Обработка металла

Внепечная обработка чугуна и стали

Раздел:  Строительство. Ремонт

Введение флюса в промежуточный ковш необходимо для термоизоляции стали, защиты стали от взаимодействия с атмосферой и абсорбции включений. Для выполнения этого в идеале требуются два слоя флюса: малотеплопроводного порошка (для решения первой задачи) и жидкий (для решения двух других). При этом очень важным свойством флюса для промежуточного ковша является вязкость. Слишком большая вязкость ухудшает абсорбцию включений, слишком низкая вязкость приводит к попаданию шлака в кристаллизатор. Оптимальный состав флюса выбирают с учетом конкретных условий. В тех случаях, когда металл в результате предварительной внепечной обработки настолько чист в отношении включений, что требуется очень незначительная абсорбция глиноземистых включений, флюсы с высоким содержанием А12О3 являются наиболее подходящими (40-50 % СаО, 5-20 % CaF2, 5-10% MgO, 5-10% SiO2, 10-30% А1гО3). Такой подход характерен, например, для заводов Японии. Во многих случаях (что характерно, например, для заводов США и Канады) требуются флюсы с высокой способностью абсорбции глинозема. В этом случае флюсы должны содержать больше CaF2 и SiO2. К сожалению, флюсы, обладающие высокой абсорбционной способностью, являются агрессивными по отношению к футеровке. В случае использования промежуточных ковшей с перегородками возможным выходом можно считать использование двух флюсов: простой известково-глиноземистой в зоне заливки металла и более сложный, с низким содержанием А12О3 в остальной зоне. Для создания покровного слоя в промежуточном ковше используют самые различные материалы. Для многих зарубежных заводов традиционным материалом, широко применяемым для создания за-щцтного покрова, является рисовая шелуха. Этот материал содержит > 80 % SiO2 и хорошо подходит для тепловой изоляции жидкой стали. Однако по мере распространения методов создания шлакового покрова, обеспечивающего поглощение и ассимиляцию всплывающих включений (и оксидов и сульфидов) и одновременно защиту металла от газов, требования к вводимым флюсам непрерывно расширяются. Эта задача .оказалась очень трудной. Традиционные флюсы, основой которых являлся кремнезем, трудно использовать при работе с ковшами, футерованными основными огнеупорами. Очень важно также учитывать защитную роль шлаков в отношении атмосферы. Серия экспериментов, проведенных различными исследователями    [18-20],    показала    следующее:    1) по    мере увеличения основности шлака способность его поглотан влагу из атмосферы растет; 2) по мере увеличения основности шлака скорость диффузии водорода через поверхность шлак - металл растет; 3) скорость абсорбции водорода металлом из основного шлака, подвергнутого воздействию влажной атмосферы, больше, чем скорость абсорбции металлом, напрямую контактирующим с атмосферой, т.е. в отсутствие шлака (8.12).

Сказанное выше может быть объяснено быстрым повторным окислением, которое происходит, когда металл подвергается прямому воздействию воздуха. Высокие концентрации кислорода на поверхности раздела сталь — газ (кислород — поверхностно-активный компонент) блокируют снижение скорости абсорбции водорода. Эта защита не реализуется, когда металл покрыт шлаком, который в данном случае действует как "газоход" для транспортировки водорода из атмосферы в сталь. Зги результаты показывают, что хотя шлак необходим для защиты от окисления и поглощения продуктов реакции, существуют определенные границы, пределы которых необходимо определить для каждого конкретного случая, поскольку основные шлаки полезны для удаления силикатов, алюминатов, глинозема, а также для десульфурации, они могут также быть и вредны с точки зрения поглощения водорода в случае избыточной основности. Приведенные примеры показывают, что проблема выбора оптимальных составов шлаков, наводимых в промежуточном ковше, еще далека от универсального ее решения.

Непрерывнолитые  заготовки имеют  тогда  высокую  степень чистоты по неметаллическим включениям,  когда  при  полном освобождении  ковша   от   металла   при  непрерывной   разливке подряд  нескольких  плавок   не происходит поступления шлака из  сталеразливочного  ковша  в  промежуточный  ковш.  Кроме того,  необходимо по возможности более длительно  разливать сталь  без   доступа  воздуха  в  промежуточный  ковш.  В  условиях  постоянного  перемешивания,  вызываемого  струей  поступающей стали, эмульгированный шлак  отделяется от металла в промежуточном ковше очень медленно. Путем моделирования на больших водяных моделях установлено, что при свободном истечении над разливочным стаканом возникает вращающаяся воронка.   Она  образуется  тем  раньше,   чем  интенсивней  вращается  жидкость.  Кроме  того,  может  возникнуть  невращаю-щаяся  воронка  в  том случае,  если  объем истекающей  стали меньше,    чем   пропускная   способность    стакана.   Приходится учитывать,   что   даже   тогда,   когда   в   промежуточном   ковше наведен  синтетический  шлак  нужного   состава,  в   случае   продолжительной разливки в наведенном шлаке может постепенно возрастать  активность оксидов железа  и марганца.  Ситуация также может измениться в случае попадания в промежуточный ковш шлака из сталеразливочного ковша. В результате может настать    момент,    когда    равновесие    реакции    [S] +    Fe* + +  (СаО) =  (CaS) +  (FeO)  сдвинется влево  и  шлак в  промежуточное   ковше   станет  не   поглотителем   серы   из   металла,   а источником поступления серы в металл.

На заводах качественной металлургии разрабатываются различные решения для исключения таких случаев. На заводе "MannesmannrShren - Werke" в г.Дуисбурге (ФРГ) разработана конструкция промежуточного ковша с двумя камерами [21, 22]. Одна камера (8.13) предназначена для поступления в нее основной массы (90%) металла из сталеразливочного . ковша.   После   почти   полного   опорожнения   сталеразливочный ковш передвигают ко второй камере и сливают остальные 10 % металла, сюда же попадает во время слива и шлак. Поверхность металла в первой камере остается без шлака. В эту камеру переливают металл из следующего ковша при разливке подряд нескольких плавок. Для установления начала поступления шлака в промежуточный ковш предложена гравитационная система, основанная на измерении массы истекающей жидкости. При опорожнении ковша масса истекающей жидкости вследствие различия плотности металла и шлака резко снижается, что свидетельствует о появлении шлака в струе стали. Сигнал от весов (крановых или стендовых) поступает в управляющее вычислительное устройство, которое подает команду на закрытие шибера. Гравиметрический метод контроля способствует более полному опорожнению ковша, чем визуальный (в среднем на 1,2 т). Контроль содержания неметаллических оксидных включений на расстоянии 33 мм от края заготовки показал несущественное снижение загрязнен^ ности при автоматическом контроле попадания шлака.