Анализ процесса дегазации металла в вакуум-камере циркуляционного вакууматора в условиях АО «ЕВРАЗ НТМК»

Для выплавки высококачественного металла транспортного назначения необходимо сократить содержание в нем вредных примесей, в том числе и растворенных газов. Содержание водорода в готовой продукции не должно превышать 2 ppm. Для получения низкого остаточного содержания водорода в стали в конвертерном цехе АО «ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат» (ЕВРАЗ НТМК) транспортный металл обрабатывают на установках циркуляционного вакуумирования. Циркуляционный вакууматор находится на последней стадии обработки стали перед разливкой на машинах непрерывного литья заготовок, поэтому важно изучать и совершенствовать технологические процессы в нем. Для изучения физико-химических процессов, протекающих в рассматриваемом металлургическом агрегате, была создана гидродинамическая модель системы циркуляционный вакууматор – сталеразливочный ковш. На основании теоретических расчетов и проведенных опытов на физической модели были определены основные зависимости между конструкционными и технологическими параметрами металлургического агрегата. Полученное уравнение позволяет определить скорость циркуляции металла в вакуум-камере в зависимости от расхода газа, подаваемого во впускной патрубок, и внутреннего диаметра впускного патрубка на установках циркуляционного вакуумирования, предназначенных для обработки металла в сталеразливочных ковшах емкостью 140 – 180 т. Теоретические расчеты подтверждены на практических плавках в сталеплавильном агрегате. Показано, что при износе футеровки впускного патрубка вакуум-камеры для получения стабильного остаточного содержания водорода необходимо вносить изменения в технологический процесс вакуумирования. Дополнительно, на основании теоретических расчетов определены рациональные технологические параметры обработки стали на установке циркуляционного вакуумирования.

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

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

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

4. Socalici A., Popa E., Heput T., Drăgoi F. Researches regarding the improvement of the steel quality // Solid State Phenomena. 2014. Vol. 216. P. 273–278. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.216.273

5. 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.scientific.net/MSF.762.253

6. 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

7. Fábián E.R., Dévényi L. Hydrogen in the plastic deformed steel // Materials Science Forum. 2007. Vol. 537-538. P. 33–40. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.537-538.33

8. 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. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.880.42

9. Морозов А.Н. Водород и азот в стали. Москва: Металлургия, 1968. 283 с.

10. 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.

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

12. Кнюппель Г. Раскисление и вакуумная обработка стали. Основы и технология ковшовой металлургии. Москва: Металлургия, 1984. 414 с.

13. Кнюппель Г. Раскисление и вакуумная обработка стали. Термодинамические и кинетические закономерности. Москва: 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. С. 29–33.

15. Плешивцев К.Н., Шешуков О.Ю., Метелкин А.А., Шевченко О.И. Изучение процесса удаления водорода в циркуляционном вакууматоре в условиях КЦ-2 ПАО «НЛМК» // Известия вузов. Черная металлургия. 2021. Т. 64. № 8. С. 543–549. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-8-543-549

16. Park Y.-G., Doo W.-C., Yi K.-W., An S.-B. Numerical calculation of circulation flow rate in the degassing Rheinstahl-Heraeus process // ISIJ International. 2000. Vol. 40. No. 8. P. 749–755. https://doi.org/10.2355/isijinternational.40.749

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

18. Yi K.-W., Ahn S.-B. The effect of operating parameters and dimensions of the RH system on melt circulation using numerical calculations // ISIJ International. 2001. Vol. 41. No. 5. P. 403–409. https://doi.org/10.2355/isijinternational.41.403

19. Kuwabara T., Umezawa K., Mori K., Watanabe H. Investigation of decarburization behaviour in RH-reactor and its operation improvement // Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan. 1988. Vol. 28. No. 4. P. 305–314. https://doi.org/10.2355/isijinternational1966.28.305

20. Ono K., Yanagida M., Katoh T., Miwa M., Okamoto T. The circulation rate of RH-degassing process by water model experiment // Denki Seiko. 1981. Vol. 56. No. 7. P. 149–157.