Обработка металла в условиях разрежения

Разрежение 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 разрежения снижается содержание растворенных в металле кислорода, водорода, оксидных неметаллических включений, металл становится более однородным. В настоящее время применяют ряд способов обработки стали в условиях разрежения (вакуумирование), схемы которых представлены на рис 11.

Рис. 11 Схематическое изображение различных установок вакуумирования стали в специальных камерах: а — порционное вакуумирование, б — циркуляционное вакуумирование, в — циркуляционное с подогревом от индуктора, г — вакуумирование со сливом в УПНРС, 1 — сталеразливочный ковш, 2 — промежуточное устройство, 3 — вакуумная камера, 4 — приемное устройство УПНРС

Вакуумирование в ковше, помещаемом в вакуумную камеру, производят при уровне металла, находящемся примерно на 1,5 м ниже верха ковша во избежание выхода 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. При циркуляционном вакуумировании два патрубка вакуумной камеры опускают в металл. При создании разрежения жидкая сталь поднимается в камеру на определенную высоту. В металл подъемного патрубка через пористую огнеупорную вставку вдувают аргон, в результате чего получается газо-металлическая смесь меньшей плотности, по сравнению со сталью, находящейся в другом патрубке. Эта смесь поступает в камеру, а дегазированный металл вытекает через сливной патрубок в ковш. При порционном вакуумировании часть металла по каналу патрубка из ковша, находящегося под атмосферным давлением, всасывается в вакуумную камеру, выдерживается там некоторое время, после чего возвращается в ковш при некотором опускании последнего. При очередном подъеме ковша в пределах погруженного в него патрубка в вакуумную камеру всасывается очередная порция жидкого металла. Повторение этих операций обеспечивает суммарный эффект вакуумирования стали, находящейся в ковше при атмосферном давлении.