Слитки и разливка стали

Обработка стали в вакууме

В процессе выдержки жидкой стали в вакууме протекают физико-химические процессы, обеспечивающие заметное улучшение качества готовой стали. Ведущими процессами являются раскисление металла углеродом и дегазация. Реакция окисления углеродом, описывае­мая уравнением [С] + [O] = {СО}, в вакууме протекает более успешно, так как давление СО резко снижается, что и вызывает, согласно правилу Ле-Шателье, сдвиг реакции влево. Расчеты показывают, что при давлении СО, равном 106 Па (0,1 ат), и содержании углерода ∼ 0,2% его раскислительная способность становится равной раскислительной способности алюминия, а при давлении 0,1 МПа (0,01 ат) значительно ее превосхо­дит. Это обеспечивает возможность получения хорошо раскисленной стали без присадки или с уменьшенными присадками сильных раскислителей (алюминия, крем­ния и т. д.), являющихся источником неметаллических включений.

Одновременно в условиях глубокого вакуума восста­навливается часть включений, присутствующих в метал­ле, что также приводит к рафинированию металла. С по­нижением давления снижается содержание водорода и азота в металле. Однако газы могут выделяться из ме­талла только при его интенсивном перемешивании пу­зырями СО или при помощи установки электромагнит­ного перемешивания. Таким образом следует обрабаты­вать нераскисленный металл. В вакууме из металла испаряется ряд примесей (свинец, олово и др.), что так­же улучшает качество металла.

К настоящему времени насчитывается около 30 спо­собов внепечного вакуумирования жидкой стали. Схема основных способов приведена на рис. 101. Эти способы вакуумирования могут быть разделены на четыре груп­пы:

  1. в ковше;
  2. в струе;
  3. порционное
  4. циркуля­ционное.

Схема вакуумной обработки стали

Наиболее простой вариант обработки стали в ков­ше— помещение его в вакуумную камеру. Однако для получения заметных результатов в этом случае металл должен быть нераскисленным, присадка раскислителей осуществляется из бункеров после вакуумирования (рис. 101, а). В камере иногда монтируется установка электромагнитного перемешивания металла (рис. 101, б).

Процесс дегазации протекает лучше, если вакуумируют струю металла. Поэтому иногда прибегают к переливанию металла из ковша в ковш (рис. 101, в). В этом случае необходим значительный перегрев металла. Луч­шие результаты получаются при обработке металла во время выпуска из печи (рис. 101, г). Для этой цели на ковш устанавливают крышку с промежуточным ковшом, к которой присоединены вакуумные насосы. Струя металла подвергается вакуумированию в процессе запол­нения ковша.

При отливке крупных слитков иногда прибегают к постановке изложницы в вакуумную камеру (рис. 101, д). Струя металла обрабатывается во время разливки. Не­сколько лучшие результаты получаются при двойной об­работке металла в промежуточной камере и в камере, где установлена изложница (рис. 101, е).

При порционном вакуумировании в ковш опускают вакуумную камеру с заборным носком (рис. 101, ж). В камере периодически создается вакуум, и металл за­сасывается в нее порциями и вакуумируется. Камера по­догревается, что компенсирует тепловые потери металла во время обработки. В варианте, показанном на рис. 101, з, в ковш опускают камеру с двумя футерованными трубами. К одной из труб подведен аргон. Струя аргона эжектирует металл в камеру, где создано разрежение. Лучшие результаты получают при вакуумировании в струе (вариант 101, з) и порционном вакуумировании, хотя в ряде случаев эти установки и более сложные по конструкции и эксплуатации.

Вакуумная обработка металла позволяет улучшить качество стали, повысить выход годного, увеличить производительность сталеплавильного агрегата, расширить сортамент выплавляемых марок стали и т. д.