Все о металле, его обработке и переработке
Партнеры
  • .

5.11.4. Обработка вакуумом

При обработке жидкого металла вакуумом в результате сни­жения внешнего давления удаляется значительная часть водоро­да, кислорода и некоторое количество азота. Вакуумирование обеспечивает дегазацию металла (снижение [Н] и [N] за счет уменьшения рн2 и Pn2), глубокое раскисление (раскисляющая спо­собность углерода во много раз усиливается при малом рсо) и удаление неметаллических включений.

Общим для всех типов вакууматоров стали является наличие герметизированной, но сообщенной с металлом вакуумной каме­ры, в которой разрежение атмосферы (вакуум) достигается с по­мощью вакуумных насосов. Установка пароэжекторных насосов создает остаточное давление в камере 66—133 Па.

Вакуумирование занимает особое место среди многих вариан­тов внепечного рафинирования стали и служит незаменимым сред­ством повышения качества шарикоподшипниковых, рельсовых, электротехнических и ряда других сталей. Особенно необходимо ва­куумирование при производстве металла с заданным низким содер­жанием водорода (для устранения флокенов) и глубоком раскис­лении стали углеродом.

В зависимости от требуемого количества вакуумированного металла и производственных условий применяют различные спо­собы вакуумирования жидкой стали (рис. 5.14). По первому спо­собу, предложенному А. М. Самариным и Л. М. Новиком в 1941 г., ковш со сталью помещают в теплоизолированную вакуумную ка­меру, после чего ее закрывают крышкой с газоплотным затвором и откачивают газы (рис. 5.14, а). Вакуумирование в ковше длится 10—15 мин, за это время температура металла снижается в зави­симости от вместимости ковша на 30—60 К-

Вакуумирование в ковше достаточно эффективно используется для дегазации кипящей или не содержащей сильных раскислите — лей стали, так как в этом случае кипением в ковше обеспечивается массоперенос водорода, азота и кислорода в верхние слои металла,

Где ферростатическое давление не препятствует его дегазации и раскислению. Содержание водорода снижается до 2—3 см3/100 г металла, в крупных ковшах эффективность дегазации меньше. При сочетании вакуумирования стали с продувкой аргоном или с электродинамическим перемешиванием металла увеличивается эффективность и расширяется возможность вакуумирования в ковше.

По второму способу, так называемому «струйному вакуумиро — ванию» (рис. 5.14, б, б), сталь обрабатывается вакуумом во вре­мя ее переливания из ковша в ковш или в изложницу, установлен­ные в вакуумной камере. Предварительно разогретый пустой ковш помещают в вакуумную камеру, после чего на нее ставят крышку, в которой имеется отверстие, закрываемое для герметичности алю­миниевым листом. Сверху на крышку камеры устанавливают про­межуточный ковш, принимающий металл из разливочного ковша. После открытия стопора промежуточного ковша струя металла прожигает алюминиевый лист и попадает в разреженное простран­ство камеры, где разрывается газами на капли и дегазируется раньше, чем достигнет ковша или изложницы. Температура метал­ла при переливании снижается на 30—60 К. Струйное вакуумиро — вание наиболее эффективно, если в камере находится изложница, так как в этом случае разливка совмещается с вакуумированием (охлаждение металла не является отрицательным фактором), вто­ричное поглощение металлом газов во время разливки не проис­ходит. При остаточном давлении 667 Па вакуумирование указан­ным способом обеспечивает снижение [Н] в два раза (до 2 см3/100 г стали).

На рис. 5.14, г показана схема вакуумирования металла в про­цессе выпуска из печи. При таком варианте струйного рафиниро­вания металл не переливается из ковша в ковш, в результате чего в меньшей степени снижается температура металла.

На рис. 5.14,5 приведена схема вакуумирования металла пор­циями, забираемыми из открытого ковша в подвешенную к мосто­вому крану вакуумную камеру. При опускании футерованной тру­бы в ковш в камеру засасывается небольшая порция металла (10—¦ 30 т), которая вакуумируется в течение 30 с. При подъеме камеры дегазированная сталь выливается в ковш. Такие циклы повторя­ются до тех пор, пока металл не будет дегазирован до желаемого

Предела. Дегазированный металл более плотный, чем металл в ковше. Поэтому падающая из трубы струя стали проникает до дна ковша, а засасываемые в камеру порции содержат больше га­зов. Это обеспечивает равномерную дегазацию всего объема ме­талла. Порционное вакуумирование можно применять в ковшах — большой вместимости, так как отпадает необходимость в строи­тельстве глубоких камер, а вакуумирование небольших порций металла позволяет пользоваться менее мощными вакуумными на­сосами.

На рис. 5.14, е приведена схема циркуляционного вакуумиро — вания. В металл, наполняющий ковш большой вместимости, опус­кают две футерованные трубы, соединенные вверху с вакуумной камерой. В одну из труб под малым давлением вдувают неболь­шое количество аргона. По этой трубе металл поднимается вверх, а по другой опускается вниз, что обусловлено разностью плотно­стей эмульсии металл — пузырьки и непродуваемого металла.

Рассмотренными способами вакуумируют шарикоподшипнико­вую, рельсовую, трансформаторную, конструкционную и другие специальные стали. Дегазируя сталь в вакууме, удается снизить содержание [Н] на 40—60 %, [О] на 50—70 %, [N] на 5— 10 %, а также уменьшить количество неметаллических включений. Брак стали по флокенам и шиферному излому при этом резко па­дает.

В крупных кислородно-конвертерных цехах внедряются порци­онный и циркуляционный способы вакуумирования, позволяющие достичь необходимой производительности при обработке больших количеств металла. Скорость вакуумной обработки на циркуляци­онной установке составляет 50 т/мин, следовательно, за 20 мин можно обеспечить трехкратное вакуумирование в ковше 300-т плавки. Однако эти способы имеют также существенные недостат­ки. Так, для компенсации значительных потерь тепла во время обработки требуется большой перегрев металла, возникают за­труднения в регулировании температуры металла, а широкое вне­дрение МНЛЗ обусловливает необходимость регулирования в очень узких пределах. Известный способ вакуумирования с подо­гревом применяется лишь для обработки небольших порций ста­ли. Не решена также и проблема стойкости футеровки ковшей.