Специальные рафинирующие переплавные процессы стали

РАФИНИРОВАНИЕ ФЕРРОСПЛАВОВ ОТ ПРИМЕСЕЙ

В ферросплавах присутствуют две группы примесей: вредные (S, P, As, примеси цветных металлов) и нежелательные (С, Si, Al, газы).

Источником вредных примесей являются шихтовые материалы, а присутствие нежелательных примесей обусловлено технологией производства ферросплава.

Низкое содержание вредных примесей в ферросплавах, как правило, достигается использованием для их производства чистых шихтовых материалов. Если исходная руда содержит много вредных примесей, то на стадии подготовки ее к плавке стремятся создать условия для максимального их удаления. В частности, при пирометаллургической и химической подготовке марганцевых руд существенно снижается содержание в руде фосфора. Для снижения содержания серы титановые концентраты подвергают окислительному обжигу.

Поведение вредных примесей в плавильном агрегате обусловлено конкретными физико-химическими особенностями восстановительного процесса. В восстановительных условиях фосфор и сера восстанавливаются полностью. Фосфор в металл переходит на 60–80 %, остальные – в газовую фазу. Сера переходит в металл на 0,6–10 %, остальное в шлак и газовую фазу.

Снижению содержания фосфора в металле в процессе выплавки сплавов способствует обработка расплава щелочно-земельными, редкоземельными элементами, введение в зону восстановления паров воды. Снижению содержания серы способствуют перечисленные выше факторы, а также повышение основности шлака введением флюсов (извести) и обработка расплава сульфидобразующими элементами типа Mn, Si, Al, Ca, Mg, РЗМ. Сульфиды этих элементов нерастворимы в металле и переходят в шлак.

Рафинирование сплавов от цветных примесей возможно в вакууме. Вакуумной обработке подвергают сплавы в твердом и жидком состоянии.

Рафинирование ферросплавов от нежелательных примесей (С, Si, Al) осуществляется вне восстановительного агрегата. Для рафинирования используют обработку расплавов окислительными шлаками, шлаковыми смесями, продувку расплава кислородом. Для обработки применяют различные агрегаты: индукционная печь, конвертер, вакуумная печь сопротивления, печи спецэлектрометаллургии – ЭШП, ВДП, ЭЛП, плазменные печи и др.

Современная техника нуждается в материалах, способных работать в экстремальных условиях − различных температурах, давлениях и агрессивных средах, глубоком вакууме, под действием радиоактивных излучений, резких теплосмен, больших знакопеременных и вибрационных нагрузок.

Современная техника и наука способна это обеспечить. Одним из методов улучшения качества стали после обычного ее получения − мартеновского, конвертерного, электросталеплавильного − является дополнительный переплав, целью которого является изменение структуры, улучшения чистоты стали по содержанию всех ненужных примесей.

Переплавные процессы развивались как четвертая стадия производства стали (считая обогащение руды, доменный, сталеплавильный передел), а затем уже переплав.

Уровень качества легированных сталей и специальных сплавов на основе железа, никеля, кобальта определяется в первую очередь возможностью достижения максимальной чистоты от вредных примесей и неметаллических включений, плотностью и сплошностью металла, а так же предотвращением структурной и химической неоднородности. Особенно высокие требования к качеству металла предъявляются, с одной стороны, к крупногабаритным изделиям из сверхтяжелых слитков или толстолитового проката, и с другой стороны, к качеству металла для производства микропрофилей, микроленты толщи- ной 2-50 мкм, по размерам сравнимых с неметаллическими включениями (1-20 мкм)

Чистота металлургической продукции от примесей и неметаллических включений в основном определяется технологией их выплавки и кристаллизации. Проблема выплавки сталей и сплавов высокой чистоты и качества является одним из самостоятельных направлений современной металлургической науки и техники. Развитие указанного направления привело к созданию новой отрасли − специальной электрометаллургии, включающей различные рафинирующие переплавы: вакуумно-дуговой (ВДП), электрошлаковый (ЭШП), электронно-лучевой (ЭЛП) и плазменно-дуговой (ПДП). Развитие этих процессов связано с увеличением доли производства высоколегированных сталей и сплавов специального назначения (см. табл. 10.1).

Для всех рафинирующих переплавов общими факторами повышения качества металла являются электрический источник тепла, переплав расходуемых заготовок (электродов) в рафинирующей среде, капельный перенос электродного металла, перегрев металла в ванне, последовательная кристаллизация в водоохлаждаемом кристаллизаторе. Вторичные рафинирующие переплавы различаются характером преобразования электрической энергии в тепловую и рафинирующей фазой. Источником нагрева при ВДП является энергия дуги постоянного тока в вакууме 0,65-6,5 Па, горящей в парах металла; при ЭШП − тепло, выделяемое при прохождении тока через расплавленный шлак; при ЭЛП – энергия электронного луча, формируемого в вакууме 0,1-0,001 Па; при ПДП − энергия низкотемпературной плазмы в вакууме или газовой среде. Рафинирующая фаза тоже различна: при ВДП и ЭЛП − это вакуум, при ЭШП − шлак, при ПДП − плазма в комплексе с другими. ЭШП – наиболее многосторонний и гибкий технологический процесс, совмещающий преимущество рафинирования, управления структурой с возможностью изготовления слитков различного профиля и большой массы (до 400 т). ВДП, ЭЛП и ПДП наилучшим образом подходят для рафинирования высоколегированных сталей и специальных сплавов.

В переплавных процессах рафинированию одновременно подвергается не вся плавка, а только ее незначительная часть; затвердевает не весь слиток одновременно, а последовательно небольшие порции металла при высоком температурном градиенте перед фронтом кристаллизации, как при зонной плавке. Развитие конструкций переплавных агрегатов позволяет значительно расширить их технологические возможности, использовать их как первичные агрегаты для выплавки стали и сплавов из различных шихтовых материалов. К числу таких агрегатов относятся вакуумные индукционные печи, плазменно-дуговые печи с керамическим тиглем, электронно-лучевые плавильные установки. Они позволяют в один передел получать продукцию высокого качества.

Дата добавления: 2014-01-04