Повышение стабильности процесса раскисления полуспокойной стали » Ремонт Строительство Интерьер. Лесное дело и деревообработка.

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Повышение стабильности процесса раскисления полуспокойной стали

29.10.2020

Так как во время разливки допустимо исправление раскисленности металла только путем ввода небольшого количества раскислителей в конце наполнения изложницы, важнейшим элементом рациональной технологии производства полуспокойных сталей следует считать обеспечение необходимой степени раскисленности в ковше.

Поскольку невозможно учесть влияние большого количества переменных факторов на стабильность раскисления, целесообразно исключить влияние основных из них. К этим факторам относятся следующие:

а) использование алюминия для раскисления металла в ковше;

б) предварительное раскисление в печи;

в) нерациональная практика подготовки и ввода раскислителей;

г) науглероживание металла в ковше.

Выбор основного раскислителя. В первые годы внедрения полуспокойной стали на металлургических заводах России расход 45%-ного ферросилиция в ковше (при работе без предварительного раскисления в печи доменным ферросилицием) находился в довольно узких пределах (2,2—2,3 кг/т). Однако содержание кремния в готовой стали при этом колебалось от 0,05 до 0,14%. На большинстве предприятий (КМК, заводы Коммунарский, Макеевский, «Азовсталь», Криворожский и др.) в ковш дополнительно присаживали алюминий в количестве 50— 200 г/т для стали Ст.5пс и 50—280 r/т для стали Ст.3пс с колебаниями на каждом заводе до 50 г/т и лишь на MMK и ЧМЗ металл раскисляли одним кремнием.

Выбору основного раскислителя для полуспокойных сталей посвящен ряд работ. М. Тенненбаум провел сравнительное исследование структуры слитка полуспокойной стали, раскисленной одним кремнием или алюминием. В слитках стали, раскисленной одним кремнием, усадочная раковина была компенсирована крупными изолированными газовыми объемами, а подкорковые пузыри наблюдались лишь на горизонтах до 150 мм от головного торца. Слитки стали, раскисленной одним алюминием, характеризовались беспузыристой корковой зоной, однако имели значительную усадочную раковину, плохо изолированную от атмосферы. На основании этого автор считает, что вследствие высокой раскислительной способности алюминия даже незначительная ошибка в определении необходимой его присадки может привести к существенному изменению структуры слитка. Раскисление полуспокойной стали в ковше только алюминием, по мнению М. Тенненбаума, не может обеспечить стабильного получения нормального слитка.

Авторы считали, что сталь Ст.3пс, раскисленная в ковше одним ферросилицием, характеризуется близким расположением сотовых пузырей к поверхности слитка, малой глубиной залегания усадочных дефектов и пониженной пластичностью, поэтому целесообразно снижать содержание кремния в металле, одновременно увеличивая расход алюминия.

Т. Като отмечает, что при повышении отношения содержания алюминия к кремнию в стали уменьшается количество крупных сульфосиликатных включений, приводящих к появлению мелких трещин на поверхности листа при его деформировании в холодном состоянии с малыми радиусами закругления, но тем не менее считает, что способ раскисления полуспокойной стали одним алюминием является нетехнологичным.

Е. Форстер и X. Нейманн утверждали, что применение для раскисления полуспокойной стали алюминия совместно с кремнием приводит к образованию крупных подповерхностных включений силикатов марганца, вызывающих расслоение металла. При раскислении одним кремнием эти включения значительно мельче и не приводят к образованию указанных дефектов.

Г. Репаси считал, что только мелкозернистая полуспокойная сталь, содержащая, кроме кремния, алюминий, может иметь высокие показатели по ударной вязкости при низких температурах.

Авторы на заводе «Азовсталь» исследовали влияние вида раскислителя на качество поверхности раскатов при проведении серии опытных плавок стали Ст.3пс с раскислением в ковше одним ферросилицием или алюминием вместо обычного одновременного их введения.

При раскислении стали одним алюминием не удалось получить оптимальной степени раскисленности металла и нормального застывания головной части слитка. При расходе алюминия до 300 г/т металл слабо кипел в изложнице, искрил в течение 10—20 с после ее наполнения и застывал с прорывами корки и образованием рослости до 250 мм (несмотря на дополнительный ввод алюминия в количестве 20—30 г/т иод струю при разливке).

