Аргонокислородная продувка.

Влияние продувки металла инертным газом на уменьшение парциального давления монооксида углерода, образующегося при окислении углерода, использовано при разработке тако­го процесса, как аргонокислородное обезуглероживание или аргонокислородное рафинирование (АКР) .

При продувке металла кислородом равновесие реакции [С] + 1/2О_2(г) = СО_г определяется парциальным давлением кислорода и образующегося монооксида углерода. Продувая металл смесью кислорода с аргоном, мы добиваемся "разбав­ления" пузырей СО аргоном и соответствующего сдвига впра­во равновесия реакции. Окислительный потенциал газовой фазы при этом достаточен для проведения реакций окисления примесей ванны.

Для осуществления процесса аргонокислородного рафини­рования создан агрегат, обычно именуемый AOD-конвертер (рис.10.14). Конструкция фурм для подачи смеси аргона и ки­слорода позволяет в широких пределах регулировать соотно­шение О₂:Аг; при этом соответственно меняется окислитель­ный потенциал вдуваемой газовой смеси, вплоть до продувки одним аргоном (обычно в заключительной стадии плавки). Если при этом продувку вести под высокоосновным шлаком, обеспечивается также эффективная десульфурация расплава.

Сравнительная простота организации аргонокислородной продувки, высокая производительность агрегатов и возмож­ность изменять в широких пределах окислительный потенциал газовой фазы (отношение О₂: Аг) приводят к непрерывному расширению сферы распространения этого метода. Этот метод используют для производства не только коррозионностойких, но также и электротехнических, конструкционных и других сталей. Этот метод позволяет получать в конвертере высо­кохромистые стали непосредственно из чугуна с использова­нием в качестве шихтового материала хромистой руды. Жид­кий чугун подвергают внедоменной обработке (обескремниванию, дефосфорации), после чего заливают в конвертер. В процессе продувки в конвертере осуществляют обезуглерожи­вание, десульфурацию и легирование хромом. Часть хрома вводят в металл с феррохромом, а часть - с хромистой рудой, оксиды которой восстанавливаются углеродом чугуна.

Рис.10.14. Кострукция конвертера для аргонокислородной продувки (АКР-процесс;AOD-процесс)

На одном из заводов Японии организовали производство коррозионностойкой стали из расплава никелевых и хромистых руд. Никелевую руду с высоким содержанием железа подвер­гают дроблению, обогащению и предварительному нагреву в смеси с углеродистым восстановителем и в нагретом (~1000 °С) состоянии загружают в рудовосстановительную печь, в которой получают расплав с 13—15 % Ni.

Хромистую руду также подвергают предварительной обра­ботке и в нагретом (~500 °С) состоянии загружают в рудо­восстановительную печь, в которой получают расплав с 40-43% Сг. Расплавы смешивают в ковше и заливают в конвер­тер, в котором подвергают аргонокислородной продувке для получения специальных высокохромистых никельсодержащих коррозионностойких сталей.

По сравнению с известным способом получения таких ста­лей из скрапа по схеме дуговая электропечь — конвертер аргонокислородной продувки затраты энергии в новом про­цессе ниже, содержание неметаллических включений и азота меньше, поскольку используют первородную шихту и не про­исходит образование атомарного азота в зоне продувки.

Обработка стали шлаками

В тех случаях, когда основную роль в удалении примеси выполняет шлаковая фаза, скорость процесса пропорциональ­на величине межфазной поверхности шлак—металл, интенсив­ности и продолжительности перемешивания металла и шлака. На практике используют ряд технологий. Одна из них-использование высокоосновного и малоокисленного конечного шлака электроплавки. Если при этом в электропечи распла­вить лигатуру и смешать ее (вместе с таким шлаком) с ме­таллом, выплавленном в конвертере или мартеновской печи, получается так называемый "совмещенный" процесс (рис. 10.15).

Рис.10.15. Схема совмещенного процесса раскисления, легирования и рафинирования стали.

Падая с большой высоты в ковш, струя металла энергично премешивается с лигатурой и высокоосновным, раскисленным шлаком, происходит раскисление, легирование и десульфурация стали.

Во многих случаях в электропечах просто расплавляют один шлак (основные составляющие СаО и А1₂О₃) и этим шла­ком обрабатывают сталь, выплавленнную в конвертере, мар­теновской или электропечи. Операция называется "обработка металла синтетическим шлаком" (СШ). Такой метод обработки металла был предложен в 1925-1927 гг. нашим соотечествен­ником инж. А.С.Точинским.

В тех случаях, когда по условиям производства нет воз­можности разместить оборудование для расплавления синте­тического шлака, используют метод обработки металла твер­дыми шлаковыми смесями (ТШС). Обычно в состав таких сме­сей входят СаО, CaF₂, алюминиевая стружка и т.п. Эффек­тивность использования ТШС, естественно, ниже, чем жидких СШ. Основное требование к составам ТШС и СШ- минимум оксидов железа (для обеспечения максимального обессери­вающего эффекта).

При обработке металла синтетическим шлаком такого сос­тава (высокая основность и низкая окисленность) протекают следующие процессы:

1. Десульфурация. Обычно после обработки шлаком содер­жание серы в металле снижается до 0,002—0,010 %.

2. Раскисление. Окисленность металла снижается (в полтора—два раза).

3.Удаления неметаллических включений. В тех случаях, когда межфазное натяжение на границе капля синтетического шлака - неметаллическое включение δ_с.ш-вкл меньше, чем межфазное натяжение на границе металл – неметаллическое включение δ_М-вкл т.е. при δ_с.ш-вкл < δ_М-вкл капли син­тетического шлака будут рафинировать металл от включений (капли шлака, всплывая, уносят неметаллические    включе­ния). Соотношение между величинами δ_с.ш-вкл и _М-вкл за­висит от состава включений. Практика показала, что общее содержание неметаллических включений после обработки син­тетическим шлаком уменьшается примерно в два раза. При проведении операции обработки металла шлаком приходится учитывать нежелательность попадания в ковш, в котором производится обработка, вместе с металлом также и шлака из печи или из конвертера.