CC BY
65
it^ г:
(37), 2006 -
ea
ЕТАЛЛУРГИЯ
The matters of using of the powder wire with calcium-silicon filling at out-of-furnace processing of different assortment of steels at RPO "BMZ" are considered.
В. А. МАТОЧКИН, С. В. ТЕРЛЕЦКИЙ, А. В. ОЛЕНЧЕНКО, РУП«БМЗ», Д А. ДЮДКИН, В. В. КИСИЛЕНКО, ОАО «Завод «Универсальное оборудование»
УДК 669.
ВНЕПЕЧНАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ
СИЛИКОКАЛЬЦИЕМ СК-40 В УСЛОВИЯХ
РУП «БЕЛОРУССКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ЗАВОД»
В современной технологии внепечной обработки стали кальций занимает определяющее значение в связи с многофакторностью его влияния на физико-химическое состояние расплава, макро- и микроструктуру затвердевающей непрерывноли-той заготовки, качество и свойства металлопродукции. В последние годы при производстве высококачественного металла для магистральных газо- и нефтепроводов, судостроения, строительной индустрии, автомобилестроения и т.д. внепеч-ная обработка стали кальцийсодержащими реагентами является неотъемлемой частью технологии.
До последнего времени в мировой металлургической практике силикокальций марки СК-30 являлся наиболее широко используемым сплавом для ввода кальция в сталь. С одной стороны, это обусловлено тем, что такое соотношение компонентов в сплаве (30% Са и 60% 81) обеспечивает оптимальное сочетание основных теплофизичес-ких параметров, влияющих на усвоение кальция — весьма важный технологический и экономический аспект применения порошковой проволоки. Температура плавления такого сплава в соответствии с диаграммой состояния системы Са— повышается до 1100 °С, а упругость паров кальция снижается до уровня, близкого к давлению окружающей среды около поверхности расплава [1]. Таким образом, расширяется область наиболее эффективного взаимодействия жидкого материала наполнителя с компонентами расплава. При регламентированной скорости ввода порошковой проволоки кальций растворяется в металле, не переходя в газообразное состояние. При снижении содержания кальция в наполнителе (СК-15, СК-20) рассмотренные теплофизические параметры, судя по фактическому соотношению кальция и кремния в сплаве, изменяются незначительно. Однако увеличиваются содержание нежелательных примесей в наполнителе и стоимость соб-
ственно кальция в проволоке. Для ввода заданного количества кальция в сталь метраж вводимой проволоки с СК-15 по сравнению с СК-30 должен увеличиться почти вдвое, соответственно увеличиваются время обработки и потери температуры. Очевидно, что в этом случае существенно повышаются затраты на обработку стали.
Также следует отметить, что при производстве силикокальция с содержанием кальция более 30% резко возрастают расходы, при этом возникают трудности с отделением ферросплава от шлака, поэтому все мировые производители, как правило, ограничиваются изготовлением силикокальция марки СК-30.
В то же время в последние годы появилась тенденция использования в определенных условиях силикокальция марки СК40 [2-4]. На ОЭМК усвоение кальция при использовании проволоки с наполнением СК-30 на 14% ниже относительно проволоки с наполнением СК-40, причем сравнивались проволоки одного поставщика, так как на комбинате отмечено, что усвоение кальция при использовании кальцийсодержащей порошковой проволоки от разных производителей различается [2]. При этом в порошковой проволоке используется смесь порошков силикокальция и металлического кальция и необходимое содержание кальция в ферросплаве достигается непосредственно при обработке жидкого железоуглеродистого расплава.
На диаграмме состояния Са-81 [5] (рис. 1) показаны рассчитанные авторами точки, соответствующие массовому соотношению между кальцием и кремнием в силикокальции СК-30 и СК-40. Высокая эффективность использования СК-40 обусловлена тем, что сплав с содержанием 40% кальция образуется по мере вхождения порошковой проволоки в жидкий металл, при этом реакция образования химически активного соедине-
ни я Са812, как и последующая его диссоциация, происходят с поглощением тепла, что снижает температуру в зоне реакции. Образующийся сплав СК-40 имеет температуру плавления на 85°С выше, чем СК-30. Все это приводит к снижению угара кальция и повышению его усвоения при внепечной обработке стали. Учитывая сказанное выше, а также более высокое содержание кальция
лггтггп г: гсгтггглтгта /об
- 1 (37), 2006 / о V
в проволоке, общий расход порошковой проволоки с наполнением СК-40 для достижения одинакового остаточного содержания кальция в металле может быть в 1,4-1,6 раза ниже, чем расход 81Са проволоки с наполнением СК-30, что дополнительно приводит к существенному уменьшению эксплутационных затрат на обработку проволокой и снижению времени обработки.