При расходе алюминия 325 г/т слитки застывали уже с вогнутой поверхностью головной части (как при перераскислении стали). Однако через 2—3 мин после конца наполнения изложниц на многих слитках начиналось интенсивное искрение металла с прорывом корки и образованием наплывов. Раскаты одних слитков плавок этой группы были в значительной мере поражены грубыми рванинами, другие характеризовались значительной усадочной рыхлостью, а третьи имели и те и другие дефекты. В результате головная обрезь и расходный коэффициент металла па блюминге оказались повышенными. Видимо, эти результаты могли бы быть несколько улучшены после приобретения опыта работы с раскислением одним алюминием, но, судя по проведенным плавкам, освоение такой технологии крайне затруднительно.

При раскислении одним ферросилицием обеспечивалось нормальное формирование слитков: искрение металла продолжалось 15—40 с и голова слитков застывала с выпуклой поверхностью без прорывов корки. Качественные показатели при прокатке слитков этих плавок оказались выше (табл. 24).

Фасонный прокат плавки стали Ст.3пс, раскисленной в одном ковше ферросилицием, а в другом — алюминием, был подвергнут механическим испытаниям на 5—7-ом горизонтах раската слитков (табл. 25, 26).
Повышение стабильности процесса раскисления полуспокойной стали


Полуспокойная сталь, раскисленная только алюминием, имела более низкие прочность и хладостойкость (табл. 26).

Положительные результаты, полученные при раскислении стали Ст.3пс одним ферросилицием, послужили основанием для опробования такого варианта раскисления на плавках полуспокойной стали Ст.3пс, прокатываемых на балку № 45—55 с врезным калибром. Заготовка для этого крупного профиля была зачастую поражена рванинами, вследствие малой степени обжатия металла па блюминге.

При раскислении одним ферросилицием вместо комбинированного способа улучшилось качество поверхности раската (по рванинам) и вследствие этого уменьшились головная обрезь и расходный коэффициент металла (табл. 27).

Аналогичные результаты были получены и при раскислении одним ферросилицием полуспокойной стали Ст.5пс.

На рис. 34 показана макроструктура продольных разрезов слитков стали Ст.3пс, раскисленной одним ферросилицием (1,64 кг/т), и для сравнения — макроструктура слитка, раскисленного ферросилицием (0,85 кг/т) вместе с алюминием (120 г/т). Скорость разливки стали составила 0,35 м/мин. Металл обоих слитков имел примерно одинаковую степень раскисленности, о чем свидетельствовал одинаковый характер застывания стали в изложницах.

Макростроение головной части слитка стали, раскисленной одним ферросилицием, оказалось несколько предпочтительнее: усадочная полость состояла из отдельных рассредоточенных пустот, надежно защищенных от контакта с атмосферой плотным металлическим «мостом» толщиной 100—120 мм. Усадочная раковина в слитке стали, раскисленной ферросилицием и алюминием, была более концентрированной, а «мост» — заметно тоньше (50—60 мм).

Значения механических свойств полуспокойной стали при раскислении одним ферросилицием и ферросилицием совместно с алюминием находились примерно на одинаковом уровне (табл. 28).

В результате исследований алюминий для раскисления полуспокойной стали на заводе «Азовсталь» применяется только в качестве корректирующей добавки при разливке.

Сравнение ферросилиция и алюминия как раскислителей полуспокойной стали было проведено также на Коммунарском заводе. При выплавке полуспокойной стали Ст.Зпс, которую в одном ковше раскисляли только ферросилицием, а в другом — только алюминием, были исследованы макроструктура продольных темплетов слитков и механические свойства листа толщиной 12 мм

Химический состав металла при разных вариантах раскисления приведен в табл. 29.

Слиток, раскисленный ферросилицием, имел лучше изолированную и более рассредоточенную усадочную раковину, чем слиток, раскисленный только алюминием. Сталь, раскисленная одним алюминием, имела более высокие значения ударной вязкости при всех температурах испытания и после механического старения (см. табл. 26).

Большая трудность получения устойчивых результатов от плавки к плавке при раскислении полуспокойной стали одним алюминием явились основанием к тому, что дальнейшие исследования и на этом заводе проводили для сравнения принятого варианта раскисления (ферросилицием и алюминием) с более простым — одним ферросилицием. В результате перешли на более простой способ раскисления одним ферросилицием.

