Захист від вторинного окиснення
Захист металу від вторинного окиснення
Для забезпечення властивостей металу, що задовольняють сучасним вимогам, необхідно отримувати високу чистоту металу за оксидними неметалевими включеннями, що, у свою чергу, досягають застосуванням глибокого розкислення металу та утриманням необхідного рівня окисленості металу на всіх наступних етапах переділу та розливання. Остання умова досягають виключенням можливості вторинного окислення за рахунок максимального зменшення окисного потенціалу контактуючих з металом фаз. Здатність шлаку насичувати метал нівелюють зниженням вмісту FeO в ньому до менш ніж 0,5 % за допомогою присадки алюмінієвої січки, меленого карбіду кальцію, силікокальцію, коксика та ін. нерозкисленим металом та шлаком. Що стосується атмосферою ситуація складніша. Якщо в ковші метал від контакту з повітрям захищений шлаком, то при переливах на етапі розливання такий захист виключено. У цьому застосовують різні технічні рішення, створені задля зниження інтенсивності взаємодії повітря з металом.
Вторинне окислення струменя металу повітрям при розливанні викликає ряд небажаних наслідків, що погіршують якість сталі і навіть іноді призводять до шлюбу. Наслідком такого окислення може бути не тільки підвищення загального вмісту кисню в сталі в результаті збільшення вмісту в ній оксидних включень, а й покоління дефектів злитка, серед яких найчастіше зустрічаються полони на його поверхні. Вони утворюються внаслідок попадання на внутрішню поверхню виливниці бризок металу, які, окислюючись повітрям, не зварюються з масою зливка,але досить міцно вростають у його поверхню, викликаючи необхідність проводити очищення цієї поверхні вирубуванням окремих місць або суцільну зачистку.
Негативні наслідки вторинного окислення повітрям вимагають застосування спеціальних заходів для його запобігання. Розробці цих заходів для покращення якості зливка металурги приділяють великий вплив вже протягом багатьох десятиліть. Зводилися вони переважно до створення у виливниці відновлювальної чи нейтральної атмосфери. Застосовують, наприклад, зневоднений петролатум (продукт переробки нафти), який у кількості 0,3...0,5 кг/т закидають на дно виливниці до розливу або на початку. При його розкладанні та частковому згорянні у виливниці створюється відновна або слабоокислювальна атмосфера, що попереджає або послаблює можливість вторинного окислення. Використовують дерев'яні рамки, які поміщають на дзеркало металу, що піднімається; при згорянні вони коптять, зменшуючи окислювальний потенціал атмосфери у виливниці, Застосовують також рідкий синтетичний шлак або легкоплавкі шлакоутворюючі брикети та суміші різного складу. При наведенні на дзеркалі металу у виливниці шлаку він захищає сталь від окислення киснем повітря, а також знижує теплові втрати та утворює між зливком і виливницею шлаковий шар товщиною 0,5 - 3 мм, що виконує роль змащення.
Найпростішим способом захисту струменя є обдув її інертним газом (зазвичай аргоном), що подається з кільцевого трубопроводу з отворами по колу (рис. 1. а). Ці отвори розташовані так, що газ охоплює струмінь металу по всій його довжині від гирла склянки сталерозливного ковша до поверхні розплаву в проміжному ковші. Однак цей метод малоефективний внаслідок того, що аргон, що подається, розбавляється навколишнім повітрям,який він частково інжектує. Цьому сприяє рух повітря в цеху, особливо під час його посилення під час вітру, протягу і т.зв. Для усунення цих недоліків обдув струменя аргоном здійснюють, поміщаючи їх у захисний металевий кожух. Цей кожух верхньою частиною примикає до сталерозливного ковша, а з-під нижньої частини поверхні розплаву видувається аргон (рис. 1, б).
Надлишковий порівняно із зовнішньою атмосферою тиск аргону перешкоджає засмоктування повітря в простір під кожухом. Це потребує значної витрати аргону, що є недоліком способу. Ще більшою мірою цей недолік проявляється у використовуваному на деяких заводах випадку, коли аргон рівною мірою вільно видмухується і у поверхні сталерозливного ковша (навколо розливної склянки), і у поверхні розплаву в проміжному ковші.
Мал. 1. Способи захисту струменя металу (а-в) між сталерозливним (1) та проміжним (2) ковшами. 3 – ущільнення; 4 система пневматичного підтиску (інші пояснення у тексті)
Найменша витрата аргону та кращий захист струменя від вторинного окислення повітрям забезпечує пристрій, у нижній частині якого знаходиться проміжний ківш; верхня частина цього пристрою приєднана до сталерозливного ковша (рис. 1, в). Для щільного з'єднання цих частин між ними міститься прокладка, що ущільнює, зазвичай виготовлена з фібри. При такому з'єднанні двох герметичних частин втрати аргону відбуваються лише при продуванні під час їх з'єднання для витіснення повітря. Відсутність підсмоктування повітря під час розливання забезпечує надійний захист від вторинного окиснення. У проміжному ковші за такого методу захисту майже немає шлаку. (На решті схем рис. 1 видно шар шлаку на поверхні металу.)Однак цей метод захисту дуже складний як у конструктивному виконанні, так і експлуатації.
З урахуванням конструктивних особливостей і надійності зашиті струмені металу від вторинного окислення оптимальним є використання вогнетривких труб, що занурюються в метал - занурювальних склянок, проходячи через які струмінь не взаємодіє з повітрям. Застосування таких склянок вирішує питання захисту струменя всередині труби і насі виходу: струмінь виходить на деякій глибині під поверхнею рідкої сталі і взаємодіяти з повітрям не може. Труднощі викликає верхня частина занурювальної склянки, де він з'єднується з шиберним затвором сталерозливного ковша. У цьому місці діють два фактори, що створюють умови для надходження повітря в струмінь металу. Перший - розрідження біля виходу струменя з шиберного затвора і надходження їх у склянку. Це розрідження викликає інжекцію повітря в струмінь рідкої сталі, що протікає в склянці. Тому велике значення має надійне стикування занурювальної склянки з колектором шиберного затвора. Це завдання не просте, тому що при регулюванні витрати металу випускний колектор двоплитного шиберного затвора переміщається, а занурювальна склянка повинна весь час розташовуватися по осі струменя. Щільність з'єднання склянки з затвором можна збільшити підібганням, але щоб уникнути руйнування вогнетривкої склянки зусилля такого підібгання повинно бути