АРГОНО-КИСЛОРОДНАЯ ПРОДУВКА

Влияние продувки металла инертным газом на уменьшение парциального давления СО, образующегося при окислении углерода, использовано при разработке такого процесса, как аргоно-кислородное обезуглерожива­ние, или аргоно-кислородное рафи­нирование (АКР)¹. При продувке ме­талла кислородом равновесие реакции [С] + 1/2 О₂(_Г) = СО_Г определяется пар­циальным давлением кислорода и об­разующегося СО. Продувка металла смесью кислорода с аргоном приводит к «разбавлению» пузырей СО аргоном и к соответствующему сдвигу равнове­сия реакции вправо. Окислительный потенциал газовой фазы при этом до­статочен для проведения реакций окисления примесей ванны. Метод аргоно-кислородной продувки широ­ко используют при производстве кор-розионностойких и других хромсо-держащих сталей. Равновесие реакции (Сг₂О₃) + 3[С] = 2[Сг] + ЗСО_Г при уменьшении парциального давления монооксида углерода р_со сдвигается вправо; в результате обеспечивается хорошее усвоение кислорода.

¹ Процесс известен также как AOD-npo-цесс (argon-oxygen-decarburisation).

В процессе продувки состав смеси изменяют, уменьшая расход кислоро­да и увеличивая расход аргона. Таким образом обеспечивают получение сплавов с очень низким содержанием углерода и без заметных потерь хрома. Метод аргоно-кислородной продувки не обеспечивает получение таких особо низких концентраций углерода, как способ вакуум-кислородного обезуг­лероживания; степень использования хрома при аргоно-кислородной про­дувке несколько ниже. Тем не менее способ аргоно-кислородной продув­ки, обеспечивающий достижение на более простых агрегатах лучшей про­изводительности, получил широкое распространение.

Наиболее распространенный вари­ант конструкции AOD-конвертера по­казан на рис. 19.22.

Фурма для подачи дутья обычно состоит из двух концентрических труб. По внутренней трубе подают смесь кислорода и аргона, а по коль­цевому зазору — аргон, служащий за­щитным газом. Соотношение расхо­дов кислорода и аргона изменяют в процессе продувки, добиваясь макси­мального окисления углерода и мини­мального окисления хрома. Обычно соотношение расходов О₂: Аг на пер­вой, второй и третьей стадиях продув­ки поддерживают на уровне соответ­ственно 3 : 1; 1 : 1 и 1 : 3 (рис. 19.23).

Для снижения стоимости передела на первой стадии продувки вместо ар­гона можно вдувать азот. После окон­чания третьей стадии ванну продувают чистым аргоном для возможно боль-

Рис. 19.22.Конструкция конвертера для ар­гоно-кислородной продувки:

а — конвертер; б— фурма

Рис. 19.23.Продувка металла в агрегате АКР

(AOD) при производстве низкоуглеродистой

высокохромистой стали

шего снижения концентрации кисло­рода и серы (в результате перемешива­ния металла под высокоосновным шлаком), а также для возможно боль­шего восстановления окисленного в процессе продувки кислородом хрома. Существуют также варианты продув­ки, при которых кислород подают че­рез фурму сверху, а снизу — смесь О₂ + Аг или только аргон (иногда азот).

На рис. 19-24 показано, что сниже­ние парциального давления СО при 1700 ºС в случае аргоно-кислородной продувки обеспечивает получение за­метно более низких концентраций уг­лерода, чем при той же температуре, но при нормальном давлении. Срав­нительная простота организации аргонно-кислородной продувки, высо­кая производительность агрегатов и возможность изменять в широких пре­делах окислительный потенциал газо­вой фазы (отношение О₂: Аг) привели к непрерывному расширению сферы распространения этого метода, кото­рый используют для производства не только коррозионностойких, но и электротехнических, конструкцион­ных и других сталей.

Этот метод делает возможным по­лучение в конвертере высокохромис­тых сталей непосредственно из чугуна с использованием в качестве шихтово­го материала хромистой руды. Жидкий чугун подвергают внедоменной обработке (обескремниванию, дефос-форации), после чего заливают в кон­вертер. В процессе продувки в конвер­тере осуществляют обезуглерожива­ние, десульфурацию и легирование хромом. Одну часть хрома вводят в ме­талл с феррохромом, а другую — с хро­мистой рудой, оксиды которой восста­навливаются углеродом чугуна. На од­ном из заводов Японии организовано производство коррозионостойкой ста­ли из расплава никелевых и хромис­тых руд. Никелевую руду с высоким содержанием железа после дробления, обогащения и предварительного на­грева в смеси с углеродистым восста­новителем в нагретом до ~1000 °С со­стоянии загружают в рудовосстанови-тельную печь, в которой получают расплав с 13—15 % Ni. Хромистую руду также подвергают предварительной обработке и в нагретом до ~ 500 ºС со­стоянии загружают в рудовосстано-вительную печь, где получают расплав с 40—43 % Сг. Расплавы смешивают в ковше и заливают в конвертер, в кото­ром подвергают аргоно-кислородной продувке для получения специальных высокохромистых никельсодержащих сталей.

По сравнению с известным спосо­бом получения таких сталей из скрапа по схеме дуговая печь — конвертер ар­гоно-кислородной продувки затраты

Рис. 19.24.Соотношение между содержани­ем углерода и хрома при различных темпера­турах металла при продувке его в печи (сплошные линии, р_со = О,1 МПа) и в AOD-конвертере (штриховая линия, р_со = = 0,01 МПа)

энергии в новом процессе ниже, со­держание неметаллических включе­ний и азота меньше, поскольку ис­пользуют первородную шихту и не происходит образования атомарного азота в зоне.

Возможности, которые появляются при использовании метода аргоно-кислородного рафинирования, вели­ки, и в мировой практике рождаются все новые и новые варианты процесса. Разрабатываются, в частности, вари­анты использования метода расплав­ления хромсодержащего и никельсо-держащего металлолома при вдувании в конвертер каменноугольной пыли с последующей аргоно-кислородной продувкой расплава и получением коррозионностойкой стали.