Қазақстан Республикасының бiлiм және ғылым Министрлiгi
С. Торайғыров атындағы Павлодар мемлекеттiк университетi
Металлургия, машина жасау және көлік факультеті
Металлургия кафедрасы
БАЛҚЫМАЛАРДЫ
ПЕШТЕН ТЫС ӨҢДЕУ
пәнің оқуға арналған әдістемелік нұсқаулықтар
050709 «Металлургия» мамандығының
студенттеріне арналған
Павлодар
Кереку
2008
Қазақстан Республикасының бiлiм және ғылым Министрлiгi
С. Торайғыров атындағы Павлодар мемлекеттiк университетi
БАЛҚЫМАЛАРДЫ
ПЕШТЕН ТЫС ӨҢДЕУ
пәнің оқуға арналған әдістемелік нұсқаулықтар
050709 «Металлургия» мамандығының
студенттеріне арналған
Павлодар
УДК 669.18 (075)
ББК 34.327я7
Б 22
С. Торайгыров атындағы ПМУ-дың металлургия, машина жасау және көлік факультетінің металлургия кафедрасының отырысында басуға ұсынылған
Пікірсарапшы:
техника ғылымдарының кандидаты, профессор М.М. Сүйіндіков
Құрастырушылар: А.Ж. Таскарина, П.О. Быков
Б22 Балқымаларды пештен тыс өңдеу. Пәннің оқуға арналған әдістемелік нұсқаулықтар / құраст. А.Ж. Таскарина, П.О. Быков. – Павлодар : Кереку, 2008. – 40 б.
Әдістемелік нұсқаулықта балқымаларды пештен тыс өңдеудің негізгі тәсілдері және пештен тыс өңдіру тәсілін қолданып болатты алудың артықшылығы туралы жалпы мәліметтер көрсетіледі.
Әдістемелік нұсқаулық 050709 «Металлургия» мамандығының мемлекеттік стандартына сәйкес МЖМБС ҚР 3.08.335–2006, жасалған.
УДК 669.18(07)
ББК 34.327я7
© Таскарина А.Ж., Быков П.О., 2008
© С. Торайғыров атындағы ПМУ, 2008
Кіріспе
Балқыманы пештен тыс өңдеудің пайда болуы және дамуы металл мен қорытпа сапасына талаптардың жоғарылауына, міндетті түрде жаңа сапалы қорытпа технологиясын және өндірісін өңдеу қажеттілігіне және оларды балқыту агрегаттарында дәстүрлі әдістермен алу мүмкіндігімен шектелуге себеп болады.
Пештен тыс өңдеудің таралуы көптеген жағымды жағдайлармен түсіндіріледі, мысалы:
– оттегімен металдағы көміртекті азайтып, көміртегі және басқа қоспалар бойынша құрамның кейінгі түзетуімен, үрлеу мүмкіндігі пайда болғандықтан, балқыма технологиясының жеңілдетілуі;
– қожды, қосынды материалдарды аз шығындаумен, қожға темірді аз кетуімен және т.б. конвертерлік балқыманы жүргізу үшін жағдайлар жасау;
– электрбалқыманың екі қожды технологиясын бір қожды технологияға қожды сормай ауыстыру (балқыма ұзақтығы, электрэнергия шығыны, еңбек шығындары азаяды);
– үздіксіз құю машиналарының сенімді және жоғары өнімді жұмысын қамтамасыз ету, онда температураны балқымадан балқымаға дейін нақты және стандартты реттеу және зиянды қоспалардан, әсіресе, күкірттен, стандартты таза металды алу талап етіледі;
– арзан әдістермен және қоспалар өлшемі аз болып келетін ерекше таза болатты алу;
– пайдаланылатын ферроқорытпа және тотығу құрылымы мен түрінің құрылымға талапты төмендету және оның тиісті түрде арзандату жағынан өзгеруі (феррохром мен ферроникельдің және с.с.т. арзан маркаларын пайдалану);
– табиғи-қоспалы кенді және қожды үйінділер мен аралас өндірістің әртүрлі қалдықтарынан жасалған материалдарды пайдаланумен «тікелей қоспалар» технологиясын кеңінен енгізу;
Пештен тыс өңдеу кезінде мына физикалық және физика- химиялық үрдістер өтеді:
– шөміш көлеміндегі болаттың температурасын және химиялық құрамын түзету, бұл инерттік газды үрлеу немесе вакуумдаудың кейбір тәсілдерімен араластыру кезінде пайда болады;
– вакуумдау кезінде пайда болатын терең көміртексіздендіру (<0,02 С);
