5.1.2 Обработка стали шлаком
Шлак представляет собой ионный раствор различных оксидов и флюсов. Он выполняет несколько функций:
-защищает жидкую сталь от реакций с атмосферой;
-предотвращает повторное окисление;
-снижает контакт с азотом и водородом;
-осуществляет теплоизоляцию;
-служит для сбора включений;
-является средой для десульфурации, раскисления и дефосфоризации. Однако шлак вступает в реакцию с огнеупорами, что вызывает их износ.
Во время внепечной обработки необходимо тщательно контролировать состав шлака, чтобы добиться необходимого содержания включений и состава стали. Кроме того, важными факторами, влияющими на реакции шлака со сталью и огнеупорами, являются плотность, объем (глубина), температура плавления, вязкость и межфазовая энергия шлака.
Многие металлургические предприятия, использующие агрегаты ковш-печь, в качестве рафинировачного шлака используют твердые шлакообразующие смеси (ТШС), состоящие из извести и плавикового шпата (соотношение 70-75 и 30-25%вес).
Для
успешной десульфурации стали на
ковше-печи необходимо на выпуске отсекать
различными способами окисленный печной
шлак или скачивать его из ковша после
выпуска и наводить рафинировочный шлак
из твердых материалов, обеспечивающий
десульфурацию металла и снижение
содержания в нем неметаллических
включений. Рафинировочный шлак должен
отвечать следующим требованиям:
- состав сыпучих материалов и очередность их подачи должны обеспечивать максимально быстрое формирование жидкоподвижного шлака, так как при серийной разливке стали продолжительность внепечной обработки ограничена временем подачи плавок на МНЛЗ. При разливке стали в слитки, когда нет жесткой регламентации времени обработки, увеличение ее продолжительности приводит к росту затрат электроэнергии;
- иметь хорошую десульфурирующую способность, т.е. обладать высокой сульфидной емкостью;
- обладать хорошими адгезионными свойствами по отношению к имеющимся неметаллическим включениям;
- иметь относительно низкую температуру плавления и теплоемкость;
- не быть агрессивным по отношению к футеровке ковша;
- иметь минимальную газопроницаемость.
Подобрав оптимальный химический состав рафинировочного шлака и глубоко окислив металл, можно в значительной мере повысить коэффициент распределения серы между металлом и шлаком, т.е. провести более глубокую десульфурацию.
Десульфурация стали наиболее полно осуществляется известковыми шлаками, способствующими образованию сульфида кальция CaS. Поскольку сера обладает высокой поверхностной активностью в жидкой стали, процесс десульфурации осуществляется, главным образом, на поверхности раздела металл-шлак.
5.1.3 Вакуумирование стали
Вакуумная дегазация стали основана на изменении равновесия между концентрацией растворенного в металле газа и парциальным давлением его в газовой фазе над металлом.
Водород в жидкой стали обладает большой подвижностью, коэффициент диффузии водорода достаточно велик, Dш=(1-8)·10-3 см2/с. В результате вакуумирования значительная часть содержащегося в металле водорода быстро удаляется из металла. Можно считать, что после обработки вакуумом содержание водорода снижается до 1-2 ppm, то есть до концентраций, при которых не имеет места образование флокенов и других дефектов.
Азот, в отличие от водорода менее подвижен в жидком металле, его коэффициент диффузии значительно меньше, Dш=(4-7)·10-5 см2/с. Поэтому интенсивность удаления азота под вакуумом значительно ниже, чем водорода. Удаление азота затруднительно при наличии в стали Gr, V, Ti, имеющие высокое сродство к азоту.
Понятие «вакуум» для внепечного рафинирования стали условно. Жидкую сталь обрабатывают при остаточном давлении 0,1-2 кПа, при таком давлении в 1 см3 газа содержится еще 1015-1017 молекул. Однако это разряжение вполне обеспечивает нужную полноту рафинирования металла, если созданы благоприятные кинетические условия. Поэтому от насосов, создающих вакуум в промышленных металлургических установках, требуется, прежде всего высокая производительность при заданном разряжении и надежность работы в условиях откачки горячих и сильно запыленных газов.