Современные способы вакуумирования

Рис. 10.1. Различные способы внепечного вакуумирования.

Схема обработки жидкой стали вакуумом была предложена еще Г.Бессемером. Практическое использование метода внепечного рафинирования для повышения качества металла относится к началу 50-х годов. В СССР работы по исследованию влия­ния понижения давления на процессы газовыделения были на­чаты в конце 30-х годов, а первая промышленная установка обработки металла вакуумом в ковше опробована на Енакиевском металлургическом заводе по инициативе ученых ИМет АН СССР А.Самарина и Л.Новика в 1952-1954 гг. Ковш с ме­таллом опускали в камеру, которую затем плотно закрывали крышкой и из закрытой таким образом камеры откачивали воздух.

В настоящее время в промышленно развитых странах ус­пешно работают сотни установок внепечного вакуумирования различной конструкции. Схемы наиболее распространенных конструкций представлены на (рис. 10.1). Самым простым спо­собом является способ вакуумирования в ковше (рис. 10.1).

Недостатком вакуумирования в ковше является невысокая эф­фективность метода при вакуумировании относительно боль­ших масс металла (> 50 т) и неравномерность состава ме­талла в ковше после ввода раскислителей и легирующих вследствие слабого перемешивания всей массы металла. Это­го можно избежать в том случае, когда предусматривается продувка металла в ковше интертным газом или электромаг­нитное перемешивание.

Рис. 10.2. Установка вакуумирования стали в ковше:

1-вакуум-крышка; 2-теплозащитный экран; 3-сталеразливочный ковш; вакуум камера.

При продувке металла инертным газом к обычным потерям тепла при выпуске и выдержке в ковше добавляются потери тепла на нагрев газа, продуваемого че­рез металл. При электромагнитном перемешивании этот недостаток ликвидируется, однако электромагнитное переме­шивание требует более сложного и дорогостоящего оборудо­вания.

В настоящее время наиболее распространены следую­щие способы обработки металла вакуумом в ковше:

1.  Ковш с металлом помещают в вакуумную камеру, орга­низуют перемешивание металла инертным газом, раскислители вводят в ковш из бункера, также находящегося в вакуумной камере. Этот метод часто называют ковшевым вакуумированием (рис. 10.2).

2.  Металл вакуумируют при переливе из ковша в ковш или из ковша в изложницу, т.е. обработке вакуумом подвергает­ся струя металла (метод называют струйным вакуумированием или вакуумированием струи).

3. Металл под воздействием ферростатического давления засасывается примерно на 1,48 м (рис. 10.3) в вакуумную камеру, которую через определенные промежутки времени поднимают, но так, чтобы конец патрубка все время оста­вался опущенным в металл в ковше. Металл из камеры слива­ется по патрубку в ковш, затем камеру опускают и под дей­ствием разрежения в нее засасывается очередная порция металла (метод называют порционным вакуумированием). В некоторых случаях поднимают и опускают не вакуумную каме­ру, а ковш с металлом, а камера остается неподвижной.

Этот способ часто называют также способом DH — по пер­вым буквам предприятия Dortmufld-Horder, ФРГ, где он был осуществлен впервые (рис. 10.3).

Рис.10.3. Схема процесса порционного вакуумирования(DH-процесс)

4. Два патрубка вакуумной камеры погружают в металл; при вакуумировании порция металла засасывается в вакуум­ную камеру (рис. 10.4).

Рис.10. 4. Схема процесса циркуляционного вакуумирования(RH-процесс)

В один из патрубков начинают по­давать инертный газ, в результате чего металл в этом патрубке направляется вверх, в вакуум-камеру, а по дру­гому - стекает вниз, в ковш. Происходит циркуляция метал­ла через вакуум-камеру. Способ этот называют циркуляци­онным вакуумированием (или RH-процессом — по первым буквам предприятия Ruhrstahl-Heraeus, ФРГ, где процесс был осуществлен впервые). Заслуживает особого упоми­нания метод непрерывного (по­точного) вакуумирования при разливке, разработанный в Ли­пецком политехническом инсти­туте под руководством проф. Г.А.Соколова и внедренный на НЛМК. 

Рис.10.5. Схема установки поточного вакуумирования:

1-сталеразливочный ковш; 2-вакуумная камера; 3-промежуточный ковш; 4-кристализатор.

Рис.10.6. Метод пульсационного перемешивания металла в ковше (РМ-процесс)

В основу метода положен принцип вакуумной дегазации струи и слоя металла в проточной камере, расположенной между сталеразливочным и промежуточным ковшами (рис.10.5). Рафинированная сталь поступает в промежуточный ковш по металлопроводу, погруженному под уровень металла.

Досто­инствами метода является одновременное решение проблем:

1) вакуумирования в потоке;

2) защиты струи от вторичного взаимодействия с атмосферой;

3) повышение эффективности вакуумирования в результате движения струи через вакуумированное пространство, при котором происходит ее раскрытие и раздробление на капли, а также увеличение поверхно­сти контакта металл—газовая фаза (вакуум).

Методы вакуум­ной обработки стали непрерывно совершенствуются, предла­гаются новые решения, позволяющие получать металл высоко­го качества с использованием более простых методов. При­мером может служить разработанный на одном из японских заводов метод, названный методом РМ (Pulsation Mixing — пульсирующее перемешивание), схема которого показана на рис. 10.6. На установке такого типа обрабатывают 100-т плавки конвертерного металла. Сущность метода заключается в переменном включении и выключении подачи аргона и ваку­умного насоса, вследствие чего металл в цилиндре (и в ковше) интенсивно пульсирует, что обеспечивает высокую степень его рафинирования. Достоинство установки — воз­можность высокоэффективной работы без глубокого вакуума.