осуществляться при помощи индукционного нагревателя канального типа, позволяющего поддерживать постоянную температуру металла в пределах ±2,5 °С в течение 120 мин разливки. С той же целью использован плазматрон, при помощи которого можно также осуществлять локальный подогрев, создавая различные условия вблизи выпускных отверстий ковша. Для охлаждения стали в промежуточном ковше присаживают металлическую дробь, расход которой может составлять 1-15 кг/мин для ковшей вместимостью 15 т. По мере развития и распространения разливки методом "плавка на плавку", увеличения скоростей разливки и требований повышения качества увеличивали вместимость промежуточных ковшей. Проведенные исследования показали, что это оказало существенное положи-гельное влияние на отделение и удаление включений. Так, по данным "Nippon Steel Corp." [2] при увеличении вместимости промежуточного ковша с 40 до 65 т выход годных слябов заметно увеличился, а на заводе "Nagoya" промежуточный ковш установки непрерывной разливки был заменен вторым 250-т ковшом. Полное использование возможностей промежуточного ковша делает его важнейшим и очень 'гибким звеном процесса производства стали повышенной чистоты.

К аналогичному выводу пришли исследователи Римского центра металлургических исследований, выполнявшие при финансовой поддерже ЕЭС работу, целью которой являлась оценка потенциала функций, выполняемых промежуточным ковшом УНРС сверх традиционной задачи распределения металла по ручьям.  Опыты проводили в основном на 9-т ковше ipexручьевой сортовой УНРС с сечением отливаемой заготовки 180x240 мм на заводе фирмы "Aosta" (выбор геометрии рабочего пространства, определение химической стабильности огнеупоров, плазменный подогрев металла в промежуточном ковше). В работе показано, что ряд важных металлургических операций подготовки металла к разливке может быть успешно осуществлен непосредственно в промежуточном ковше, конструкция которого должна быть соответствующим образом усовершенствована [3].

В технической литературе возник термин "условия для качества", под которым понимают следующие основные критерии: 1) устранение "внешних" источников загрязнения металла (взаимодействие с воздухом, разрушение футеровки ковша, попадание в промежуточный ковш шлака из сталераз-ливочного ковша); 2) обеспечение условий для выделения и удаления неметаллических включений, что связано с увеличением продолжительности "отстоя" металла, рациональной организацией потока металла, сведение к минимуму "мерг-ных" зон, организацией фильтрации металла и т.п.; 3) разработка и введение ряда вспомогательных технологических операций, таких как усовершенствование систем подачи металла в ковш, использование подогревающих устройств,    введение    в    ковш    добавок,    продувка    газами, контроль металла и шлака и пр. На 8.1 представлена условная схема конструции такого "идеального" промежуточного ковша, как его представляют специалисты "Nippon Steel" [4]. Ниже будут кратко рассмотрены отдельные аспекты и решения этой общей проблемы