Сопоставление производственных результатов (за полтора года) раскисления 45%-ным ферросилицием и алюминием (в количестве соответственно ~2,2 и ~0,25 кг/т) с опытом работы после перехода на раскисление одним 45%-ным ферросилицием (в количестве в среднем 3,7 кг/т) показало преимущество последнего способа (табл. 30).

Полученные результаты можно объяснить более стабильной раскисленностью полуспокойной стали при применении одного ферросилиция.

Таким образом, исследования, проведенные на двух заводах, показали, что применение алюминия для раскисления полуспокойной стали в ковше нецелесообразно: чем в большей степени алюминий заменяется ферросилицием, тем надежнее обеспечивается оптимальная степень раскисленности металла.

Очевидно, это вызвано высокой раскислительной способностью алюминия, усугубляющей ошибки при расчете и взвешивании необходимых присадок, а также малой плотностью и значительным пироэффектом при контакте с металлом и шлаком, вызывающими его нестабильное усвоение. He установлено преимущества алюминия как раскислителя и при исследовании механических свойств проката из полуспокойной стали.

С учетом результатов этих работ, а также положительного опыта Магнитогорского металлургического комбината и заводов Коммунарского, «Азовсталь» и им. Петровского (мартеновский цех), на совещании по полуспокойным и закупоренным сталям (г. Днепропетровск, 1967 г.) было рекомендовано раскислять полуспокойные стали в ковше кремнием, алюминий применять только для корректировки раскисленности металла во время разливки. Это положение утверждено в Типовой технологической инструкции по производству стали.

Дальнейшие исследования показали, что наилучшие результаты по стабильности раскисленности углеродистой полуспокойной стали получаются при раскислении в ковше силикомарганцем. Так, опыт работы мартеновского цеха Коммунарского металлургического завода за восемь месяцев показал, что при раскислении стали Ст.3пс только силикомарганцем в ковше (вместо раскисления ферромарганцем в печи и 45%-ным ферросилицием в ковше) увеличилось (с 62,5 до 83%) количество плавок с оптимальным содержанием кремния, вследствие уменьшения колебаний его угара. При этом снизилось количество брака на первом переделе (с 0,42 до 0,28%) и слябов с грубыми дефектами.

Таким образом, раскисление полуспокойной стали кремнием в ковше, целесообразно проводить, используя силикомарганец или 45%-ный ферросилиций. Применение 65—75%-ного ферросилиция менее приемлемо ввиду его меньшей плотности и трудности учета колебаний (до 3%) содержащегося в нем алюминия.

Предварительное раскисление в печи. Для расчета требуемого количества ферросплавов при раскислении и легировании полуспокойной стали, кроме оптимального содержания элементов-раскислителей, необходимо знать степень их усвоения. Предварительное раскисление в печи повышает нестабильность угара раскислителей, поэтому нерационально при производстве полуспокойной стали. Например, при раскислении полуспокойной стали Ст.3пс кремнийсодержащими раскислителями в печи на MMK угар кремния составлял 40—70%, а в ковше — 25—35%. Вследствие менее стабильной (от плавки к плавке) степени раскисленности расходный коэффициент металла на обжимных станах при раскислении в печи был заметно выше, чем на плавках с раскислением в ковше.

Раскисление полуспокойной стали ферромарганцем в ковше целесообразно в основном для экономии марганца, так как колебания степени усвоения марганца при раскислении в печи оказывают на раскисленность металла значительно меньшее влияние, чем кремния.

Вместе с тем выпуск металла вообще без предварительного раскисления (позволяющего фиксировать состав металла в ванне) усложняет получение стабильного (от плавки к плавке) содержания углерода в стали перед раскислением. Как показал анализ данных по пяти металлургическим заводам — крупным производителям полуспокойной стали, содержание кремния в применяемом доменном ферромарганце колебалось в пределах от 0,18 до 7,3% (рис. 35). Это вызывает значительные трудности в обеспечении стабильной раскисленности полуспокойной стали. Кроме того, высокое содержание кремния (>2%) в ферромарганце затрудняет получение полуспокойной стали с повышенным содержанием марганца, так как в ряде случаев количество кремния, вносимое только этим ферросплавом, может превышать требуемое для получения нормальной структуры слитка. Присадкой доменного ферромарганца впечь может быть устранено отрицательное влияние неустойчивого содержания в нем кремния, если ванну после раскисления доводить до вскипания.

