Способы внечесной обработки стали, классификация и суть столба

Министерство  образования науки  Республики Казахстан

Инновационный  Евразийский Университет

Факультет заочного обучения Инженерной Академии

Кафедра Теплоэнергетика и металлургия 
 
 

Реферат 

По дисциплине: Внепечная обработка металлов и сплавов.

Тема: Способы внечесной обработки стали, классификация и суть столба. 
 
 
 
 
 
 
 

                           Выполнил: Худайбергенов О.О

группа  ЗМТЛ-502

 Проверил: Ибраев И.К  профессор

Павлодар  2011г.

                                    План:

1. Методы внепечной обработки стали .
2. Внепечное вакуумирование как способ повышения качества металла.

     Внепечной обработкый стали принято называть обработку выпущенной из печи или из конвертера жидкой стали в ковше (или во вспомогательном агрегате, напоминающем ковш).

     Методы  внепечной обработки стали могут  быть условно разделены на «простые» (обработка стали одним способом) и комбинированные.

     К «простым» способам относятся: 1) обработка металла синтетическим шлаком; 2) внепечное вакуумирование; 3) продувка металла инертным газом; 4) введение (вдувание) в металл различных шлакообразующих, десульфурирующих или раскисляющих смесей.

     Обработка стали в ковше жидкими синтетическими шлаками, как способ очищения металла от нежелательных примесей, был предложен в 1925 г. Инж. А.С.Точинским; в 1933 г. Аналогичный способ был запатентован французским инженером Р.Перреном. пактическую проверку прошли три разновидности этого способа: а) обработка стали жидкими известково-железистыми шлаками с целью снизать содержание  фосфора; б) обработка основной  стали кислым шлаком с целью снижения содержания кислорода и оксидных неметаллических включений; в) обработка стали известково-глиноземистыми шлаками с целью десульфурации и раскисления металла.

     Начиная с 1953 года, в Центральном научно-исследовательском  институте черной металлургии (ЦНИИЧМ)и  на ряде заводов были широко развернуты соответствующие исследовательские  работы, шкали с высоким содержанием  СаО и АL₂О₃ (для снижения температуры их плавления и обеспечения жидкотекучести) расплавляют в специальной электропечи и заливают в сталеразливочный ковш при выпуске стали из сталеплавильной печи или из конвертера. При сливе металла на находящийся в ковше синтетический шлак (СШ) обе реагирующие фазы (сталь и шлак) интенсивно перемешиваются, шлак эмульгирует в металле и в какой-то степени металл эмульгирует в шлаке с последующим разделением фаз.

     Интенсивность и глубина протекания процесса определяются высотой падения струи металла, массами металла и шлака, физическими характеристиками и составом шлака и рядом других факторов. Содержащаяся в металле сера, взаимодействуя с СаО шлака, переходит в шлак. Поскольку синтетический шлак содержит обычно ничтожно малые количества таких окислов, как FeO и MnO, кислород, содержащийся в металле, стремится перейти в шлак (происходит раскисление металла); в шлак переходит также некоторое количество таких оксидных включений, которые хорошо смачиваются синтетическим шлаком, или взаимодействуют с  ним. 

Рис.1. Схема совмещенного процесса раскисления, легирования и рафинирования стали

     Разновидностью  метода обработки стали жидкими  синтетическими шлаками является так  называемый совмещенный процесс (рис.1), когда в сталеразливочном ковше  одновременно смешиваются и сталь, и жидкая лигатура (расплавление ферросплавы).

     При обработке стали синтетическим  шлаком качество, и надежность металла повышаются вследствие снижения в нем содержания серы и неметаллических включений. Существенное значение имеет также возможность добиться при обработке металла синтетическим шлаком более стандартных показателей качества от плавки к плавке. Расход синтетического шлака равен 3-5% от массы металла; при относительно малом количестве шлака легче обеспечить стандартность его составе и свойств. При производстве стали всегда неизбежны некоторые колебания ее свойств от плавки к плавке, и поэтому обработка металла синтетическим шлаком строго стандартного состава и температуры позволяет решать очень важную задачу выпуска с металлургического предприятия надежной и стандартной продукции.

