Обезуглероживание стали при вакуумировании в ковше

Для получения стали с особо низким содержанием углерода используют окислительное рафинирование с одновременным вакуумированием металла в ковше (VOD процесс – от английского Vacuum Oxygen Decarburization), схема которого представлена на рисунке 18.24

Рисунок 18.24 – Схема установки для окислительного рафинирования при вакуумной обработке в ковше: 1 – кислородная фурма; 2 – бункер для присадок; 3 – устройство для измерения температуры и отбора проб; 4 – водоохлаждаемый экран; 5 – ковш; 6 – подвод аргона для перемешивания; 7 – вакуумпровод к насосам; 8 – вакуумная камера; 9 – шиберный затвор; 10 – защитный экран

Для осуществления этого процесса в центре крышки вакуумной камеры вакуумплотно устанавливается подвижная кислородная фурма. Обязательным условием эффективного обезуглероживания является принудительное перемешивание металла, так как при очень низких концентрациях углерода интенсивность образования его оксидов не достаточна для выравнивания состава и температуры стали в объеме ковша. Перемешивание осуществляется продувкой металла аргоном через установленную в днище ковша пористую пробку.

В процессе VOD кислород подается в металл сверху при помощи водоохлаждаемой фурмы. Одним из вариантов этой технологии является процесс ASV (от французского affinage sous vide), в котором для продувки металла кислородом используется неохлаждаемая расходуемая фурма, подаваемая в ковш сверху.

Известны также способы окислительного рафинирования с одновременным вакуумированием металла в ковше, в которых окисление примесей проводят при помощи подачи в ковш твердых окислителей и последующего перемешивания металла и шлака продувкой аргоном.

Окислительное рафинирование металла в вакууме позволяет получать сталь с содержанием углерода 0,002 – 0,005%.

Существенным недостатком рассмотренных выше технологий является необходимость в значительном недоливе сталеразливочных ковшей. Например, по данным ОАО «Северсталь» высота свободного борта ковша должна составлять 1200 – 1300 мм, что позволяет обрабатывать плавки значительно меньшей массы, чем вмещает стандартный сталеразливочный ковш.

Для решения проблемы высоты свободного борта ковша в ОАО «Северсталь» разработан процесс VODF (от английского Vacuum Oxygen Decarburization Full), в котором рабочее пространство вакуумной камеры разделено на две зоны с различным разрежением (рисунок 18.25).

Рисунок 18.25 – Схема процесса VODF: 1 – теплоизоляционная крышка; 2 – надставка; 3 – уплотнения; 4 – сталеразливочный ковш; 5 – вставка; 6 – вакуумная камера

Для разделения рабочего пространства используется надставка с футеро-ванным патрубком, которая опирается на фланец вакуумной камеры с необходимыми зазорами относительно торца и борта ковша. Длина патрубка выбирается таким образом, что при вакуумной обработке нижний его торец погружается в шлакометаллическую эмульсию на определенную глубину и тем самым разделяет рабочее пространство вакуумной камеры на две зоны с различной степень разрежения. При этом разрежение в зоне над надставкой будет выше, чем под ней. При подъеме шлакометаллической эмульсии отсутствие перелива металла через борт обеспечивается за счет эффекта гидравлического затвора, при котором подъем и кипение шлакометаллической эмульсии происходит в основном внутри патрубка.

Опробование этой технологии в конвертерном цехе Череповецкого металлургического комбината ОАО «Северсталь» показало, что она позволяет обрабатывать плавки массой до 375 т вместо обычных 320 – 330 т.