Metalurgia pozapiecowa

Współczesny proces stalowniczy obejmuje :

1. Uzyskanie ciekłego metalu w konwertorze tlenowym lub elektrycznym piecu łukowym (celem etapu jest maksymalnie szybkie oraz ekonomiczne roztopienie materiałów wsadowych, wstępne utlenienie pierwiastków niepożądanych, uzyskanie odpowiedniej temperatury oraz wylanie (spust) uzyskanego półproduktu (ciekłej stali) do kadzi)

2. Etap rafinacji pozapiecowej (wtórnej, kadziowej, LF- Ladle Furnace) – etap ten realizowany jest w urządzeniu nazywanym kadzią (zbiornik stalowy wyłożony wewnątrz materiałem ogniotrwałym, mający pojemność zbliżoną do pojemności pieca z którym współpracuje). Celem tego etapu jest uzyskanie ciekłej stali o parametrach jakościowych oraz temperaturze odpowiedniej do uzyskania dobrej jakości wyrobu

3. Proces odlewania – realizowany w urządzeniach do ciągłego odlewania stali (COS; około 95% masy stali) oraz w niewielkim zakresie do wlewnic metodą „z góry” lub „syfonową”

Proces rafinacji wtórnej obejmuje różne operacje technologiczne zależnie od potrzeb, realizowane na różnych stanowiskach (różnie wyposażonych) do których transportowana jest kadź z ciekłym metalem.

Procesy technologiczne realizowane w metalurgii pozapiecowej:

1. Rafinacja gazem obojętnym (najczęściej argonem) jednym z ważniejszych zagadnień rafinacji pozapiecowej jest „wymieszanie” czyli ujednorodnienie składu chemicznego i temperatury w całej objętości metalu w kadzi. W praktyce stosuje się kształtki gazo przepuszczalne jako elementy wymienne montowane w dnie kadzi wykonywane jako prostopadłościan o wysokości równej grubości dna kadzi oraz przekroju 20x20cm materiałem na kształtki jest alun (Al₂O₃) o różnym stopniu czystości z umieszczonymi wewnątrz rurkami stalowymi o średnicy 2-3mm

2. Procesy wprowadzania materiałów stałych, stosuje się 3 metody:

   1. Wrzucania mechanicznego materiału w postaci drobnych kawałków (rzędu 2-4cm)

   2. Wdmuchiwanie przy użyciu lancy materiałów drobno sproszkowanych (wymiar ziarna poniżej 0,5mm)

   3. Wprowadzanie tzw. drutów rdzeniowych: druty rdzeniowe to drut aluminiowy o średnicy 6-10mm nawinięty na szpuli i wprowadzany do kadzi z prędkością 2-3 m/s od góry, szybkość podawania musi być tak dobrana aby rozpuszczenie drutu nastąpiło w rejonie dna kadzi. Innym rodzajem drutów rdzeniowych są różne materiały sproszkowane umieszczone w cienkiej powłoce z blachy stalowej. Celem tej technologii jest wprowadzenie odpowiednich materiałów w niewielkich ilościach tak aby móc sterować składem chemicznym z dokładnością do setnych części procenta

3. Dogrzewanie ciekłego metalu – realizowane jest w sposób analogiczny jak w piecu łukowym (na stanowisku zainstalowane są : zasilacz energii elektrycznej w postaci transformatora, tor wielkoprądowy, elektrody grafitowe na końcu którym płoną łuki elektryczne. Moc transformatora jest około 5 razy mniejsza niż odpowiadającego pieca łukowego

4. Rafinacja w próżni – jedną z możliwości usunięcia gazu z ciekłego metalu jest metoda rafinacji próżniowej (umieszczenie ciekłego metalu w bardzo niskim ciśnieniu, rzędu 1 tora~1,7hPa). Stosowane są następujące techniki rafinacji próżniowej:

   1. Odgazowanie strumieniowe

   2. Stacjonarne – kadź z ciekłym metalem umieszcza się w szczelnym zbiorniku w którym wytwarza się próżnię i wytrzymuje się metal do kilkunastu minut

   3. Odgazowanie obiegowe do ciekłego metalu w kadzi zanurza się zbiornik stalowy wyłożony wewnątrz materiałem ogniotrwałym z dwoma króćcami wytworzenie próżni w zbiorniku powoduje zassanie porcji metalu do komory (zbiornika próżniowego), w jednym z króćców umieszcza się dyszę do wprowadzania argonu co powoduje przepływ ciekłego metalu przez zbiornik w wyniku zaciągania przez jeden króciec i wypływania przez drugi. Zaciągany do zbiornika ciekły metal mając kontakt z próżnią ulega odgazowaniu (RH)

   4. Proces porcjowy odgazowania metalu – zbliżony do poprzedniego z tą różnicą że zbiornik próżniowy ma jeden króciec (o większej średnicy) oraz że zaciągana jest porcja metalu przetrzymywana przez chwilę w zbiorniku próżniowym, następnie porcja jest „wypuszczana” do kadzi z powrotem i operacja się powtarza kilkakrotnie (DH)

Konkretna stalownia wyposażona jest z reguły w kilka urządzeń rafinacyjnych umożliwiających realizację omówionych powyżej operacji technologicznych podstawowym, powszechnym takim urządzeniem jest tzw. pieco-kadź (LF – Ladle Furnace). Piec kadziowy jest stanowiskiem na które przywozi się kadź z ciekłym metalem w którym można realizować wszystkie procesy technologiczne wymienione powyżej za wyjątkiem rafinacji próżniowej