Metallurgy.zp.ua
Главная » Внепечная обработка стали » Аргоно-кислородная продувка

Аргоно-кислородная продувка

Влияние продувки металла инертным газом на уменьшение парциального давления СО, образующегося при окислении углерода, использовано при разработке такого процесса, как аргоно-кислородное обезуглерожива­ние, или аргоно-кислородное рафи­нирование (АКР). При продувке ме­талла кислородом равновесие реакции [С] + 1/2О2(Г)=СОг определяется парциальным давлением кислорода и об­разующегося СО. Продувка металла смесью кислорода с аргоном приводит к «разбавлению» пузырей СО аргоном и к соответствующему сдвигу равнове­сия реакции вправо. Окислительный потенциал газовой фазы при этом до­статочен для проведения реакций окисления примесей ванны. Метод аргоно-кислородной продувки широ­ко используют при производстве кор­розионностойких и других хромсо­держащих сталей. Равновесие реакции (Сr2О3) + 3[С] = 2[Сr] + ЗСОг при уменьшении парциального давления монооксида углерода рсо сдвигается вправо; в результате обеспечивается хорошее усвоение кислорода.

В процессе продувки состав смеси изменяют, уменьшая расход кислоро­да и увеличивая расход аргона. Таким образом обеспечивают получение сплавов с очень низким содержанием углерода и без заметных потерь хрома. Метод аргоно-кислородной продувки не обеспечивает получение таких осо­бо низких концентраций углерода, как способ вакуум-кислородного обезуг­лероживания; степень использования хрома при аргоно-кислородной про­дувке несколько ниже. Тем не менее способ аргоно-кислородной продув­ки, обеспечивающий достижение на более простых агрегатах лучшей про­изводительности, получил широкое распространение.

Наиболее распространенный вари­ант конструкции АOD-конвертера по­казан на рисунке 1.

Конструкция конвертера для ар­гоно-кислородной продувки
Рисунок 1 — Конструкция конвертера для ар­гоно-кислородной продувки а — конвертер; б — фурма

Фурма для подачи дутья обычно состоит из двух концентрических труб. По внутренней трубе подают смесь кислорода и аргона, а по коль­цевому зазору — аргон, служащий за­щитным газом. Соотношение расхо­дов кислорода и аргона изменяют в процессе продувки, добиваясь макси­мального окисления углерода и мини­мального окисления хрома. Обычно соотношение расходов О2: Аr на пер­вой, второй и третьей стадиях продув­ки поддерживают на уровне соответ­ственно 3:1; 1 : 1 и 1 : 3 (рисунок 2).

Продувка металла в агрегате АКР (АОD) при производстве низкоуглеродистой высокохромистой стали
Рисунок 2 — Продувка металла в агрегате АКР (АОD) при производстве низкоуглеродистой высокохромистой стали

Для снижения стоимости передела на первой стадии продувки вместо ар­гона можно вдувать азот. После окон­чания третьей стадии ванну продувают чистым аргоном для возможно большего снижения концентрации кисло­рода и серы (в результате перемешива­ния металла под высокоосновным шлаком), а также для возможно боль­шего восстановления окисленного в процессе продувки кислородом хрома. Существуют также варианты продув­ки, при которых кислород подают че­рез фурму сверху, а снизу — смесь О2+Аr или только аргон (иногда азот).

На рисунке 3 показано, что сниже­ние парциального давления СО при 1700°С в случае аргоно-кислородной продувки обеспечивает получение за­метно более низких концентраций уг­лерода, чем при той же температуре, но при нормальном давлении. Срав­нительная простота организации аргоно-кислородной продувки, высо­кая производительность агрегатов и возможность изменять в широких пре­делах окислительный потенциал газо­вой фазы (отношение О2:Аr) привели к непрерывному расширению сферы распространения этого метода, кото­рый используют для производства не только коррозионностойких, но и электротехнических, конструкцион­ных и других сталей.

Соотношение между содержани­ем углерода и хрома при различных темпера­турах металла при продувке его в печи
Рисунок 3 — Соотношение между содержани­ем углерода и хрома при различных темпера­турах металла при продувке его в печи (сплошные линии, рсо = 0,1МПа) и в АOD-конвертере (штриховая линия, рсо = 0,01 МПа)

Этот метод делает возможным по­лучение в конвертере высокохромис­тых сталей непосредственно из чугуна с использованием в качестве шихтово­го материала хромистой руды. Жид­кий чугун подвергают внедоменной обработке (обескремниванию, дефосфорации), после чего заливают в кон­вертер. В процессе продувки в конвер­тере осуществляют обезуглероживание, десульфурацию и легирование хромом. Одну часть хрома вводят в ме­талл с феррохромом, а другую — с хро­мистой рудой, оксиды которой восста­навливаются углеродом чугуна. На од­ном из заводов Японии организовано производство коррозионостойкой ста­ли из расплава никелевых и хромис­тых руд. Никелевую руду с высоким содержанием железа после дробления, обогащения и предварительного на­грева в смеси с углеродистым восста­новителем в нагретом до ~1000°С со­стоянии загружают в рудовосстанови­тельную печь, в которой получают расплав с 13—15 % Ni. Хромистую руду также подвергают предварительной обработке и в нагретом до ~500 °С со­стоянии загружают в рудовосстано­вительную печь, где получают расплавс 40—43 % Сr. Расплавы смешивают в ковше и заливают в конвертер, в кото­ром подвергают аргоно-кислородной продувке для получения специальных высокохромистых никельсодержащих сталей.

По сравнению с известным спосо­бом получения таких сталей из скрапа по схеме дуговая печь — конвертер ар­гоно-кислородной продувки затраты энергии в новом процессе ниже, со­держание неметаллических включе­ний и азота меньше, поскольку ис­пользуют первородную шихту и не происходит образования атомарного азота в зоне.

Возможности, которые появляются при использовании метода аргоно­-кислородного рафинирования, вели­ки, и в мировой практике рождаютсявсе новые и новые варианты процесса. Разрабатываются, в частности, вари­анты использования метода расплав­ления хромсодержащего и никельсо­держащего металлолома при вдувании в конвертер каменноугольной пыли с последующей аргоно-кислородной продувкой расплава и получением коррозионностойкой стали.