1400 1300 1200 в 1100
1000
5
900 833 800
700
'¿О, *| 1 § 9' %
1315°
1 | (
Ж -т 1023 °С
/ —11 1
V 1 1 I 1
1 1 1 1
0
Си
10
20
30
70
80
90
40 50 60
Содержание, мае. % массовое соотношение между кальцием и кремнием в силикокальции СК-40; 2
100
Рис. 1. Диаграмма состояния Са—51: 1
массовое соотношение между кальцием и кремнием в силикокальции СК-30
В условиях РУП «Белорусский металлургический завод» силикокальциевой проволокой обрабатывают разнообразный марочный сортамент стали: низко-, средне- и высокоуглеродистые, как раскисленные алюминием, так и без раскисления алюминием, с регламентированным содержанием серы и алюминия, легированные, с низким содержанием кремния и т.д. Технология производства каждой из этих марок различна, предусматривает разнообразные технологические приемы в выплавке, раскислении, внепечной обработке и разливке металла. Порошковая кальцийсодержащая
Таблица 1. Сравнительные характеристики (
13
проволока, в основном с наполнением СК-30, используется для модифицирования неметаллических включений и обеспечения разливаемое™ металла.
В сентябре—октябре 2005 г. в электросталеплавильных цехах РУП «Белорусский металлургический завод» проведены сравнительные обработки стали порошковой проволокой с наполнением силикокальцием СК-30 и СК-40 производства ОАО «Завод «Универсальное оборудование». Характеристики порошковых проволок приведены в табл. 1.
<ликокальциевых порошковых проволок (диаметр мм)
Наполнитель Наполнение, г/м Содержание кальция, Коэффициент заполнения, доли
проволоки г/м проволоки по кальцию
Силикокальций СК-30 225 67,5 0,569 0,1695
Силикокальций СК-40 214 85,6 0,552 0,2208
Силикокальций СК-40 представлял собой механическую смесь порошков силикокальция СК-30 и металлического кальция.
Порошковую проволоку с наполнением СК-40 присаживали в одинаковых условиях при обработке сталей текущего сортамента - Ст5сп,
А500С, 25Г2С, 8235ЛЮ2, Ст40, Ст45, СтЗсп. Расход проволоки с наполнителем СК-40 определяли по нормативной документации с поправочным коэффициентом 0,74 (по массе) или 0,78 (по длине). В качестве сравнительных использовали плавки аналогичного сортамента, обработанные непосред-
ОС 1ГЛГТЬС ГГ ГЛГТГГГГ.Л^ТГГСГ? О и / 1 (ЭЛ. 2006 -
ственно перед опытными плавками. Всего за указанный период в ЭСПЦ-1 и ЭСПЦ-2 было использовано 10 т порошковой проволоки с СК-
Из таблицы следует, что содержание остаточного кальция на опытных плавках превышает аналогичный показатель сравнительных плавок в ЭСПЦ-1 в среднем на 1,66 ррш или 20%, в ЭСПЦ-2 — в среднем на 2,50 ррш или 43%. Усвоение кальция на опытных плавках также выше, чем на сравнительных в ЭСПЦ-1 на 2,96 абс.% или 22 отн.%, в ЭСПЦ-2 - на 2,34 абс.% или 35% отн.%. Эквивалентный коэффициент модифицирования стали проволокой с наполнителем СК-40 по отношению к проволоке с наполнителем СК-30 в ЭСПЦ-1 составил 0,60, в ЭСПЦ-2 — 0,55. Присадка в жидкий металл, проволоки с наполнителем СК-40 на разливае-мость металла и показатели качества не повлияла, на опытных плавках отмечено некоторое увеличение выхода годного — 97,5% против 96,9%.
