ГЛУБОКОЕ РАФИНИРОВАНИЕ ЖИДКОЙ СТАЛИ ОТ НЕМЕТАЛЛЕПШСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ ПУТЕМ ФЛОТАЦИИ И ФИЛЬТРАЦИИ
Рассмотрены возможности глубокого рафинирования стали от первичных и вторичных неметаллических включений путем организации потоков металла и ассимилирующей фазы и фильтрации жидкого металла керамическими фильтрами. Приведены результаты лабораторных исследований фильтрации низкоуглеродистой стали, раскисленной алюминием, пеноканальными фильтрами из оксида алюминия; промышленных испытаний различных типов фильтров при непрерывной разливке раскисленной алюминием низкоуглеродистой стали. Показаны конструкции перегородок в промковше и расположение фильтров в перегородках.Требования к чистоте стали по неметаллическим включениям продолжают повышаться. Избежать увеличения числа включений позволяет диффузионное раскисление стали восстановительным газом, в вакууме, монолитным углеродным блоком, а также уменьшение вторичного взаимодействия расплава с атмосферой.
Однако перед кристаллизацией металла для дополнительного удаления включений можно применять только их флотацию и фильтрование из расплава, что особенно важно при переносе окончательного раскисления и легирования ближе к стадии затвердевания, например, в промежуточный ковш и кристаллизатор при непрерывной разливке.
Установлено [1], что достаточно полная стабилизация содержания общего кислорода, алюминия и марганца в жидкой стали в сталеразливочном ковше наступает только через 10 мин выдержки после окончания продувки аргоном. Т.е. продолжается процесс удаления неметаллических включений. При этом фактическая активность кислорода в расплаве (510“3%) существенно выше равновесной с растворенным алюминием (2 • 104 %), что свидетельствует о значительном избытке кислорода в растворе, который после последующих переливов металла и снижения его температуры послужит источником новых включений.
В отличие от рафинирования в сталеразливочном ковше промежуточный ковш является агрегатом проточного типа; время прохождения металла в нем лимитируется скоростью разливки. Качество конечного продукта может ухудшаться при прохождении потока жидкой стали через промежуточный ковш изза нежелательных характеристик потока, а именно [2] : недостаточное время нахождения разливаемой стали в промежуточном ковше, не позволяющее неметаллическим включениям всплыть на поверхность ванны; волнообразная поверхность металлической ванны, увеличивающая площадь поверхности реагирования стали с окружающей атмосферой, что приводит к повышенным теплопотерям и повторному окислению жидкой стали; наличие зон застоя, ухудшающих химическую гомогенность и теплообмен, приводящий к неустойчивости температуры стали, выходящей из промежуточного ковша.
Потоки и температура металла в промежуточном ковше, а также распределение включений в объеме и на поверхности расплава описываются по моделям, предложенным в работе [3] , где показано, чо оптимальным модификатором потоков металла в промежуточном ковше является совместная установка в нем порога и перегородки в строго определенных местах. В результате этого путь металла и время пребывания его в промежуточном ковше увеличиваются, размеры и количество застойных зон уменьшаются, образуются восходящие потоки металла, способствующие ассимиляции включений шлаком, температура металла имеет минимальные колебания. При этом доля включений уменьшается в 1,7 раза. Мелкие частицы (до 80мкм) концентрируются на 75% перед перегородкой с порогом, а после прохождения металла через модификаторы их остается в расплаве ~60 %. Крупные частицы (80—120 мкм) на 50% адсорбируются шлаком до системы перегородок и далее, проходя их, удаляются в шлак на90%.
Установка перегородок с отверстиями, организующими восходящие и перекрестные потоки металла под оптимальными углами, а также размещение в перегородках фильтров [4] увеличивает степень рафинирования, число крупных включений (>100 мкм) становится в 8—10 раз меньше.
Имея развитую поверхность, фильтры создают значительную площадь для задержания включений — особенно мелких. Физические основы процесса фильтрации и его механизм, включающий механическое отделение фильтруемых частиц и молекулярное взаимодействие их с материалом фильтра, подробно рассмотрены в работе [5]. Для жидкой стали нашли применение канальные, пенные и насыпные фильтры. Сечение фильтров определяется количеством подлежащей фильтрации жидкой стали и заданной степенью ее чистоты, толщина фильтра обусловлена напором жидкого металла.
Исследованы также способы перелива металла через фильтрующий канал и отбора проб металла из промежуточного ковша, через набор фильтров.
В промышленных условиях (ККЦ2 НЛМК) проведено рафинирование стали 08Ю и 08ПС в 23т промежуточных ковшах УНРС путем флотации включений из потоков металла, организованных перегородками с различным видом перепускных отверстий и путем фильтрования через пеноканальные и ячеистоканальные фильтры, установленные в отверстиях перегородок (рис. 2) (фильтры производит НПО мСтройкерамикам). Степень рафинирования
Низкоуглеродистый металл, раскисленный алюминием, поступающий на разливку, имеет содержание кислорода значительно выше равновесного, что является источником образования включений при охлаждении и кристаллизации металла. Дополнительное рафинирование расплава от неметаллических включений целесообразно проводить в промковше путем флотации и фильтрации. Для получения чистой стали необходимо совершенствовать металлургию промковша, применять перегородки с отверстиями, организующими потоки металла в ковше оптимальным способом. Дальнейшее повышение чистоты стали достигается применением пено или ячеистоканальных фильтров в отверстиях перегородок.
СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 3, Москва 1994
