Общие основы внепечного рафинирования. Внепечная обработка стали.

С помощью внепечной обработки стали достигаются лучшие показатели пластичности металла, а также уменьшается анизотропия физико-механическая показателей проката и слитка. Это достигается за счет снижения нежелательных примесей, неметаллических включений и газов. Между тем, было замечено, что часто после внепечной обработке стали улучшение свойств этого металла наблюдается без изменения его состава, то есть содержание в нем неметаллических включений и газов остается прежним. Именно этот момент стал в последние годы основанием для проведения ряда исследований.

Во всех случаях внепечной обработке стали, расплавленный металл интенсивно и длительно подвергается перемешиванию. Принято считать, что это приводит к росту макро - однородности расплава металла по температуре и составу. Однако существует мнение, что при длительном перемешивании расплавленного металла достигается также и микро равновесие расплавленной стали. Возможно, что состояние расплава, приближенное к микроскопическому равновесию повлечет за собой изменения структурно-чувствительных (физических свойств стали) и улучшит качественную характеристику рафинированного металла. К сожалению, исследований для определения физических свойств и качеств металлических расплавов до внепечной обработке стали и после нее, сделано недостаточно.

Известно, что качество металла, напрямую зависит от продолжительности продувки. С увеличением времени продувки макроструктура поперечных темплетов, становится более однородной и плотной. При этом уменьшается усадочная рыхлость и центральная пористость стали. Неметаллические включение в сталь, становятся более мелкими и количество их снижается. Исследуя с помощью электронных микроскопов изломы поперечных и продольных образцов, показали, что до продувки на плавках вместе с вязкими, находится и довольно крупные участки хрупкого разрушения. Это связано с наличием достаточно крупных, неметаллических включений. После того, как металл продувают газом, число включений в ковше резко уменьшается. Эти наблюдения значительно обусловливают повышение качества стали после продувки газом. Длительность обработки изменяет физические свойства стали, поэтому можно выбирать оптимальные значения плотности, вязкости расплава, которые зависят от продолжительности обработки.

 

Внепечное рафинирование стали

Если еще 20 лет назад все процессы рафинирования осущест­влялись непосредственно в сталеплавильных агрегатах, то в на­стоящее время многие из этих функций вынесены из агрегата в ковш. В цепочке выплавка стали в агрегате—разливка стали появилось промежуточное звено—внепечная обработка стали. Все современные сталеплавильные цехи в большей или меньшей степени оборудованы различными установками для рафинирова­ния стали в ковше. В задачи отделений внепечной обработки стали входят раскисление, легирование, усреднение металла по составу и температуре, десульфурация, дегазация и модифици­рование. (Под модифицированием понимают введение микродобавок, изменяющих структуру металла, а также состав, свойства и форму фаз, выделяющихся при кристаллизации и даль­нейшем охлаждении стали).

Выпуск стали в ковш. После окончания плавки стали в аг­регате ее выпускают в предварительно подогретый сталеразливочный ковш. Он представляет собой сварной или клепаный металлический кожух в форме усеченного конуса, футерован­ный внутри огнеупорным кирпичом (обычно шамотным). Ковш оборудован стопорным механизмом или шиберным затвором.

Продувка стали в ковше инертным газом. Задачей этого ме­тода обработки является, в первую очередь, усреднение объема металла по составу и температуре, а также частичная дегаза­ция и очищение стали от неметаллических включений. Продувку осуществляют либо через пористые пробки в днище ковша, либо через специальные фурмы, вводимые в расплав сверху. В каче­стве рабочего газа используется аргон. Про­дувка длится 5—8 мин. Это обеспечивает полное выравнивание состава металла и темпера­туры, примерно вдвое снижает содержание неметаллических включений и на 25... 35 % уменьшает водород в стали.

Обработка стали синтетическими шлаками. Для борьбы с серой в ряде сталеплавильных цехов при­меняется обработка стали в ковше синтетическим шлаком. С этой целью в специальной электропечи выплавляют шлак, об­ладающий высокой сорбционной способностью по отношению к сере (хорошо поглощающий серу). Этот шлак в количестве 3...5% от массы ме­талла заливают в сталеразливочный ковш и на него выпускают металл из сталеплавильного агрегата. Падая с большой высоты, металл интенсивно перемещается со шлаком, и капли последнего всплывают в металле. Этим достигается большая поверхность взаимодействия, что способствует быстрому протеканию про­цесса. Этот способ обеспечивает снижение содержания серы в металле в 2... 3 раза.

Продувка металла порошкообразными материалами. В на­стоящее время этот метод используется для глубокой десульфу­рации стали. Это позволяет получать сталь с очень низким (0,003 % и ниже) содержанием серы.

Вакуумирование стали. Основной задачей вакуумной обра­ботки является дегазация стали.1

Получение ферросплавов.

Ферросплавы — сплавы железа с другими элементами (Cr, Si, Mn, Ti и др.), применяемые главным образом для раскисления и легирования стали (напр., феррохром, ферросилиций). К ферросплавам условно относят также некоторые сплавы, содержащие железо лишь в виде примесей (силикокальций, силикомарганец и др.), и некоторые металлы и неметаллы (Mn, Cr, Si) с минимальным содержанием примесей. Получают из руд или концентратов в электропечах или плавильных шахтах (горнах). Как правило, стоимость металла в виде ферросплава ниже, чем стоимость его в чистом виде. Это связано, в частности, с тем, что руда обычно содержит — в том или ином виде — железо, при переработке переходящее в сплав вместе с основным компонентом, и технологическая схема получения ферросплава оказывается одним из самых коротких и дешевых путей переработки сырья. В то же время для получения чистого сплава в технологию приходится вводить дополнительные этапы, усложняющие процесс и увеличивающие затраты. При этом получение железистого металла может быть либо полностью исключено либо являться одним из промежуточных этапов, когда получаемый передельный ферросплав перерабатывается на чистый металл. При восстановительной плавке железо, растворяя основной элемент, снижает его активность, понижает температуру плавления сплава. При легировании и раскислении стали и сплавов использование легирующего элемента в виде ферросплава повышает его усвоение расплавом, снижает угар.

Ферросплавное производство, получение ферросплавов на специализированных заводах чёрной металлургии. Наиболее распространён электротермический (электропечной) способ получения ферросплавов (т. н. электроферросплавов); по виду восстановителя он разделяется на углевосстановительный, которым получают углеродистые ферросплавы (5–8% С) и все кремнистые сплавы, и металлотермический (к нему условно относят и силикотермический), которым получают сплавы с пониженным содержанием углерода (0,01–2,5% С).Углевосстановительным процессом (см. Карботермия), осуществляемым главным образом в руднотермических печах мощностью 16,5–72 Мва, получают ферросилиций, кристаллический кремний, силикоалюминий, силикокальций, ферросиликокальций, силикомарганец, силикохром, углеродистый ферромарганец и феррохром, феррофосфор, комплексные сплавы на кремнистой основе, а также низкофосфористый марганцевый шлак; производство доменных ферросплавов очень незначительно по масштабам и постоянно сокращается (бедный ферросилиций и ферромарганец), т.к. они больше загрязнены примесями и стоят дороже электроферросплавов.

Низкоуглеродистые (рафинированные) ферросплавы получают в дуговых (рафинировочных) электропечах мощностью 2,5–5,5 Мва металлотермическим способом (см. Металлотермия). силикотермическим (см. Силикотермия) – низко- и безуглеродистые сплавы марганца и хрома, феррованадий (в шихту добавляют алюминий), ферровольфрам (в шихту добавляют коксик), силикоцирконий, алюминотермическим (см. Алюминотермия) – металлический хром, безуглеродистый феррохром, феррониобий, ферробор, силикоцирконий, различные лигатуры с редкими и редкоземельными металлами. Среднеуглеродистый феррохром получают также в конвертерах с кислородным дутьём (из углеродистого феррохрома). Для получения азотсодержащих (азотированных) сплавов марганца, хрома и ванадия применяют электропечи сопротивления и индукционные печи. Внепечным алюминотермическим способом выплавляют ферротитан, металлический хром и ванадий, внепечным силикотермическим способом – ферромолибден (в шихту добавляют алюминий).