Методы обработки стали порошковыми материалами

Современная технология производства стали развивается в направлении использования основных металлургических агрегатов (дуговая печь, конвертер) только для расплавления твердой составляющей шихты и окисления углерода, кремния, марганца. Все остальные металлургические операции (раскисление, дегазация, легирование, десульфурация, а также доводка по химическое соста­ву и температуре) осуществляется в ковшах, оснащенных соответствующим обо­рудованием. Такой процесс производства стали позволяет значительно увеличить производительность печей, снизить расходы энергии и материалов, а также обеспечивает получение стали высокого качества [1].

Одним из современных и перспективных способов внепечной обработки ста­ли является введение в жидкую сталь порошковой проволоки. Этот способ мо­жет быть применен практически в любом сталеплавильном цехе для окончатель­ной корректировки химического состава и улучшения качества стали по неме­таллическим включениям, в том числе и для модифицирования этих включений.

Сущность обработки стали порошковой проволокой. Низкое усвоение и зна­чительный разброс показателей по содержанию вводимых легирующих элементов имеет место при присаживании кусковых раскислителей и ферросплавов. Это способствовало разработке и внедрению в начале 70-х годов технологии вдувания порошкообразных реагентов на основе извести, плавикового шпата, щелочноземель­ных металлов и других, а в начале 80-х годов - технологии обработки жидкой стали порошковой проволокой. Порошкообразная начинка проволоки заключена в стальную оболочку круглой или прямоугольной формы, которая выполняет несколь­ко важных функций:

• защищает порошкообразные реагенты от воздействия атмосферы и влаги во время хранения и транспортировки;
• предохраняет от окисления при прохождении через слой шлака на поверхнос­ти металла;
• обеспечивает соответствующую жесткость проволоки, необходимую для прохож­дения шлакового слоя;
• задерживает непосредственный контакт реагентов с жидкой сталью, что поз­воляет путем изменения скорости введения проволоки, и толщины оболочки регули­ровать глубину погружения легирующих добавок.

Для обеспечения равномерного распределения легирующих добавок в стали, металл в ковше продувают аргоном через пористую пробку. Причем место введения проволоки в ванну металла должно находиться над этой пробкой.

Общий вид установки для введения в ковш с жидкой сталью порошковой про­волоки французской фирмы "Vallourec" ("Валлурек") представлена на рис. 1. Порошковая проволока с катушкой или из бунта подается на специальный аппарат, который обеспечивает необходимую скорость (обычно в пределах 20...200 м/мин) ввода проволоки в сталь. Далее проволока через направлявшую трубу, которая придает ей вертикальное направление, попадает непосредственно в ковш со ста­лью, где содержимое проволоки реагирует с жидким металлом.

Сравнительная оценка двух способов введения порошкообразных реагентов. Обе технологии инжекции порошков; вдуванием порошков в струе инертного газа и вводом порошковой проволоки, дают возможность присаживать, например, сплавы кальция в сталь со значительно большей эффективностью, чем при обычном спосо­бе введения добавок в виде кусковых материалов на поверхность или в струе жид­кой стали. Технология обработки стали порошковой проволоки имеет ряд преиму­ществ, особенно при использовании элементов, введение которых в сталь затруднено ряду причин:

низкая плотность - Ca, Mg, C, B, Si, S, Se;
низкая растворимость в жидкой стали - Pb, Ca, Mg;
низкая температура плавления - S, Se, Pb, Bi, Mg, Ai, Се, Са;
низкая температура кипения - S, Se, Mg, Ca;
высокая упругость пара - Mg, Ca, Se, Те;
высокое сродство к кислороду - Ca, Mg, Ce, Zr, Al, Ti, Si, Nb.

Использование порошковой проволоки имеет следующие основные преимущества по сравнению с технологией вдувания порошкообразных реагентов [2...4]:

• в результате меньшего движения стали в ковше, практически не увеличивает­ся содержание азота, кислорода и водорода в стали;
• более высокая степень усвоения, особенно высокоактивных элементов, напри­мер, кальция или магния;
• значительно большая стабильность усвоения легирующих и модифицирующих элементов;
• меньшее снижение температуры металла, например, для 80-т ковша только 5...10 °С, вместо 30 °С при вдувании порошков (1 кг/т 30 %-ного силикокальция);
• значительно более низкие (почти в 5 раз) капитальные затраты по сравне­нию с затратами на оборудование для рафинирования стали по способам ТА/, MW, CAB и др.;
• уменьшение эксплуатационных расходов;
• возможность очень точного контроля количества вводимых легирующих доба­вок, в том числе в малом количестве;
• не существует проблемы хранения и транспортировки гидрофильных, легко-окисляющихся, ядовитых или пожароопасных реагентов;
• возможность введения легирующих добавок в ковш любой емкости, в промежу­точный ковш УНРС и в изложницу;
• универсальность применения. Порошковая проволока практически может со­держать любые легирующие компоненты по желанию потребителя.

Однако применение порошковой проволоки имеет и свои недостатки:

• трудность введения большого количества добавок, особенно в ковши большой емкости. Для введения силикокальция в количестве 3 кг/т в 350-т ковш потребо­валось бы примерно около 5 км проволоки диам. 12 мм, что нерентабельно и техни­чески сложно осуществимо в связи с необходимостью подачи проволоки из несколь­ких бунтов;
• порошковая проволока не пригодна для глубокой десульфурации стали;
• затраты на обработку I т стали порошковой проволокой меньше, чем вдува­нием порошков, только тогда, когда требуется вводить небольшое количество ле­гирующих элементов, что связано с высокой стоимостью проволоки. Введение по­рошковой проволоки необходимо сочетать с вдуванием порошкообразных реагентов. Только в этом случае можно подучить наибольший экономический эффект.