Обработка металла

Внепечная обработка чугуна и стали

Раздел:  Строительство. Ремонт

В связи с непрерывно повышающимися требованиями со стороны машиностроения к качеству стали и созданию комплекса технологий, обеспечивающих получение металла с суммарным содержанием примесей «0,005—0,010 %, с особой остротой проявилась проблема защиты этого ультрарафинированного металла от воздействия атмосферы, исключения взаимодействия жидкой стали с воздухом во время выпуска и разливки. Для условий непрерывной разливки особое внимание уделяется защите струи металла на участке промежуточный ковш — кристаллизатор и поверхности металла в кристаллизаторе. Помимо проблемы защиты металла от воздуха особую роль играет чистота ферросплавов и других материалов, вводимых в кусках, в виде блоков, в порошкообразном состоянии, в виде проволоки и 1.д. К числу нежелательных примесей в некоторых случаях могут относиться и такие, например, как титан (титан, содержащийся в ферросилиции, может переходить в электротехническую сталь, что вызовет торможение pocia зерна при термомеханической обработке и снижение тем самым свойств стали). Приходится учитывать также, что если суммарное содержание (О+ N) в обычных ферросплавах часто находится на уровне ~ 0,2 % и это удовлетворяло сталеплавильщиков, то при производстве улырарафинирован-ных сталей необходимо использовать ферросплавы с ~ 0,005 % (О + N). Однако главной остается организация защиты от контактов с воздухом. Как известно, сера является поверхностно-активной примесью стали. Чем меньше остается в металле поверхностно-активных примесей, тем с большей интенсивностью идет процесс поглощения струей металла составляющей атмосферы, прежде всего азота.

Отмечается, что наиболее простым является способ защиты в виде колодца с подачей аргона в его полость (8.10, а), однако, при этом не достигается требуемый уровень снижения азотирования. Кроме того, этот способ требует значительного расхода аргона. По мнению авторов работы [24] оптимальным вариантом защиты струи является защита с использованием огнеупорных труб   в   сочетании  с   устройствами  для  их  установки.   Основными требованиями,  предъявляемыми к  системе  защиты,  яв ляются:   1) надежная   стыковка   огнеупорной   трубы   с   коллек-j тором   шиберного   затвора;   2) слежение   защитной   трубы движением   выпускного   коллектора   двухплитного   шиберног затвора   при   регулировании   расхода   металла;   3) возможност подачи защитного газа в зону стыка огнеупорного стакана коллектора     шиберного     затвора;     4) незначительное     усил поджатия при  стыковке  в пределах  30—70 кг  для  лредотвра| щения  разрушения  огнеупорной трубы;  5) возможность  подв да      металла      под      уровень      в      промежуточном      ковше?! 6) расстыковка   и   стыковка   огнеупорной   трубы   при   съездах на аварийную емкость.

В процессе отработки системы защиты на участке стале-разливочный - промежуточный ковши были опробованы варианты с использованием защитных труб длиной 700 и 1200 мм (при длине 1200 мм трубу вводили под уровень металла в промежуточном ковше), подачей в стык природного газа и аргона, а также без применения защитного газа.

Минимальное   увеличение   концентрации   азота   происхол при использовании защитной трубы длиной 1200 мм и введен! ной  под  уровень  металла  в промежуточном ковше;  при  этонГ стык трубы с выпускным коллектором защищался аргоном, случае   использования   коротких   труб   (700 мм),    не    заглуб ленных  под  уровень,  с  подачей в  стык  природного  газа фективность системы защиты повышается.

В перечне приемов предотвращения взаимодействия атмос-1 феры с жидкой сталью заслуживает внимания способ введения в ковш перед разливкой твердого диоксида углерода (cyxorq льда), который предложен фирмой "Nippon Steel" и приме! няется в настоящее время в промышленности. В специальна^ проведенном эксперименте по изучению взаимодействия ка-1 пель металла с атмосферой различного состава установлена [15], что скорость поглощения кислорода из диоксида угле! рода намного меньше, чем из воздуха. Техническое выполне-J ние комплекса устройств и приспособлений для предотвратив ния контакта жидкой стали с воздухом в процессе непрерыв-1 ной разливки на различных заводах различается; на рис! 8.11 показана схема организации защиты струи металла] принятая на заводе фирмы "Sanya Special Steel Co." (Япо ния)  [16].  ИЧМ  совместно  с  МКАз  внедрена  технология  комструи металла от вторичного окисления при разливке трещиночувстви-тельных сталей типа 09-1ОГ2ФБ, 14-16Г2АФ, 10-15ХСНД и др. Защита струи на участке стале-разливочный ковш - промежуточный ковш осуществлялась    огнеупорной    ша-

| мотографитовой трубой длиной 800 мм и внутренним диаметром 150 мм. Защитная труба подсоединялась к коллектору шиберного затвора специальным      устройством  

манипулятором. Место стыковки обдували инертным газом. Защитные огнеупорные трубы эксплуатировались без предварительного разогрева. Оптимальный расход аргона при давлении 0,07-0,10 МПа составляет 30—35 м3 /ч. Опытно-промышленные плавки, разлитые с комбинированной защитой струи, показали технологичность, простоту и эффективность этого способа.

Дополнительным источником поступления в металл кислорода является также и участок "промежуточный ковш — крис-галлизатор". Наличие зазора между погружным и разливочным стаканом промежуточного ковша приводит к дальнейшему повышению угара раскислителей и газонасыщенности металла. Попытки уплотнить место стыковки погружного стакана со стаканом промежуточного ковша различными огнеупорными материалами не дали положительных результатов. Разработана и внедрена аргонная защита между погружным и ковшовым стаканами;   защита   осуществляется   при   помощи   кольцевого металлического коллектора с отверстиями для выхода газа. Расход аргона на один ручей составляет 15-20 м?/ч при давлении 0,04-0,07 МПа.

Внедрение этого способа защиты обусловило его высокую технологичность, надежность и простоту. Анализ проб литого и катаного металла показал, что потери алюминия при разливке стали без защиты струи составляют 0,015—0,020% в зависимости от его исходного содержания. Применение комбинированной защиты позволяет уменьшить угар алюминия до 0,002-0,005%. Содержание кислорода и азота в сравнительном металле повышается соответственно на 0,0051 и 0,0024% против 0,0009 и 0,0011% в опытном.

Снижение количества оксидных включений, а также стабилизация остаточного содержания алюминия обеспечили повышение механических свойств катаного металла. Механические испытания стали 10ХСНД, отлитой с комбинированной защитой струи, показали, что пределы прочности и текучести поперечных образцов повышаются на 3,6-5,5%, относительное удлинение и сужение - на 3,6-13,7 %. Повышение показателей ударной вязкости поперечных образцов при температурах -20, -40 и — 60 °С составляет соответственно 39,7, 3,5 и 6,1 %.

По данным [17] только организация защиты струи между сталеразливочным и промежуточным ковшами обеспечивает снижение числа макроскопических включений на 70 %. По данным фирмы "Mannesmann Demag" (ФРГ) комплекс мероприятий, включающий отсечку шлака (в печи, в конвертере), исключение контакта стали с конечным шлаком, внепечную обработку в ковше и предотвращение вторичного окисления способствует снижению количества включений в стали на 80 % [17]. Таким образом, проблема защиты поверхности металла решается при одновременном исключении контакта с атмосферой и обеспечении покрытия металла шлаком требуемого состава.