Продувка металла газами, вакуумная дегазация

В настоящее время практика про­дувки металла газами получила доста­точно широкое распространение. Способы введения газа (как правило, аргона) различны: 1) через днище про­межуточного ковша; 2) в стакан про­межуточного ковша; 3) в месте стыка стакана промежуточного ковша и по­гружного стакана; 4) в погружной ста­кан; 5) через стопор; 6) в жидкий ме­талл в кристаллизаторе.

24.11.1. Продувка газами в промежу­точном ковше. Инжекция инертного газа в промежуточный ковш чаще все­го осуществляется через пористые блоки или вставки, установленные в днище ковша. Пористый огнеупор­ный блок может выполняться во всю ширину ковша с подведением газа че­рез камеру, прикрепленную к кожуху ковша. При этом поднимающиеся вверх пузыри инжектируемого газа со­здают защитный экран перпендику­лярно потоку металла. Установка по­ристого блока в виде кольца, примы­кающего к наружной стенке стакана промежуточного ковша, дает возмож­ность обрабатывать весь металл перед его попаданием в кристаллизатор. Ин­жекция происходит через пористую вставку, имеющую, например, форму усеченного конуса, или вставку, со­стоящую из пористого цилиндра, по­мещенного внутрь газоплотного мате­риала. Внутренний пористый цилиндр может иметь резьбу и навинчиваться на металлическую трубку, через кото­рую подводится газ.

24.11.2. Подача газов в стакан про­межуточного ковша. Инжекция газа та­ким способом позволяет в значитель­ной степени устранить снижение ско­рости и исключить случаи прекраще­ния разливки вследствие зарастания стакана. Кроме того, при этом снижа­ется количество подкорковых пузырей и неметаллических включений, обра­зовавшихся из продуктов вторичного окисления и частиц шлака из проме­жуточного ковша. Положительный эффект инжекции реализуется при оптимальном ведении процесса раз­ливки и прежде всего при определен­ном сочетании скорости разливки и расхода инжектируемого газа. Так, большая подача газа может затормо­зить движение струи металла, привес­ти к ее разбрызгиванию и созданию нежелательного «кипения» покровно­го шлака в кристаллизаторе.

24.11.3. Подача газов в зону стыка стакана промежуточного ковша и по­гружного стакана. Инжекция газов на этом участке разливочного тракта осу­ществляется либо через пустотелую шайбу, либо через газопроницаемое огнеупорное кольцо, укрепленное гер­метично между стаканом промежуточ­ного ковша и погружным стаканом. Инжектирование газа в зону стыка ста­кана и промежуточного ковша и по­гружного стакана можно рассматри­вать как средство защиты разливаемого металла от вторичного окисления кис­лородом воздуха. Инжектирование газа в шиберный затвор, регулирующий по­ступление металла из промежуточного ковша в кристаллизатор, через порис­тую вставку в шиберной плите можно рассматривать как инжекцию в зону стыка стакана промежуточного ковша и погружного стакана.

24.11.4. Вдувание в погружной ста­кан. Инжекция газа в погружной ста­кан производится через отверстие в боковой стенке стакана, либо через пористый элемент, выполненный в виде вставки в стенку или дно стакана, или в виде кольца, помещенного внутрь стакана. Разработан способ подвода газа к сталевыпускному от­верстию погружного стакана через ка­нал, выполненный в его боковой стен­ке. Для повышения эффективности инжектирования предлагается вводить газ через серию отверстий в стенках стакана; в последнем случае отверстия выполняются под углом 40-60° к вер­тикали, а проекции их в горизонталь­ной плоскости расположены парал­лельно осям поперечного сечения ста­кана на расстоянии от них, равном 0,5-0,9 радиуса его канала.

Имеются конструкции, в которых инертный газ подводится к поверхно­сти канала по коллектору, выполнен­ному в стенке стакана на уровне, при­мерно соответствующем уровню ме­талла в кристаллизаторе. В результате весь металл, протекающий через вер­тикальный канал погружного стакана, насыщается пузырями инертного газа и выходит в кристаллизатор через бо­ковые отверстия стакана. Стакан вы­полнен из огнеупора, устойчивого против коррозии металлом, — глино-земографита. Высокая стойкость в шлаковом поясе достигается пропит­кой поверхности стакана смолой или пеком.