– болаттың оксид кірмелері – вакуумдау бойынша көміртектің тотығуы және жоғары жиілігі;
– болат пен балқымаларда сутегінің < 2∙10-4 % S болуымен – вакуумдаумен газсыздандыру;
– < 0,003 % S-ге дейін ұнтақпен үрлеумен, қожбен өңдеумен десульфурациялау;
– оксидтік және сульфидтік кірмелерінің пішінін өзгерту (модификация) – сілтілі-топырақты металдардың ұнтақтарымен (көбінесе кальциймен, олардың қорытпаларымен өңдеу);
Аталған металлургиялық үрдістер пештен тыс өңдеу кезінде балқыту агрегаттарымен салыстырғанда көптеген ерекшеліктер арқылы тиімді өтеді. Олардың негізгілері:
– осы үрдістердің дамуы үшін жағымды термодинамикалық жағдай жасау; пеште немесе конвертерде тотығу және десульфурациялау кезінде қарама-қарсы қызметтерді атқаруы керек қожды емес терең десульфурациямен қамтамасыз ететін қожды нысаналау;
– дамыған байланысты қабатпен металды бөлшектерге бөлу кезіндегі болат пен газдік фазаның немесе қождың өзара әрекеттесу жылдамдығын жоғарылату;
– металды бөлшектерге бөлу кезіндегі оның масса ауыстыру қарқындылығын жоғарылату және онда ерітілген бөлшектердің шоғырлау градиентінің көбеюі (сол шоғырлану кезінде).
1 Үздіксіз құю және балқыманы пештен тыс өңдеуге дайындау үшін сұйық болатқа қойылатын талаптар
-
Үздіксіз құю үшін болатқа қойылатын талаптар
Үздіксіз құю машиналарындағы болаттың құйылуы (ҮҚМ) өндірісті ұйымдастыру және металдың өзі жағынан қосымша талаптар қояды. Өндірісті ұйымдастыру жағынан оттегі-конвертерлік үрдіс ҮҚМ жұмысына сәйкес келеді, өйткені конвертердегі балқыту циклі болатты құю цикліне жақын болып келеді.
Оттегі-конвертерлік үрдісінің үлкен оңтайландыруға байланысты конвертер мен ҮҚМ-і жұмыс толық үйлестіру мүмкіндігі бар, бұл металды бөлшектеп «балқымадан балқымаға» әдісімен құюда маңызды болып келеді.
Металды «балқымадан балқымаға» құю болаттың балқымадан балқымаға құю кезінде температурасы мен химиялық құрамының тербелісіне жоғары талаптар қояды және сапалы үздіксіз құйылған дайындама алуға мүмкіндік беретін негізгі өлшем күкірт пен фосфордың қосындысы (≤ 0,020 % S немесе [Mn]/[S] ≥ 25 ) болып табылады.
Қазіргі кезде сапалы және жоғары сапалы болат өндірісі көбеюде, бұл техниканың жаңа салаларының болаттың сапасына деген талаптарының жоғарылауына негізделген. Бұл аз газ, металды емес кірмелерді және басқа орынсыз қосындылары бар болат пен балқыма өндірістері масштабтарының көбеюіне әкелді. Онда металды өңдеудің жаңа әдістері әзірленді. Тазартудың көптеген операциялары болатты балқыту агрегатында емес, болатты құю шөмішінде жеңіл және арзан болып келеді. Соңғы жылдары металды шөміште жылытатын және бірден тазартатын шөміш-пеш түріндегі агрегаттар жасалды. Балқыту агрегатынан тыс технологиялық операцияларды жүргізу пештен тыс өңдеу, шөміш металлургиясы, шөміштік тазарту және т.с.с. аталды.
Пештен тыс өңдеу әдістерін жетілдіру қол жетерлік және арзан шихталық және қосымша материалдарды пайдалану кезіндегі зиянды қосындылардың кепілдікті аз болуымен болатты кең масштабта өндіру үшін нақты жағдайлар жасады. Осы жағдайда болатты балқытуға арналған агрегаттар кейін пештен тыс өңдеуге тап болатын жартылай өнімді алуға арналған агрегаттарға айналады. Көптеген жағдайларда «аса таза» болатты алу дәстүрлі әдіспен мүмкін емес.
Жыл сайын ғылыми-техникалық әдебиеттерде пештен тыс өңдеу технологиясының жаңа варианттары жайлы хабарланады.
