Обработка металла под давлением (стр. 5 из 15)
Для снижения угара раскислителей и получения стали строго определённого состава используют ряд технологических приёмов. Вводят раскислители различного состава:
а) в чистом виде;
б) в виде сплавов с железом и друг с другом.
Изменяют место ввода раскислителей:
а) непосредственно в плавильный агрегат;
б) в струю металла, вытекающего из плавильного агрегата;
в) в глубь металла в сталеразливочном ковше;
г) в струю металла, вытекающего из сталеразливочного ковша;
д) в ковш, помещённый в вакуумную камеру.
Вводят раскислители в различном виде:
а) твёрдые (в виде кусков различных размеров);
б) жидкие (после предварительного расплавления);
в) порошкообразные (при вдувании порошка в металл струёй инертного
газа);
г) в виде специальной проволоки, подаваемой в глубь металла с определённой скоростью;
д) в виде "пуль", которые с помощью специального устройства «выстреливают» в глубь металла.
Угар раскислителей, вводимых в чистом виде, несколько выше, чем угар раскислителей, вводимых в виде сплава. Чистые раскислители дороже, однако расход их меньше, меньше требуется тепла на их расплавление (необходима меньшая степень перегрева металла), они не содержат нежелательных примесей.
Наибольший и наименее стабильный угар раскислителей имеет место в случае введения раскислителей в виде кусков непосредственно в плавильный агрегат.
Введение раскислителей непосредственно в плавильный агрегат называется "предварительным раскислением". Окончательным раскислением принято называть введение раскислителей в необходимом количестве частично в струю металла, вытекающего из плавильного агрегата, и частично непосредственно в ковш.
Угар раскислителей при введении их в ковш ниже, чем при введении их в печь, так как в последнем случае часть раскислителей взаимодействует не с металлом, а со шлаком. Однако и при введении раскислителей в ковш угар всё же велик. Особенно заметен при введении в ковш угар алюминия. Алюминий легче стали (плотность 2700 кг/м3), поэтому заброшенные на струю металла или непосредственно в ковш бруски алюминия всплывают и интенсивно окисляются, плавая на поверхности и взаимодействуя с атмосферой и со шлаком [10]. Значительное количество алюминия при этом расходуется нерационально. Кроме того, образующиеся в большом количестве оксиды могут загрязнять металл. Лучшие результаты достигаются при вводе алюминия непосредственно в толщу металла. Ввод алюминия в глубь металла обеспечивает уменьшение угара алюминия (снижается его расход), уменьшение разброса величин этого угара (стабильность состава и свойств металла), а также уменьшается загрязнённость стали оксидными неметаллическими включениями.
Кремний - элемент, легко окисляющийся. Окисление кремния, растворённого в металле, может происходить в результате его взаимодействия:
1) с кислородом, растворённым в металле;
2) с кислородом газовой фазы;
3) с оксидами железа шлака.
Во всех случаях при окислении кремния выделяется значительное количество тепла.
В агрегатах с основными шлаками реакция окисления кремния протекает практически до конца, так как образующийся кремнезём взаимодействует с основными оксидами и активность
в основных шлаках ничтожно мала.Чем ниже будет активность оксидов железа в шлаке, тем дальше пойдёт процесс восстановления кремния. Такие компоненты расплава, как углерод или марганец, понижают окисленность и металла и шлака и повышают степень восстановления кремния. FeO - основной оксид, в кислых шлаках. Он связан с кремнезёмом в силикаты железа и его активность мала. Если же в шлак ввести более сильный основной оксид, например СаО, то этот оксид будет разрушать силикаты железа, образуя силикаты кальция, и активность оксидов железа в шлаке возрастёт, соответственно затормозится процесс восстановления кремния [21]. Если в ванну интенсивно подаётся окислитель, то имеет место окисление железа, и в металле остаются лишь следы кремния.
Сера обладает неограниченной растворимостью в жидком железе и ограниченной в твёрдом. При кристаллизации стали по границам зёрен выделяются застывающие в последнюю очередь сульфиды железа. Железо и сульфид железа образуют низкоплавкую эвтектику (температура плавления 988 °С), которая при наличии кислорода (образование оксисульфидов) плавится при ещё более низких температурах [58].
Межзёренные прослойки (обычно на микрошлифе они выглядят в виде нитей) фазы, богатой серой, при нагревании металла перед прокаткой или ковкой размягчаются и сталь теряет свои свойства, происходит разрушение металла (красноломкость). Красноломкость особенно сильно проявляется в литой стали, так как сульфиды в этом случае скапливаются по границам первичных зёрен; если сталь хотя бы однократно подвергалась горячей деформации, то вследствие измельчения зерна и образования при деформации новых зёрен красноломкость проявляется в гораздо меньшей степени. Однако и в этом случае стремятся получить в стали минимум серы, так как вредное влияние серы на механические свойства заметно, особенно в направлении поперёк оси прокатки или ковки [58, 59].
Повышенное содержание серы приводит к появлению так называемых "горячих трещин", особенно, при непрерывной разливке стали [25]. Поэтому в большинстве случаев удаление из металла серы является одной из главных задач при производстве качественной стали.
В соответствии с константой равновесия для удаления серы из металла необходимо [5, 25]:
а) высокая активность СаО в шлаке;
б) низкая активность FeO в шлаке;
в) низкая активность серы в шлаке.
Поскольку реакция идёт на границе металл-шлак, то чем больше поверхность контакта металла со шлаком (чем выше степень перемешивания), тем полнее и быстрее протекает процесс удаления серы из металла. Условия протекания реакции при этом облегчаются также благодаря поверхностной активности серы.
Основными условиями, необходимыми для успешного проведения операции десульфурации, являются:
1) высокая активность СаО в шлаке;
2) низкая активность оксидов железа в шлаке;
3) низкая активность кислорода в металле (раскисленность металла);
4) малая активность (низкое содержание) серы в шлаке;
5) высокая температура;
6) большая площадь контакта металла с десульфурирующим шлаком.
Для обеспечения этих условий используют следующие технологические приёмы:
1) вводят добавки извести (CaO) или известняка (
);2) для получения активного жидкоподвижного шлака и повышения тем самым активности СаО в шлак вводят добавки, снижающие его вязкость (А12О3, CaF2, МnО и др.). Эти добавки ускоряют протекание процесса ошлакования введённых кусков извести;
3) проводят скачивание шлака с последующим наведением нового, не содержащего серы;
4) стремятся использовать для целей десульфурации те периоды плавки, в которые металл максимально нагрет. При высокой температуре ванны энергично окисляется углерод и активность оксидов железа в шлаке понижается, при этом улучшаются условия перемешивания металла со шлаком; при высокой температуре возрастает интенсивность диффузионных процессов и облегчаются условия диффузии серы из объёма металла к поверхности контакта со шлаком;
5) металл обрабатывают жидкими или твёрдыми синтетическими шлаками и шлаковыми смесями с высокой и низкой ;
6) в некоторых случаях, когда хотят получить сталь с особо низким содержанием серы, вдувают в металл в струе инертного газа высокоосновные шлаковые смеси (СаО + CaF2), а в особых случаях - такие компоненты, как карбид кальция СаС2 или другие сплавы, содержащие Са или даже чистый кальций (а также магний);
7) используют для десульфурации редкоземельные металлы (церий, лантан, неодим и др.);
8) используют шихту, чистую по сере.
Вопрос грануляции металлов и сплавов в научной литературе разработан недостаточно полно, но были встречены следующие технологии.
БелНИИлит разработал серию машин для производства литой дроби. Принцип действия машины заключается в использовании центробежных сил [30]. Расплав заливается через воронку на тарельчатый гранулятор, вращающийся вокруг вертикальной оси. При этом капли расплава слетают с гранулятора, формируются в дробинки и попадают в охлаждающую жидкость. Охлаждённые дробинки скатываются по дну бака, в который заключён гранулятор, в приёмник наклонного элеватора.
Затем дробь поднимается элеватором при одновременном обезвоживании из бака машины и транспортируется в приёмный бункер.
Монтируется машина в цехе, напольно, то есть не требует специального помещения, легко вписывается в производство с привязкой к имеющимся коммуникациям и оборудованию.
Машиной может управлять один оператор с пульта управления в наладочном режиме. Фракционный состав производимой дроби меняется за счёт изменения скорости вращения тарелки гранулятора, которая в свою очередь регулируется сменными шкивами привода вращения гранулятора. Специальная система блокировок обеспечивает безопасность обслуживания машины.