Применение такого стакана с пре­дусмотренным ижектированием газа позволяет разливать пять-шесть пла­вок из 250-т сталеразливочного ковша без замены стакана. При этом исклю­чается возможность затягивания ста­кана, т. е. нет необходимости в его прожигании. Инжекция газа в погруж­ной стакан эффективна при рафини­ровании от неметаллических включе­ний, а также для благоприятного рас­пределения включений по сечению отлитой заготовки, улучшения гидро­динамики потока металла вследствие снижения скорости проникновения последнего в жидкую лунку слитка; благодаря инжекции газа в стакан уда­лось сократить образование трещин на прокатанных листах и повысить их физико-механические свойства.

24.11.5. Продувка через стопор. Газ подают через сквозной канал в стопо­ре с выходом в отверстие в нижней (регулирующей дозирование металла в кристаллизатор) части через серию отверстий или через газопроницае­мую вставку. При этом стопор может быть либо в традиционном исполне­нии (сборный из трубок и пробки), либо (и это наиболее распростране­но) в виде цельного стопора-моно­блока. Инжекция может проводиться так, чтобы весь газ направлялся через стакан промежуточного ковша в по­гружной стакан в кристаллизатор, т. е. в направлении потока разливае­мого металла, или часть газа направ­ляется вверх к покровному шлаку в промежуточном ковше, т. е. навстре­чу потоку металла.

Выход инжектируемого газа вниз позволяет полностью использовать газ, т. е., очевидно, имеется в виду максимальный рафинирующий эф­фект в результате более длительного контакта пузырей газа с металлом на всем тракте разливки. При подаче газа к слою покровного шлака в про­межуточном ковше можно ожидать отсечки и захвата частиц шлака пузы­рями газа и переноса этих частиц в покровный слой, что предотвращает засасывание частиц шлака в кристал­лизатор.

Инжекция газа через стопор сни­жает или практически полностью пре­дотвращает затягивание разливочных стаканов, улучшает качество слитков и получаемого из них проката в резуль­тате уменьшения количества неметал­лических включений. Как правило, инжектируется аргон, реже — азот. Выбор газа определяется требования­ми к химическому составу и физико-химическим свойствам выплавляемого металла и экономической целесооб­разностью. Стопоры-моноблоки изго­тавливают корундографитового либо муллитокорундографитового состава при содержании до 30 % графита.

24.11.6. Продувка в кристаллизато­ре. Основной целью инжекции газа в кристаллизатор является повышение однородности структуры слитка, хотя рафинирующий эффект по неметал­лическим включениям также имеет место, как и при других способах ин­жекции.

Газ подают в кристаллизатор в об­ласть жидкой зоны (в лунку) форми­рующегося слитка. При этом принци­пиально можно различить три схемы инжекции: с коаксиальным подводом струи газа по отношению к струе раз-

Рис. 24.27. Схема «идеального» промежуточ­ного ковша:

/ — добавки, флюсы, порошки, проволока; 2— на­веденный шлак; 3 — нагрев (плазма, дуги, А1 + О₂); 4— крышка; 5—нейтрально-восстановительная ат­мосфера; 6— пороги, перегородки; 7— фильтрация; 8— шлаковые смеси

ливаемого металл.а; с тангенциаль­ным подводом, или подводом под не­которым углом к струе металла; а так­же несколькими смещенными один относительно другого потоками. В первой схеме удобно изменять место ввода газа по глубине жидкой лунки слитка. Вторая схема, предусматрива­ющая подачу газа в зоне, где начинает образовываться твердая корочка слитка, должна обеспечивать высо­кий рафинирующий эффект. Третья схема позволяет реализовать враще­ние и интенсивное перемешивание жидкого металла.

Газ может быть введен в кристал­лизатор через каналы в его стенках, огнеупорные трубки в местах контакта с металлом и трубки, оканчивающиеся газопроницаемыми вставками. На рис. 24.27 представлена схема «идеаль­ного» промежуточного ковша с ис­пользованием почти всех методов об­работки металла.

24.11.7. Непрерывное вакуумирова-ние металла. На НЛМК реализовано оригинальное технологическое реше­ние, предложенное проф. Г. А. Соко­ловым. Схема основана на принципе вакуумной дегазации струи и слоя ме­талла в проточной камере, располо­женной между сталеразливочным и промежуточным ковшами УНРС. Этот вариант обработки стали рассмотрен в гл. 19. Новый метод вакуумирования практически полностью исключает контакты разливаемой стали с атмос­ферой.

24.11.8. Непрерывная разливка с ЭШП. Получает распространение процесс, в котором шлаковая ванна над кристаллизующимся металлом, нагреваемая током нерасходуемого электрода или токопроводящим крис­таллизатором, предохраняет поверх­ность ванны жидкого металла от окис­ления воздухом и действует в качестве «смазки».

Часть шестая