Пештен тыс өңдеудің негізгі мақсаты – кәдімгі болат балқыту агрегаттарымен салыстарғанда бір қатар операцияларды жылдам және тиімді түрде жүзеге асыру. Бұл шөміш көлемінде температура мен металл құрамын түзету; химиялық құрамды балқымадан балқымаға дейін тербелісінің тар шеңберлеріне дейін жеткізу, қоспалау, шағын қоспалау; металды емес кірмелерді жою және түрін өзгерту: металды десульфурациялау; металды газсыздандыру (сутегі мен азотты жою) және т.б. Барлық аталған міндеттерді бірден шешу қиын және аса маңызды да емес, сондықтан, көбінесе, бір бөлігі ғана шешіледі.
Пештен тыс өңдеудің жылдам таралуы мыналармен айтарлықтай дәрежеде түсіндіріледі: балқыту технологиясын жеңілдетумен, өйткені жартылай өнімнің агрегаттарда, кейін металды шөміште балқыту мүмкіндігі пайда болады; болатты үздіксіз құю тәсілінің таралуымен, өйткені ҮҚМ жұмысының жоғары өндірісі үшін металдың температурасы мен химиялық құрамын балқымадан балқымаға дейін нақты және стандартты реттеу және жоғары сапалы металл қажет болады (қазіргі кезде ҮҚМ-ге құйылатын болат пештен тыс өңдеуден өтеді); балқытудың кәдімгі технологиясы бойынша алуға қиын немесе мүмкін емес жауапты міндеттегі болат өндірісі көлемінің өсуімен; оттегі-конвертерлік цехтерде «электрпеш» сортаментіндегі болатты алу мүмкіндігімен.
-
Балқыманы пештен тыс өңдеуге дайындау
Балқыманы пештен тыс өңдеуге дайындау, әсіресе, шөмішке пеш қожының және пеш шегенінің материалдарының түсуін алдын алу аса маңызды болып келеді. Пештің шеткі қожының тотығу сипаты пештен тыс өңдеу кезінде тотығу, десульфурациялау, металды емес кірмелерден тазарту үдерістерінің тиімділігіне әсер тигізуі мүмкін; қож фосфордың, күкірттің, сутегінің, азоттың металға ауысуларына негіз бола алады. Шөміштің шегені, онда аса тотыққан металды өңдеген жағдайда, болатқа оттегінің түсүіне негіз және болаттың оксидтік кірмелермен ластануына себеп бола алады. Шеткі қождың бөлінуі үдерісі көп жағдайда синтетикалық қожбен өңдеу немесе ұсақ материалдармен үрлеу арқылы болатты десульфурациялау және тотығу технологиясын ойдағыдай енгізу, рефосфорация үдерісінің өтүін жою, тотығу және қосымшалар шығынын төмендету және балқытатын болаттың өзіндік құнын төмендету үдерістеріне байланысты болып келеді.
Металды пештен шығару кезінде қож бөлінуінің бірнеше тәсілдері бар.
Тәсілдердің бірі, арнайы тарақтар арқылы қисайған шөміште металл үстінен қожды жою болып табылады, бірақ бұл тәсіл өзінің күрделілігінен кең таралған жоқ.
Болаттың конвертерлік өндірісінде агрегаттан қождың құйылуын қиындату мақсатында дәстүрлі түрде қождың қоюлану әдістері (мысалы, суық доломит, әктас бөлшектерін қосу) қолданыла бастады. Мұнда шеткі қож балқыту үдерісі басталып, қож шығып, конвертер көтерілген кезде бөліне бастайды. Осы тәсілде конвертерді қай кезде көтеру керектігін анықтау қиындыққа соғады, нақты айтқанда, металмен бірге қождың шығуы немесе, керісінше, металдың бір бөлігі шөміштің ішінде қалу қауіпі төнеді.
Осы мәселені шешеу әдістерінің бірі – әртүрлі тығындарды пайдаланумен болат шығару тесігінің (өнеш) тығындауын ұйымдастыру.
К ерамикалық тығынның тығыздылығы (1 сурет) балқытылған металмен салыстырғанда төмен болып келеді, сондықтан тығын қож-металл шекарасында жүзеді және металдан кейін тесікті толық жабады.
«Voest-Alpine» (Австрия) компаниясымен оттегі конвертерінің шығару тесігі үшін пневматикалық тығын жасалды. Қожды конвертерде ұстау тығын және шығару тесігі арқылы үрленетін газ қысымы арқылы жүзеге асырылады. Осындай тәсіл PSS (Pneumatic Slag Stopper) деп аталады.
Электрдоғалық пештен болатты құю кезінде шөмішке пеш қожының түсуін алдын-алу пеш еңісінің бұрышын өлшеу арқылы жүзеге асырылады, бірақ онда да шөмішке қож түседі.
