Вакуумная внепечная обработка
Развитие практически всех отраслей металлургической промышленности связано с интенсивным использованием вакуумной техники. В металлургии — печей и средств внепечной обработки в технологических процессах, обеспечивающих выплавку высокочистых металлов и сплавов. В порошковой металлургии вакуумная технология находит применение для завершающей стадии компактирования — спекания твердых сплавов, постоянных магнитов и пр. Вакуумные процессы электроннолучевой и термодиффузионной сварки позволяют получать неразъемные соединения приборов, деталей конструкций машин и сооружений в ядерной, автомобильной, электронной и других отраслях промышленности.
Осуществление многих вакуумных технологических операций, таких как дегазация (непрерывная, при нагреве, частичная), раскисление, обезуглероживание и прочее вне печи позволяет расширить возможности сталеплавильных агрегатов, в частности, кислородных конверторов и мартеновских печей по сортаменту выплавляемого металла, и поставлять новые виды продукции с требуемым химическим составом и свойствами. Процесс выплавки стали в этих агрегатах упрощается и сводится только к расплавлению шихты, удалению вредных примесей, окисных включений, избытка углерода и нагреву металла до заданной температуры.
Гелиевые масс-спектрометрические течеискатели ТИ1-14 и ТИ1-15, высокочувствительный течеискательный стенд СВТ-2, усовершенствованные галогенные течеискатели БГТИ-7 и ТИ-2-8, принципиально новые электронно-захватные течеискатели 13ТЭ-9-001 и ТИЭ-2, использующие в качестве пробного вещества элегаз.
Разработана различная запорная и регулирующая вакуумная арматура с ручным и электропневмоприводами как для непрогревае-мых, так и для прогреваемых вакуумных систем.
Одним из эффективных методов повышения качества стали является раскисление стали углеродом в вакууме в связи с возможностью существенного снижения содержания кислорода и получения мелкой дендритной структуры слитков. Развитие реакции обезуглероживания в вакууме широко используется для получения стали с низким содержанием углерода (менее 0.01%), главным образом электротехнических и сталей для эмалирования с одноразовым покрытием. Этот процесс позволяет сократить продолжительность дорогостоящего обезуглероживающего отжига стального листа или отказаться от него вообще [1,2].
Порционные и циркуляционные установки внепечного вакуумирования используют для изготовления широкого сортамента нержавеющей стали, содержащих менее 0,02% углерода и хорошо полирующихся и обладающих высокими антикоррозионными свойствами. Например, на установках циркуляционного вакуумирования завода в Рурорте (Германия) и ОАО Новолипецкий металлургический комбинат содержание углерода в металле составило 0,003% [2, 3].
Процесс вакуумной дегазации, т.е. удаление из жидкого металла растворенных в нем газов, обеспечивает не только получение металла с минимальным содержанием вредных примесей, но и способствует улучшению его свойств. В настоящее время вакуумная дегазация широко используется производителями стального листа в автомобилестроении, так как стальные листы достигают при такой обработке повышенного предела текучести . При этом дегазацию жидкого металла во всем его объеме обеспечивает наиболее простой процесс вакуумной обработки в ковше.
К вакуумной внепечной обработке относится вакуумная обработка стали и сплавов в ковше, вакуумирование стали в струе, вакуумирование металла мелкими порциями всасыванием или принудительной циркуляцией металла из ковша в специальный вакуумный резервуар.
Удобной в промышленной эксплуатации оказалась установка для ковшового вакуумирования завода Днепроспецсталь . Стальная сварная камера цилиндрической формы шарнирно соединена с крышкой, подъем и опускание которой производится с помощью электрической лебедки. В центре крышки имеется закрывающийся контейнер (дозатор) с открывающимся днищем для введения в ковш различных легирующих добавок и раскислителей. Вакуумная обработка производится при остаточном давлении 3-103-3.5-103 Па.
Эффективность способа вакуумирования стали в ковше может быть увеличена за счет принудительного перемешивания металла при помощи электромагнитного поля . Современные установки для вакуумирования стали в ковше с электромагнитным перемешиванием обеспечивают хорошую дегазацию всего находящегося в ковше металла и равномерное распределение вводимых в ковш раскислителей и легирующих добавок.
Вакуумирование стали в струе применяется для удаления водорода из стали при отливке слитков для крупных поковок. Распространение этого варианта внепечной обработки объясняется сравнительной простотой практического осуществления и высокой скоростью дегазации. В общем случае установка этого типа состоит из вакуумной камеры с изложницей, ковша с металлом, ограничителя разбрызгивания струи, вакуумного затвора и вакуумного насоса. Самые крупные слитки, отливавшиеся в вакууме, имели массу около 400 т и предназначались для роторных валов атомной электростанции .
Для вакуумирования в струе слитков относительно небольших размеров применяют метод перелива из ковша в ковш. Порционный и циркуляционный методы вакуумирования отличаются от рассмотренных выше тем, что воздействию вакуума здесь одновременно подвергается только часть металла, засасываемого из обычного сталеразливочного ковша в расположенную над ним вакуум-камеру через всасывающий патрубок, погруженный в металл. Принципиальным различием между этими методами является способ и характер перемещения металла из ковша в вакуум-камеру и обратно.
Для установок внепечного вакуумирования широко применяются пароэжекторные вакуумные насосы, представляющие собой агрегаты из нескольких (4-6) последовательно соединенных эжекторов, обеспечивающих в целом скорости откачки и требуемое остаточное давление. Для ускорения откачки системы до рабочего состояния в установках внепечного вакуумирования предусматриваются пусковые эжекторы (один или два), включаемые параллельно основному рабочему насосу. Эти эжекторы способны очень быстро откачать систему до 1 -104 — 2-104 Па, после чего отключаются.