Последовательность изготовления формы методом ручной формовки

4. Часть конечного  шлака обычно попадает в ковш, содержащиеся в конечном шлаке оксиды железа затрудняют протекание процессов раскисления.

 Особенно  опасно попадание в ковш конечного  шлака из-за содержащегося в нем  фосфора: в процессе раскисления  почти весь фосфор, содержащийся в  конечном шлаке, восстанавливается и переходит в металл. Разбавление синтетического шлака в результате всех этих процессов может достигать 30-40 %.

 Следует иметь в виду, что метод обработки металла синтетическим шлаком в обычных условиях обеспечивает стандартные результаты десульфурации до известных пределов (обычно не более чем до 0,005-0,007 %). В тех случаях, когда необходимо устойчиво получать более низкие концентрации серы, используют другие способы (основная футеровка ковшей, интенсивное перемешивание шлака с металлом, аргоном и др.).

 1.2. Вакуумная  дегазация стали

   Схема обработки жидкой стали вакуумом была предложена еще Г.Бессемером. Практическое использование метода внепечного рафинирования для повышения качества металлопродукции относится к началу 50-х годов. В СССР работы по исследованию влияния понижения давления на процессы газовыделения были начаты в конце 30-х годов, а первая промышленная установка обработки стали вакуумом в ковше опробована на Енакиеском металлургическом заводе по инициативе ученых ИМет АН СССР А.Самарина и Л.Новика в 1952-1954 гг. Ковш со сталью опускали в камеру, которую затем плотно закрывали крышкой и из закрытой таким образом камеры откачивали воздух.

   В настоящее время в промышленно  развитых странах успешно работают сотни установок внепечного вакуумирования различной конструкции. Схемы наиболее распространенных конструкций представлены на рис. 1. Самым простым способом является способ вакуумирования стали в ковше.

     

         Рисунок 1.Конструкции  вакуумных камер

Недостатком вакуумирования в ковше является невысокая эффективность метода при вакуумировании относительно больших  масс металла (> 50 т) и неравномерность  состава стали в ковше после  ввода раскислителей и легирующих вследствие слабого перемешивания всей массы металла. Этого можно избежать в том случае, когда предусматривается продувка стали в ковше интертным газом или электромагнитное перемешивание.

   При продувке металла инертным газом  к обычным потерям тепла при  выпуске и выдержке в ковше добавляются потери тепла на нагрев газа, продуваемого через сталь. При электромагнитном перемешивании этот недостаток ликвидируется, однако электромагнитное перемешивание требует более сложного и дорогостоящего оборудования. В настоящее время наиболее распространены следующие способы выкуумирования стали в ковше:

   1. Ковш со сталью помешают в  вакуумную камеру, организуют перемешивание металла инертным газом, раскислители вводят в ковш из бункера, также находящегося в вакуумной камере. Этот метод часто называют ковшевым вакуумированием .

   2. Сталь 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. Сталь под воздействием ферростатического  давления засасывается примерно  на 1,48 м в вакуумную камеру, которую  через определенные промежутки времени поднимают, но так, чтобы конец патрубка все время оставался опущенным в сталь в ковше. Сталь из камеры сливается по патрубку в ковш, затем камеру опускают и под действием разрежения в нее засасывается очередная порция металла (метод называют порционным вакуумированием стали). В некоторых случаях поднимают и опускают не вакуумную камеру, а ковш со сталью, а камера остается неподвижной.

   Этот  способ часто называют также способом DH — по первым буквам предприятия Dortmufld-Horder, ФРГ, где он был осуществлен впервые.

   4. Два патрубка вакуумной камеры  погружают в сталь; при вакуумировании порция металла засасывается в вакуумную камеру (рис. 2 правая схема). В один из патрубков начинают подавать инертный газ, в результате чего сталь в этом патрубке направляется вверх, в вакуум-камеру, а по другому - стекает вниз, в ковш. Происходит циркуляция металла через вакуум-камеру. Способ этот называют циркуляционным вакуумированием стали (или RH-процессом — по первым буквам предприятия Ruhrstahl-Hereus, ФРГ, где

   Заслуживает особого упоминания метод непрерывного (поточного) вакуумирования стали при разливке, разработанный в Липецком политехническом институте под руководством проф. Г.А.Соколова и внедренный на НЛМК. В основу метода положен принцип вакуумной дегазации струи и слоя стали в проточной камере, расположенной между сталеразливочным и промежуточным ковшами .Рафинированная сталь поступает в промежуточный ковш по металлопроводу, погруженному под уровень металла.

   Достоинствами метода непрерывного вакуумирования стали  является одновременное решение проблем:

• вакуумирования в потоке;
• защиты струи от вторичного взаимодействия с атмосферой;
• повышение эффективности вакуумирования стали в результате движения струи через вакуумированное пространство, при котором происходит ее раскрытие и раздробление на капли, а также увеличение поверхности контакта сталь — газовая фаза (вакуум).

Методы  вакуумной обработки стали непрерывно совершенствуются, предлагаются новые решения, позволяющие получать металлопродукцию и металлопрокат высокого качества с использованием более простых методов. Примером может служить разработанный на одном из японских металлургических заводов метод, названный методом РМ (Pulsation Mixing — пульсирующее перемешивание стали), схема которого показана на рис. 4. На установке такого типа обрабатывают 100-т плавки конвертерной стали. Сущность метода заключается в переменном включении и выключении подачи аргона и вакуумного насоса, вследствие чего сталь в цилиндре (и в ковше) интенсивно пульсирует, что обеспечивает высокую степень ее рафинирования. Достоинство установки — возможность высокоэффективной работы без глубокого вакуума.

