Получение стали со сверхнизким

СОДЕРЖАНИЕМ УГЛЕРОДА

Появление новых методов внепечной обработки сделало возможным произ­водство (в больших масштабах) стали с ничтожно малым содержанием приме­сей, в частности углерода. Выше (см. вторую часть) было отмечено, что для получения особо низких концент­раций углерода необходимо сочетание таких параметров, как интенсивная подача окислителя, интенсивное пере­мешивание, благоприятные условия для образования СО и непрерывный отвод продуктов окисления. Такие ус­ловия теоретически создаются в про­цессе RH-OB, однако и эта технология не всегда обеспечивает потребности в массовом промышленном производ­стве, например ультранизкоуглеродистой (менее 0,0010-0,0015% С) стали для автолиста с особыми свойствами по штампуемости.

Японская фирма Kawasaki Steel разработала особую технологию обе­зуглероживания низкоуглеродистой стали в циркуляционном вакууматоре, по которой для повышения скорости обезуглероживания в металл вдувают водород. В результате в металле в ва­куумной камере даже при ультраниз­ком содержании углерода выделяется большой объем пузырей. Этот процесс возможен при повышении концентра­ции водорода до 3 млн^-1 при вдувании водорода 3—4 м³/мин. Значение кон­станты скорости обезуглероживания при этом увеличивается с 0,05 до 0,10 мин ^-1 (при концентрации углеро­да 20 - 10млн ^-1), и конечное содержа­ние углерода в стали может снизиться до 4 млн ^-1. За относительно непродол­жительное время обработки можно получать сталь, содержащую углерод в количестве < 10 млн ^-1.

Рис. 19.50.Схема REDA-процесса:

1 — поверхностное обезугле­роживание; 2 — обезуглеро­живание на пузырьках арго­на; 3 — объемное обезугле­роживание

Фирмой Nippon Steel Corp. разра­ботан REDA-процесс рафинирования стали (от revolutionary degassing activator), при котором глубже проте­кает вакуумное обезуглероживание металла. В этом процессе использует­ся донная продувка стали аргоном в агрегате DH-вакууматоре. Процесс от­личается от классического погружным патрубком большого диаметра и ис­пользованием донной продувки арго­ном.

Путем предварительного моделиро­вания определили условия, при кото­рых возможно трехзонное обезуглеро­живание, т. е. интенсивное поверхност­ное, на пузырьках аргона и объемное обезуглероживание (рис. 19.50).

Следующим этапом были исследо­вания REDA-процесса в 350-т порци­онном вакууматоре, в котором увели­чили диаметр только нижней части по­гружного патрубка. Вакуумную систе­му и пористые пробки для вдувания аргона не меняли. При производитель­ности вакуумного насоса 1600 кг/ч при остаточном давлении в вакуумной ка­мере 1 торр (1 мм рт. ст.) содержание углерода в стали через 30 мин обработ­ки снижалось с 500-800 до 3 млн ^-1.

В качестве еще одного примера организации комплексной внепечной обработки стали с целью получения металла с ничтожным содержанием примесей можно привести опыт фир­мы Daido Steel (Япония). В этом слу­чае создан агрегат VCR¹ (рис. 19.51).

Процесс рассчитан для выплавки нержавеющей стали, содержащей ничтожные концентрации углерода и азота. Процесс основан на реакции взаимодействия оксида хрома с ра­створенным в металле углеродом:

Сг₂О₃ + ЗС = 2Сг + ЗСО;

K = a²_Cr p³ CO / a_Cr2O3K

oткуда

a³_C=a²_Cr p³_CO / a_Cr2O3K

т. е. предельное снижение величины Рсо приводит к соответствующему снижению концентрации углерода. Процесс организуется в две стадии: на первой, аналогично AOD-процессу, осуществляется обычное рафинирова­ние методом продувки смеси 0₂ + Ar(N₂) до содержания углерода в металле 0,1%; на второй — вакууми'-рование с перемешиванием ванны только инертным газом, в ходе кото­рого протекает глубокое обезуглеро­живание металла до требуемого содер­жания углерода. На заключительном этапе операций вакуумной обработки присаживают ферросилиций или дру­гой раскислитель и, используя прину­дительное перемешивание под вакуу­мом, проводят восстановление окси­дов металлов, образовавшихся на предшествующих стадиях процесса. После ввода восстановителя переме­шивание продолжают 5 мин. С помо­щью подачи аргона при разливке ог­раничивают поглощение азота из воз-

Рис. 19.51.Схема работы 70-т агрегата VCR: 1 — бункер; 2— вакуумный колпак

духа. В результате получают нержаве­ющую сталь (класса 18 % Сг и 8 % Ni) с суммарным содержанием [С] + [N] = = 0,00016%.

При использовании чистых шихто­вых материалов комплексная внепеч-ная обработка стали позволяет полу­чать очень чистый металл. Так, на од­ном из заводов Мексики при исполь­зовании в ДСП: а) шихты из 100 % губчатого железа; б) последующей об­работке металла вакуумом и в) про­хождении его через установку типа ковш—печь получают непрерывноли-тые слябы состава, %: С 0,0050; Si 0,030; Мп 0,11; Ti 0,069; А1 0,071; Ni 0,013; Р 0,004; S 0,010; N₂ 0,0044. Не­большое количество титана введено в качестве карбидо- и нитридообразую-щего элемента, что позволяет полнос­тью исключить наличие свободных атомов внедрения — углерода и азота и приводит к существенному повыше­нию пластических свойств. Такая сталь (используемая в автомобилестро­ении) была названа ULC (ultra low carbon); она требует особого внимания при последующей обработке (в част­ности, подогрева перед прокаткой в атмосфере аргона).