Закономерности раскисления полуспокойной стали с обычным содержанием марганца » Ремонт Строительство Интерьер. Лесное дело и деревообработка.

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Закономерности раскисления полуспокойной стали с обычным содержанием марганца

29.10.2020

Устранение влияния перечисленных факторов повышает стабильность процесса раскисления, однако не менее важно получение стабильной окисленности стали и шлака перед раскислением. Окисленность металла определяется в основном содержанием углерода и к концу плавки может существенно колебаться даже при изменении последнего в пределах норм, установленных для каждой марки ГОСТами и техническими условиями. Это особенно проявляется на низкоуглеродистых сталях, для которых колебания содержаний кислорода с изменением концентрации углерода наиболее значительны. В связи с этим технология раскисления полуспокойной стали, предусматривающая ввод постоянного для данной марки количества ферросилиция, требует выпуска металла в значительно более узких пределах по содержанию углерода, чем разрешается стандартами.

Регулирование количества ферросилиция, вводимого в ковш, в зависимости от содержания углерода в стали перед выпуском, требует установления зависимости между содержанием углерода, кремния и марганца в нормально раскисленной полуспокойной стали. Зная эту зависимость, можно определить количество вводимого в ковш ферросилиция с учетом установленной в конкретных условиях цеха степени усвоения кремния, которая зависит в первую очередь от содержания углерода в стали перед раскислением в ковше и в какой-то мере от содержания окислов железа в шлаке и длительности контакта металла со шлаком и воздухом.

Для установления закономерных связей между содержанием углерода в полуспокойной стали, необходимой окисленностыо ее и концентрацией элемента-раскислителя (кремния), обеспечивающего эту окисленность, на металлургических заводах им. Петровского (кислородные конвертеры и мартеновские печи емкостью соответственно 26—32 Ti 85 т), Коммунарском (300- 600-т мартеновские печи) и Криворожском (кислородные конвертеры и мартеновские печи емкостью соответственно 115 и 600 т) проведено специальное исследование. Опытные плавки полуспокойных сталей различных марок (с 0,07—0,075% С) проводили в кислородных конвертерах и мартеновских печах. Металл опытных плавок с содержанием до 0,12% С раскисляли силикомарганцем и ферромарганцем, а с содержанием 0,12% С—45%-ным ферросилицием и ферромарганцем. Алюминий (100—150 г/т) применяли только для раскисления стали Ст.5пс на Коммунарском заводе. Это было вызвано тем, что при раскислении одним ферросилицием наблюдались случаи получения кремния в указанной стали выше верхнего предела, предусмотренного стандартом.

Конвертерную сталь раскисляли полностью в ковше, а мартеновскую — в печи (ферромарганцем) и в ковше (ферросилицием). Раскислители присаживали в установленных действующей инструкцией количествах (постоянных для стали данной марки) без корректировки на содержание углерода в стали перед раскислением.

Данные о технологии разливки, содержаниях углерода и марганца в пробах из изложницы для опытных плавок разных заводов приведены в табл. 32.
Закономерности раскисления полуспокойной стали с обычным содержанием марганца

По оси изложницы в конце ее наполнения металлом отбирали пробы (раскисленную алюминием в количестве — 0,5% и без него) специальными закрытыми металлическими или кварцевыми пробницами с погружением на 250—300 мм ниже уровня зеркала металла, в которых химическим методом определяли содержание углерода, активного кислорода, кремния, марганца и азота. Вскипание металла в месте отбора проб не наблюдалось. Стружку на химический анализ отбирали в донной части проб, т.е. в месте, где в связи с интенсивным охлаждением металла исключалась сегрегация глинозема. Дополнительно на некоторых плавках отбирали пробы на анализ содержания водорода в стали методом вакуум-нагрева. Параллельно с отбором проб измеряли температуру металла платина-платинородиевой термопарой. Температура стали в месте отбора проб находилась в пределах 1470—1530°С и примерно отвечала температуре ликвидус соответствующих марок стали.

Степень раскисленности стали оценивали по интенсивности и продолжительности искрения металла в изложнице после закрытия стопора и результатам прокатки слитков (качеству поверхности и макроструктуры промежуточного и готового проката, величине головной об-рези, наличию брака и второго сорта). Колебания степени раскисленности стали вызывались непостоянством массы плавки и несовершенством принятой на заводах технологии (металл определенной марки раскисляли постоянно одним и тем же количеством раскислителей, независимо от изменения технологических факторов).

К нормально раскисленным (рис. 36) отнесены плавки, для которых продолжительность искрения металла в изложнице составляла 10—40 с без прорывов корки. Раскаты слитков этих плавок имели чистую поверхность и удовлетворительную макроструктуру после удаления головной обрези в пределах установленных норм (3— 5%). Слитки недораскисленных плавок (рис. 36), металл которых искрил в изложнице в течение 45—80 с, характеризовались рослой поверхностью головной части слитка и наличием рванин на поверхности раскатов. На раскатах слитков перераскисленных плавок (рис. 36) с продолжительностью искрения металла на разливке в течение 5—10 с наблюдались усадочные дефекты.

