Вакуумная металлургия.

Метод вакуумирования стали в ковшах впервые был предложен в СССР А.М. Самариным и Л.М. Новиком в 1949 г. В 1952-1955г.г. его внедрили на Енакиевском, Днепровском металлургических заводах и Днепроспецстали. В дальнейшем вакуумирование жидкой стали в ковшах получило широкое распространение и в нашей стране и за рубежом.

Сущность метода заключается в следующем. Разливочный ковш устанавливают в вакуумную камеру, герметизируют и вакуумируют. Давление в камере снижается до 1,33×10^-4...1,33×10^-3 МПа, металл закипает, бурно выделяется окись углерода, увлекая за собой растворенные в стали водород, азот и неметаллические включения. Ковш выдерживают в камере 10... 12 мин. В начале вакуумирования процесс развивается бурно, металл в ковше поднимается до 1/3 его высоты. Постепенно кипение затихает, и давление в камере доводится до минимального. Окислы, находящиеся в металле, восстанавливаются углеродом. После вакуумирования качество стали значительно улучшается. Футеруются ковши высокоглиноземистыми или магнезитовыми более трудновосстановимыми огнеупорами, чем шамот.

Совмещение ковшового вакуумирования с продувкой инертным газом позволяет сократить длительность процесса и повысить его эффективность. В целях интенсификации процессов вакуумирования применяют индукционное перемешивание стали в ковше. В вакуумной камере располагают индуктор, внутри которого устанавливают ковш с жидкой сталью. Корпус ковша выполнен из немагнитной стали. Индукционное перемешивание способствует дегазации и расплавлению присадок.

Применяют и другие методы внепечного вакуумирования стали. Все они повышают плотность стали, улучшают ее чистоту по включениям, повышают показатели пластичности и вязкости.

Долгое время металлурги не могли решить проблему глубокого обезуглероживания стали. Известно, что для ряда электротехнических, нержавеющих, конструкционных и коррозионностойких марок углерод является одной из наиболее вредных примесей. Его снижение до 0,01 % могло бы существенно улучшить весь комплекс свойств этих сталей.

Выполнить эту сложную задачу удалось только применением вакуумного обезуглероживания. Метод был предложен А.М. Самариным и Л.М. Новиком и использован сначала на 10-ти тонных плавках, а затем на 100-тонных. Его практическое осуществление стало возможным благодаря применению высокопроизводительных пароэжекторных насосов, обеспечивающих снижение давления до 66,5 МПа.

Электротехническую релейную сталь выплавляют в 100-тонной дуговой электропечи. После продувки кислородом содержание углерода снижается до 0,04 %. Нераскисленный металл сливают в ковш, добавляя 1...2%. окислительного шлака. Для повышения окислительного потенциала на шлак присаживают окалину (2...4 кг/т). Ковш устанавливают в вакуумную камеру. В процессе вакуумирования возникающие гидродинамические потоки вовлекают окислительный шлак и окалину с поверхности в глубинные слои металла, что ускоряет процессы массопереноса кислорода. Вакуумирование совмещают с донной продувкой аргоном, а затем проводят раскисление ферросилицием, силикокальцием и алюминием. Содержание углерода после этого составляет, 0,005...0,008 %, алюминия 0,005..0,01 %. Общая длительность вакуумирования составляет 8...10 мин. Температура стали в 100-тонном ковше снижается на 25...35 ⁰С.

Подобная технология глубокого обезуглероживания стали получила распространение и за рубежом. Процессы вакуумного обезуглероживания нераскисленной стали открывают широкие перспективы в сталелитейном производстве.