 1.3.Электрошлаковый  переплав 

  Электрошлаковый переплав (ЭШП) является вторичным процессом рафинирования металлов. Он применяется для дальнейшей очистки после завершения первичных операций по удалению примесей и рафинированию. В качестве исходного материала обычно применяется сплошной расходуемый электрод из первичного металла, который может быть литым, полученным обработкой давлением или состоящим из лома. Шлаковая ванна, содержащаяся в охлаждаемом кристаллизаторе, нагревается и расплавляется электрическим током (электросопротивлением), текущим между электродом и охлаждаемым поддоном (рис. 1). Когда температура шлаковой ванны превышает температуру плавления металла, электрод начинает оплавляться; капли, стекающие с конца электрода, падают в шлаковую ванну, образуя на поддоне металлическую ванну, которая постепенно затвердевает. Электрод подают в шлаковую ванну, при этом слиток, служащий вторым электродом, постепенно растет. Жидкий шлак таким образом непрерывно перемещается кверху. Там, где поднимающийся шлак встречается со стенками охлаждаемого кристаллизатора, он затвердевает, что обеспечивает наличие сплошной корочки твердого шлака между кристаллизатором и затвердевающим слитком. При раздевании слитка она шелушится с поверхности, характеризующейся прекрасным качеством.

  Процесс во многом аналогичен вакуумпо-дуговому переплаву (ВДП): сплошной слиток образуется в результате постепенного затвердевания  металла в вертикальном направлении. При соответствующем снижении силы тока к концу операции обеспечивается полное отсутствие усадочной раковины и осевой пористости.

  Рафинирование осуществляется вследствие реакции  между металлом и шлаком, происходящей в три стадии:

а) при образовании капли на конце электрода;

б) при прохождении отдельной капли через шлак;

 в) после накопления жидкого металла в ванне, образующейся па верхней части слитка.

  При соответствующем выборе шлаков химическая реакция может быть усилена. Возможно, например, снижение содержания серы до очень низкого уровня. Удалению неметаллических включений может способствовать их флотация и химическая реакция со шлаком. Шлаки могут быть подобраны также таким образом, чтобы воспрепятствовать удалению элементов, которые нужно сохранить.

  Имеется много методов работы, которые будут описаны ниже. В основном же для осуществления процесса нужны трансформатор, охлаждаемый кристаллизатор и устройство для подачи и управления электродом.

  Преимущества  электрошлакового переплава:

  В настоящее время установлены следующие преимущества электрошлакового переплава перед другими способами получения стали:

1. Хорошее качество слитка, отсутствие усадочной раковины и пористости.
2. Меньшее количество и меньший размер включении.
3. Однообразность структуры и химического состава.
4. Отсутствие слоистости и зональной ликвации.
5. Высокий выход годного из исходного жидкого металла до готовой продукции.
6. Возможность регулируемого снижения содержания таких нежелательных элементов, как сера, кислород, а в некоторых условиях и азот; возможность сохранения легирующих элементов, которые могут быть окислены, таких как кремний и титан.
7. Возможность корректирования состава металла путем применения соответствующего флюса.
8. Общее улучшение характеристик пластичности и ударной вязкости.
9. Значительное улучшение свойств в поперечном направлении.

   10. Улучшение свойств при повышенных температурах.

   11. Улучшение свариваемости.

   12. Обеспечение такого качества поверхности, которое исключает необходимость в зачистке поверхности при горячей обработке.

   13. Превосходные характеристики горячей обработки.

   14.Уменьшение объема горячей обработки, требующейся для достижения заданной металлургической структуры в центральной части готового продукта.

   15.Облегчение условий отливки электродов по сравнению с разливкой слитков для непосредственной прокатки.

      16.Возможность управления направлением  и скоростью затвердевания. Возможность  регулирования крупности зерен  и величины карбидов, особенно в быстрорежущих инструментальных сталях.

18. Улучшение коррозионной стойкости.

     19. Расплавленный металл защищен от атмосферного окисления.

  Такое большое число преимуществ процесса ЭШП является следствием большого числа  степеней свободы, свойственного этому  процессу. Важность степеней свободы в технологии стала приобретать все большее знаение по мере усложнения требований к современным продуктам.

  Сравнение со степенями свободы, свойственными  другому основному конкурирующему  процессу вторичного рафинирования — процессу ВДП. показывает, что ЭШП обладает большим числом степеней свободы, чем ВДП, и, следовательно, способен решать больше проблем и обеспечивать значительно больше преимуществ готовому продукту.

1.4. Вакуумно-дуговой  переплав

     Принцип переплава металлов в вакууме с использованием в качестве высокотемпературного источника тепла электрической дуги, был использован уже после успешной плавки стали в дуговых электрических печах. Вначале этот процосс применяли для получения в литом виде различных тугоплавких металлов .(тантала, молибдена, титана, циркония). Именно соединение дугового разряда, как источника тепла с высокой температурой, с глубоким вакуумом, который . обеспечивал отсутствие взаимодействия легкоокисляющихся металлов с атмосферой, обеспечивало получение слитков этих тугоплавких и высокореакционных металлов.

     В начале 50-х годов XX в., в связи с  быстрым развитием ракетной техники и реактивной авиации,вакуумно-дуговой переплав (ВДШ начали применять для переплава электродов для из жаропрочных сплавов. Предпосылкой для развития технологии ВДП применительно к получению слитков и сплавов на основе железа и кобальта, а также нержавеющих жаропрочных и других сплавов послужило значительное улучшение служебных свойств специальных сталей и сплавов после их переплава в вакууме. Поэтому ВДП нашел широкое применение при получении металлов и сплавов с высокими физико-химическими  свойствами .эксплуатируемых в условиях высоких температур,знакопеременных нагрузок,жесткого рентгеновского излучения и др.