Крупный слиток
СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛ 1.5

Современные сталелитейные цехи для производства крупных кузнечных слитков

Вакуумирование стали в ковше

В современной практике производства широкого спектра марок стали вакуумная обработка является неотъемлемым интегрированным звеном технологического процесса.

До 1990 г. на металлургических заводах Украины были сооружены вакууматоры порционного (DH) и циркуляционного (RH) типов: на металлургическом комбинате «Азовсталь» (DH, кислородно-конвертерный цех), Донецком металлургическом заводе (DH, электросталеплавильный цех), Краматорском машиностроительном заводе «Энергомашспецсталь» (RH, электросталеплавильный цех), Мариупольском машиностроительном заводе «Азовмаш» и Сумском заводе им. Фрунзе (на обоих - в составе установки ASEA-SKF в электросталеплавильном цехе).

В большинстве своем эти агрегаты выведены из эксплуатации и демонтированы. После кризиса 90-х годов на украинских заводах построены и введены в эксплуатацию четыре вакууматора камерного типа VD/VOD (табл.1.7).

Таблица 1.7 - Основные технические параметры вакууматоров камерного типа предприятий Украины, введенных в эксплуатацию с 1999 г.

Основные технические параметры вакууматоров камерного типа предприятий Украины, введенных в эксплуатацию с 1999 г.

Вакуумирование стали в ковше (VD/VOD), является наиболее простым и надежным способом вакуумной обработки жидкого металла. Оборудование камерного вакууматора не контактирует с жидкой сталью, не требует специальных огнеупоров для футеровки камеры, нет необходимости в предварительном подогреве узлов установки, на них не влияет периодичность пользования, что особенно важно при отсутствии поточного производства.

Вакуумной обработке подвергают как нераскисленную, так и раскисленную сталь. Для повышения эффективности вакуумирования применяют перемешивание расплава инертным газом через донные продувочные пробки сталеразливочного ковша, поскольку пузырьки аргона барботирующие расплав в значительной мере способствуют ускорению хода реакций обезуглероживания и дегазации. Кроме того, пневматическое перемешивание обеспечивает усиление взаимодействия высокоосновного рафинировочного шлака с металлом, что благоприятствует десульфурации стали и удалению азота. Таким образом, конечный результат в камерном вакууматоре достигается в ходе одной технологической стадии.

Для достижения необходимого предела содержания водорода в стали (1,5-2,0 ppm), как правило, выбирают путь вакуумирования раскисленной стали в сталеразливочном ковше непосредственно перед разливкой в слитки с применением способов принудительного перемешивания для усиления массообмена между металлом и газовой фазой.

Основная идея технологии вакуумной обработки стали исходит из термодинамической возможности смещения равновесия химических реакций в сторону выделения газообразных продуктов в результате снижения атмосферного давления. Прежде всего, это относится к растворенному в стали водороду, азоту, а также кислороду. При этом в результате химической реакции с углеродом кислород выделяется из расплава в виде оксидов углерода, обеспечивая наряду с раскислением обезуглероживание стали. Данное обстоятельство представляет особый интерес при производстве стали с особо низкой концентрацией углерода, а также высокохромистых низкоуглеродистых сплавов. В последнем случае вакуумирование позволяет избежать чрезмерно высокого перегрева расплава, необходимого для достижения низких концентраций углерода и снижения окисления хрома при атмосферном давлении. При производстве стали с особо низкой концентрацией углерода растворенного в расплаве кислорода недостаточно для проведения глубокого обезуглероживания. Поэтому его вводят в металл под вакуумом через специальную кислородную фурму.

Газообразные продукты реакции окисления углерода выделяются в глубинных слоях расплава и облегчают экстракцию растворенного в металле водорода и азота. Вместе с тем, способ вакуумирования нераскисленной и полураскисленной стали не гарантирует получение низкого содержания газов в готовой продукции в силу ряда причин, одна из которых заключается в том, что после окончания вакуумной обработки, как правило, требуется проведение операций раскисления, легирования и десульфурации. Таким образом, если главной задачей вакуумирования является удаление из металла водорода и азота, то, как правило, вакуумной обработке подвергают глубоко раскисленную сталь непосредственно перед разливкой.

Для обеспечения достаточной площади поверхности раздела взаимодействующих фаз вакуумную обработку раскисленной стали совмещают с продувкой расплава инертным газом. При этом следует отметить, что под вакуумом достижим принципиально новый количественный результат пневматического перемешивания металла инертным газом, так как величина мощности перемешивания при снижении давления до практически достижимых в вакуумной камере значений увеличивается в четыре-пять раз. Следует отметить, что при атмосферном давлении такая величина мощности перемешивания практически недостижима. Поэтому на установке ковшевого вакуумирования необходимо иметь свободный борт сталеразливочного ковша высотой до 600 мм, а в отдельных случаях - до 1000 мм вследствие возможного подъема уровня расплава в ходе вакуумирования.

