Обработка металла под давлением

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.

     В первых двух вариантах наблюдалось значительное колебание содержания серы в чугуне. Необходимый уровень содержания серы в исходной шихте поддерживали предварительной десульфурацией жидкого чугуна гранулированным магнием и двойным скачиванием шлака, а также применением низкосернистого оборотного лома. Установлено, что использование в металлошихте  жидкого чугуна с содержанием серы до 0,015 % и оборотного низкосернистого лома в количестве 50 % от общей его массы обеспечивают стабильный химический состав стали и максимальный выход годных непре-рывнолитых слябов (98 %).

     Во  втором варианте в отличие от первого  наблюдался некоторый рост исходного  содержания серы в металле на повалке  конвертера из-за отсутствия в металлошихте низкосернистого оборотного лома. В третьем варианте использовали глубокодесульфурированный чугун, двойное скачивание шлака, низкосернистый лом в металлошихте. В результате исследования установлено, что внедрение третьего варианта технологии внепечной обработки снижает текущие затраты относительно первого варианта в два раза. Благодаря производству трубного металла в конвертерном цехе с использованием ТШС и ковшей с основной футеровкой нижний предел по содержанию серы в готовой стали дополнительно уменьшился до 0,004 %, повысилась усвояемость алюминия, марганца и кремния в жидкой стали в процессе корректировки её химического состава. Наряду с указанными преимуществами необходимо обратить внимание на уровень изменения тепловых потерь и способы их компенсации.                                                                                       
 
 

                                                                                                                   Таблица 1

Сравнительные показатели внепечной обработки  трубной стали группы ГФБ в 350-т ковшах

     Уменьшение  количества синтетического шлака на плавку и добавка в ковш ТШС (второй вариант) увеличивают потери тепла на нагрев и расплавление ТШС. Отмечено также снижение температуры металла в ковше с 10 (в первом и втором) до 32 °С (в третьем варианте). Установлено, что компенсация потерь тепла путём повышения расхода жидкого чугуна увеличивает энергоёмкость рафинирования по третьему варианту на 55 %. В связи с этим приняты меры для компенсации потерь тепла более рациональными способами [45].

     В условиях кислородно-конвертерного  цеха повышенные потери тепла компенсируются путём подогрева огнеупорной  футеровки сталеразливочного ковша  до 800 °С. Для этого стенды в ковшовом пролёте оборудованы высокотемпературными горелками, а сталеразливочные ковши снабжены специальными крышками для утепления. Использование указанных мероприятий снижает до минимума потери тепла по третьему варианту и повышает эффективность внепечного рафинирования стали.

     Проведены исследования по применению отходов производства вторичного алюминия, содержащих 65-70 % Аl2О3; 2-4 % SiО₂; 2,8-3,2 % СаО. Смесь в ковш подавали одновременно с раскислителями при заполнении его металлом на 1/8 высоты в течение 2...3 мин. Применение ТШС значительно увеличивает степень десульфурации металла; при этом снижается угар кремния и марганца в ковше соответственно на 9,9 и 4,7 %, расход алюминия в слитках уменьшается на 250 г/т [45].

     Обработка металла в ковше ТШС имеет  два основных недостатка: малая (по современным требованиям к качеству металла) степень десульфурации  и нестабильность получаемых при  обработке результатов. Значительным достоинством метода является его простота и доступность, а также возможность эффективно использовать отходы различных производств.

     Так, УНИИМ разработана и внедрена технология обработки стали ТШС, состоящей из извести и отходов  производства алюминия. После сушки  и просеивания (ячейки 50x50 мм) ТШС  загружают в контейнеры и присаживают в ковш сразу после введения раскислителей. В результате в ковше формируется достаточно подвижный шлак, обладающий высокой десульфурирующей способностью и адгезионной способностью по отношению к включениям. В результате среднее содержание серы в готовом металле снизилось с 0,026 до 0,021 % [45].

     Метод расплавления в отдельном агрегате синтетического шлака для последующего слива этого шлака в сталеразливочный ковш постепенно уступает место методу наведения шлака требуемого состава в агрегате внепечной обработки при одновременном перемешивании и металла и шлака, при этих условиях метод использования ТШС получает самое широкое развитие.

     Продолжаются  исследования в направлении поиска путей повышения эффективности  использования шлаковых смесей. Известно, что более интенсивное перемешивание позволяет получать более высокую степень десульфурации. Исследования проводили используя 6-т ковш с доломитовой футеровкой. После расплавления и нагрева до 1730-1770 ⁰ С в 12-т электропечи металл выпускали в ковш, одновременно присаживая на струю шлакообразующую смесь. Использовали шлаковые смеси, изготовленные из CaO, CaF₂ и гранул алюминия. После обработки аргоном в течение 4-6 мин металл вновь возвращали в печь для дополнительного нагрева. Опробовано семь способов перемешивания газом: через пористую пробку в днище ковша, через пористую пробку и крышку на ковше, при помощи пульсирующего потока газа, через фурму сверху и пористую пробку в днище, через сопла в боковой стенке, при помощи вращающейся фурмы. Установили, что при таком способе можно снизить содержание серы с 0,025-0,03 до 0,001 %, причём половина всего количества серы удаляется во время выпуска стали. Установлено, что для получения наилучшего результата наиболее подходит шлак, формирующийся из смеси 72 % СаО, 18 % CaF₂ и 10 % гранул алюминия, которую необходимо присаживать в ковш во время выпуска, а печной шлак при этом нужно отсекать; должна быть 0,001, а способ перемешивания должен обеспечивать воспроизводимые условия перемешивания при его высокой интенсивности [45].

     Вследствие  того, что шлакообразующая смесь содержит алюминий гранулированный, металл в печи перед выпуском не перегревали. Затраты тепла на нагрев и плавление смеси полностью компенсировались теплом, выделяющимся при окислении алюминия. Шлак при плавлении шлакообразующей смеси имел следующий химический состав, %: СаО - 41,62; - 9,85; А1₂О₃ - 39,26; FeO - 1,20; Fe₂О₃ - 0,51; MnO - 2,19; MgO - 5,10;           S - 0,53 (пробы отбирали из сталеразливочного ковша в конце выпуска) [57].

     В результате внепечной обработки  степень десульфурации металла составила в среднем 30 % (22-54 %). Макроструктура была удовлетворительной. Результаты оценки микроструктуры показали, что в рафинированном металле преобладает природное зерно балла 8, а в металле текущего производства - балла 7. Это свидетельствует о более высокой раскисленности опытного металла (0,022 % А1_ост) по сравнению с обычным (0,0018 % А1_ост) [57].

     Установлено, что применение алюминия гранулированного при внепечной обработке повышает пластические свойства готового металла: относительное удлинение и сужение в среднем соответственно на 1,8 и 6,1 % выше, чем у стали, выплавленной по обычной технологии. Кроме того, при равных значениях временного сопротивления и предела текучести ударная вязкость стали в продольном и поперечном направлении в среднем на 10,4 и 8,4 % выше, чем у стали без шлаковой обработки [57].