Конвертерное производство Электрометаллургия

Окислительное вакуумирование в ковше

При необходимости глубокого обезуглероживания стали применяют продувку металла кислородом в вакууме. Нашли применение два способа такой внепечной обработки:

  • Циркуляционное вакуумирование с окислением.
  • Окислительное вакуумирование в ковше.

Первый из этих способов применяют, главным образом, для обработки нержавеющей высокохромистой стали.  Второй способ применяют для обработки стали весьма широкого сортамента – углеродистой, средне- и низколегированной, высоколегированной, нержавеющей.

С целью вакуум-кислородной обработки стали в ковше в ФРГ был разработан упомянутый выше процесс VOD и во Франции процесс ASV (франц.: Affinage sous vide – рафинирование вакуумом).

Процесс ведут на установке, схема которой показана на рис.

27

Полученный в конвертере или, чаще, в дуговой печи расплав, содержащий до 0,5–1,0 % углерода, сливают в специальный сталеразливочный ковш, который служит и для вакуум-кислородной обработки. Для обеспечения возможности интенсивного окисления углерода в вакууме свободное пространство над металлом в ковше должно быть 1,0–2,0 м. Ковш с расплавом устанавливают в вакуумную камеру и к нему под-ключают аргонопровод. На поверхность металла дают известь (5–8 кг/т стали) для ошлакования SiO2, образующегося при окислении растворенного в металле кремния. На ковш в вакуум-камере устанавливают водоохлаждаемый экран, защищающий вакуум-камеру от брызг металла и шлака,  накрывают ее вакуум-плотной крышкой. Включают насосы и начинают вакуумирование.

Процесс протекает в два периода: 1) окислительное обезуглероживание; 2) вакуумное обезуглероживание. В период окислительного вакуумирования когда давление в вакуум-камере понижается до ~26 кПа, начинают интенсивную продувку металла кислородом (10–20 м3/(т·ч)) сверху через вертикальную фурму – водоохлаждаемую при процессе VOD и расходуемую при процессе ASV. В результате окисления примесей металлического расплава, в том числе присаженного при необходимости значительного нагрева металла алюминия, температура его повышается так, что перегрев вполне достаточен для про-ведения следующего, второго периода. Одновременно в первый период происходит окисление углерода. Так как оно происходит в условиях продувки кислородом при пониженном давлении (3–5 кПа), содержание углерода за 30–40 мин снижается до 0,03–0,04 %. Второй период протекает без продувки кислородом и при более низком давлении (0,2–0,4 кПа), которое лишь кратковременно возрастает во время присадок в ковш извести для наведения шлака с высокой десульфурирующей способностью и легирующих добавок. В этот период происходит вакуумное обезуглероживание металла вследствие понижения равновесных содержаний углерода и кислорода в стали. Оно усиливается в результате интенсивной  продувки металла в этот период аргоном через установленную в днище ковша пористую пробку (одну или несколько).  Расход аргона обычно составляет 0,07–0,10 м3/(т·ч).При необходимости получения содержания [С] < 0,01 % расход аргона увеличивается до до 0,9–1,2 м3/(т·ч). В этот период происходит также дегазация стали; температура понижается на 50–100 °С.

Окислительное вакуумирование ковше применяется для обработки  коррозионностойкой, среднелегированной и углеродистой ста-ли. Но преимущественно его используют при производстве высоко-хромистой (> 17 % Сr) стали с особо низким (< 0,01 %) содержанием углерода. При этом усвоение хрома получается очень высоким, достигая 97–99 %. Высоко усвоение и других легирующих элементов, введенных в сталь после окислительного вакуумирования, %: марганца 93–96, алюминия 85–90, титана 80–90, ниобия 92–95.

При окислительном вакуумировнии стали в ковше в период интенсивной продувки кислородом происходят выбросы из ковша брызг металла и шлака. Помещенный над ковшом экран полностью не исключает попадания этих брызг в вакуум-камеру, поэтому вакуумная камера внутри футерована. Кислородная фурма вводится в ковш через вакуум-плотный затвор, в котором она может перемещаться по сигналам, передаваемым с помощью дистанционного управления. Раскислители и легирующие подают в ковш через вакуум-плотный шлюз на крышке вакуум-камеры.

Футеровка сталеразливочного ковша, в котором производится вакуумирование с подувкой кислорода и аргоном, в течение длительного времени обработки (до 2 ч и более) испытывает разрушающее действие интенсивных потоков металла при температуре 1650 °С. Поэтому футеровку делают из хромомагнезитового или доломитового кирпича на керамической связке. Этот рабочий слой ковша по стенкам выкладывается на магнезитной набивке, которая выполняется на слое магнезито-хромитового кирпича, прилегающего к металлическому кожуху. Днище ковша выполнено из уложенного на торец магнезитового кирпича; под ним укладывается на металлическом кожухе магнезитохромитовый кирпич на плашку.

Ход процесса контролируется по результатам определения исходных масс, температуры и необходимого содержания углерода и температуры, а также количества и состава отходящих газов. Эта информация, вводимая в ЭВМ, используется для регулирования хода процесса и его завершения.