В современных конвертерных цехах, производящих высококачественные низко – и среднелегированные стали, в частности на заводе «Азовсталь» и HJIM3, действуют специальные установки (стенды), на которых усредняют состав и температуру металла по объему ковша; корректируют температуру (охлаждение до заданной температуры с точностью ±2 0C) и состав стали с точностью ±0,01 % (по [С]), ±0,05 (по [Mn], [Si], [Cr]), ±0,005 % (по Al); рафинируют сталь порошкообразными материалами.
Состав и температуру металла усредняют по объему ковша путем продувки аргоном на всех плавках независимо от марки выплавляемой стали. Для продувки используют фурму, состоящую из аргонопроводящей головки, полого металлического стержня с толщиной стенки 10 мм, футерованного высокоглиноземистыми стопорными трубками. К нижней части стержня прикрепляется однока – нальная, пористая или многоканальная высокоглиноземистая пробка.
Давление аргона в сети — более 1 МПа, перед фурмой — более 0,3 МПа. В начале продувки расход аргона составляет 30—40 м3/ч; по мере погружения фурмы на заданную глубину (0,3—0,4 м от днища ковша) расход увеличивают и поддерживают в пределах 40—¦ 80 м3/ч. Выравнивание свойств жидкой стали по объему ковша обеспечивается перемешиванием ванны при использовании работы расширения всплывающих пузырей аргона, которое сначала происходит политропически, а после нагрева пузырей до температуры металла — изотермически. Общий расход аргона на обработку металла составляет (при длительности продувки 15 мин) около 0,04 м3/т стали.
Неоднородность конвертерного металла в ковше (при продувке сверху) обусловлена специфичностью кислородно-конвертерного процесса (наличием концентрированной перегретой и обедненной примесями реакционной зоны). В этих условиях роль продувки аргоном примерно такая же, как чистого кипения мартеновской ванны, обеспечивающего при небольшом по интенсивности, но равномерном по объему выделении и всплывании пузырей быстрое выравнивание температуры и состава огромных по объему и массе ванн. Однако отличительным преимуществом продувки аргоном является сочетание облагораживания металла с его защитой от контакта со шлаком и атмосферой, состав которых нежелателен для качества стали.
После первых 2—3 мин продувки (для предварительного усреднения стали по температуре) замеряют температуру термопарой погружения ПР-30/63 и отбирают пробу стали для определения массы корректирующих добавок, которую рассчитывают по заданному
Содержанию С, Mn, Si, Cr и Al после получения результата анализа, используя номограммы, основанные на уравнении (5.13).
Принимается, что во время корректирующих присадок (в раскисленный металл при наличии на его поверхности изолирующей смеси) угар Cr, Mn и Si равен нулю и масса усвоенного углерода составляет 77 % от массы угля и 87 % от массы коксика.
Охлаждающие эффекты ферромарганца, феррохрома и металлической сечки примерно равны между собой и составляют около j 1,7 0C на 0,1 % присадки (при ^m= 1650 0C). Введенный углерод ox – J лаждает металл (0,5 0C на 0,01 % С). Ферросилиций нагревает.1 металл (3,5—50C на 0,1 % присадки).
После расчета суммарного охлаждающего эффекта корректирующих добавок ферросплавов определяют необходимое снижение температуры металла Д 4еобх за счет продувки аргоном, присадки металлической сечки или погружения сляба: ^
Где tnач, ^koh — температура металла после предварительного ее ] выравнивания и полной обработки металла; А ^фспл — снижение I температуры после присадки ферросплавов. |
Если A tBeo6x^10 °’С, то металл охлаждают, продувая его аргоном. Приближенно считают, что 1 мин продувки снижает температуру металла на 1,5 °С. При Akeoex^lO0C одновременно с продувкой в расплав вводят металлическую сечку или сляб.
После погружения в металл сляба (сечением 1,5X0,25 м) на глубину 2—2,5 м в первые 5—6 мин скорость падения температуры металла составляет вначале 5° С/мин и постепенно уменьшается до 2 °С/мин. Во время пребывания в жидком металле (около 10 мин) сляб не оплавляется (металл охлаждается только за счет прогрева сляба). Это очень удобный метод охлаждения, так как одним и тем же слябом можно пользоваться много раз.
При охлаждении сечкой без каких-либо затрат (кроме стоимости сечки) может быть переплавлено значительное количество металла (от 0,5 до 2 %).
Для корректировки химического состава металла используют необходимые ферросплавы (ферромарганец, ферросилиций, феррохром, ферросиликохром) с размерами кусков не более 50 мм; порошкообразный углеродсодержащий материал, получаемый при размоле антрацита или коксика (фракции 0—2 мм, содержание золы не более 20 %, серы не более 2 %); смесь порошков углерод – содержащих материалов, извести и плавикового шпата.
Ферросплавы вводят в ковш, одновременно продувая металл аргоном (расход 40—80 м3/ч). Для обеспечения равномерного растворения сплавов в объеме металла масса каждой порции не должна превышать 500 кг. После окончания присадки ферросплавов металл продувают аргоном в течение 2—3 мин. Это очень важное условие полного выравнивания химического состава металла.
Углеродистые порошкообразные добавки вводят в металл в струе аргона с помощью специального высоконапорного аэрозольного пылепитателя в любой из периодов продувки стали в ковше,
Кроме первых 3 мин, когда предварительно усредняется состав металла. При этом параллельно могут выполняться и другие операции. После прекращения науглероживания металла продувку продолжают в течение 1 мин для выравнивания концентрации углерода.
Содержание алюминия корректируют, подавая в металл алюминиевую катанку, намотанную на барабан. Количество добавленного алюминия контролируют по числу оборотов барабана или времени его вращения. Когда алюминий вводят в сталь, продувку плавки аргоном прекращают, так как при оголении металла в отдельных местах происходит угар алюминия (окисление кислородом воздуха).
Обработка металла аргоном является в настоящее время одним из наиболее массовых и перспективных методов облагораживания металла.