Из представленных в таблице данных обращает на себя внимание разница в усвоении кальция в ЭСПЦ-1 и ЭСПЦ-2. С одной стороны, это можно объяснить различным сортаментом обрабатываемых сталей, разным состоянием и составом жидкого металла (окисленность, А10бщ, А1окс, 8, Мп, 81, неметаллические включения), что требует различных подходов к внепечной обработке стали кальцием и расходов проволоки. В ЭСПЦ-1 выплавляется и разливается на двух шестиручь-евых сортовых МНЛЗ металл с низким содержанием алюминия (А1общ<0,005%, А1окс<0,0015%). В ЭСПЦ-2 выплавляется в основном сортамент сталей, раскисленных алюминием (А1общ=0,015-0,040%, А1окс=0,0025-0,0045%), но иногда в ЭСПЦ-2 также выплавляют сортамент сталей с низким содержанием алюминия для разливки в ЭСПЦ-1. И здесь представляет интерес рассмотреть вопрос усвоения кальция на одинаковом сортаменте сталей, обрабатывающихся порошковой проволокой в ЭСПЦ-1 и ЭСПЦ-2 в разных условиях.
Для достижения оптимальных и стабильных результатов обработки расплава порошковыми кальцийсодержащими проволоками должны выдерживаться определенные условия их ввода в расплав с учетом конкретной ситуации применения технологии. Во всех случаях ввода расстояние
40, обработано более 300 плавок. Технологические показатели опытных и сравнительных плавок приведены в табл. 2.
между концом направляющей трубы и расплавом в ковше должно быть не более 300-400 мм, проволока должна вводиться в ковш в максимально вертикальном положении. Скорость ввода порошковой проволоки зависит от физико-химических свойств жидкой стали, стальной оболочки и наполнителя. В зависимости от момента расплавления и температуры жидкой стали порошковый наполнитель может перейти в расплав в любом месте ковша. Регулируя скорость ввода проволоки, добиваются того, чтобы расплавление проволоки и высвобождение наполнителя в расплав происходило ниже граничной глубины испарения кальция. Исходя из размеров стальковша в электросталеплавильных цехах РУП «БМЗ», наиболее оптимальной является скорость ввода проволоки 2,8—3,5 м/с, которая обеспечивает проникновение в жидкий металл на глубину 3,0—3,5 м и реакцией взаимодействия с жидким кальцием будет охвачен весь объем металла. При несоблюдении режима скорости ввода оболочка проволоки может расплавиться или очень рано, или очень поздно, проволока изменит направление своего движения к днищу ковша и начнет двигаться вверх по мере разматывания. В обоих случаях высвобождение наполнителя произойдет в верхней части ковша - в зоне испарения кальция и значительная его часть не будет успевать прореагировать в жидком металле, снижая эффективность использования кальция и его усвоение. В ЭСПЦ-1 жидкий металл обрабатывался силико-кальциевой проволокой на установке ковш—печь ПК-1 (двухручьевой трайбаппарат), где технологический комплекс по вводу проволоки оборудован телескопическими направляющими, обеспечивающими при обработке расстояние между нижним срезом направляющей трубы и зеркалом металла не более 300-400 мм, в ЭСПЦ-2 - на установке ковш-печь ПК-2, где два одноручьевых трайбап-парата оборудованы стационарными направляющими проводками, и указанное расстояние при обработке иногда составляет более 1 м, что приводило к расплавлению проволоки и высвобождению кальция в верхних слоях металла, снижая эффективность его использования. В табл. 3 при-
Таблица 2. Технологические показатели опытных и сравнительных плавок
Цех Наполнитель Масса Расход Содержание кальция на Усвоение
проволоки металла, т кальция, кг/т МНЛЗ, ррш кальция,%
ЭСПЦ-1 СК-40 111,5 0,061 10,07 16,52
СК-30 109,2 0,062 8,41 13,56
ЭСПЦ-2 СК-40 108,5 0,0935 8,36 8,94
СК-30 107,7 0,089 5,86 6,60
ведены показатели использования силикокальци-евой проволоки в ЭСПЦ-1 и ЭСПЦ-2 на аналогичном сортаменте (стали с низким содержанием
Как видно из таблицы, усвоение кальция в ЭСПЦ-1 при стабильном вводе проволоки на необходимую глубину на аналогичном сортаменте выше на 62% при использовании СК-40 и на 88,6% — при использовании СК-30 по сравнению с ЭСПЦ-2, где условия ввода не всегда позволяют доставлять проволоку на требуемый уровень глубины расплава.
Необходимо отметить, что относительно низкое остаточное содержание кальция иногда говорит о более высокой чистоте металла по неметаллическим включениям. Например, при одинаковом расходе кальция на обработку и одинаковом его содержании по вводу, в разливочной пробе содержание кальция и, следовательно, неметаллических включений может различаться в 1,5—2,0 раза, что зависит от интенсивности, длительности и вида продувки после ввода, а также состояния ванны перед обработкой. Как уже отмечалось выше, в условиях ЭСПЦ-2 на установке ПК-2 обрабатывается кальцием как сортамент сталей раскисленных алюминием с содержанием А1окс в пределах 0,0025—0,0045%, так и без раскисления алюминием, где содержание А1окс находится в пределах 0,0005-0,0015%. В раскисленных алюминием сталях основная масса оксидных неметаллических включений состоит из включений глиноземного типа, в сталях же не раскисленных алюминием оксидные включения представляют собой различные алюмомарганецсиликатные комплексы. Соответственно базовая технология модифицирования для указанных групп сталей будет различной. В первом случае кальция требуется значительно больше для полного модифицирования включений (путем перевода их в легкоплавкие алюминаты и алюмосиликаты типа ЗСаО • А1203, 5СаО • ЗА1203, 12СаО - 7А1203, 2СаО - А12Оэ • 8Ю2) и остаточное его содержание может быть выше. Но в то же время при последующей продувке инертным газом большая часть образующихся включений всплывает в шлак, снижая содержание кальция в металле, поэтому при использовании кальция для модифицирования в одинаковых условиях его ввода и различном сортаменте обрабатываемых сталей основным параметром, определяющим качество проведенной обработки, являет-
/гггттгг^ г: кягшлргг.р, / 07
- 1 (37), 2006/ Ш
алюминия - типа СтЗсп, Ст5сп). Состояние и состав металла, параметры обработки были идентичны, кроме системы ввода проволоки.
ся не общее содержание кальция в стали, а разливаемость металла.
При обработке разных групп сталей кальций-содержащей порошковой проволокой возможно получение в металле включений разных типов: недеформируемых, повышенной вязкости; жидких недеформируемых; пластичных деформируемых; твердых недеформируемых. Это достигается изменением состава наполнителя проволоки и регламентируемым ее вводом в соответствии с диаграммой фазового состояния системы СаО—А1203— БЮ, (рис. 2).
СаО 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Д1гОд
Рис. 2. Диаграмма фазового состояния системы СаО—А1203— Si02: 1,4 — недеформируемые включения повышенной вязкости; 2 — жидкие недеформируемые включения; 3, 5 - деформируемые включения; <5, 7 — твердые недеформируемые включения
Литература
1. Дюдкин Д.А., Бать С.Ю., Гринберг С.Е., Ма-ринцев С.Н. Производство стали на агрегате ковш-печь. Донецк: ООО «Юго-Восток», 2003.
2. Гонтарук Е.И., Фомин В.И., Коршиков С.П. и др. Новая технология внепечной обработки среднеуглеро-дистой стали, легированной серой и алюминием // Сталь. 2004. №7. С. 31-33.
3. Дюдкин Д. А., Бать С.Ю., Кисиленко В.В. и др. Пат. 67016.
4. Дюдкин Д. А., Бать С.Ю., Кисиленко В.В. и др. Пат. 2234541.
5. Гасик J1.H., Игнатьев B.C., Гасик М.И. Структура и качество промышленных ферросплавов и лигатур. Киев: Технжа, 1975.
Таблица 3. Технологические показатели использования силикокальциевой проволоки в ЭСПЦ-1
и ЭСПЦ-2 на аналогичном сортаменте стали
Наполнитель проволоки Масса металла, т Расход кальция, кг/т Содержание кальция на МНЛЗ, ррш Усвоение кальция, %
ЭСПЦ-1 ЭСПЦ-2 ЭСПЦ-1 ЭСПЦ-2 ЭСПЦ-1 ЭСПЦ-2 ЭСПЦ-1 ЭСПЦ-2
СК-40 111,5 108,5 0,061 0,085 10,07 8,67 16,52 10,20
СК-30 109,2 107,5 0,062 0,062 8,41 4,46 13,56 7,19
