Размещено на http://www.allbest.ru/

Процесс циркуляционного вакуумирования с подачей кислорода

Первое промышленное оборудование для циркуляционного вакуумирования стали (RH-процесс, RH) было введено в эксплуатацию в 1959 г. в Германии. Аббревиатура RH составлена из первых букв в названиях фирм «Ruhrstahl» (металлургическое предприятие) и «Heraeus» (производитель вакуумных насосов).

В настоящее время RH-процесс используется преимущественно в кислородно-конвертерных цехах. Как правило, установки RH имеют оборудование для ввода в металл внутри вакуумной камеры раскислителей и легирующих. Ферросплавы подают через вакуумный затвор без изменения давления в камере. Наличие такого оборудования позволяет решать следующие задачи:

· обезуглероживание металла при производстве низкоуглеродистых марок стали и стали с ультранизким содержанием углерода;

· удаление водорода и корректировка химического состава стали.

Схема оборудования установки RH показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема оборудования установки RH: 1-вакуумная камера; 2-ковш; 3-система подачи легирующих; 4-телевизионная камера; 5-графитовый стержень; 6-подача аргона; 7-охладитель газа; 8-шарнирное соединение; 9-пароэжекторный насос; 10-конденсатор влаги; 11-водокольцевой насос; 12-клапан для рециркуляции отходящих газов; 13-дожигание оксида углерода; 14-водосборник

Металлургические процессы протекают в предварительно нагретой, футерованной вакуумной камере, к днищу которой крепятся два футерованных изнутри и снаружи патрубка. В верхней части камеры расположен газоотводящий канал, который через охладитель газов соединен с вакуумными насосами.

В начале обработки патрубки вакуумной камеры погружают в металл на заданную глубину, после чего включают вакуумные насосы. Благодаря разнице между атмосферным давлением и давлением внутри вакуумной камеры металл поднимается вверх, заполняет патрубки и поступает в вакуумную камеру. Глубина погружения патрубков должна обеспечивать высоту слоя металла над поверхностью футеровки днища камеры около 0,3 м. При низком давлении над поверхностью расплава внутри вакуумной камеры протекают процессы вакуумно-углеродного раскисления, удаления водорода и азота путем диффузии к поверхности металла, адсорбции, молизации и десорбции в газовую фазу.

Для дегазации всего количества металла в ковше и равномерного распределения в нем раскислителей и легирующих металл должен непрерывно циркулировать из ковша в вакуумную камеру и обратно. С этой целью через тонкие трубки, заложенные в футеровку одного из патрубков, внутрь его подают аргон. При этом объемная плотность газо-металлической смеси в нем становится меньше плотности металла во втором патрубке, а высота металла над подводящим патрубком увеличивается. Через него в камеру непрерывно поступают порции металла, который подвергается дегазации и через отводящий патрубок возвращается в ковш.

Подача раскислителей и легирующих на чистую от шлака поверхность металла внутри вакуумной камеры обеспечивает высокое и стабильное их усвоение. Внутри камеры эти добавки растворяются и вместе с вытекающим из нее металлом попадают в ковш. Для усреднения химического состава металла в ковше обычно требуется не более трех минут.

В качестве примера на рисунке 2 показан поперечный разрез вакуумной камеры установки RH для обработки стали в 100-т ковше.

Рисунок 2. Конструкция вакуумной камеры установки RH для обработки стали в 100-т ковше

Камера представляет собой вытянутый цилиндр из двух частей, соединенных с помощью фланца. Общая высота камеры определяется высотой взлета брызг металла, которая при обработке нераскисленной стали может достигать 10 м. По этой причине высота камер установок RH для обработки металла в ковшах вместимостью 100 - 340 тонн обычно составляет 10 - 11 м.

Рабочий слой футеровки камеры выполнен из магнезитохромитового кирпича на прямой связке из предварительно переплавленных или спеченных материалов. Для тепловой изоляции различных участков камеры использован высокоглиноземистый, шамотный или силикатный кирпич.

Подводящий и отводящий патрубки соединены с нижней частью камеры при помощи фланцев. Для их футеровки также использован магнезитохромитовый кирпич на прямой связке из предварительно переплавленных или спеченных материалов. Футеровка нижней части патрубков снаружи и внутри выполнена с использованием набивных или литых высокоглиноземистых масс, усиленных иглами из нержавеющей стали.

Для ввода аргона в подводящий патрубок обычно используют 8 - 20 трубок из нержавеющей стали внутренним диаметром около 3 мм (рис. 3).

Расход аргона на каждую трубку регулируется раздельно, что позволяет избежать прекращения подачи аргона при засорении одной из труб.

Чтобы избежать образования настылей на внутренней поверхности стенок вакуумной камера ее футеровка перед началом эксплуатации должна быть нагрета до 1400 - 1500^оС. В настоящее время с этой целью используют электрообогрев камеры с использованием графитового стержня. Температурно-временной режим разогрева футеровки представлен на рис. 4.

Установки RH могут иметь одну вакуумную камеру или две вакуумные камеры с общей системой пароэжекторных насосов.

Рисунок 3. Схема ввода аргона в подводящий патрубок установки RH

Рисунок 4. Температурно-временной режим разогрева камеры установки RH

Опускание вакуумных камер в металл и их подъем осуществляется при помощи вращающейся рамы (рисунок 5) или тросов в устройствах блочного типа (рисунок 6). Значительно реже используются установки блочного типа, в которых опускание и подъем вакуумной камеры осуществляются при помощи четырех гидроцилиндров.

