Оттекті станцияларда аргонды калай алады?

Дәріс №23 «Металды инертті газдармен үрлеу» Жоспары: 1. САВ – процесс 2. SAB – процесс 3. CAS – процесс 4. CAS – OB қондырғылар Дәріс мақсаты: Инертті газдарды қолдану, жоғарғы сапалы болатты алу. Дидактикалық бірліктер:парциалды қысым; вакуум; дегазация; фурма; циркуляция; оттек. Метал құрамына белгілі бір шамада инертті газдармен үрлеу әсері вакууммен өңдеуге ұқсас. Металл массасына инертті газдармен үрлеу кезінде инертті газдың мыңдаған көбіктері түзіледі, олар әрқайсысы өзіндік кішкентай вакуумды камера қызметін атқарады, себебі сутек пен азоттың парциалды қысымы мұндай көбікте нөлге тең. Инертті газбен үрлеу кезінде металдың интенсивті араласуы, оның құрамының орташалануы жүреді. Металл беті берілген құрамды шлакпен жабылған болғанда араласу кезінде бейметалл қосындыларының осындай шлакпен ассимиляциясының жүру шарты жақсарады. Инертті газ көпіршіктерінің көп мөлшері газ бөлініп шығу процесінің интенсификациясына әкеледі, себебі жаңа фаза түзілу үшін маңызды болып табылатын көбіктер бөлімнің дамыған бетімен дайын қуысы болып табылады. Инертті газбен үрлеу металл температурасының төмендеуімен (газ қызып интенсивті түрде жылуды алып кетеді) сипатталады, сондықтан инертті газбен үрлеуді әдетте ковштағы металл температурасын реттеу үшін қолданады. Металдың үлкен массасын инертті газдармен үрлеу операциясын жүргізу вакууммен өңдеуге қарағанда қарапайым және арзан, сондықтан егер осы мүмкін болса вакууммен өңдеуді ковш түбінің кеуекті түбі тығындары немесе қуыс тоқтатқыш арқылы инертті газбен үрлеумен алмастырады. Металды инертті газдармен үрлеу процесі үшін мыналар тән: 1) метал құрамындағы газ мөлшерінің кемуі; 2) балқыманың интенсивті араласуы, бейметалл қосындылардың шлакқа өту процесінің өту шартын жақсарту; 3) көміртектің тотығу реакциясының өту шартын жақсарту; 4) металл температурасының төмендеуі. Металл сапасын арттыру үшін инертті газдармен үрлеу әдісі оттек өндірісінде қосымша өнім ретінде арзан аргонның көп мөлшерін алу технологиясын ұғыну шарасына байланысты өнеркәсіптік кең таралды. Оттек станцияларында аргонды сұйық ауаны ректификациялау кезінде бөліп алады. Егер заводтың қуатты оттекті станциясы болса, онда жолшыбай алынатын аргон көлемі көп мөлшерде болатты өңдеу үшін жеткілікті. Құрамында нитридтүзгіш элементтер (хром, титан, ванадий және т.б.) жоқ металды үрлеу үшін әдетте азотты қолданады. 1550—1600 ºС-та сұйық темірде азоттың еру процесінің дамуы онша байқалмайды. Инертті газ шығыны әдетте 0,1—3,0 м3/т болатты құрайды. Сұйық болаттың массасына байланысты ковшта аргонның мұндай шығынында болат температурасының төмендеуі 2,5—4,5 °С/мин жылдамдықпен жүруі мүмкін (технологияда үрлеусіз салқындату жылдамдығы 0,5—1,0 °С/мин құрайды). Үрлеу кезінде жылу қосымша инертті газды қыздыруға және араласатын металл мен шлактың активті беттерімен сәулеленуге шығындалады. Жылулық шығындалудың көп бөлігі жылулық сәулеленудің артуымен байланысты, сондықтан осындай қарапаайым және үрлеу кезінде ковшты қақпақпен жабу секілді жеткілікті тиімді әдіс қолданылады. Осылай бір уақытта металды үрлеу кезінде кедейленетін тотығу сатысының төмендеуі жүреді. Газ берудің қарапайым және оңай әдісі қателік тоқтатқышын қолдану болып табылады (1 сурет). Қателік тоқтатқышы түріндегі үрлегіш қондырғылар тасымалдау кезінде қауіпсіз болып табылады, себебі ковшты футерлеу схемасына ешқандай өзгерістер енгізудің қажеті жоқ, бірақ олардың тұрақтылығы аз —металлогазды өлшендінің тоқтатқыш бойымен интенсивті қозғалу нәтижесінде тез үгітіледі. Ковш түбіне қондырылған кеуекті отқа төзімді тығындар арқылы үрлеу әдісі кең өріс алды: үрлеуді бір