ВНЕПЕЧНАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ

В тех случаях, когда технологические операции, обеспечивающие получе­ние металла требуемого качества, не­посредственно в самом агрегате при­водят к потере его производительнос­ти, их выполняют во вспомогательной емкости (ковше или др.), т. е. перево­дят в разряд внепечной, или вторичной, металлургии. Основную цель вторич­ной металлургии можно сформулиро­вать как осуществление ряда техноло­гических операций в специальных аг­регатах быстрее и эффективнее по сравнению с решением аналогичных задач в обычных сталеплавильных пе­чах.

В настоящее время методами внепечной металлургии обрабатывают сотни миллионов тонн стали массово­го назначения. Установки для внепеч­ной обработки имеются практически на всех заводах качественной метал­лургии. Обработке подвергают металл, выплавленный в мартеновских печах, дуговых печах и конвертерах. О масш­табах применения методов вторичной металлургии и причинах этого можно судить, отталкиваясь от следующих конкретных проблем.

1. Внепечная обработка и разливка.Практика показала, что эффективная работа установок непрерывной раз­ливки обеспечивается лишь в тех слу­чаях, когда мы имеем дело с чистой (прежде всего по содержанию серы) сталью стандартно-высокого качества по составу и температуре от плавки к плавке. Внепечная обработка стали обеспечивает эти условия.

2. Внепечная обработка и работа конвертеров.Переход в конвертерном производстве на использование более дешевого низкокремнистого и мало­марганцовистого чугуна (малошлако­вая или безшлаковая технология кон­вертерной плавки) эффективен лишь в том случае, когда выпускаемый из конвертера металл дополнительно ра­финируется вне агрегата. Это рафини­рование обеспечивает внепечная об­работка.

3. Внепечная обработка и ферро­сплавы.При наличии внепечной обра­ботки можно использовать более де­шевые и менее дефицитные ферро­сплавы, в частности высокоуглеродис­тые ферросплавы при производстве низкоуглеродистых марок стали.

4. Внепечная обработка и прямое ле­гирование.При организации методов внепечной обработки появляется воз­можность во многих случаях исполь­зовать способы прямого легирования или обходиться вообще без расхода ферросплавов (путем использования природно-легированных руд, шлаков ферросплавного производства и отхо­дов других производств, таких, напри­мер, как абразивное и др.).

5. Внепечная обработка и работа ду­говых печей.При наличии внепечной обработки возрастает эффективность использования нового мощного элект­ротехнического оборудования (прежде всего трансформаторов), обеспечива­ются условия для достижения высокой производительности труда, что осо­бенно важно при высоком уровне за­работной платы. Кроме того, появля­ется возможность иметь более ком­пактно спланированные цехи, облег­чаются условия для улавливания вредных пылегазовых выделений и выбросов и др.

6. Внепечная обработка и новые мар­ки стали.Разработка и совершенство­вание методов внепечной обработки способствуют появлению и организа­ции производства новых марок стали с особо низким (< 0,01 %) содержани­ем углерода, низким (< 0,002 %) со­держанием серы и весьма низким со­держанием газов (IF-стали, некото­рые новые марки нержавеющей стали и др.).

7. Внепечная обработка и эффектив­ность использования металла. Вданном случае имеется в виду связь между ка­чеством выплавляемого металла и на­дежностью получаемых из него изде­лий. О важности этой взаимосвязи можно судить на следующих приме­рах:

а) фактические нагрузки, действу­ющие на металлоизделия, могут зна­чительно отличаться от тех, которые приняты для расчета (в частности, расчеты формы и массы изделия);

б) свойства (качество) металла так­же могут отличаться от стандарта;

в) факторы, снижающие прочность (перегрузки, неоднородность материа­ла и т. п.), часто носят форсмажорный (случайный) характер и предваритель­но не могут быть учтены;

г) принимаемые на стадии конст­руирования меры предосторожности подчинены принципу, в соответствии с которым испытываемые деталями, изделиями напряжения должны быть ниже тех предельных напряжений, при которых может произойти разру­шение или возникнуть пластическая деформация: [ ] = _пр/[п], где [ ]— допускаемые напряжения; _пр — пре­дельно допустимые напряжения; [п] — нормативный коэффициент запаса прочности (или коэффициент без­опасности).