Было установлено, что оптимальная концентрация кислорода в полуспокойной стали при температурах начала затвердевания снижается с увеличением содержания углерода и во всех случаях ниже равновесного с углеродом значения при атмосферном давлении (рис. 37).

Линии оптимальных содержаний кислорода в мартеновской полуспокойной стали располагаются ниже, чем для конвертерной, в близких условиях разливки, и больше удалены от равновесной с углеродом.

Поскольку давление газозыделения при формировании одинаковых слитков нормально раскисленной полуспокойной стали одинаково независимо от способа ее производства и определяется парциальными давлениями окиси углерода (PСО), водорода (рН2) и азота (pN2), то более низкое рСО для мартеновской стали можно объяснить более высокими значениями других составляющих — рH и pN2. Содержание азота во всех исследованных конвертерных и мартеновских сталях было примерно одинаковым и составляло 0,003—0,005%. Содержание же водорода в конвертерной стали было, как правило, ниже, чем в мартеновской аналогичных марок (табл. 33).

Очевидно, повышенное содержание водорода в мартеновской стали способствует более интенсивному газовыделению при кристаллизации слитка. Для обеспечения одинаковой интенсивности газовыделеиия в слитке содержание кислорода в мартеновской стали должно быть ниже, чем в конвертерной (при одинаковом содержании углерода).

Этим же, видимо, можно объяснить более низкие оптимальные содержания кислорода в мартеновской стали МСт.3пс Коммунарского завода по сравнению с такой же сталью, выплавленной на заводе им. Петровского.

Уровень оптимальных содержаний кислорода в полуспокойной стали повышается при увеличении скорости разливки. Так, несмотря на более высокое содержание водорода (содержание азота одинаково 0,003—0,005%) в мартеновской стали Криворожского завода, оптимальная концентрация кислорода в ней выше, чем в аналогичной стали Коммунарского завода. Это, очевидно, объясняется значительно более высокой скоростью разливки (2,5—3,0 м/мин) yа Криворожском заводе (на Коммунарском заводе 0.3—0,5 м/мин). Масса и высота слитка в обоих случаях практически одинаковы.

Оптимальное содержание кремния в углеродистой полуспокойной стали увеличивается с повышением содержания углерода, что связано с необходимостью установленного выше уменьшения оптимальной концентрации кислорода (рис. 38). Если, например, для получения нормально раскисленной конвертерной полуспокойной стали с 0,14% С (нижний предел для стали Ст.3 по ГОСТ 380—60) достаточно иметь в ней 0,06% Si, то при 0,22% С (верхний предел для стали Ст.3 но ГОСТ 380—60) требуется 0,08—0,09% Si.

Полученная экспериментальным путем зависимость между содержанием кремния и углерода в нормально раскисленной полуспокойпой стали получила подтверждение в работах Р. Скимара, И. Даванса и П. Ниллса, которые на основе расчета газовыделения в слитке нормально раскисленной полуспокойпой стали установили необходимое соотношение между концентрациями кремния и марганца в зависимости от содержания углерода.

Указанные закономерности качественно также хорошо согласуются с установленными в работах общими принципами раскисления спокойных и кипящих сталей.

Несмотря на некоторое увеличение содержания марганца с повышением содержания углерода (см. табл. 32), повышение оптимальных концентраций кремния при увеличении содержания углерода наблюдалось для полуспокойной стали всех заводов (рис. 39).

Оптимальное содержание кремния в стали увеличивается с повышением содержания водорода в ней, так как для получения одинаковой структуры слитка окисленность его при этом должна снижаться. Вследствие этого содержание кремния в мартеновской стали, как правило, выше, чем в конвертерной. Оптимальное содержание кремния увеличивается при снижении скорости разливки.

Расход ферросилиция для раскисления полуспокойной стали зависит от необходимого содержания кремния» увеличивающегося при повышении содержания углерода, и его угара, уменьшающегося с увеличением содержания углерода в металле перед раскислением (рис. 40), что обусловлено уменьшением окисленности металла и шлака.

Угар кремния зависит также от типа сталеплавильного агрегата, влияющего на степень окисленности шлака и металла перед выпуском и условия взаимодействия металла, шлака и воздуха при выпуске, выдержке в ковше и разливке стали (табл. 34).