Таким образом, целесообразный способ раскисления полуспокойной стали ферромарганцем в котле, позволяющий обеспечить большую стабильность раскисленности стали (не говоря об экономии ферромарганца), становится нерациональным без решения вопросов обеспечения металлургических заводов ферромарганцем со стабильным содержанием кремния. Кроме того, полный отказ от предварительного раскисления в печи, позволяющего фиксировать содержание углерода в металле перед выпуском, возможен при использовании способов быстрого контроля его содержания в ванне перед выпуском.

Типовой технологической инструкцией но выплавке мартеновской стали для раскисления и легирования полуспокойной стали разрешено применять только стандартный доменный ферромарганец (с содержанием кремния нe более 2%). При этом кремний, вносимый даже таким ферромарганцем, надлежит обязательно учитывать при расчете количества 45%-ного ферросилиция или силикомарганца для раскисления полуспокойной стали.

Подготовка раскислителей и устройства для их ввода. Повышению стабильности раскисленности металла способствует надлежащая подготовка раскислителей. По данным, применение расфасованного и точно взвешенного 50%-ного ферросилиция с одинаковой крупностью кусков позволило получить необходимое содержание кремния в полуспокойной стали с колебаниями в пределах 0,02%, что способствовало стабилизации процесса ее раскисления и в связи с этим — увеличению (примерно на 1,5%) выхода годного проката.

Как показала практика, раскисление полуспокойной стали должно производиться хорошо просушенными и раздробленными (на куски размером до 50 мм в поперечнике) ферросплавами. Применение более крупных фракций может вызвать неравномерное распределение раскислителей (особенно марганца) в металле. Использование пылевидных ферросплавов также нецелесообразно, поскольку приводит к нестабильным потерям раскислителя, в результате выноса из ковша восходящими газовыми потоками и запутывания в шлаке.

Присадку раскислителей под струю металла следует начинать при наполнении ковша металлом на 1/5 и заканчивать при достижении 1/2 его высоты. Присадка ферросилиция и, особенно, ферромарганца, на дно ковша недопустима, так как это неизбежно приводит к неравномерному распределению раскислителей в объеме металла.

Для подачи ферросплавов в ковш в настоящее время применяют в основном специальные стационарные или подвесные бункера с механическими затворами. На некоторых заводах присадку раскислителей осуществляют лотками, подвешиваемыми на разливочных кранах.

Использование указанных устройств не может обеспечить равномерной подачи ферросплавов в ковш по ходу его наполнения металлом. Рекомендуется использовать автоматические дозаторы, разработанные заводом «Запорожсталь». Эти устройства имеют электровибрационные питатели, позволяющие регулировать скорость подачи ферросплавов в ковш, и весоизмерительные системы, при помощи которых можно обеспечить необходимую величину присадки раскислителей.

Влияние науглероживания стали в ковше. Для обеспечения содержания углерода в стали в требуемых пределах на отечественных металлургических заводах зачастую применяют науглероживание металла путем присадки в ковш коксика или термоантрацита. Существующими типовыми технологическими инструкциями допускается производить науглероживание стали в ковше на 0,03—0,05%, однако в практике предприятий оно достигает 0,10—0,13%. Вследствие науглероживания и нестабильного усвоения указанных углеродсодержащих добавок содержание кислорода в стали колеблется в более широких пределах. Введение еще одного переменного фактора усложняет определение необходимого количества раскислителей и увеличивает колебания степени раскисленности стали от плавки к плавке.

Исследования, проведенные на заводе «Азовсталь», показали, что при работе с науглероживанием полуспокойной стали в ковше возрастает пораженность раскатов рванинами, вследствие чего повышаются головная обрезь и расходный коэффициент металла на блюминге. Ниже приведены результаты сравнения качества слитков, полученных без науглероживания (I) и с науглероживанием (II).

Преимущество производства полуспокойной стали без науглероживания подтверждено данными производственной статистики завода «Азовсталь», на котором после проведения экспериментов присадка коксика в ковш была запрещена (табл. 31).

Таким образом, отказ от предварительного раскисления в печи, применения алюминия для раскисления в ковше и использования нестандартного (но содержанию кремния) доменного ферромарганца позволяет повысить стабильность раскисления полуспокойной стали. Этому также способствует необходимая подготовка ферросплавов и применение рациональных устройств для ввода их в ковш.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: