Обработка металла под давлением (стр. 3 из 15)
Разновидностью метода обработки стали жидкими синтетическими шлаками является совмещённый процесс (или так называемый метод смещения), когда в сталеразливочном ковше одновременно смешиваются и сталь, и синтетический шлак, и жидкая лигатура (расплавленные ферросплавы). Использование этой технологии позволяет, например, смешивать металл из 100-т мартеновской плавки и лигатуру, полученную в 20-т дуговой электропечи и получать 120 т высококачественной стали электропечного сортамента. Метод смещения был разработан на ИжМЗ [54].
Методы смешения и совмещённый позволяют получить высококачественную сталь с использованием относительно простого оборудования. Во всех случаях при обработке металла синтетическим шлаком возможно достижение стандартного состава и более стабильных показателей качества от плавки к плавке. Расход синтетического шлака относительно невелик: 3-5 % от массы металла. При относительно малом количестве шлака легче обеспечить стандартность его состава и свойств.
К основным требованиям, предъявляемым к синтетическим известково-глинозёмистым шлакам относятся минимальная окисленность (это обеспечивает хорошие условия для раскисления стали и её десульфурации) и максимальная активность СаО (это обеспечивает хорошие условия для десульфурации стали). В связи с этим синтетические известково-глинозёмистые шлаки не должны содержать оксидов железа, а содержание кремнезёма должно быть минимальным. Присутствие фосфора в таких шлаках исключается, чтобы не допустить его переход в металл при обработке. В тех случаях, когда в шихте, из которой плавят шлак, содержится некоторое количество кремнезёма, в состав шлака вводят MgO, который образует силикаты магния. Уменьшается вредное воздействие кремнезёма, снижающего активность СаО.
Обычный состав синтетического шлака (%) следующий: СаО 50-55; А12О3 37-43; SiО2
7 (в некоторых случаях SiО2 до 10-15; MgO 7). Температура плавления шлака в зависимости от состава изменяется от 1400 °С (в шлаке 50-55 % СаО; 38-43 % А12О3 и 4,0 % SiО2) до 1300 °С (в шлаке 6-7 % SiО2 и 6-7 % MgO) [5].При обработке металла синтетическим шлаком такого состава (высокая основность и низкая окисленность) протекают процессы:
2. Десульфурации. Обычно после обработки шлаком содержание серы в металле снижается до 0,002-0,010 %;
1.
Раскисления. В соответствии с законом распределения(1)
Поскольку в синтетическом шлаке значение
ничтожно мало, окисленность металла снижается (в 1,5-2,0 раза);3. Удаление неметаллических включений. В тех случаях, когда
межфазное натяжение на границе капля синтетического шлака – неметаллическое включение
меньше межфазного натяжения на границе металл - неметаллическое включение , т.е при < , капли синтетического шлака будут рафинировать металл от включений, всплывать вверх, унося с собой неметаллические включения. Соотношение между величинами 
и 
зависит от состава включений. Практика показала, что общее содержание неметаллических включений после обработки синтетическим шлаком уменьшается примерно в два раза [31].Достоинством такого технологического приёма, как обработка стали синтетическим шлаком, является её кратковременность. Вся операция полностью осуществляется за время выпуска (слива) металла из агрегата в ковш, т.е. за несколько минут: производительность агрегатов при этом не только не уменьшается, но даже возрастает, так как такие технологические операции, как десульфурация и раскисление, переносятся в ковш.
При проведении операции обработки металла шлаком приходится учитывать ряд моментов:
1) нежелательность попадания в ковш, в котором производится обработка, вместе с металлом также и шлака из печи или конвертера;
2) необходимость введения в ковш помимо синтетического шлака также и раскислителей (а при выплавке легированных сталей также и легирующих материалов);
3) изменение в процессе обработки состава шлака.
Обработка синтетическим шлаком позволяет несколько уменьшить
окисленность металла, однако не настолько, чтобы полностью отказаться от
применения раскислителей, поэтому помимо шлака в ковш вводится необходимое количество раскислителей. Учитывая низкую плотность ферросилиция, необходимое его количество загружают на дно ковша ещё до заливки в ковш синтетического шлака. После выпуска плавки на струю падающей в ковш стали присаживают такие материалы, как ферромарганец и феррохром, затем - сплавы, содержащие титан, ванадий, цирконий и т.п. Алюминий вводят в глубь ковша на штангах или в виде проволоки после окончания выпуска плавки.
В процессе перемешивания металла со шлаком состав шлака претерпевает определённые изменения. Эти изменения связаны со следующим:
1. При перемешивании шлак взаимодействует с футеровкой ковша,
часть футеровки (обычно состоящая из SiО2 и А12О3) переходит в шлак;
2. Из металла удаляется и переходит в шлак сера (в виде CaS);
3. Вводимые в ковш раскислители частично окисляются, образуя оксиды (SiО2, А12О3, МnО) и переходят в шлак;
4. Часть конечного шлака обычно попадает в ковш, содержащиеся в конечном шлаке оксиды железа затрудняют протекание процессов раскисления.
Особенно опасно попадание в ковш конечного шлака из-за содержащегося в нём фосфора: в процессе раскисления почти весь фосфор, содержащийся в шлаке, восстанавливается и переходит в металл. Разбавление синтетического шлака в результате всех этих процессов может достигать
30...40 %.
Следует иметь в виду, что метод обработки металла синтетическим шлаком в обычных условиях обеспечивает стандартные результаты десульфурации до известных пределов (обычно не более чем до 0,005...0,007 %) [5, 31]. В тех случаях, когда необходимо устойчиво получать более низкие концентрации серы, используют другие способы (основная футеровка ковшей, интенсивное перемешивание шлака с металлом, продувка аргоном и др.). Обработка металла синтетическим шлаком широко используется при различных вариантах технологии. Так, распространена практика, при которой обработка синтетическим шлаком дополняется продувкой металла в ковше инертным газом [40, 55].
В настоящее время всё большее значение уделяется применению при обработке металла твёрдым синтетическим шлакам. Обычно в состав таких смесей вводят СаО и. CaF2. Расход таких смесей колеблется от 3 до 10 кг/т [56]. И в этом случае наилучшие результаты по десульфурации и получению стали с минимальным содержанием неметаллических включений получают при одновременном воздействии на металл с десульфурирующей синтетической смеси и раскислителей.
Чаще других используют три технологических приёма:
1. Подача на струю металла смеси, состоящей из извести, плавикового шпата и алюминия;
2. Присадка десульфурирующей смеси, состоящей из извести и плавикового шпата, на дно ковша перед выпуском металла; при этом одновременно на дно ковша присаживается требуемое количество ферросилиция. Температура металла при использовании для десульфурации синтетических смесей в твёрдом виде должна быть выше обычной на . В некоторых случаях для облегчения условий быстрого образования активного шлака ковш вовремя покачивают или перемещают вперёд и назад. Обработка таким методом стали с повышенным содержанием углерода позволяет снизить содержание серы (по сравнению с последней пробой из конвертера) почти вдвое;
3. Подача смеси извести, плавикового шпата и кальцинированной соды при помощи бункера-дозатора на поверхность струи металла, стекающего по выпускному желобу в ковш. При падении струи и ударе её о дно ковша или об уже накопившийся в нём слой жидкого металла происходит перемешивание обеих фаз и быстрая десульфурация металла. Расход смеси составляет 1,2-1,6% [34].
В последние годы проведено ряд исследований, имеющих целью определить рациональные и экономически обоснованные пути использования твёрдых шлакообразующих смесей (ТШС).
С целью выбора более эффективных схем внепечного рафинирования ЦНИИЧМ проводился анализ частичной или полной замене синтетического шлака ТШС, которая содержала известь и плавиковый шпат фракции 50-20 мкм в соотношении 4:1. Технологическую присадку этой смеси осуществляли с использованием средств механизированной подачи в сталеразливочный ковш в начале выпуска плавки из конвертера непосредственно на струю сливаемого металла. Удельный расход ТШС составлял 5-6 кг/т стали в случае частичной замены синтетического шлака [45]. При полной замене синтетического шлака ТШС удельный расход увеличивался до 12-14 кг/т стали. Анализу подвергали три варианта внепечного рафинирования трубных сталей группы ГФБ (09Г2ФБ, 10Г2ФБУ, 10Г2ФБ) [45].
Результаты эксперимента приведены в табл.1 [45]. В первом варианте десульфурация металла проводилась известково-глинозёмистым шлаком в
350-т сталеразливочном ковше с кислой набивной или шамотной кирпичной футеровкой с уменьшенным (на 15-20 %) удельным расходом известково-глинозёмистого шлака и добавками ТШС. В третьем варианте десульфурацию металла проводили только ТШС в 350-т сталеразливочном ковше с высокоглинозёмистой или смолодоломитовой футеровкой, т.е. произвели полную замену синтетического шлака смесью извести и плавикового шпата.