Изучение процесса удаления водорода в циркуляционном вакууматоре в условиях КЦ­2 ПАО «НЛМК

Для выплавки высококачественной стали необходимо поэтапное производство в металлургических агрегатах, способных к выпуску продукции с высокими эксплуатационными свойствами и низким содержанием вредных примесей. Одной из вредных примесей является водород и важно ограничить его содержание в металле. Для обеспечения заданного содержания водорода металл на участке внепечной обработки стали КЦ­2 ПАО «Новолипецкий металлургический комбинат» подвергают обработке вакуумом в установке циркуляционного вакуумирования. Несмотря на распространенность циркуляционных вакууматоров, теоретически механизм удаления водорода в этих металлургических агрегатах изучен недостаточно. Для повышения эффективности удаления водорода проведены теоретические расчеты по удалению его из металла. Существует несколько механизмов удаления водорода: непосредственный переход водорода из металла в окружающее пространство; образование пузырей газа в металле и их непосредственное всплытие; зарождение пузырей водорода на границе огнеупорной кладки с металлом; удаление водорода при продувке металла нейтральным газом (аргоном). Показано, что основными путями удаления водорода в установке циркуляционного вакууумирования являются непосредственный переход водорода из металла в окружающее пространство и продувка расплава транспортирующим газом. В конвертерном цехе № 2 ПАО «НЛМК» на установке циркуляционного вакуумирования реализуются оба пути. Вакуумные насосы обеспечивают давление в вакуум­камере менее 101,3 Па (0,001 атм.). Это способствует интенсивному удалению водорода с поверхности металла. Для обеспечения циркуляции металла во впускной патрубок установки RH подается транспортирующий газ аргон, который также принимает участие в удалении растворенных газов путем перехода водорода в пузырьки нейтрального газа. Дополнительно проведенные расчеты показали, что основной путь дегазации в условиях КЦ­2 ПАО «НЛМК» – это удаление водорода в пузырьки транспортирующего газа.

1. Бигеев А.М. Бигеев В.А. Металлургия стали. Теория и технология плавки стали. Магнитогорск: МГТУ, 2000. 544 с.

2. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В. Производство стали. Т. 3. Внепечная металлургия стали. М.: Теплотехник, 2008. 544 с.

3. Шаповалов В.И., Трофименко В.В. Флокены и контроль водорода в стали. М.: Металлургия, 1987. 160 с.

4. Ardelean E., Hepuț T., Vătășescu M., Crișan E. Researches regarding the influence of vacuum parameters on the efciency of gas removal from the liquid steel // Solid State Phenomena. 2016. Vol. 254. P. 218–223. https://doi.org/10.4028/www.scientifc.net/SSP.254.218

5. Socalici A., Popa E., Heput T., Drăgoi F. Researches regarding the improvement of the steel quality // Solid State Phenomena. 2014. https://doi.org/10.4028/www.scientifc.net/SSP.216.273

6. Yu S., Miettinen J., Louhenkilpi S. Numerical study on the removal of hydrogen and nitrogen from the melt of medium carbon steel in vacuum tank degasser // Materials Science Forum. 2013. Vol. 762. P. 253–260. https://doi.org/10.4028/www.scientifc.net/MSF.762.253

7. Steneholm K., Andersson M., Tilliander A., Jönsson P.G. Removal of hydrogen, nitrogen and sulphur from tool steel during vacuum degassing // Ironmaking & Steelmaking. 2013. Vol. 40. No. 3. P. 199–205. https://doi.org/10.1179/1743281212Y.0000000029

8. Fábián E.R., Dévényi L. Hydrogen in the plastic deformed steel // Materials Science Forum. 2007. Vol. 537­538. P. 33–40. https://doi.org/10.4028/0-87849-426-x.33

9. Barannikova S.A., Lunev A.G., Nadezhkin M.V., Zuev L.B. Effect of hydrogen on plastic strain localization of construction steels // Advanced Materials Research. 2014. Vol. 880. P. 42–47. http://doi.org/10.4028/www.scientifc.net/AMR.880.42

10. Морозов А.Н. Водород и азот в стали. М.: Металлургия, 1968. 283 с.

