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.