ТЕХНОЛОГИЯ ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ И НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЧИСТОЙ СТАЛИ

Вакуумная обработка производится в ковше с основной доломитовой футеровкой с углеродистой связкой. В шлаковой зоне стенок используются магнезиальноуглеродистые блоки. Метровая свободная зона футерована обожженным доломитом. Плавка продувается через 3 пористые пробки в днище ковша. Максимальная интенсивность продувки составляет 0,6м3/мин Аг через каждую пробку. Это позволяет продувать максимальное количество 1,8м3/мин Аг. Такой тип вакуумной обработки отличается тем, что в процессе интенсивной продувки под вакуумом протекает интенсивное взаимодействие металл—шлак вместе с одновременной дегазацией расплавленного металла [1]. Объем продуваемого газа под вакуумом, а также послевакуумная обработка могут быть оптимально приспособлены к соответствующим металлургическим требованиям путем регулирования трех пористых пробок по отдельности. Ниже будут подробно обсуждаться четыре металлургические реакции, одновременно протекающие в процесса дегазации плавки, а также меры, необходимые для производства чистой стали на МНЛЗ.

Десульфурация стали основана на взаимодействии металлшлак. Как правило, ковшовые шлаки представляют собой соединения квази тройной системы Ca0Al203Si02. Чтобы достигнуть оптимальных результатов десульфурации с помощью шлаков этого типа, необходимо приготовить глиноземистый шлак, насыщенный известью [2, 3]. Область нахождения технических ковшовых шлаков в указанной тройной системе показана на рис. 3. Известковонасыщенные технические ковшовые шлаки несколько отличаются от шлака в чистой тройной системе, в частности, они отличаются более высоким содержанием Si02. Так как описание изменения активности шлаков этой системы является очень сложным, так называемый показатель насыщения известью определяется путем определения характеристик ковшовых шлаков. Этот показатель описывает состояние ковшового шлака. Единица отвечает насыщению шлака, а значение меньше или больше единицы характеризует соответственно недостаточное насыщение или пересыщение.

Десульфурацию стального расплава извест ковоглиноземистыми шлаками можно описать с помощью реакции: [S] + 2/3[А1] + (СаО) = (CaS) + 1/ЗА1г03. (1)

Это уравнение позволяет определить потенциал десульфурации (рис. 4). Для исследования соотношения между потенциалом десульфурации и показателем насыщения известью соответствующих ковшовых шлаков были проведены эксплуатационные испытания. Согласно результатам этих испытаний, шлаки, насыщенные известью, имеют самый высокий потенциал. Недостаточно насыщенные или пересыщенные шлаки ведут к снижению потенциала. Следовательно, для производственно надежного достижения максимальных степеней десульфурации необходимо иметь точно выверенный известковонасыщенный покровный шлак.

Для получения известковонасыщенного шлака была разработана следующая специальная рабочая технология. В зависимости от содержания железа в конвертерном шлаке в него вводится требуемое количество извести при выпуске из конвертера. После окончания выпуска расплав продувается в течение 2 мин через фурму для обеспечения полной гомогенизации ковшового покровного шлака. Затем отбирается проба шлака, анализ которого занимает 4 мин. Это означает, что анализ ков 122 шового шлака можно делать в начале проводимой внепечной обработки в установке для вакуумной дегазации и при необходимости можно делать небольшие коррекции для получения известковонасыщенного шлака. Для недостаточно насыщенных шлаков эти коррекции состоят в добавке извести, а для пересыщенных шлаков— в добавке носителей Si02—А12Оэ.

С помощью такой внепечной обработки можно получать степень десульфурации не менее 93 % (рис. 5). Таким способом надежно получается конечное содержание серы ниже 10~3% (по массе) при начальном содержании серы в кислородном конвертере приблизительно 10”2 % (по массе).

Деазагирование. Первые результаты показали, что в процессе вакуумной обработки происходит глубокое деазотирование. Причем оно достигается лучше при низких содержаниях серы.