Рисунок 5. Схема установки RH с вращающейся рамой

Для быстрой замены вакуумных камер разработаны конструкции установок RH, в которых камера установлена на тележке, а ковш поднимают и опускают при помощи гидроцилиндров (рисунок 7).

Рисунок 6. Схема установки RH блочного типа

Рисунок 7. Схема установки RH с быстрой заменой вакуумной камеры

При отливке на МНЛЗ слябов из низкоуглеродистой стали и стали с ультранизким содержанием углерода возникали ситуации, когда время между выпусками металла из сталеплавильных агрегатов превышало длительность разливки ковша. Это не позволяло организовать разливку методом «плавка на плавку».

В связи с этим возникла необходимость в наличии между сталеплавильным агрегатом и МНЛЗ оборудования, которое позволяло бы сократить продолжительность плавки, проводя заключительный этап обезуглероживания в ковше. Кроме того, оно должно было обеспечивать возможность нагрева металла при возникновении нарушений в работе МНЛЗ. С этой целью существующие установки RH были оборудованы устройствами для продувки металла кислородом.

Впервые возможность продувки металла кислородом была реализована в процессе RH-OB, в котором по аналогии с конвертером AOD вблизи днища камеры были установлены две фурмы типа «труба в трубе». Для охлаждения фурм использовали аргон, расход которого во время вакуумной обработки без вдувания кислорода составлял 260 нм³/ч, при вдувании кислорода - 100 - 180 нм³/ч. В промежутках между обработками фурмы продували азотом с расходом 180 - 260 нм³/ч. Потребность в большом количестве охлаждающего газа была серьезным недостатком процесса.

Для снижения расхода охлаждающего газа фирмой «Кавасаки стил» (Япония) разработан процесс KTB (Kawasaki Top Blowing). В этом процессе для продувки металла кислородом использована фурма, которая опускается внутрь вакуумной камеры через водоохлаждаемый затвор в верхней части газохода (рисунок 8).

Рисунок 8. Схема процесса KTB

Перед началом обработки ковша фурму опускают в вакуумную камеру и устанавливают в верхнем положении. Одновременно с включением вакуумных насосов через фурму начинают продувать азот с расходом 30 нм³/ч. При давлении в камере менее 20 кПа начинают подачу кислорода, после чего фурма автоматически опускается в рабочее положение.

Образующийся при обезуглероживании СО в верхней части камеры дожигается до СО₂. Эта реакция сопровождается выделением большого количества тепла, в связи с чем потери тепла металла излучением в этом процессе меньше, чем при обычной обработки.

Опыт эксплуатации установок RH-KTB показал, что они позволяют получать ультранизкие концентрации углерода в металле при исходном его содержании до 0,05 - 0,06% без увеличения длительности внепечной обработки. В качестве примера в таблице 1 приведены сведения о продолжительности технологических операций при обезуглероживании металла в 150-т ковшах на установках RH и RH-KTB.

При производстве низкоуглеродистой стали обезуглероживание металла продувкой аргоном вели в течении 15 минут при давлении в камере не ниже 8 кПа. После этого провели отбор пробы металла для химического анализа, замеры температуры и активности кислорода. По результатам замеров провели расчет количества алюминия, которое необходимо для раскисления и химического нагрева. После подачи алюминия металл продули кислородом. По окончанию продувки повторно провели замеры температуры и активности растворенного в металле кислорода.

В описанном примере скорость нагрева металла была равной 7,1^оС/мин, расход алюминия - 0,031 кг/(т*^оС), кислорода - 0,019 нм³/(т*^оС).

Описанная выше технология получила название прямого химического на-грева. Нагрев металла может также выполняться путем переокисления расплава продувкой кислородом и последующего ввода алюминия.

Наличие в цехе установок RH с оборудованием для продувки металла кислородом позволяет:

· организовать производство стали с ультранизким содержанием углерода при концентрации его на выпуске из сталеплавильного агрегата до 0,05 - 0,06%;

· заменить некоторые дорогостоящие низкоуглеродистые ферросплавы более дешевыми углеродистыми (например, FeMn);

· уменьшить затраты времени на обезуглероживание металла;

· вести химический нагрев металла за счет тепла реакции окисления алюминия прямым химическим нагревом или нагрева переокислением.

Библиографический список

циркуляционный вакуумирование аргон установка

1. Кудрин В.А. Теория и технология производства стали: Учебник для вузов. -- М.: «Мир», ООО «Издательство ACT», 2003.-- 528с., ил.

2. Поволоцкий Д.Я., Кудрин В.А., Вишкарёв А.Ф. Внепечная обработка стали: Учебник для вузов. -- М.: МИСИС, 1995. -- 256 с.

3. Баптизманский В.И., Величко А.Г., Исаев Е.И. Внепечная обработка стали: Учеб. пособие - К.: УМК ВО, 1988. - 52 с.

4. Лузгин В.П., Сёмин А.Е., Комолова О.А. Теория и технология металлургии стали. Внепечная обработка стали: Учебное пособие. -- М.: МИСиС, 2010. -- 72 с.

Размещено на Allbest.ru