Доғалық пештерден металды құю кезінде қож бөлінуінің дәйектілігін жоғарылату мақсатында сифондық шығу әзірленеді. Осындай шығу кезінде пештің шығу тесігін балқытылатын деңгейден төмен орналастырады. Келесі қадам су түбіндегі орталық, ал кейін эксцентрикалық (эркерлік) шығу әдісі болып келеді (2 сурет).
Б асқа шешім жылжытылған түпкі шығаруы бар пешті дайындау болып табылады (3 сурет). Жылжытылған шығаруы бар пеш тесігі орталық сызықтан 7,5 градусқа жылжытылған, эркерлік аймақ металл көлемі көп, ал аспапбет-төбе арқылы өтетін жылуберілім төмен, өйткені ол пештің басты тоғыспасының бөлігі болып табылады.
Қож бөлінуінің басқа да шешімдері болуы мүмкін сұқпажабқыш бекітпелер арқылы; шөміштен шөмішке құю әдісімен; балқыма шыққан соң шөміштен қожды сорып алу әдісімен (шөміштегі металды үрлеу, астында аргонмен); қожды арнайы сыйымды ыдыста ұстап қалу әдісімен, қожды болатты үздіксіз құю қондырғыларында бөлу.
2 Металды синтетикалық қожбен, өзі балқитын және қатты қождық қоспалармен тазарту, ұнтақтәріздес материалдарды үрлеу
2.1 Металды синтетикалық қожбен тазарту
Металды арнайы дайындалған қожбен өңдеу қождық фазаға кететін зиянды қоспаларды (күкірт, фосфор, оттегі) қожға ауыстыру үдерісін қарқындатуға мүмкіндік туғызады. Қоспаларды жоюда негізгі рөл қождық фазаға қатысты болғанда, үдеріс жылдамдығы фазалар арасындағы байланыс аумағына өлшемдес болып келеді. Осы әдісті күкіртті жою үшін пайдаланады, осы жағдайда синтетикалық қождың негізгі бөлшегі әктас болып табылады. Қожда темір оксиді болмағандықтан, ол тотығушы болады. Тәжірибеде қажетті химиялық құрам мен температура қожын алу және металды қождан кейіңгі бөлумен қождық және металдық фазалардың байланысын максималдық үстіңгі бетін қамтамасыз ету негізгі міндет болып келеді.
Металды сұйық синтетикалық қожбен тазарту 1925 жылы орыс инженері А.С. Точинский ұсынды. 1933 жылы металды сұйық әктасты, құмды-топырақты қожбен өңдеу француз инженері Р. Перренмен патенттелді.
Металдың синтетикалық қожбен өңдеудің кең таралуына болаттың суыққа тұрақтылығын, оның жабысқақ қасиеттерін жоғарылату үшін күкірт азаюының қажеттілігі себеп болады. Күкірттің төмендеуі металдың пісірілуін жақсартады, бұл пісіру құрылымдарын пайдалану кезінде өте маңызды. Күкірттің аз болуы қажет ететін болат маркаларының шеңбері кеңеюде, бұл төмен температурада құрылымдардың дәйекті пайдалануымен байланысты. Күкірттің аз болуы болаттың барлық маркаларына үздіксіз құю да талап етеді, өйткені онда металдың ақауы төмендеп, үздіксіз құймакесектің құрылысы жақсарады.
0,005% S бар болатты алу үшін осындай күкірті бар сұқпажабқышты алу үшін дәл сол мөлшерде күкірт бар сұқпажабқыш болуы керек. Осыған байланысты жоғары сапалы және ерекше жоғары сапалы болатты өндірген кезде, оны шөміште барлық болатты балқытатын цехтерде тиімді болып келетін синтетикалық қожбен тазалау әдісі кең таралды. Металдан күкірттің, оттегінің, металды емес кірмелердің жойылуын қамтамасыз етеді. Болатты синтетикалық қожбен өңдеуде үлкен артықшылық операцияның қысқа мерзімділігі болып табылады. Барлық үдеріс металды болатты балқыту агрегатына шөмішке құю кезінде өтеді. Агрегат өнімділігі өседі, өйткені операция шөмішке ауысады.
Синтетикалық қождарға қойылатын негізгі талап – темір және марганецтің ең төмен мөлшері. Осы қождарға фосфор жіберілмейді, өйткені тазарту кезінде фосфор металға айналады. Көбінесе мына құрамдағы синтетикалық қожды пайдаланады %: CaO 50-55; Al2O3 37-43; SiO2 15; MgO 7.
Қожды балқыту температурасы құрамға тәуелді 1573-1673 К тербеледі.
Металды осындай құрамдағы қожбен өңдеу кезінде десульфурациялау және тотығу үрдістері өтеді. Ең төмен десульфурациялау тотыққан металды тазартуда өтеді. Сонымен қатар, осындай өңдеуде металды емес болатты – тотықтыру өнімдері жойылады. Тәжірибе, синтетикалық қожбен өңдеген кезде металды емес кірмелердің мөлшері екі есе төмендейтіндігін көрсетеді.
