Повышение прочностных свойств металлов и сплавов путём удаления из них вредных примесей. Дегазация
Введение
В настоящее время для развития машиностроения и приборостроения требуется более качественный металл, имеющий высокие показатели прочности, пластичности и минимальное газосодержание. В условиях металлургического завода зачастую невозможно получить данные о свойствах готового изделия. По этой причине для контроля качества изделий используют методы анализа по определению отдельных элементов в стали, а также анализируют данные о механических характеристиках готового изделия. В ряде случаев существенное отрицательное влияние на свойства стали оказывают наличие в ней водорода, кислорода и азота, а также содержание микропримесей цветных металлов. Кроме этого вредное воздействие оказывают неметаллические включения, характеризующиеся количеством, составом и формой. Применяя стандартизованные методы контроля качества металла, в большинстве случаев можно с достаточной достоверностью сделать вывод о качестве выплавленной стали [1].
Для улучшения показателей качества стали, используют методы, способствующие уменьшению содержания в металле вредных примесей, газов, неметаллических включений, изменения их состава и формы. Выбор используемого метода зависит от назначения, химического состава и последующих видов обработки, а также выбирается с учетом конкретных производственных условий. Существуют следующие методы для повышения качества металла: обработка металлов синтетическим шлаком, вакуумно-дуговой переплав (ВДП), электрошлаковый переплав (ЭШП), переплав металла в электронно-лучевых и плазменных печах, вакуумная дегазация металла и другие способы [1]. Рассмотрим подробнее метод вакуумной дегазации металла.
ВАКУУМНАЯ ДЕГАЗАЦИЯ МЕТАЛЛА
Дегазацией сплавов называется процесс удаления растворенных газов из жидких сплавов металла. Дегазация осуществляется при «кипении», перемешивании, раскислении, рафинировании сплавов во время плавки и разливки. Вакуумирование является эффективным способом дегазации сплавов. Для осуществления вакуумной дегазации сплавов используют вакуумные печи, применяют продувку инертными газами (например, аргон) жидкого металла [2].
Кислород и азот попадают в расплавленную сталь в процессе производства из атмосферы. Насыщение стали газами приводит к появлению различных дефектов, например к образованию газовых раковин. Кроме этого газы способны образовывать с металлами химические соединения, такие как оксиды, нитриды и др. Такие соединения не способны растворяться в металлах и сплавах, поэтому они выделяются в виде неметаллических включений, которые значительно ухудшают качество металла.
Дегазация стали приводит к повышению качества металла, а именно улучшаются механические и антикоррозионные свойства и как, следствие, увеличивается срок службы изделия.
В промышленности существует три основных способа вакуумной дегазации:
1) вакуумирование в ковше;
2) вакуумирование порций металла (порционное и циркуляционное вакуумирование);
3) вакуумирование в струе [2].
ВАКУУМИРОВАНИЕ В КОВШЕ
В 1940 году советскими учеными Самариным А. М. и Новиком Л. М. был предложен способ внепечной вакуумной дегазации. В результате вакуумной обработки металла в ковше удалось получить сталь с минимальным содержанием газов
Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы
. В 1952 году на Енакиевском металлургическом заводе впервые этом метод был осуществлен в промышленных масштабах. В это же время в Германии на заводе Bochmer Verein применили способ дегазации металла в струе. В СССР промышленное внедрение ковшового способа вакуумирования металла было осуществлено в 1955 году [3].
Вакуумирование стали в ковше (рис. 1) осуществляется в камере, в которую помещают ковш со сталью. Камеру герметично закрывают крышкой и соединяют с вакуум-насосом. Для ферросплавов на крышке камеры предусмотрен бункер. По достижению разрежения с остаточным давлением 0,267–0,667 кПа металл закипает, что свидетельствует о начале процесса дегазации. Всплывающие пузырьки газов захватывают неметаллические включения, в результате чего их содержание в стали уменьшается.
Рис. 1. Схема вакуумирования стали в ковше: 1 – камера, 2 – ковш, 3 – крышка, 4 – бункер для ферросплавов [4]
Длительность обработки зависит от температуры стали в ковше и ее массы, в большинстве случаев составляет 10–20 мин. После дегазации в металл вводят раскислители и легирующие добавки. Затем камеру соединяют с атмосферой, а ковш со сталью увозят на разливку.
Эффективность такого метода может быть существенно повышена при осуществлении постоянного перемешивания металла в ковше. Для этой цели используют инертный газ и электромагнитное поле [4].
Рассмотренный метод применим для ковшей емкостью до 200 т, поэтому при обработке расплава массой 300 т выбирают более производительные способы вакуумной обработки, такие как порционное и циркуляционное вакуумирование [4].
ВАКУУМИРОВАНИЕ ПОРЦИЙ МЕТАЛЛА
Способы порционного и циркуляционного вакуумирования в специальных камерах были разработаны с целью увеличения относительной поверхности жидкого металла.
Способ порционного вакуумирования был разработан в Германии в 1956 году фирмой «Dortmund - Hörder Hüttenunion». В этом же году реализована первая промышленная установка на заводе этой фирмы в Дортмунде [5].
Метод порционного вакуумирования жидкой стали заключается в вакуумной обработке расплавленного металла путем многократного его всасывания из сталеразливочного ковша порциями в вакуумную камеру.
Осуществление процесса происходит следующим образом. Порция металла поступает через огнеупорный патрубок из сталеразливочного ковша в вакуум-камеру. При опускании вакуумной камеры в нее натекает из ковша порция металла, которую подвергли вакуумной дегазации. При последующем подъеме вакуумной камеры происходит слив обратно в ковш дегазированного металла. Вследствие последующего вертикального возвратно-поступательного движения вакуумной камеры через нее проходят новые порции металла. Сливающиеся порции металла из вакуумной камеры опускаются на дно сталеразливочного ковша. В некоторых случаях поднимается и опускается не вакуумная камера, а ковш с металлом, а камера остается неподвижной [6].
Рис. 2. Схема порционного вакуумирования: 1 – вакууматор, 2 – ковш в верхнем положении, 3 – ковш в нижнем положении [6]
Масса одновременно поступающего в вакуумную камеру металла должна составлять не менее 10-12 % от общей массы металла в ковше
50% реферата недоступно для прочтения
Закажи написание реферата по выбранной теме всего за пару кликов. Персональная работа в кратчайшее
время!
на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.
Задать вопрос