     Дополнительные  затраты на получение синтетического шлака оправдываются уменьшением  брака и выгодами, которые получает народное хозяйство, используя более  качественную и надежную в работе сталь. Метод обработки металла синтетическим шлаком получил широкое распространение, особенно в конвертерных и мартеновских цехах, так как в конвертерах и мартеновских печах трудно получать сталь с очень низким (<0,010%) содержанием серы.

     Внепечное вакуумирование как способ повышения качества металла относится к началу 50-х годов. В СССР работы по исследованию влияния понижения давления на процессы газовыделения были начаты в конце 30-х годов, а первая промышленная установка обработки металла вакуумом в ковше опробована на Енакиев-ском металлургическом заводе по инициативе ученых ИМет АН СССР А.Самарина и Л.Новика в 1952-1954 гг. Ковш с металлом опускали в камеру, которую затем плотно закрывали крышкой и из закрытой таким образом камеры откачивали воздух. Для быстрого снижения в камере давления требуются мощные откачивающие устройства. Дальнейший толчок в развитии методов обработки вакуумом дали успешные опыты обработки вакуумом металла при разливке стали на крупные слитки ответственного назначения. Вакуумированный металл содержал мало водорода и становился нефлокеночувствительным.

     В настоящее время в промышленно  развитых странах успешно работают сотни установок внепечного вакуумирования различной конструкции.

                     Способы обработка жидкой      

Рис. 2. Различные  способы внепечного вакуумирования

     Самым простым следует считать способ вакуумирования в ковше. Лучшие результаты при этом получаются при вакуумировании нераскисленного металла. Растворенный в металле кислород взаимодействует при вакуумировании с растворенным в металле углеродом; из ванны, кроме того, энергично выделяется растворенный в металле водород (а также частично азот) и ванна вскипает. Для того чтобы избежать при этом перетекания металла из ковша в вакуумную камеру,стремятся поддерживать уровень металла в ковше на 1-1,5м ниже уровня его верха. После энергичной дегазации в металл сверху из помещенного в вакуумной камере бункера вводят раскислители и легирующие добавки. Недостатком вакуумирования в ковше является невысокая эффективность метода при вакуумировании относительно больших масс металла (> 50 т) и неравномерность состава металла в ковше после ввода раскислителей и легирующих вследствие слабого перемешивания всей массы металла. Этого можно избежать в том случае, когда предусматривается продувка металла в ковше инертным газом или электромагнитное перемешивание.

     Существует способ (его называют методом ASEA-SKF по названиям разработавших этот способ шведских фирм), при котором, помимо индукционного перемешивания, металл может подогреваться за счет тепла дуг, выделяющегося при включении опускаемых через крышку, накрывающую ковш, электродов. После окончания подогрева крышка            с опущенными через нее электродами заменяется вакуум-плотной крышкой,         подсоединенной к вакуум-камере и металл вакуумируется.  Операции подогрева и вакуумирования при одновременном перемешивании металла могут повторяться несколько раз. В таком агрегате металл можно выдерживать длительное время (до 2 ч), что обеспечивает высокую степень очищения его от вредных примесей. В отдельных случаях на поверхность перемешиваемого под воздействием индуктора (а также подаваемого снизу инертного газа) металла вводят некоторое количество шлакообразующих. Конечно, такой способ сложен и дорогостоящ, однако качество металла оправдывает затраты, и данный способ получил достаточно широкое распространение.

     Способы порционного и циркуляционного вакуумирования также сравнительно сложны, их применяют главным образом для вакуумирования сравнительно больших масс металла (≥ 150 т). При порционном вакуумировании металл под воздействием ферротатического давления засасывается в вакуумную камеру, которую через определенные промежутки времени поднимают (так, чтобы конец патрубка все время оставался опущенным в находящемся в ковше металле), и металл из камеры сливается по патрубку обратно в ковш, затем камера опускается и в нее под действием вакуума засасывается очередная порция металла (отсюда название способа «порционное вакуумирование»). На некоторых установках поднимается до тех пор, пока вся масса металла, находящегося в ковше, не перебывает (в виде небольших порций) в вакуумной камере.

     В установке циркуляционного вакуумирования вакуумная камера снабжена двумя патрубками, по одному из которых подается инертный газ. Металл по этому рукаву-патрубку засасывается в вакуум-камеру, а по другому стекает в ковш, циркулируя, таким образом, в пределах установки (отсюда название метода «циркуляционное вакуумирование»).