Более значительный угар кремния при раскислении выплавленной в 32-т конвертере стали К08пс по сравнению со сталью КСт.3пс, произведенной в этом же агрегате, объясняется в основном более высокой окисленностью шлака и металла в первом случае (см. табл. 34). Разницей в окисленности шлака и металла также, видимо, можно объяснить более высокий угар кремния при раскислении стали КСт.3пс, выплавленной в 32-т конвертере, чем в конвертере емкостью 26 т (см. табл. 34). Несмотря на более низкую окисленность шлака перед раскислением мартеновской стали и более высокий уровень оптимальных содержаний кремния в пей, угар кремния при ее раскислении значительно выше, чем конвертерной. Очевидно, это обусловлено более длительным и энергичным взаимодействием металла, шлака и воздуха при выпуске, выдержке и разливке мартеновской стали (см. табл. 34).

Полученные результаты подтверждают выводы В.К. Горина и Г.Ю. Лангхаммера о том, что на угар раскислителей большое влияние оказывает окислительное воздействие шлака и воздуха при выпуске плавки.

Влияние изменения условий взаимодействия металла, шлака и воздуха во время выпуска, выдержки и разливки плавки на угар элементов-раскислителей трудно учитываемо, поэтому необходима стандартизация указанных периодов процесса производства стали. При обеспечении стандартных условий выпуска плавки, выдержки в ковше и разливки металла можно статистически определить зависимость угара кремния от содержания углерода и окисленности шлака перед раскислением для определенных сталеплавильных агрегатов.

Данные по угару марганца при раскислении опытных плавок углеродистой полуспокойной стали на заводе им. Петровского приведены в табл. 35.

Угар марганца при раскислении стали в печи (МСт.3пс) значительно выше, чем в ковше (КСт.3пс). Более высокий угар марганца (при примерно одинаковой величине его присадки) наблюдается при раскислении стали КСт.3пс, выплавленной в 32-т конвертере, чем в конвертере емкостью 26 т, что объясняется, вероятно, более высокой окисленностью шлака в первом случае (см. табл. 34).

Одинаковый угар марганца при раскислении стали марок К08пс и КСт.3пс (32-т конвертер), несмотря на значительное различие в окисленности шлака при производстве этих сталей (см. табл. 34), объясняется различием применяемых раскислителей (силикомарганца и ферромарганца), а также количеств введенного марганца при раскислении стали этих марок.

Полученные данные по оптимальному содержанию кремния и его угару позволили определить необходимый для получения нормального слитка полуспокойной стали расход ферросилиция в зависимости от содержания углерода (рис. 41). Этот расход при увеличении содержания углерода заметно изменялся только для конвертерной полуспокойной стали на заводе им. Петровского и в мартеновском цехе Коммунарского завода, где необходима корректировка расхода ферросилиция в зависимости от содержания углерода, изменяющегося в пределах марочного состава. Для других рассмотренных цехов расход раскислителей может быть принят постоянным, независимо от содержания углерода, так как при этом обеспечивается необходимое повышение содержания кремния в стали при увеличении содержания углерода в ней. Подтверждением необходимости корректировки количества присаживаемого ферросилиция при изменении содержания углерода в полуспокойной стали для получения нормального слитка в конвертерном цехе завода им. Петровского могут служить результаты анализа брака полуспокойной стали КСт.3пс на этом заводе в зависимости от содержания углерода (рис. 42). Анализировали данные по 1200 плавкам текущего производства за 1968 г., прокатанным на крупный фасонный профиль (балка, швеллер). Сталь раскисляли в соответствии с установленной на заводе технологией: на плавку массой 32 т присаживали 65 кг 45%-ного ферросилиция и 1 кг алюминия. Количество раскислителей не изменяли в зависимости от содержания углерода в стали перед раскислением.

Особенность прокатки крупных швеллеров и балок на этом заводе непосредственно из слитка, т. е. без промежуточного нагрева и зачистки заготовки, определяет высокие требования к качеству поверхности и макроструктуры раската слитка. Дефектная часть раската, пораженная рваниной пли усадкой, перед прокаткой указанных профилей на рельсо-балочном стане обязательно удаляется. Это дало возможность оцепить влияние расхода раскислителей па качество проката из полуспокойной стали. При содержании углерода ближе к нижнему пределу для стали КСт.3пс главной причиной брака является «усадка» (0,6—0,7%), а ближе к верхнему пределу — рванина (0,4—0,7%). Минимальный суммарный брак (около 0,6%) получен при содержании углерода в металле 0,18—0,19%.

Полученные данные показывают, что для получения минимального количества брака на первом переделе при содержании в стали Ст.3пс 0,20—0,22% С (верхний предел) расход 45%-ного ферросилиция должен быть увеличен, а для содержания углерода 0,14—0,16% (нижний предел) — уменьшен но сравнению с установленным количеством. Установленное количество раскислителей обеспечивает получение нормального слитка (надлежащее качество проката) только при среднем для марки содержании углерода.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: