Особенности раскисления полуспокойной стали с повышенным содержанием марганца

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Особенности раскисления полуспокойной стали с повышенным содержанием марганца

29.10.2020

При раскислении стали одним марганцем (т. е. без участия кремния) образуются продукты раскисления в виде фазы FeO—MnO в результате протекания реакций:
Особенности раскисления полуспокойной стали с повышенным содержанием марганца

Для рассматриваемых сталей будут образовываться твердые продукты раскисления, так как установлено, что при раскислении стали одним марганцем (при температурах, близких к ликвидусу) жидкие продукты раскисления образуются только при низком его содержании (до 0,2%)).

Предельное содержание марганца в полуспокойной стали при легировании бескремнистым ферромарганцем может быть определено решением системы уравнений констант равновесия приведенных выше реакций:

Для расчета предельных содержаний марганца по известному необходимому содержанию кислорода в ней могут быть приняты следующие температурные зависимости констант равновесия реакций:

В табл. 36 приведены средние значения оптимальных концентраций кислорода в углеродистой полуспокойной стали, принятые для расчета предельных концентраций марганца (см. рис. 37, завод им. Петровского).


Расчеты, а также исследования показали, что при легировании бескремнистыми сплавами марганца содержание его в полуспокойной стали может достигать 1,5% и более (рис. 43, кривые 1,2). С увеличением содержания углерода в полуспокойной стали предельное содержание марганца в ней возрастает. При одинаковых содержаниях углерода предельное содержание марганца в мартеновской полуспокойной стали выше, чем в конвертерной, вследствие более низкого содержания водорода в последней. Поэтому верхние пределы по содержанию марганца в новых марках полуспокойной стали не должны превышать значений, установленных для конвертерной стали.

Существующими стандартами, как правило, допускается до 2% Si в ферромарганце, поэтому установленные значения предельных содержаний марганца должны быть скорректированы. Для этого необходимо рассмотреть условия совместного раскисления металла марганцем и кремнием. Это необходимо также для определения содержания кремния в нормально раскисленной полуспокойной стали в том случае, когда содержание марганца ниже установленного предельного, и сталь нуждается в дополнительном раскислении кремнием.

При раскислении углеродистой полуспокойной стали кремнием и марганцем образуются, как правило, жидкие ненасыщенные продукты раскисления FeO—MnO—SiО2 в результате протекания реакций:

Уравнения констант равновесия реакций окисления кремния, марганца и распределения кислорода между металлом и продуктами раскисления имеют следующий вид:

Термодинамические условия равновесия металла со шлаком, ненасыщенным кремнеземом, изучены недостаточно. Поскольку для определения соотношения между содержанием кремния, марганца и кислорода в стали предварительно требуется определить активности компонентов тройного жидкого шлака FeO—MnO—SiO2, задача неразрешима в чистом виде. Для решения указанной задачи с точностью, достаточной для практических целей, допущен ряд упрощений с использованием данных. В результате алгебраических преобразований получено следующее уравнение:

КMn-FeO— константа равновесия реакции [Mn]+(FeO) = (MnO)+[Fe].

Уравнение определяет соотношение между кремнием, марганцем и кислородом в железе, находящимся в равновесии со шлаком FеO—
MnO—SiO2, ненасыщенным кремнеземом. Зная величину двух неизвестных, по указанной формуле можно определить для определенной температуры значения третьего неизвестного.

Границами применимости полученного уравнения следует считать моменты насыщения образующихся продуктов раскисления, с одной стороны — кремнеземом, а с другой — твердыми кристаллами FeO—MnO, где содержание кислорода (при определенной температуре) определяется только содержанием кремния или марганца в металле соответственно.

Для проверки применимости этого уравнения произведены расчеты равновесных соотношений между содержаниями кремния и кислорода в железе с 0,6% Mn при 1550° С. Поскольку проводимые в литературе значения KSi-o при 1550° С колеблются в довольно широких пределах (от 0,6*10в5 до 1,1*10в5), то расчет проводили с использованием крайних значений константы. Полученные результаты (рис. 44) удовлетворительнo совпадают с экспериментальными данными по изучению равновесия между металлом и ненасыщенным кремнеземом шлаком FeO—MnO—SiО2.

В расчете предельных содержаний марганца принято, что усвоение кремния при легировании стали 70%-ным ферромарганцем такое же, как и марганца, а остаточное содержание марганца перед раскислением составляет 0,20%). Использованы следующие температурные зависимости констант равновесии реакций и распределения кислорода между металлом и шлаком:

Приведенные на рис. 43 (кривые 3—5) данные показывают, что при легировании конвертерной полуспокойной стали ферромарганцем с содержанием кремния до 2% предельные содержания марганца в ней значительно ниже, чем при использовании бескремнистых ферросплавов (рис. 43, кривая 2).


Поскольку нормальная раскисленность кислородноконвертерной углеродистой полуспокойной стали в условиях завода им. Петровского достигается при минимальных содержаниях кремния (табл. 37), а следовательно, — максимальных содержаний кислорода, то установленными предельными содержаниями марганца в этой стали можно ограничить его верхний предел содержания в новых марках полуспокойных сталей.

Без каких-либо технологических ограничений на отечественных металлургических заводах можно производить полуспокойную сталь со следующими максимальными пределами по содержанию марганца:

Полуспокойные стали с более высоким, чем указанное выше, содержанием марганца (вплоть до предельного) могут производиться только при использовании ферромарганца с более низким содержанием кремния.