     Для изготовления камер порционного  и  циркуляционного вакуумирования требуется очень высококачественные огнеупоры, особенно для изготовления патрубков. Вообще характерные для ковшевого вакуумирования повышенные температуры обработки, увеличение перемешивание исключили возможность использования обычных, футерованных шамотом стопорных ковшей. Оказалось необходимым заменить стопоры на шиберные затворы, а шамотную футеровку- на более стойкую доломитовую или магнезитовую. Таким образом, обычные ковши превратились в самостоятельные агрегаты.

     Некоторые вакуумные установки в дальнейшем были снабжены устройствами для одновременной  продувки металла кислородом. На таких  установках удалось получать высокую степень обезуглероживания стали некоторых марок (вакуум-кислородное обезуглероживание). Равновесие реакции  С+½О_2газ=СО_газ сдвигается вправо и при вакуумировании и при подаче кислорода. При вакуум-кислородном обезуглероживании имеет место и то и другое.

     С вакуум-кослородным  обезуглероживанием конкурирует другой способ получения низкоуглеродистых сплавов – так  называемое аргоно – кислородное обезуглероживание – продувка металла смесью аргона и кислорода. Использование при этом методе кислорода для продувки металла обеспечивает необходимый окислительный потенциал, а постепенная замена кислорода   (в продувочной смеси) аргоном обеспечивает снижение величины Р_со и сдвиг вправо равновесия реакции С+½О₂=СО_газ. Данный  метод позволяет на заключительной стадии операции осуществлять продувку металла одним аргоном (т.е.продувка металла инертным газом непосредственно в самом агрегате).

       По мере совершенствования этого способа конструкция агрегата для его осуществления стала приближаться по форме конвертеру. У корпуса конвертера может быть предусмотрена верхняя надставка, которая предназначена для уменьшения выбросов. Подача смеси кислород-аргон осуществляется обычно сбоку нижней части конвертера. В конвертер заливают полупродукт, полученный в электродуговой печи или обычным кислородном конвертере с верхней продувкой. Такие способы как вакуумно-кислородное обезуглероживание имеют еще и то преимущество, что позволяют получать низкоуглеродистые стали с использованием  дешевых высокоуглеродистых  ферросплавов. Поэтому оба указанных  способа нашли широкое применение прежде всего при производстве особо низкоуглеродистой нержавеющей стали.

     Вдувание  порошкообразных материалов получает все большее распространение. В  металл (в ковше) вдувают сильные  раскислители и десульфураторы, в  частности щелочноземельные металлы. На схема установки для вдувания в ковш в струе аргона кальция или его соединений (СаSi или CaC₂). При температуре жидкой стали кальций испаряется, пузырьки газообразного кальция активно взаимодействуют с кислородом и серой по реакциям Са_газ + [О]=(СаО); Са_газ + [S]=(СаS). Этот метод позволяет снижать в стали содержание серы и кислорода до менее 0,005% каждого. Порошкообразные материалы можно вводить в сталь также в виде специально изготовленной проволоки.     

     Для осуществления вдувания в металл порошкообразных реагентов необходимо иметь комплекс соответствующего оборудования (устройства для размола, бункера, фурмы и т.д.).

     При использовании многих методов внепечной  обработки для компенсации пдения темпетатуры во время обработки  необходимо металл в плавильном агрегате перегревать. Для того, чтобы создать возможность обрабатывать металл продолжительное время без опасения его переохладить широко используют такой способ, как подогрев металла в процессе обработки за счет тепла дуг. Ковш накрывают огнеупорной крышкой – сводом, сквозь которой опускают электроды и  подогревают металл. Ковш таким образом становится одновременно и ковшом и печью.

     Для получения металла высокого качества иногда используют несколько установок  внепечной обработки последовательно. Чрезвычайно важным элементом технологии является также операция отделения от металла конечного окисленного (и содержащего такие вредные примеси, как фосфор) шлака. Технологии, предусматривающей: а) расплавление шихты в электродуговой печи и дефосфорацию металла; б) выпуск металла со шлаком в ковш и затем перелив металла в другой ковш с тем, чтобы окисленный железистый шлак осталсы в первом ковше; в) обработка металла одновременно вакуумом и продувкой снизу аргоном под слоем высокоосновного синтетического маложелезистого шлака при подогреве дугами.