уақытта бірнеше тығын арқылы жүргізгенде инертті газ әсерінің эффективтілігі артады. Кеуекті отқа төзімді тығындар бірнеше үрлеуге шыдайды. Жоғарғы газөткізгіштілігімен қатар қарапайым тығындар 1550—1650 °С температурада сенімді жұмыс жасау үшін металл отқа төзімді және шлакқа химиялық және термиялық тұрақты болуы керек. Тығын конструкциясының бір нұсқасы 2 суретте көрсетілген. Мұндай конструкциялы тығындарды қолдану металды интенсивті араластыруды қамтамасыз етеді. Сурет 1. Ковштағы металды үрлеуге арналған қателік тоқтатқышы түріндегі фурма. Сурет 2. Металға аргонды беру үшін тығын қондырғысының конструкциясы: 1 — отқа төзімді материал түйіршіктерінен жасалған тығын; 2— отқа төзімді корпус; 3— босатқыш кірпіш; 4 — отқа төзімді фурма; 5— болат құбыр; Сурет 3. Түптің кеуекті тігістері арқылы металды үрлеу кезіндегі ковштағы газметалдық ағындардың қозғалу схемасы. Сонымен қатар ковштың кеуекті түбі арқылы металды үрлеу әдісі кең таралған. Тасымалдауда ең жақсысы кеуектітігісі бар қарапайым отқа төзгіштерден жасалған түп болды (сурет 3). Мұндай түптің тұрақтылығы мынандай, ол ковштың барлық кампаниясына қызмет етеді және тек қана футеровканы жөндеу кезінде ғана ауыстырылады. Шет ел әдебиетінде мұндай технология SS (ағылшын, strong stirring—мықты араластыру) деп белгіленеді. 4 суретте газдық қорғанысы бар үрлемелі фурма схемасы көрсетілген. осындай фурма арқылы ұнтақтарды да үрлеуге болады. Басқа да әдістер кең таралған. Жоғарыда айтылған барлық процестердің өту сатысы үрлеу ұзақтылығына және оның интенсивтілігіне тәуелді (яғни соңында инертті газ шығынына): 1) 0,5 м3/т газ шығынымен болатқа дейін үрлеу металл температурасын және химиялық құрамын ортақтандыру үшін жеткілікті. 2) интенсивтілігі 1,0м3/т дейін металдан бейметалл қосындыларын жою үшін үрлеу; 3) эффективті дегазация үшін 2—3 м3/т металлды инертті газ шығыны қажет. Көп жағдайда инертті газбен үрлеуді металды вакууммен өңдеумен бір уақытта жүргізеді. Бұл жағдайда инертті газ шығыны кемуі мүмкін. Үрлеудің инертті газбен жиынтығы шлакты өңдеумен шлакты қоспаларды қолдану эффективтілігінің артуын болдырады, себебі интенсивті араласу кезінде үрлеу кезінде жанасу ұзақтығы және металдың шлакпен жанасу беті артады. Сурет. 4. Газдық қорғанысы бар үрлеу фурмасының схемасы: 1 — фурма; 2 — үрлеуге газды әкелу; 3 — конус; 4 — газды құйынды қорғанысқа жіберу; 5— футеровка; 6— конусты бекіту; 7— үрмелі сопло. Сурет. 5. САВ-процесінің схемасы: 1— металмен бірге ковш; 2— ковш қақпағы; 3— ферробалқымаларды шығаруға арналған қондырғы; 4— сынама таңдауға арналған саңылау; 5— синтетикалық шлак; 6— реттығынды бекітпе; 7— аргонды енгізуге арналған кеуекті тығын. Сурет. 6. SAB-процесінің схемасы: 1 —метал мен ковш; 2— жүктемелі отқа төзімді қалпақ; 3 — материалды беруге арналған саңылау; 4 — синтетикалық шлак; 5 — тотықтырушы шлак; 6— реттығынды бекітпе; 7— аргонды енгізуге арналған кеуекті тығын. Мұндай өңдеу жүзеге асырылатын ковш осы кезде қақпақпен жабылған болса, онда қақпақ пен шлак беті арасындағы кеңістікте инертті газ атмосферасының пайда болу шарты тотығудан қорғанады, ал жылу жоғалтудың төмендеуі металдың сұйық шлакпен жанасу уақытын арттыруға мүмкіндік береді. Осы принципке Жапония зауыттарының бірінде ойлап табылған CAB '-процесс технологиясы негізделген. 5 суретте көріп тұрғандай технологияда ковштағы металл бетіне берілген құрамды синтетикалық шлак мөлшері қарастырылған. Балқытқыш агрегаттан ковшқа тотықтырғыш соңғы шлак түскен кезде Жапонияда SAB 2-процесі деп аталатын әдіс қолдануға болады (сурет 6). Металға бейтарап атмосферада қосынды қосқанда және металды инертті газбен араластыру кезінде оларды жақсы ұғыну үрлеу зонасының күрделіленген қорғаныс зонасында — САS3-процесте қамтамасыз етіледі. Осы әдіс бойынша ковшқа қалпақ іші шлакқа түспейтіндей етіп төменінен балқытылған металды конуспен жабылған жоғарыдан отқа төзімді қалпақ енгізеді. Осы қалпақ арқылы ферробалқымалар енгізеді, төменінен ковшқа үрлеу үшін аргон береді. Бұл әдіс металға қосындымен енгізілген элементтерді ұғынудың жоғарғы сатысына жетуге мүмкіндік береді (сурет 7). Сурет. 7. CAS-процесінің схемасы: 1— металмен ковш; 2 — жоғары сазбалшықты отқа төзімділерден жасалған жүктеу қалпағы; 3— сынама таңдауға арналған саңылау; 4 — ферробалқыма енгізуге арналған люк; 5—қалпақты металға түсірген кезде шлакқа түсуін алдын алатын тақталы болаттан жасалған балқытылған конус; 6— аргонды енгізуге арналған кеуекті тығын; 8 суретте күрделі конструкциялы CAS-қондырғысының схемасы көрсетілген, ол Wheeling Pittsburgh Steel (АҚШ) фирма зауытында конвентерлі цехінде жабдықталған. Бұл қондырғыда алюминий металына енгізілген оттекпен тотығу реакциясының жылуы есебінен болаттың қыздырылу мүмкіндігі қарастырылған. Бұл қондырғы CAS-OB1 деп аталған. Ковштағы металды шлакта ұзақ уақыт бойы араластыру қажет болған жағдайда ковш қақпағына электродтарды түсіріп, ваннаны қыздырады. Сонымен қатар қарапайым шамотты ковштың отқа төзімді материалы ретінде қолдану болмайды, себебі сұйық қозғалмалы жоғарғы негіздік шлактың шамотты футеровкамен жанасу ұзақтығы футеровканың тез қатардан шығуына әкеледі. Ковшты негіздік жоғарғы отқа төзімді материалдармен футерлейді. Сурет 8. CAS-OB қондырғысы схемасы: 1 — болатты қыздыру үшін оттекті үрлеуге арналған фурма; 2 — легирленетінді беруге арналған науа; 3 — түтін шығарғыш; 4 — ұнтақтарды үрлеуге арналған фурма; 5 — қалпақты көтеруге арналған қондырғы; 6— оттек ағыны; 7— қалпақ; 8 — араласатын газ; 9—кеуекті тығын. Сурет. 9. Болат тарату ковштардың және металды инертті газбен үрлеу әдісі конструкцияларының жаңартылуы: а —реттығын түрдегі бекітпемен жабдықталған ковш; б— түп арқылы газды үрлеу; в — ковш қабырғасы арқылы төменнен газды беру; г — қателік тоқтатқыш арқылы үрлеу; д — қақпақпен жабылған ковшта металды үрлеу; г — фурма қатары және кеуекті түп арқылы интенсивті үрлеу; ж — қосындыларды енгізетін қақпаны бар ковшта төменнен үрлеу; з — вакуумда ковшта үрлеу. Инертті газбен үрлеудің ковш футеровкасының алмасуының сәйкес келуі металдың оттекпен біршама төмендеуіне мүмкіндік береді. Егер де алюминиймен тотықсызданған болат үшін [А1]2·[О]3 туындысы 10-8 – 10-9 мәнге жетсе, онда аргонмен үрлеу кезінде негізгі футеровкалы ковштарды қолдану кезінде ол ~ 10 -11 құрайды. 9 суретте металды инертті газбен үрлеу әдісінің эволюциясы бейнеленген. 1 ағылш, capped argon bubbling. 2 ағылш, sealed argon bubbling. 3 Composition adjustment by sealed — аргонмен жабық өңдеу кезінде құрамды реттеу.

Глоссарий

Инертті немесе асыл (бағалы) газдар –VIII топтың негізгі химиялық элементтері, сондағы s және р мұқабалары түгел толтырылған. Инертті газдар төменгі шекті химиялық белсенділігімен ерекшеленеді.

Пеш – жылу технологиялық жабдық (құрылғы), онда жұмысшы түрімен энергия жылуы болады, содан жылу өңдеу материалдары немесе басқа технологиялық мақсаттар үшін жылугенерация және жылу алмастыру болады.

Ақаулы өнім (жарамсыздық) – метал өніміндегі сапа көрсеткішінің талапқа сәйкессіздігінің (үйлесімсіздігінің) техникалық құжаттамасы.

Үрлеу – технологиялық процесте сұйықтық пен мөлшерлі газдың газге немесе астауға (ваннаға,науаға) балқу пеш орталығына немесе металды еріту мөлшеріне газды енгізу(жібергізу).

Дегазация – қажетсіз ерітілген газдарды немесе ұсталған газдарды құрал-аспаптар және заттар арқылы өшіру (жою).