При обработке стали под низким вакуумом (1 мбар) со держание водорода снижается с 6,0-8,0 до 1,5–2,0 ppm, азота с 80-100 до 70, а при длительном вакуумировании до 40 ppm. Содержание кислорода после вакуумной обработки снижается до уровня 25-30 ppm и менее, то есть существенно повышается чистота стали по оксидными включениями.

Эффективность десульфурации стали существенно повышается в результате перемешивания металла под рафинировочным шлаком в вакууме, что позволяет достигнуть концентрации серы 0,003% и менее.

В состав камерной установки для вакуумирования стали в ковше (VD/VOD) входит: вакуумкамера (чаще стационарная), накатная крышка, система дозирования и подачи сыпучих материалов, вакуумпровод, высокопроизводительные вакуумные насосы и АСУ ТП (рис. 1.5).

Общая схема камерного вакууматора VD/VOD

Рисунок 1.5 – Общая схема камерного вакууматора VD/VOD: 1 – сталеразливочный ковш; 2 – вакуумная камера; 3– крышка вакуумной камеры; 4 – кислородная фурма; 5 – устройство для подачи сыпучих под вакуум

В корпусе вакуумкамеры, которая футерована огнеупорным кирпичом, имеется стенд для размещения сталеразливочного ковша. Корпус оборудован отверстием-мембраной с термодатчиком для аварийного слива стали, соединительным патрубоком вакуумпровода, а также системой подачи азота при разгерметизации. Верхний торец вакуумкамеры имеет уплотнитель для обеспечения надежной герметизации. На рабочей площадке вакууматора устанавливают трайб-аппарат.

Крышка вакуумкамеры установлена на транспортной тележке и может вертикально перемещаться с помощью гидропривода. Крышка вакуумкамеры размещает следующие устройства: защитный тепловой экран с элементами подвода и отвода охлаждающей воды, систему визуального контроля процесса вакуумной обработки, устройство отбора проб и замера температуры, фурму для продувки стали кислородом (VD/VOD), шлюзовые устройства для ввода легирующих и добавок.

Для проведения обработки сталеразливочный ковш с помощью мостового крана помещают в вакуумкамеру. Крышку вакууматора с помощью тележки транспортируют к камере и устанавливают на ней. С помощью вакуумных насосов создают необходимое разрежение и проводят необходимые технологические операции.

Для создания вакуума независимо от типа вакууматора наибольшее распространение получили пароэжекторные вакуумные насосы, которые не содержат движущихся частей, поэтому их работа весьма надежна, а срок службы практически не ограничен; их изготовление не требует дорогостоящих материалов. Ими можно откачивать газы, в том числе агрессивные и загрязненные механическими примесями, без установки специальных фильтров. Они просты в управлении и могут работать как от автономных парогенераторных установок, так и на отработанном паре ТЭЦ и котельных. Масса насосов даже самой большой производительности относительно невелика, они компактны, не требуют мощных фундаментов. Отдельные элементы насоса могут быть закреплены на стенах и колоннах здания цеха, поэтому занимаемая ими полезная площадь невелика. Часто для снижения эксплуатационных издержек систему пароэжекторных насосов дополняют двумя-четырьмя параллельно работающими водокольцевыми вакуумными насосами.

В условиях мини завода, в некоторых случаях, является весьма рациональным применение механических вакуумных насосов, так как для их работы не требуется сооружение парогенератора, который, в свою очередь, является довольно энергоемким агрегатом. Это позволяет существенным образом снизить расходы по переделу вакуумированной стали. Вместе с тем, система механических насосов чувствительна к пыли и температуре, что вызывает необходимость подвергать очистке и охлаждать газ на выходе из вакуумкамеры. Кроме того механические насосы требуют организации обслуживания и ремонта.

Схема компоновки вакуумных агрегатов в сталеплавильном цехе определяется прежде всего объемом и сортаментом вакуумируемой стали, химическим составом жидкого полупродукта, необходимостью выполнения ряда других технологических операций по маршруту внепечной обработки, а также возможностью размещения того или иного типа оборудования. При этом для обеспечения заданной производительности и снижения капитальных затрат возможны следующие варианты компоновки оборудования с одной системой вакуумных насосов:

  • однокамерный вакууматор;
  • двухкамерный вакууматор с одной крышкой;
  • двухкамерный вакууматор с двумя крышками.

Учитывая непрерывно повышающиеся требования к чистоте стали по неметаллическим включениям, содержанию серы и газов, а также однородности крупного слитка все современные цехи оснащены вакуумной техникой- вакууматорами и вакуумными камерами для разливки.

СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛ 1.5

СТАТЬИ

ПОПУЛЯРНОЕ

КОНФЕРЕНЦИИ

КНИГИ