Вакуумная обработка стали

Вакуумирование влияет на протекание реакций с участием газовой фазы. Такими реакциями являются, в частности, реакции окисления углерода и взаимодействия серы с кислородом и углеродом, сопровождающиеся образованием СО, COS, CS₂, CS и т. п. Газовая фаза возникает также в результате выделения растворенных в стали азота и водорода и парообразования цветных металлов. В условиях разрежения равновесие реакций, протекающих с участием газовой фазы, смещается в сторону ее образования. Так, по реакции [С]+[О] = {СО} продолжается удаление кислорода, растворенного в металле до более низких концентраций и образуется дополнительное количество монооксида углерода. Если кислород присутствует в виде оксидных включений, снижение давления сопровождается восстановлением оксидов углеродом. Часть оксидов, особенно менее прочных, исчезает полностью в условиях разрежения, достигаемого в промышленных установках вакуумирования стали (до 100 Па). Равновесие реакций 2[N]↔{N₂}, 2[Н]↔{Н₂} при понижении давления над металлом также смещается вправо. Наиболее полно из металла удаляется водород, обладающий большей подвижностью в расплавах, чем азот. Выделению этих газов из металла способствует образование и удаление пузырей монооксида углерода. Этот процесс сопровождается также удалением неметаллических включений. Таким образом, в условиях вакуума снижается содержание растворенных в металле кислорода, водорода, оксидных неметаллических включений, металл становится более однородным.

В настоящее время применяют ряд способов вакуумной обработки стали. Вакуумирование в ковше, помещаемом в вакуумную камеру, производят при уровне металла, находящемся примерно на 1,5 м ниже верха ковша во избежание перелива металла в камеру во время его вскипания. После дегазации металла из специального бункера вводят раскислители и легирующие добавки в ковш, находящийся в вакуумной камере. Недостатком такого способа являются сравнительно низкая его эффективность вследствие большой массы металла, одновременно находящейся в условиях разрежения. Применением одновременной продувки инертным газом или электромагнитного перемешивания можно повысить эффективность этого способа. Для обработки в условиях разрежения больших масс металла используют способы циркуляционного и порционного вакуумирования (рис.10).

а — порционное вакуумирование, б — циркуляционное вакуумирование, в — циркуляционное с подогревом от индуктора, г — вакуумирование со сливом на установке полунепрерывной разливки стали (УПНРС): 1 — сталеразливочный ковш, 2 — промежуточное устройство, 3 — вакуумная камера, 4 — приемное устройство УПНРС

Рисунок 1.10 - Схематическое изображение различных установок вакуумирования стали в специальных камерах