11. Ефимов С.В. Технологические аспекты удаления водорода с использованием установки ковшевого вакуумирования стали. В кн.: Конвертерное производство стали. Сб. науч. тр. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. С. 203–207.

12. Кнюппель Г. Раскисление и вакуумная обработка стали. Основы и технология ковшовой металлургии / Пер. с нем. М.: Металлургия, 1984. 414 с.

13. Кнюппель Г. Раскисление и вакуумная обработка стали. Термодинамические и кинетические закономерности / Пер. с нем. М.: Металлургия, 1973. 312 с.

14. Метелкин А.А., Шешуков О.Ю., Некрасов И.В., Шевченко О.И., Корогодский А.Ю. К вопросу удаления водорода из металла в вакууматоре циркуляционного типа // Теория и технология металлургического производства. 2016. № 1 (18). С. 29–33.

15. Селиванов В.Н., Буданов Б.А., Аланкин Д.В. Кинетическая модель удаления водорода при циркуляционном вакуумировании стали // Теория и технология металлургического производства. 2013. № 1 (13). С. 31–33.

16. Минаев Ю.А., Яковлев В.В. Физико­химия в металлургии. (Термодинамика. Гидродинамика. Кинетика). М.: МИСИС, 2001. 320 с.

17. Гизатулин Р.А., Дмитриенко В.И. Внепечные и ковшевые процессы обработки стали. Новокузнецк: изд. СибГИУ, 2006. 181 с.

18. Hupfer P., Abratis H., Maas H., Manfred M. Strömungsmechanische und reaktionskinetische Vorgänge bei der Vakuumbehandlung von flüssigem Stahl nach dem Umlaufverfahren // Archiv für das Eisenhüttenwesen. 1971. Bd. 42. Nb. 11. S. 761–767. https://doi.org/10.1002/srin.197102663

19. Yamaguchi K., Kishimoto Y., Sakuraya T., Fujii T., Aratani M., Nishikawa H. Effect of refning conditions for ultra low carbon steel on decarburization reaction in RH degasser // ISIJ International. 1992. Vol. 32. No. 1. Р. 126–135. https://doi.org/10.2355/isijinternational.32.126

20. Young­Geun Park, Won­Chul Doo, Kyung­Woo Yi, Sang­Bok An. Numerical calculation of circulation flow rate in the degassing rheinstahl­heraeus process // ISIJ International. 2000. Vol. 40. No. 8. Р. 749–755. https://doi.org/10.2355/isijinternational.40.749

21. Young­Geun Park, Kyung­Woo Yi, Sang­Bog Ahn. The effect of operating parameters and dimensions of the RH system on melt circulation using numerical calculations // ISIJ International. 2001. Vol. 41. No. 5. Р. 403–409. https://doi.org/10.2355/isijinternational.41.403

22. Kato Y., Fujii T., Suetsugu S., Ohmiya S., Aizawa K. Effect of geometry of vacuum vessel on decarburization rate and fnal carbon content in RH degasser // Tetsu­to­Hagane. 1993. Vol. 79. No 11. P. 1248–1253.https://doi.org/10.2355/tetsutohagane1955.79.11_1248

23. Takahashi M., Matsumoto H., Saito T. Mechanism of decarburization in RH degasser // ISIJ International. 1995. Vol. 35. No. 12. Р. 1452–1458. https://doi.org/10.2355/isijinternational.35.1452

24. Kitamura T., Miyamoto K., Tsujino R., Mizoguchi S., Kato K. Mathematical model for nitrogen in vacuum degasser desorption and decarburization reaction in vacuum degasser // ISIJ International. 1996. Vol. 36. No. 4. Р. 395–401. https://doi.org/10.2355/isijinternational.36.395

25. Ono K., Yanagida M., Katoh T., Miwa M., Okamoto T. The Circulation Rate of RH­Degassing Process by Water Model Experiment // Denki Seiko. 1981. Vol. 56. No. 7. P. 149–157.

26. Темберген Д., Теворт Р., Робей Р. Обработка стали в ковше с использованием технологии циркуляционного вакуумирования // Металлургическое производство и технология. 2007. № 2. С. 12–16.

27. Кудрин В.А. Теория и технология производства стали. М.: Мир, ООО «Издательство ACT», 2003. 528 с.