§ 2. Обработка жидкой стали ^r в вакууме

Методы вакуумной обработ­ки позволяют единовремен­но обрабатывать под вакуумом сотни тонн стали. Производи­тельность таких установок на­много выше любого из спосо – бов печной вакуумной метал – Рнй 91. Схема электрониолуче. лургии. Рассмотрим основные вой печи с кольцевым катодом: способы обработки ЖИДКОЙ / — заготовка; 2 —катод; З-фо-

Стали B BaKVVMe кусирующнй электрод; 4 — кри-

Оап. Jfyivic. сталлизатор; 5 —слнток

Вакуумирование стали в ковше

Принципиальная схема способа представлена на рис. 92. После выпуска стали из сталеплавильной печи ковш с металлом устанавливают в вакуумную камеру. Каме­ра представляет собой металлический цилиндр, распо­ложенный в бетонированной яме в полу цеха. Диаметр камеры несколько больше диаметра ковша. Стенки и дно камеры выложены огнеупорным кирпичом. Сверху ка­мера герметично закрывается крышкой. Между корпу­сом камеры и крышкой имеется вакуумное уплотнение в виде ленты или трубки из вакуумной резины. В корпусе камеры имеется отверстие для вакуумпровода, по кото­рому производится откачка воздуха и газов, выделяю­щихся из металла при обработке в вакууме. Для созда­ния разрежения применяются пароэжекторные насосы высокой производительности (до 10000 м3/мин). На кры­шке камеры установлены устройства для наблюдения за процессом обработки, дозаторы для присадки доба­вок. После установки в камеру ковша с жидким метал­лом ее закрывают крышкой и откачивают из камеры воз­дух до давления 6,5—15,0 Па. При понижении давления из металла выделяются растворенные в нем азот и во­дород, и, если металл не раскислен, начинает бурно протекать реак­ция взаимодействия растворенных углеро­да и кислорода. Сталь, предназначенная для вакуумирования в ков – ще, не рекомендуется предварительно рас­кислять кремнием или алюминием. Продол­жительность обработ­ки составляет 10—15 мин. За это время про­исходит раскисление стали, частичная ее де­газация, удаление не­металлических включе­ний. Благодаря перемешиванию металла усредняется химический состав стали и выравнивается температура. Этот метод используется для получения пластичной стали, применяемой для автомобильного листа и для не­которых марок конструкционной и электротехнической стали.

Однако применение вакуумирования стали в ковше мало пригодно для повышения степени чистоты спокой­ной, раскисленной стали, так как большая глубина ме­талла в ковше не позволяет полностью использовать ре­акции раскисления стали углеродом и дегазацию метал­ла в глубинных слоях.

Обработка струи стали

Phq. 92. Схема вакуумной обработки жид­кой стали в ковше

Метод обработки металла в струе при отливке круп­ных слитков или при переливе из ковша в ковш, стоя­щий в вакуумной камере, позволяет более эффективно обрабатывать сталь. На рис. 93 представлена схема ус­тановки для отливки крупных слитков в вакууме. На крышке вакуумной камеры устанавливают промежуточ­ный ковш, вакуум-плотно присоединенный к крышке. Емкость этого ковша составляет 5—10 т. Отверстие меж­ду промежуточным ковшом и камерой до начала ваку­умной разливки закрывают листом алюминия. Внутрь камеры устанавливают изложницу или пустой ковш. Пе­ред началом разливки в камере создают разрежение. В промежуточный ковш налива­ют сталь из разливочного ковша и открывают стопор промежуточ­ного ковша. Струя стали про­жигает лист алюминия и попада­ет в вакуумную камеру. В ваку­уме газы, выделяются из метал­ла, активно идет реакция [С] + + [О] =CO. Выделяющиеся га­зы разрывают струю стали на мелкие капли, что значительно увеличивает поверхность раздела жидкого металла с газом, а сле­довательно, повышает эффектив­ность вакуумной обработки. Вы­деление газов продолжается из стали, налитой в изложницу. После заполнения изложницы в камеру напускают воздух, откры­вают крышку и после полного затвердевания слитка вынимают изложницу со слитком из каме­ры. Преимущество этого метода заключается в том, что слиток отливается в вакууме, в то время как в других способах после вакуумной обработки сталь разливают по излож­ницам на воздухе.

Рис. 93. Схема вакуумной обработки Струн стали:

1 — ковш; 2 — крышка ка­меры; 3 — камера; 4—Струя стали; 5 — надставка из­ложницы; б — изложница

Метод отливки крупных слитков в вакууме широко применяется для производства ответственных поковок, предназначенных для изготовления коленчатых и греб­ных валов судов, роторов крупных турбин электростан­ций, генераторов, прокатных валков, деталей атомного энергомашиностроения. Большое значение для таких от­ветственных и дорогостоящих поковок и изделий имеет отсутствие скоплений неметаллических включений, фло- кенов, пористости, приводящих к преждевременному их разрушению. Поскольку водород вызывает появление флокенов, водородной хрупкости и пористости, то обыч­но крупные поковки подвергают обезводороживающему отжигу в течение сотен часов, однако полностью опас­ность появления дефектов, связанных с водородом, не устраняется. Только вакуумная обработка гарантирует устранение этих дефектов.