Тазарту операциясының маңызды ерекшелігі шөмішке пешті тотыққан қождың түсуін алдын алу болып табылады. Қождың бөліну кезінде тотыққан металды әктасты құмды-топырақты қожбен десульфурациялау деңгейі 75-80% жетеді. Синтетикалық қождың болат маркасына және оған қойылатын талаптарға тәуелді сыбағалы шығысы 0,02-0,05 кг/кг болат болып тұрады. Дайын болаттағы күкірт мөлшері 0,003-0,005% құрайды.
Болатты сұйық синтетикалық қожбен өңдеу түрінің бірі араластыру әдісі болып табылады. Онда болатты құю шөмішіне бірден болатты (жартылай өнім), синтетикалық қожды және сұйық лигатураны құяды. Осы әдісті жоғары сапалы шарикті мойынтіректі болатты өңдіру үшін пайдаланады. Араластыру әдісі Ижевск металлургиялық зауытында дайындалды. ШХ15 болатынан жасалған, араластыру әдісімен балқытылған мойынтіректердің ұзақ уақыттылығы кәдімгіден 2,9 есе жоғары болады.
Металды синтетикалық қожбен өңдеу әдістері әрқашан жетілдіріп дамиды. Кейбір жағдайларда аралық шөміште және соңғысы болатты құю шөмішіне алдын алу тазарту өтетін металдың екі сатылы өңдеуін қолданады. 30ХГСА болатын синтетикалық қожбен екі сатыда аргонмен арқылы үрлеумен бірге өңдеу кезінде күкірт өлшемі 0,02-ден 0,002%-ға дейін төмендейді, оттегі өлшемі 0,0028%, сутегі – 0,0004%-дан өскен емес. Нәтижесінде, қасиеттер анизатропияларының төмендеу кезінде соққы тұтқырлығы көрсеткіштері едәуір өсті. Металды вакуум-қождық өңдеу тәсілі әзірленіп, пайдалануда. Сұйық қожы бар шөміш вакуумдық камераға салынып, үстінен қож қабатына басқа шөміштен металл ағыншасы құйылады. Вакуум әсерінен шөміштегі қож көпіреді, ал металл ағыншасы ұсақталады. Металдың үстіңгі беті қож арасындағы байланыс нығаяды.
Синтетикалық қождарды алу үшін әртүрлі шаң түріндегі қалдықтарды және тапшы емес материалдарды пайдаланудың жаңа мүмкіндіктері Днепропетровск металлургиялық институтымен циклонда сұйық синтетикалық қождарды алу тәсілін дайындаумен байланысты пайда болды. Циклонның ОКБ-1320 пешімен қиысуы кезінде оның өнімділігі өседі.
Қожды балқыту пешін орнату үшін орын жоқ цех (әсіресе, ескі цехтарда) жұмысының жағдайлары бойынша өзі балқитын қож қоспалары (ӨБҚҚ) пайдалануы мүмкін. Оны алюминий ұнтағын пайдаланумен немесе алюминий, натрий селитрасы, әктас және балқыту шпатының жоңқасын сұрыптаумен дайындайды. ӨБҚҚ сыбағалы шығысы ~ 0,035 кг/кг, оны көбінесе кермелеу астында жеке шөміште алдын ала күйдіріп (жанатын материалдар – селитра және алюминий), одан соң металды шығаратын болат құю шөмішке төгіледі. ӨБҚҚ басты кемшілігі – қоспаны күйдіру және металды шөмішке құю кезіндегі түтін мен шаңның пайда болуы. 160 т конверттерде 35ГС болатының осындай қоспасымен өңдеу кезінде күкірт 0,025-0,030-ден 0,003-0,005%-ға дейін төмендеген.
Сұйық синтетикалық қождарды алу қондырғыларын орнату үшін бос алаңдар болмаған жағдайда металды қатты қож тәріздес қоспалармен өңдеу әдісін қолданады. Көбінесе 4:1 бөлшектердің ара қатынасы кезінде әктас және балқыту шпатының негізінде жасалған қоспаны пайдаланады. Қоспаның сыбағала шығыны 3 тен 10 кг/т болатқа дейін болады. Сұйық синтетикалық қождарды пайдалануда сияқты ең жақсы нәтижелерді десульфурациялық қоспаның тотығу және өңдеу кезінде алады. Қатты қожды жасайтын қоспалардың кемшілігі (ҚҚҚ) – қоспаның шөміште жылыту және балқытуға жіберілетін жылу шығыны. Бұл металды шығару кезінде 30-40 К қосымша жылытуға мәжбүр етеді. Металлургиялық зауыт тәжірибесінде ҚҚҚ пайдалану кезінде тазарту жасағанда металды шөміште жылыту мүмкіндігімен шөміш-пеші сияқты агрегаттар қолданылады. Тазарту тиімділігін күшейту үшін бір мезгілде шөміш түбінің қойыртпасында орналасқан кеуек блоктар арқылы аргонмен металын үрлейді.
2.2 Болатты ұнтақтәріздес материалдармен үрлеу
Металды синтетикалық қождармен тазарту тиімділігі болатты ұнтақтәріздес материалдармен шөміште үрлеу кезінде едәуір өседі. Металды ұнтақтәріздес материалдармен өңдеудің нақты түрлерінің ішінде металға күшті тотығушыларды және десульфураторларды үрлеу әдісі кең таралды. Материалдарды ұсақтату, үрлеу және тасымалдау үшін құрал-жабдық қажет. Оларды арнайы диірмендерде: шар, вибродиірмендерде және т.б. ұсақтатады. Жабдыққа қойылатын басты талап – жоғары өнімділікте ұсақтатудың қажетті деңгейін қамтамасыз ету. Осы талаптарға Pala диірмені толық сәйкес келеді, ол кез келген материалдарды ұсақтай алады. Үрлеу кезінде тасымалдау үшін қолайлы 80% кем емес < 0,4 мм фракциясы бар ұнтақ болып келеді. Ұнтақтәріздес материалдарды диірменнен үрлеу қондырғыларына жабық бункерлерде немесе пневмокөлікпен тасымалдайды. 4 суретте металға ұнтақты үрлеу қондырғысы көрсетілген. Бункерлерден ұнтақ пневмокамерлі қоректендірушіге жіберіледі, онда ауақанықтырып, құбыржолмен фурмаға жеткізіледі. Фурма деген ішкі диаметрі 16 мм дейін, сыртынан отқа төзімді материалдармен жабылған болат құбыры болып келеді. Үрлеу үдерісінде құбыр металға шөміштің түбіне дейін өткізіледі. Тасымалданатын газ ретінде көбінесе аргонды пайдаланады, егер азот өлшемі бойынша ерекше талаптар болмаса, азотты да қолдануға болады. Кейде ұнтақты сұқпажабқыш бекітпе арқылы да жібереді.
Ұнтақты үрлеу үстінен жабылған немесе жабылған емес шөміште жасалады. Ең дұрысы қақпағы бар шөмішті пайдалану болып табылады. Өйткені онда жылу кетпейді және металдың тотығу атмосферасымен байланысы тоқтатылады. Қақпақтарды пайдалану кезінде үрлеу металдың үстінде қождың болмаған жағдайында да іске асуы мүмкін. Әртүрлі ұнтақтар және олардан жасалған композициялар да қоланылуы мүмкін. 1 кестеде металды ұнтақпен үрлеуде пайдаланатын бір қатар материалдар көрсетілген. № 5-7 десульфураторларын пайдаланған кезде күкірт жойылып, металды емес кірмелердің өлшемі төмендейді. № 3 десульфураторын қолданған жағдайда күкірт азотпен бірге қоспалайды, онда азоттың меңгеру деңгейі үзінді СаСN2, балқытуды шығару кезінде шөмішке қосқанда, 40% қарсы 90%-ға дейін өседі.
Гидравликалық құбыр өндірісіне арналған болат десульфурациясына «Uddeholm» Швед фирмасы үрлеу силикокальций технологиясы қолданады, сонымен қатар осы кезде доғалық пештерде қышқылдану және десульфурация кезені қысқарады. 6 минут үрлеу барысында күкірт құрамы 0,020-0,008%-ға дейін төмендейді, металлемес қоспалар құрамы да азаяды және металдың сұйықтай аққыштығы белгілі мөлшерде жоғарлайды.
Металл сапасының стандартталғаны соншалықты механикалық қасиетін бақылайтын күрделі, әрі ұсақ операциялар тізімінен бас тартуға мүмкіндік беретіндей деңгейге жету.
1 кесте – Металды ұнтақпен үрлегенде қолданылатын десульфураторлар
Десульфуратор
|
Массалық енші, %
|
Меншікті шығын, кг/т
|
SiCa
|
62 Si; 30 Са; 0,8 Аl
|
2-4,5
|
СаС2
|
80 СаС2; 15 СаО
|
1-3
|
СаО+CaCN2
|
55 CaCN2; 33 СаО
|
0,4-1,0
|
Mg+(СаО+CaF2)
|
5-20 Mg
|
1-3
|
СаО+CaF2
|
90 СаO; 10 CaF2
|
3-6
|
СаО+Al2О3
|
50 СаО; 50 Al2О3
|
1-5
|
СаО+Al2О3+CaF2
|
70 СаО; 20 Al2О3; 10 CaF2
|
1-5
|
Ф РГ-да ұнтақтәріздес материалдарды үрлеу әдісі TN-үрдіс деп аталған, ол кәсіпорын құрастырушылар «Thyssen-Hutte» атымен байланысты. Сондықтан бұл әдіске фурма арқылы металға үлкен тереңдікте сіңген сілтіжер металдар ұнтағын карбидкальций және силикокальций ерітінділерін өндірісті түрде және магнидің түйіршіктелген түрінде үрлейді. Өңдеу нәтижесінде құрамында аз металл емес қоспасы бар, металдар тегіс үлестірілген, глобулярлы пішінде, илемдеу үрдісіне қатыспайтын болат алынады. Сілтіжер элементтерінің кіріспесі және шөміштің негізгі қойыртпағы жоғары дәрежедегі қышқылдатқыш металмен қамтамасыз етеді және күкіртті жоюға жағдай жасайды (0,002% S). Осы әдістің қолданысы тазарту үрдісін толығымен шөмішке ауыстыруға мүмкіндік берді.
Шөміш қойыртпағының құрамы десульфурация үрдісіне үлкен мағына береді. Шөмішке шамотты не доломитті қойыртпақты карбид кальциді немесе силикокальциді үрлегендегі кальций шығынының болат құрамындағы күкірттің болу тәуелділігі 5 суретте көрсетілген. Екі жағдайдада металл әктасты қожбен және балқыған шпатпен қапталған. Кальцийдің меншікті шығыны 2 кг/т кезінде болаттағы доломитті қойыртпақпен өңделген күкірт концентрациясы орта есеппен алғанда 0,003%. Осылай шамотты шөміште болатты өңдегенде оттегінің жоғары активтілігінен оның шөміштегі қойыртпақтан келіп түсуінің нәтижесінде металдағы күкірт құрамының 0,008-0,01% төмендеуіне әкеп соқтырады. Бұл жағдайда егер металл шамотты шөміште пештік тотықтандырғыш қожбен жабылған болса немесе металл қожбен мүлдем жабылмаған болса, онда кальцийдің меншікті шығынында 2 кг/т күкірт құрамы 0,012-0,020% шектерінде теңселеді. Кальций карбидін үрлеу және силикокальцийді шамамен болатты тазалаудың ісімен тең екенін көрсетеді. Кальций карбидін қолдану кезінде болаттағы көміртегі құрамының жоғарылауы болады, сондықтан оны әдетте болатты өңдеуде қолданылады. Силикокальцийді қолданғанда кремний құрамы жоғарылайды, сондықтан болатты өңдеуде кремнийдің төмен құрамымен оны қолдануға болмайды. Сондай-ақ, сол және басқа материалдарды қолдану оның азшылығына және құндылығына байланысты. Негізгі тәжірибеде үрлеу үшін тазалықты және пластикалық қасиеттерін қажет ететін металл өндірісінде негізінен силикокальций қолданылады, мысалы, солтүстік орындауда газ-мұнай өткізуші тұрбалар үшін болатты балқытуда. Ұнтақ тәрізді материалдардың шығыны және өңдеудің ұзақтығы күкірттің бастапқы құрамына және дайын болаттағы күкірттің құрамына, шөміштегі қойыртпақ материалдарына және қолданатын қожға пневмонасостың өндірісіне байланысты. Болат қасиеттерінің толық анизотропиясына жету үшін 0,004% S болуы қажет, глобулярлық формада және 1 балдық мөлшерде сульфидтерді алу үшін 0,003% S болуды қажет етеді. Десульфурация үрдісін меңгеру десульфурация дәрежесінің кальцийдің 1,5 кг/т меншікті шығынына дейін жоғарылауын көрсетеді. Алдағы уақытта кальций шығынының жоғарылауы десульфурация дәрежесінің мөлшерімен сәйкестендірілмейді. Десульфурация дәрежесін жоғарылату үшін магнийді қолдану қажет (6 сурет).
Кальциймен металды өңдеу кезінде металды ДҮҚМ-на құю қатынастарына байланысты. Құю түсінігі әдетте болат құюшы стақанды тартып қызусыз металды құюмен және қажет жағдайда оны қышқылмен жуумен түсіндіріледі.
[Ca]/[Al]=0,07 дейін құю қанағаттанарлық. Жоғарыда көрсетілген кальцийге қоспа құюдың нашарлауына әкеп соқтырады, яғни ол қайтадан [Ca]/[M]=0,1-0,15 болғанда жақсарады. Бұл құбылыс сұйық болатта қалыптасатын қосылыс типімен байланыстырылады.
[Ca]/[Al]=0,07-0,10 болғанда CaO∙6Al2O3 типінің қосылысына ие болады, яғни ол құю температурасында қатты түрде болады және болат құюшы стақанның қиылысын кішірейте отырып, оның қабырғасына жабысады. Егер қатынасы 0,10 болса, онда CaO∙2Al2O3 типіндегі сұйық қосылысқа ие болады. 0,015-0,045% алюминий құрамында жақсы құюшылық 0,002-0,006% кальцийдің құрамында алынуы мүмкін.
Жоғарғы шөмішті болатты тазартудың қарапайым әдістері қарастырылады.
7 сурет – Пеш-шөміш қондырғысының сұлбасы (ASEA-SKF)
Соңғы жылдары болатқа қойылатын талаптарды жоғарылатумен байланысты жоғары сапалы болатты алу үшін қолданылатын металды өңдеудің комплекстік әдістері өндірілген, мысалы, атомдық электр станциялары үшін. Пештің сыртында өңдеудің әдістері бойынша әдеттегі болат құюшы шөміштер қосымша металлургиялық агрегаттармен ауыстырылады, яғни мұнда зиянды қоспалардан тазалау болады. Мысал ретінде Швецияда өңделген ASEA-SKF үрдісін алуға болады. ASEA-SKF агрегатында металл вакуумдауға, индукционды араластыруға, кеуекті тығындар арқылы аргонмен үрлеуге, электрлік доғалық қыздыруға әкеп соқтыруға мүмкін (7 сурет). Мұндай агрегатта 2 сағатқа дейін ұстауында және тазарталған қождың бетінде зиянды қоспалардан металды жоғары дәрежеде тазалауға жетеді. АҚШ-та өндірілген Funkl үрдісінде шөмішке төменнен берілетін аргонмен араластыру жүзеге асырылады.
8 сурет – Пеш-шөміш типінің қондырғысы (LF - үрдіс)
Жапонияда өңделген LF- үрдісінде шөміште аргонмен металды араластыруды, доғалық қыздыру және араластыру үрдісінде синтетикалық қожбен металды өңдеуді жүзеге асырады. Қышқылдық конвертерді де көміртексіздендіру және дефосфорация үшін шойынды үрлейді. Шығару кезінде металл тотықсыздандырылмайды, яғни рефосфорацияны тоқтату үшін және де пештік қождың тазарталған шөмішке түсуі жіберілмейді. Ферроқорытпаларды енгізгеннен кейін қож тәрізді шөміш тоғыспамен жойылады және доғалық қыздыру басталады. Тез арада аргонмен металды өңдеу жүргізіледі. Ол десульфурация және тотықсыздандыру үрдісін жылдамдатады. Герметизация кезінде металл кеңістігінде қайта орнығу атмосферасы орнатылады. Тоғыспада тесік арқылы температураны өлшеуге болады, мөлшерін алуға, болаттың химиялық құрамының дәл өлшемін жүргізуге болады, өңднеудің ұзақтығы 60-80 минут. Операция соңында металда күкірт құрамы 0,004-0,010-нан 0,001-0,002%-ке дейін, фосфордікі – 0,009-0,012-ден 0,007-0,010%-ке дейін, оттегінікі – 0,01-0,03-тен 0,001-0,003%-ке дейін төмендейді.
9 суретте 250 т конвертерлік балқыманы өңдеу үшін «Nippon-Kokan» фирмасы қолданатын AR-үрдісінің жүзеге асуы үшін агрегаттың сұлбасы келтірілген. Агрегаттың айрықша ерекшелігі вакуумдық өңдеудің жоқтығы болып табылады. 0,001-0,003% күкірт құрамымен болат алуға болады.
9 сурет – AR қондырғысының сұлбасы
Сонымен қатар, шөміштегі металды комплекстік пештің сыртына тазарту үшін басқа да агрегаттар бар, олар есеп шығаруына байланысты мынадай келесі технологияларды қамтиды: синтетикалық қожбен тазарту, жоғарыдан немесе төменнен аргонмен үрлеу, ұнтақ тәрізді материалдарды үрлеу, металды қыздыру (әдетте электр доғалық), вакуумдау, қоспалау. Пештің сыртында өңдеудің белгілі бір дәрежесінде, электр қождық балқыманың сапасы бойынша арттыратын немесе сәйкес келетін металл алынады.
Достарыңызбен бөлісу: |