случаев в каждом из агрегатов, включенных в комбинированные процессы, можно получать готовый металл.
По этим причинам дуплекс-процессы (мартеновская печь — элек тропечь, конвертер—электропечь), и тем более триплекс-процессы, (например, вагранка—конвертер—электропечь) в настоящее время практически не находят применения и они представляют лишь истори ческий интерес.
Совершенствование внепечных способов улучшения качества стали, обработка синтетическим шлаком, вакуумирование, продувка аргоном и т. д. предопределяют некоторое изменение в развитии комбинированных процессов. Электропечь в этих процессах вклю чается только для расплавления металла. Доводка металла осуще ствляется вне печи. Имеет перспективу развития и производство стали методом смешения, когда в одном из сталеплавильных агрега тов расплавляют углеродистый полупродукт, в другом — лигатуру. Металл и лигатуру затем сливают в один ковш.
7. НЕПРЕРЫВНЫЕ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ
Существующие в настоящее время способы производства стали являются периодическими процессами, когда после завершения всех необходимых операций металл выпускают из сталеплавильного агрегата. Непрерывный процесс в отличие от периодического про водится в потоке, причем подвод необходимых реагентов и отвод продуктов реакций также осуществляется непрерывно.
К настоящему времени предложено и частично испытано несколько схем непрерывного сталеплавильного процесса. Ниже описывается схема Элиота (рис. 83). Чугун из доменных печей производитель ностью 2000 т/сутки поступает в миксер, а затем в печь для плавле ния скрапа емкостью около 300 т. Перед поступлением чугуна в эту печь он подогревается в струе электрическими дугами. Пакеты скрапа предварительно подогревают в печах шахтного типа до 1150° С и непрерывно вводятся в поток металла толкателями. Подогретые пакеты быстро расплавляются в подогретом высокоуглеродистом металле. Металлический расплав из печи проходит стадию десуль фурации в восстановительных условиях твердой известью или кар бидом кальция во вращающихся футерованных барабанах. Емкость каждого барабана" 20 т. Продолжительность десульфурации около 5 мин. Из барабанов металл сливается для усреднения в металлоприемник емкостью до 500 т. Далее металл поступает для проведе ния операций окисления кремния, марганца и частично углерода и дефосфорации в две цилиндрические вращающиеся печи емкостью по 75 т. Металл продувается кислородом с одновременной присадкой извести. Время пребывания металла в печах 30—40 мин. Затем ме талл поступает в промежуточный металлоприемник, на выходе из которого отделяется шлак. Металл направляется на обезуглерожи вание в агрегаты, представляющие собой печи с удлиненной ванной емкостью по 75 т. Углерод окисляется газообразным кислородом, подаваемым через серию сводовых фурм. Из печей для обезуглерожи
вания металл поступает в сборный желоб, где непрерывно опреде ляется его состав и температура. По данным анализа при сливе металла из желоба в конечный металлоприемник производится до бавка раскислителей и легирующих присадок. Из этого металлоприемника емкостью 100 т готовая сталь поступает в установки непре рывной разливки. После обезуглероживания возможна вакуумная обработка металла.
В нашей стране также уделяется внимание разработке непре рывных сталеплавильных процессов. Однако в целом следует отме-
1 — доменные печи; 2 — миксер; 3 — печи для плавления скрапа; 4 — шахтные печи; 5 — барабаны для десульфурации металла; 6 — металлоприемник для усреднения состава; 7 — печи для дефосфорации металла; 8 — промежуточный металлоприемник для отделения шлака; 9 — агрегаты для обезуглероживания металла; 10 — конечный металлоприемник; 11 — уста новка непрерывной разливки стали
тить, что в настоящее время еще отсутствуют установки непрерыв ного сталеплавильного процесса, хотя предпосылки для их создания уже имеются. Отдельные звенья, включаемые в те или другие непре рывные процессы, достаточно хорошо отработаны: десульфурация, обезуглероживание, вакуумирование, непрерывная разливка и т. д. Стоит задача соединения этих звеньев в одну линию.
Преимущества и перспективы непрерывного процесса. При осуще ствлении непрерывных сталеплавильных процессов можно ожидать следующих преимуществ перед периодическими процессами:
1.Повышение качества металла, так как при проведении раз дельных операций можно создать для них оптимальные условия, что невозможно при одновременном протекании нескольких про цессов, например дефосфорации и обезуглероживания в агрегатах периодического действия.
2.Улучшение условий управления процессом в связи с равно мерным течением отдельных стадий.
3.Улучшение использования побочных продуктов вследствие их непрерывного выделения.
4.Облегчение механизации процессов, так как громоздкое обо рудование при периодическом действии заменяется непрерывно действующими относительно легкими конвертерами, трубопрово дами, системой пневмотранспорта и т. д.
