Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Обработка жидкой стали вакуумом вне печи имеет более широкие возможности, чем плавка в вакуумных печах, применяемая для производства высоколегированных сталей и требующая больших капитальных затрат. Вакуумная обработка применима для различных, в том числе и рядовых, сталей (конструкционных, высоколегированных), выплавляемых в любых металлургических агрегатах, и позволяет одновременно дегазировать значительные количества металла (до 150—300 т).
В настоящее время вакуумная обработка пока еще используется в ограниченных масштабах из-за высокой стоимости оборудования. Применяются следующие способы вакуумной обработки стали:
1) дегазация стали в ковше, помещенном в вакуум-камеру;
2) дегазация отдельных порций металла, отбираемых из ковша, специальной вакуум-камерой, и циркуляционная дегазация;
3) дегазация струи металла при переливе из ковша в другой ковш, помещенный в вакуум камеру;
4) разливка стали под вакуумом в изложницы.
При вакуумной обработке стали в ковше в вакуумную камеру (рис. 54) помещают ковш с жидкой сталью. При помощи вакуумных насосов в камере создается разрежение порядка 5—40 мм рт. ст. Во время выдержки, длительность которой (10—25 мин.) зависит от количества и состава вакуумируемой стали, из металла выделяются газы, при этом сталь бурно кипит. По окончании вакуумирования ковш извлекают из камеры и разливают сталь на воздухе.
При вакуумной обработке в ковше бессемеровской кипящей стали содержание кислорода снижалось в 4—10 раз (с 0,02—0,04 до 0,004—0,01% содержание азота — на 20—30% (с 0,015—0,020 до 0,012—0,015%), поэтому качество бессемеровского металла приблизились к качеству мартеновского.
Вакуумная обработка трансформаторной стали (до 0,05% С, до 0,008% S и 2,8—3,2% Si) вследствие снижения содержания газов позволяет понизить ваттные потери и повысить пластические свойства металла при холодной прокатке. После аакуумирования в ковше значительно улучшаются свойства конструкционных легированных сталей.
Эффективность этого способа зависит от интенсивности перемешивания металла в ковше в процессе вакуумирования. Высокое гидростатическое давление в ковшах большой емкости при недостаточном перемешивании препятствует удалению газов. Кроме того, при последующей разливке ваккумированного металла на воздухе возможно поглощение газов.
При вакуумной обработке отдельных порций металла (рис. 55) через опущенную в разливочный ковш трубу жидкая сталь отдельными порциями засасывается в вакуумную камеру. При емкости ковша 40—100 т вес порции металла примерно 4 т. После кратковременной (30 сек ) выдержки в камере порция стали возвращается в ковш.
Вакуумированию подвергают 10—30 порций металла. Продолжительность обработки для ковша емкостью 30 т составляет около 10 мин , 80—100 т — до 30 мин. Для компенсации тепловых потерь в вакуумной камере применен косвенный дуговой обогрев.
Степень дегазации металла зависит в этом способе от количества вакуумированных порций металла и от отношения количества отсасываемой стали к общему весу металла. Содержание кислорода в сталях различных марок (мартеновской и томасовской) при вакуумировании уменьшалось примерно в три раза (до 0,003—0,006%), а содержание водорода снижалось с 8,0 до 2,5 млг/100 г.
Вакуумированная подобным способом сталь обладала чистотой относительно неметаллических включений, хорошей обрабатываемостью и повышенной устойчивостью против коррозии.
Дальнейшим развитием этого способа является циркуляционная дегазация стали. Установка для нее представляет собой футерованную камеру объемом около 1 м3 с всасывающей и отводящей трубами, которые погружаются в ковш с металлом. Циркуляция осуществляется за счет разрежения, создаваемого в камере инжектируемым газом (аргоном), который подается во всасывающую трубу. Скорость циркуляции достигает 5—20 т/мин.
При дегазации струи металла создаются более благоприятные условия для удаления газов. При этом способе (рис. 56) порожний ковш помещают в камеру, в которой создается необходимое разрежение (5—10 мм рт ст.). На крышке вакуумной камеры устанавливают специальный промежуточный ковш или воронку. Отверстие вакуумной камеры закрывается алюминиевым листом, который служит своего рода пробкой, расплавляющейся струей жидкой стали. При попадании в вакуум струя металла разбрызгивается на мелкие капли, отчего улучшаются условия дегазации и ускоряется дегазация. Для 40 т металла вакуумирование этим способом занимало 8—10 мин Подобный процесс дегазации струи металла в вакууме происходит также при разливке крупных слитков в изложницы.
В этом случае устраняется недостаток указанных выше способов — разливка происходит в вакууме и металл не подвергается действию атмосферы воздуха при наполнении изложницы.
Разливка в вакууме применяется для отливки крупных слитков весом до 150—300 т. При разливке в вакууме достигается высокая степень дегазации металла, содержание кислорода снижается до 0,001—0,002%, резко уменьшается и количество неметаллических включений.
Применение вакуумной разливки позволило значительно улучшить качество металла, предназначенного для крупных поковок.