При статических нагрузках в каче­стве величины а_пр берутся значения предела прочности для хрупких мате­риалов и предела текучести для плас­тичных материалов.

Величина коэффициента [п] скла­дывается из ряда составляющих — част­ных коэффициентов запаса, каждый из которых отражает влияние какогото фактора, т.е. [п] = [п₁] • [п₂] _∙ [п₃].... Обычно величина [п₁] отражает откло­нение реальных механических харак­теристик, колебания нагрузок, т. е. значение [п₁] от деятельности метал­лургов (от технологии производства металла) не зависит. Коэффициент [п₂] учитывает неоднородность мате­риала (от металлургов очень зависит), недостатки механической обработки и т.п. Коэффициент [п₃] учитывает условия работы (эксплуатации) обору­дования, степень ответственности из­делия и т. п. Значения коэффициента [п₂] колеблются в пределах 2—6, коэф­фициента [п₃] — в пределах 1,0—1,5.

Внепечная обработка обеспечивает получение металла высокой чистоты, содержащего минимум газов и неме­таллических включений, что позволя­ет заметно снизить величину коэффи­циента запаса. Практически это дает возможность " существенно снизить массу (расход) металла при изготовле­нии оборудования, уменьшить вес ма­шин, станков и т. п. В свою очередь, это приводит к снижению расходаэнергии при работе этого оборудова­ния и машин и т. д.

Таким образом, уверенность в ка­честве и надежности получаемого ме­талла и его однородности при исполь­зовании методов внепечной обработ­ки существенно возрастает.

8. Внепечная обработка и качество используемой металлошихты.Возмож­ности получения стали той или иной степени чистоты существенно разли­чаются для условий конвертерного и электросталеплавильного произ­водств. Конвертерное производство имеет то преимущество, что шихта со­стоит в основном из жидкого чугуна, не содержащего обычно примесей цвет­ных металлов (по крайней мере, замет­ного их количества). Однако чугун со­держит некоторое количество таких примесей, как сера и фосфор. В настоя­щее время металлурги располагают проверенными на практике способами внепечной (внедоменной) обработки чугуна, обеспечивающими эффектив­ное удаление серы и фосфора. Развитие комплексных технологий внепечной обработки чугуна и стали позволяет для каждой группы марок стали выбрать оптимальную технологию, включаю­щую одну или несколько операций од­новременно (в зависимости от требуе­мой чистоты стали по фосфору, сере, содержанию газов, примесей цветных металлов, а также от затрат на проведе­ние отдельных операций в конкретных местных условиях).

Электросталеплавильное производ­ство связано с использованием в каче­стве металлошихты в основном метал­лолома. Отдельные виды металлолома содержат заметную долю примесей цветных металлов. При этом часть этих примесей удаляется в процессе плавки и задерживается пылеулавли­вающими устройствами (например, цинк, свинец, кадмий и др.). Получа­ют распространение технологии пред­варительной обработки металлолома с целью извлечения этих примесей. В данных случаях создаются комплекс­ные технологии внепечной обработки металлолома и жидкой стали.

9. Внепечная обработка — основные технологические приемы.Современные сталеплавильные технологии с исполь­зованием методов внепечной обработки основываются на использовании следующих технологических приемов:

а) обработка металла вакуумом;

б) продувка металла инертными га­зами;

в) одновременная обработка вакуу­мом и инертными газами;

г) одновременная обработка вакуу­мом и продувка кислородом;

д) одновременная продувка инерт­ными газами и кислородом;

е) обработка твердыми шлаковыми смесями;

ж) обработка жидкими шлаками;

з) одновременная обработка жид­кими синтетическими шлаками и инертными газами;

и) комплексная обработка металла вакуумом, кислородом, инертными га­зами и шлаковыми смесями;

к) вдувание в глубь металла порош­кообразных реагентов;

л) введение в глубь металла реаген­тов в виде композитных блоков, про­волоки и т. п.

10. Распространение внепечной об­работки стали.Перечисленные выше и многие другие достоинства сталепла­вильных технологий с использованием методов внепечной обработки приве­ли к тому, что на современном этапе развития металлургии работа стале­плавильных цехов немыслима без внепечной обработки; практически вся сталь, производимая в мире, подверга­ется тому или иному приему внепеч­ной обработки.