5. Повышение производительности каждого звена процесса, так как создаются оптимальные условия их работы.
6. Повышение производительности труда в связи с возможностью высокой степени механизации и автоматизации отдельных стадий и процесса в целом.
Можно ожидать, что годовое производство линии непрерывного процесса будет составлять не менее 10 млн. т.
В настоящее время благодаря значительным достижениям в ме таллургической, машиностроительной, приборостроительной и в дру гих отраслях промышленности созданы реальные предпосылки для создания непрерывных сталеплавильных процессов в промышлен ных масштабах.
Ч А С Т Ь П Я Т А Я
РАЗЛИВКА
СТАЛИ
Г Л А В А XXVII |
ЗАТВЕРДЕВАНИЕ СТАЛЬНОГО |
СЛИТКА |
1. СТРУКТУРА СТАЛЬНОГО |
СЛИТКА |
Обычно слиток спокойной стали характеризуется наличием не скольких зон (рис. 84).
В большинстве случаев повышение содержания примесей в стали, уменьшающих ее теплопроводность (хром, вольфрам и т. д.), спо собствует развитию крупнокристаллической структуры. В слитках никелевой и хромоникелевой стали столбчатая кристаллизация более развита, чем в слитках хромистой и хромовольфрамовой стали.
Выявление условий уменьшения кристаллической неоднород ности слитка позволит сталеплавильщикам управлять процессом затвердевания слитка, изменить характер кристаллизации в благо приятную для качества стали сторону. В этом направлении неодно кратно изучали воздействие на кристаллизующий слиток встряхи вания, вращения и вибрации. В общем виде влияние вибрационной обработки на металлургические процессы объясняется дегазацией жидкого металла, измельчением содержащихся в нем неметалли ческих включений и зерна в процессе затвердевания.
Другим направлением изменения кристаллической структуры является введение в слиток «холодильников» в виде обрези листов, проволоки или труб, близких по составу к разливаемой стали. Холодильники в количестве не выше 3% от массы слитка, как пра вило, полностью растворяются и обеспечивают получение мелко зернистой структуры.
Эффективность использования холодильников зависит от их правильного распределения по объему слитка, веса и формы. В не которых случаях положительные результаты были получены при введении в жидкую сталь микрохолодильников в виде металлического порошка (около 2% от массы слитка).
Измельчение кристаллической структуры стального слитка в ряде случаев достигается путем присадок в сталь элементов модификато ров, которыми могут быть алюминий, титан, бор, кальций и др. Введение модификаторов изменяет физико-химические свойства по верхности раздела жидкий металл—кристалл в сторону образования мелких кристаллов. Поэтому применение модификаторов позволяет получать мелкокристаллическую структуру.
.<тт
НЕ*
i i,|i.||Wt
аМй
ю
-Э»:!
Рис. 84. Структура стального слит ка:
I — поверхностный слой; 2 — зона столбчатых кристаллов; 3 — зона равноосных кристаллов; 4 — ко нус осаждения; 5 — мост плотного металла; 6 — усадочная раковина
Однако в целом следует отметить, что влияние отдельно взятых факторов на развитие кристаллических зон не однозначно. Это обстоятельство затрудняет теоретическое предвидение образования кристаллической структуры слитка и требует постановки широких комплекс ных исследований по изучению про цессов затвердевания стального слитка.
2.ХИМИЧЕСКАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ
ВСЛИТКЕ
Химическая неоднородность в слитке обычно определяется терминами-си нонимами «ликвация» и «сегрегация».
Впервые на химическую ' неоднород ность стальных слитков обратили внимание А. С. Лавров и Н. В. Кала куцкий в 60-х годах прошлого столе тия.
Сталь является многокомпонентной жидкостью. Затвердевание подобной жидкости происходит в некотором тем пературном интервале. При этом пер вые образующиеся кристаллы содер жат, как правило, меньше примесей, чем последние.
Наибольшую склонность к ликвации из обычных примесей имеют сера, ки слород, углерод и в значительно меньшей^степени марганец и кремний. На распределение примесей между жидкой, и твердой фазами при затвердевании реальных сплавов будут оказывать влияние конвективное движение ме талла, поверхностные свойства приме сей, взаимное влияние примесей на распределение и т. д. Так, в присутст вии никеля и хрома ликвация примесей заметно снижается. Однако количест венно оценить взаимное влияние при месей на развитие химической неодно родности в стальном слитке пока не представляется возможным.
В стальном слитке различают дендритную химическую неодно родность (микроликвацию) и зональную химическую неоднород ность (макроликвацию). Качественно дендритная ликвация серы и фосфора может быть определена по сернистым отпечаткам с отшли фованного темплета слитка (рис. 85).
Места с повышенным содержанием примесей на рис. 85 характе ризуются более темным цветом. Определение дендритной ликвации