Экстракция газа из расплава, то есть деазотирование, происходит преимущественно при подъеме пузырьков аргона в жидкой стали. Экстракцию газа из расплава можно описать следующим образом. На дне ковша парциальное давление азота в пузырьках аргона равно нулю. Из жидкой стали азот будет переноситься в пузырьки до тех пор, пока, согласно закону Сивертса, парциальное давление в пузырьке аргона не придет в равновесие с содержанием газа в жидкой стали. Так как на дне ковша общее давление высокое благодаря ферростатическому напору, лишь небольшое^ количество азота будет переходить в пузырьки. При подъеме пузырьков ферроста тическое давление вокруг них постепенно понижается, поэтому происходит перенос азота из расплава в пузырьки.

Перенос азота между жидким металлом и вдуваемыми газовыми пузырьками можно соответственно представить с помощью модели смешанного контроля, которая учитывает две элементарных ступени: перенос жидкой фазы и реакцию на поверхности раздела.

Совместно с IRSID (Французский НИИ черной металлургии) была разработана модель, которая описывает дегазацию при вакуумной обработке с помощью этой модели смешанного контроля, при этом учитывается гидродина? мика поднимающихся пузырьков аргона, а также влияние поверхностноактивных элементов— серы и кислорода.

Для сравнения модели с результатами, полученными на установке, были проведены специальные испытания. Эти результаты показали превосходное согласие с моделью. Это означает, что процесс деазотирования можно описать с помощью этой модели. Используя эту модель, можно охватить следующие параметры: исходное содержание азота перед вакууми рованием; объем аргона при продувке и интенсивность продувки; содержание серы, а также кинетику десульфурации при вакуумной обработке; содержание кислорода и глубину вакууми рования.

Представляющем собой типичный пример, показано изменение содержания азота при вакуумировании для содержания 10"3 % (по массе). Видно, что при увеличении объема продувающего аргона происходит значительное снижение содержания азота. Чем выше содержание азота перед вакуумной обработкой, тем оно выше после этой обработки цри постоянном объеме продувающего аргона. Ш этих результатов можно сделать вывод, что перед вакуумной обработкой и при большом объеме продувающего аргона содержание азота должно быть низким, чтобы получить как можно более низкое его содержание после вакуумной обработки.

Влияние содержания серы при вакуумировании. При увеличении содержания серы наблюдается резкое ухудшение процесса деазотирования. Подобные результаты можно видеть для влияния содержания кислорода. Влияние глубины вакуумирования можно описать следующим образом. До давления 1001000 Па снижение содержания азота не происходит, но при более высоких давлениях это снижение < становится заметным.

Изменение содержания азота в процессе выплавки стали При вакуумной обработке в течение приблизительно 10 мин с одновременной десульфурацией среднее содержание азота снижается приблизительно с 5 • 10~3% (по массе) до 3 • 103 % (по массе) (30 ррт). С момента окончания вакуумной обработки до момента отбора конечной пробы из кристаллизатора МНЛЗ содержание азота возрастает примерно на 3 • 10~4 (по массе).

Суммируя изложенное, отметим следующие важные моменты производства чистой стали: корректировка покровного шлака, насыщенного известью, в разливочном ковше для достижения максимальной степени десульфурации; при использовании установки для вакууми рования происходит одновременная дегазация, то есть удаляется водород и азот; восстановление покровного шлака разливочного ковша до минимальных потенциалов по кислороду; оптимизированная продувка для рафинирования стали; применение вертикальной установки непрерывной разливки; создание инертной атмосферы в промежуточном разливочном устройстве в начале литья; предотвращение ресульфурации применением основной футеровки промежуточного разливочного устройства; предотвращение повторного окисления применением основной футеровки промежуточного разливочного устройства; точная настройка центрирования конусности для сведения к минимуму ликвации по центру; оптимизированные температуры поверхности ручья для предотвращения образования поперечных трещин.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 3, Москва 1994