При производстве полуспокойной стали с более низким, чем предельное на рис. 43, содержанием марганца, ее надо дополнительно раскислять кремнием.

Нa основании экспериментальных данных по содержанию кислорода в конвертерной углеродистой стали с 0,07—0,30% С (завод им. Петровского) рассчитаны оптимальные концентрации кремния в полуспокойной стали в зависимости от содержаний С и Mn (рис. 45).

Данные рис. 43 и 45 свидетельствуют о том, что полуспокойные стали с повышенным содержанием марганца следует раскислять кремнием в зависимости от содержаний углерода и марганца в металле. Из рис. 45 следует, что при повышении содержания марганца облегчается получение стабильных результатов по раскисленности полуспокойной стали, так как необходимые содержания кремния в зависимости от содержания углерода в ней изменяются в меньшей мере.

Для легирования полуспокойной стали с содержанием углерода до 0,10—0,12% следует применять мало-или среднеуглеродистый ферромарганец, металлический марганец или силикомарганец (если вводимое им совместно с марганцем содержание кремния не превышает оптимального). Применение углеродистого доменного ферромарганца может быть рекомендовано при легировании полуспокойной стали с содержанием углерода 0,14—0,15% и более. Для окончательного раскисления (при необходимости) марганцовистой стали следует использовать только 45%-ный ферросилиций в ковш.

При проведении опытных плавок полуспокойной стали с повышенным содержанием марганца было установлено, что для нее полностью применимы визуальные методы оценки раскисленности углеродистой полуспокойной стали на разливке (табл. 38). Экспериментальные данные по содержанию кремния в зависимости от содержаний углерода и марганца в металле конвертерных опытных плавок удовлетворительно совпадали с расчетными, приведенными на рис. 45.

Зависимость концентрации кислорода (в пробе из изложницы) от содержания углерода в полуспокойной стали с повышенным содержанием марганца представлена на рис. 46. Оптимальные содержания кислорода в конвертерной полуспокойной стали с обычным и повышенным содержанием марганца (по содержаниям водорода и азота сравниваемые стали не отличались) одинаковы и в одинаковой степени снижаются с увеличением содержания углерода (см. рис. 37 и 46). В мартеновской стали оптимальные содержания кислорода были ниже, чем в конвертерной, вследствие более высокого содержания водорода.

Характерной особенностью разливки полуспокойной стали с повышенным содержанием марганца является значительное вторичное окисление струи и поверхности зеркала металла. B результате этого при разливке сифоном со скоростью до 0,3 м/мин, полуспокойной стали с повышенным содержанием марганца грубая корка на зеркале металла образовывалась, как правило, с 1/3 высоты слитка и дальнейшее наполнение изложницы происходило с заворотами корки, что вызывало пораженность раската слитка грубыми одиночными поверхностными дефектами. Кроме того, корка мешала визуальному определению раскисленности металла при разливке. При повышении содержания марганца в стали с 0,46—0,47% до 0,94—0,96% содержание его закиси в шлаковой корке увеличивалось с 10,8—10,9% до 25,2—38,1% при одновременном снижении содержаний закиси железа и кремнезема.


Образования грубой корки на зеркале металла можно избежать повышением скорости сифонной разливки стали до 0,4—0,5 м/мин. В этих условиях сталь поднимается до % высоты изложницы с «чистым зеркалом», а затем — с незначительной корочкой, которая не подворачивается.

Угар марганца при легировании конвертерной полуспокойной стали различного состава в ковше практически не зависел от содержания углерода (кислорода) в металле перед выпуском плавки, окисленности шлака, количества вводимого марганца и вида ферросплава и составлял в среднем около 20% (табл. 39).

Содержание закиси железа в конечном шлаке и кислорода в металле перед раскислением (легированием) составило:

Сравнение данных табл. 39 с величинами угара марганца при раскислении углеродистой конвертерной полуспокойной стали показывает, что угар марганца снижается с увеличением расхода ферросплава на легирование.

Угар кремния, вводимого марганецсодержащими сплавами, не превышал 25% и его можно принимать примерно равным угару марганца при легировании полуспокойной стали. Угар кремния, вводимого 45%-ным ферросилицием, был более значительным и при содержании углерода в металле перед раскислением в пределах 0,06—0,11 и 0,16—0,24% составлял 50—80 и 20— 40% соответственно. Видимо, более низкий угар кремния, вводимого марганецсодержащими сплавами, чем 45%-ным ферросилицием, объясняется защитным действием марганца в зоне растворения сплава.

Вносимый доменным ферромарганцем углерод хорошо (на 80—90%) усваивается металлом.

Практика работы заводов США показала, что при выплавке сталей с повышенным содержанием марганца (с легированием ферромарганцем в ковше) для хорошего усвоения ферросплава и надлежащей разливки температура металла на выпуске должна быть на 11 (при 0,71—1,0% Mn) и 17 град (при 1,0—1,3% Mn) выше, чем для обычной углеродистой стали.

Наши исследования показали, что при повышении температуры стали на выпуске и постепенном вводе легирующих и раскислителей в кусках размером 20—50 мм достигается их равномерное распределение в объеме металла. Об этом свидетельствуют также данные Коммунарского металлургического завода, где в настоящее время для полуспокойной стали все сплавы присаживаются в ковш (табл. 40).

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: