Технология легирования стали РЗЭ из шлака в промежуточном ковше УНРС путём восстановления оксидов РЗМ за счет плазменного подогрева

Таблица 1. Предлагаемый химический состав шлака для промковша МНЛЗ

Система плазменного подогрева является необходимым элементом УНРС, на которой осуществляется непрерывный процесс переработки жидкой стали в конечный продукт.

Система плазменного подогрева состоит из двух основных элементов: механического оборудования, расположенного на разливочной площадке и электрооборудования (системы энергопитания и управления) в отдельном помещении.

Температура огнеупоров в камере нагрева повышается за счет радиационного нагрева от плазменной дуги. Для того чтобы огнеупоры не разрушались от плазменной дуги можно найти оптимальное расстояние между ними и дугой.

Во время нагрева камера нагрева должна быть заполнена аргоном. Если там присутствует достаточно много кислорода и азота, снижается стойкость электрода горелки и сопла, нарушается горение плазмы, а дуга становится нестабильной. С учетом этого камера нагрева уплотняется перегородками и в ней поддерживается высокая плотностью аргона (рис. 1).

Более того, камера нагрева находится в условиях ионизированной атмосферы. Если в такой атмосфере присутствует проводящий объект, плазменная дуга, называемая вторичной дугой, направляется не только в сторону жидкой стали, но и на этот объект. Большинство проблем, возникающих при плазменном нагреве, связано именно с этой вторичной дугой. Для предотвращения возникновения вторичной дуги огнеупоры в камере нагрева закрепляются шпильками из непроводящего материала.

Плазменная дуга, проходя по цепи шлак - жидкая металлическая ванна - электрод, вызывает протекание различных электрохимических и температурных реакций на границах раздела фаз с жидким шлаком. В результате этих процессов происходит восстановление оксидов РЗМ и легирование металла. Так как эти процессы восстановления оксидов РЗМ протекают в промежуточном ковше МНЛЗ, увеличивается время взаимодействия легирующих элементов с металлом, что обеспечивает более полное всплывание модифицированных неметаллических включений.

Технологию микролегирования стали РМЗ в промкоше плазменным подогревом я проводил с помощью интегрированной системы «Оракул» на примере стали 09Г2С (рис. 2)

Рисунок 2 - Расчет равновесного содержания церия при выплавки стали марки 09Г2С

Как видим из расчета концентрация церия в стали составляет 0,002 при температуре 1600 ºС. При повышении температуры за счет плазменного подогрева, получим следующую зависимость

Оптимальная концентрация церия в стали должна находится в пределах 0,02-0,03 %. Как видно из расчета и графика эту концентрацию мы можем достигнуть при помощи плазменного подогева в промкоше.

Легирование металла из шлака обладает рядом преймуществ: исключается применение дорогостоящих сплавов РЗМ, отсутствует трудоемкая подготовка легирующего компонента и необходимость установки дозирующего оборудования.

Список используемой литературы:

1. Завьялов А.С., Сандомирский М.М. Машиностроительные стали с редкоземельными присадками. Л.: изд-во "Машиностроение", 1969. - 128с.
2. Михайличенко А.И., Михлин Е.Б., Патрикеев Ю.Б. Редкоземельные металлы. М.: Металлургия, 1987.- 232 с.
3. Гольдштейн Я.Е., Мизин В.Г. Модифицирование и микролегирование чугуна и стали.- М.: Металлургия, 1986.- 272с.
4. Кисиленко В.В., Дюдкин Д.А., Маринцев С.Н. и др. Технология внепечной обработки трубной стали редкоземельными элементами // Металл и литье Украины – 2006. № 11/12. - с. 14-17.
5. Кнюппель Г. Раскисление и вакуумная обработка стали. Ч. II. Основы и технология ковшовой металлургии: Пер. с нем. М.: Металлургия, 1984. -  414 с.
6. Смирнов Н.А. Применение РЗМ для повышения качества стали. // Электрометаллургия – 2004. № 2. – с. 34-39.
7. Кисиленко В.В., Дюдкин Д.А., Маринцев С.Н. и др. Влияние редкоземельных металлов на качество трубной стали // Электрометаллургия – 2007. № 4. - с. 16-20.
8. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В., Маринцев С.Н. и др. Усвоение лантана и церия при внепечной обработке коррозионно – стойких трубных сталей // Сталь – 2007. № 5. – с. 24.
9. Шуб Л.Г., Макаров В.В., Лялин О.П. и др. Десульфурация стали 25Л при ее модифицировании комплексными сплавами с РЗМ // Литейное производство – 2003. № 3. – с. 30-31.
10.  Стовпченко А.П., Титова Т.М., Павленко Ю.А. О двойном эффекте воздействия присадок РЗМ: модифицирование и десульфурация стали // Сталь – 1999. № 8. – с. 68-70.
11.  Бреус В.М., Косой Л.Ф. Способы обработки электростали редкоземельными элементами. Обзорная информация. М., ин-т "Чермвтинформация", 1978, сер.20, вып. 1, 22 с.
12.  Шуб Л.Г., Ахмадеев А.Ю. О целесообразности модифицирования стального литья // Металлургия машиностроения – 2006. № 5. – с. 38-41.
13.  Голубцов В.А., Воронин А.А., Тетюева Т.В. Происхождение неметаллических включений и пути снижения загрязненности ими металла // Металлург – 2005. № 4. – с. 73-77.
14.  Чистая сталь: сборник научных статей: Тюркдоган Е.Т. Раскисление и десульфурация в ковше и неметаллические включения в стали – теоритические основы и практические наблюдения. – М.: Металлургия, 1987. – 367 с.
15. Плазменный подогрев стали в промежуточном ковше // Новости черной металлургии за рубежом – 2002. №3. – с. 53 - 59