Метод порционной вакуумной обработки DH

Эффективным способом дегазации стали является метод DH. Процесс заключается в следующем. Ваку-

Рис. 94. Схема порционного вакуумирования стали по методу DH при наполиеяяя камеры (а) и сливе метал­ла (б):

/ — дозатор; 2 — вакуумпровод; S — вакуумная камера; 4 — патрубок; 5 — ковш

Помещается над ковшом с металлом (рис. 94). Снизу камеры имеется патрубок, стенки которого снаружи и внутри защищены огнеупорным материалом. К верхней части камеры подходит вакуумпровод, связывающий ка­меру с вакуумными насосами. На крышке имеются уст­ройства для введения внутрь камеры легирующих и рас – кислителей. Перед началом вакуумной обработки отвер­стие патрубка закрывают листом алюминия. В камере создают разрежение. Патрубок погружают в металл. Под действием атмосферного давления сталь затекает внутрь камеры и порция стали, составляющая по массе примерно одну десятую от массы стали в ковше, подвер­гается вакуумной обработке. Затем камеру поднимают, но так, чтобы конец патрубка не выходил из жидкого ме­талла. При этом часть стали из камеры выливается в ковш. При следующем опускании камеры вниз в нее по­падает новая порция металла. Во время вакуумной об­работки присаживают порции ферросплавов и легиру­ющих. Металл хорошо перемешивается. Для обеспечения полной дегазации и перемешивания легирующих до­бавок необходимо 30—60 циклов вакуумной обработки. Таким способом обрабатываются ковши со сталью мас­сой до 400 т.

Циркуляционная вакуумная обработка RH

Высокой эффективностью обладает способ циркуля­ционной вакуумной обработки. Схема установки показа­на на рис. 95. Жидкая сталь из разливочного ковша по всасывающей трубе подни­мается в вакуумную камеру, подвергается воздействию низкого давления и по вто­рой трубе стекает в ковш. Ка­мера представляет собой ци­линдрический сосуд, в ниж­ней части которого имеются две трубы, футерованные ог­неупорными изделиями. При помощи вакуумпровода она подсоединена к откачной си­стеме. Перед началом ва­куумной обработки создают

Рис. 95. Схема установки циркуляци­онного вакуумнровання:

1 — вакуумпровод; 2 — вакуумная ка­мера; 3 — трубы; 4 — ковш; 5 — подвод аргона

209

Вакуум, для чего концы труб закрывают листами алюми­ния, которые атмосферным давлением плотно прижима­ются к трубам. Затем камера на кронштейне поворачи-

14—398 вается и располагается над уровнем металла в ковше. После опускания трубы погружаются в металл, и под действием атмосферного давления сталь поднимается по обеим трубам в камеру. В одну из труб на некотором расстоянии от уровня шлака подают по трубе аргон.

Пузыри аргона поднимаются в жидкой стали в сто­рону вакуумной камеры, где поток пузырей аргона со­здает необходимое добавочное усилие, которое вызывает движение стали по этой трубе. Таким образом возникает непрерывная циркуляция стали. По одной трубе металл входит в камеру, по другой он сливается в ковш. За вре­мя пребывания в установке сталь подвергается действию вакуума и дегазируется. По ходу вакуумной обработки присаживают раскислители и легирующие, которые хо­рошо перемешиваются в объеме жидкого металла. Ко­личество аргона, используемого для транспортировки стали невелико и составляет 5—10 % от общего количе­ства газа, выделяющегося из стали в результате ваку­умирования. Скорость подъема стали в трубе достигает 5 м/с, поэтому втекающая в камеру струя металла фон­танирует на высоту до 1 м, что способствует эффектив­ной обработке стали. Продолжительность дегазации за­висит от массы металла в ковше. Для обработки 100-т ковша требуется 20—30 мин. Во время вакуумной обра­ботки температура металла снижается на 30—40 °С. Для компенсации потери тепла камеру перед обработкой прогревают и перегревают сталь перед выпуском из печи.

Вакуумная установка ковш — печь (метод. AS EASKF)

Вакуумирование проводят в ковше из немагнитной стали, установленном в индукторе. Верхняя часть ков­ша имеет, фланец для герметичного соединения с ваку­умной крышкой Jpnc. 96). Крышка патрубком соединя­ется с вакуумной системой. На одном стенде этой уста­новки расположен свод с тремя электродами, имеется соответствующее электрическое оборудование дуговой печи. Сталь выплавляют в дуговой печи без восстанови­тельного периода. Из легирующих вводят только молиб­ден и никель, контролируют содержание углерода. Шлак перед выпуском удаляют. Сталь выпускают в ковш, ко­торый устанавливают в индуктор, закрывают крышкой и вакуумируют. За время вакуумной обработки сталь ос­тывает на 80 °С. В конце дегазации присаживают леги­рующие. Вакуумную крышку отводят в сторону и ковш накрывают сводом с электродами. Включают ток и на­гревают металл дугами в течение часа. В этот же пери­од, если необходимо, обрабатывают металл порошками, корректируют химический состав. По достижении нуж­ной температуры и со­става снимают свод. Ковш вынимают из индуктора и отправля­ют на разливку. Этот метод повышает сте­пень чистоты стали и увеличивает произво­дительность дуговых 1 печей.