Изложите сущность, достоинства и недостатки вакуумной обработки расплавов в ковше

Самым простым спосо­бом является способ вакуумирования в ковше.

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; рас-кислители вводят в ковш из бункера, также находящегося в вакуумной каме­ре (см. рис. 19.2 на цветной вклейке);

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 ферро-статического давления засасывается примерно на 1,48 м (рис. 19.4) 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)¹. В некото­рых случаях поднимают и опускают не вакуумную камеру, а ковш с металлом, а камера остается неподвижной.

4. Два патрубка вакуумной камеры погружают в металл; порция металла засасывается в камеру (рис. 19.5,а). По одному из патрубков начинают пода­вать инертный газ, в результате чего металл по нему направляется вверх, в вакуум-камеру, а по другому — стекает в ковш, циркулируя таким образом че­рез установку (метод называют цирку­ляционным вакуумированием)².

. К недостаткам вакуумирова­ния в ковше относятся 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, предусмотрев продувку метал­ла в ковше инертным газом или элект­ромагнитное перемешивание. При продувке металла инертным газом к обычным потерям тепла при выпуске и при выдержке в ковше добавляются потери тепла на нагрев газа, продувае­мого через металл.

Вакуумирование нераскисленной стали позволяет наиболее полно реализовать общеизвестные преимущества углерода как раскислителя. Благодаря вакууму равновесие реакции взаимодействия растворенных в стали углерода и кислорода сдвигается в сторону образования газообразных продуктов, что позволяет дополнительно раскислить сталь углеродом и уменьшить количество оксидных включений, образующихся в ходе окончательного глубинного раскисления металла

Механизм процесса при ковшевом вакуумировании сводится к следующему. Дополнительное (к продувке аргоном) интенсивное выделение из глубинных слоев металла пузырей оксидов углерода, образующихся в результате смещения равновесия между растворенными углеродом и кислородом при понижении давления, создает мощные турбулентные потоки, охватывающие весь объем металла. При таком характере кипения шлак уносится в глубь ковша и дробится, значительно увеличивая межфазную поверхность, что обеспечивает дополнительное возрастание скорости потока кислорода из шлака в металл. Это способствует дальнейшему развитию реакции окисления углерода и значительному увеличению объема выделяющегося оксида углерода. Интенсивное кипение ванны создает необходимые кинетические условия для протекания реакции взаимодействия углерода с кислородом и выделения растворенного водорода и азота.

В зависимости от количества окисляемого углерода, доли оксидов железа в покровном шлаке можно получить заданное содержание кислорода в металле. В течение всего периода дегазации проводится наблюдение за поведением металла под крышкой вакуумной камеры. Скорость набора вакуума регулируется в зависимости от интенсивности кипения. В отдельных случаях, для предотвращения чрезмерно бурного вскипания расплава и перелива его через край ковша, в вакуумную камеру производится напуск нейтрального газа. При перемешивании расплава инертным газом его расход по мере снижения давления в вакуумной камере необходимо понижать, чтобы исключить чрезмерно бурную продувку. Вакуумная обработка частично раскисленного металла заканчивается тогда, когда кипение металла при достигну-том конечном давлении затухает.