CC BY
5221. ЭИ-ММК-ТЭЦ-26-2016 Инструкция по ведению водно-химического режима на ТЭЦ (редакция № 3) . - 50 с.
22. Применение фосфорсодержащих ком-плексонов и комплексонатов в качестве ингибиторов коррозии металлов / С. Н. Степин, О. П. Кузнецова, А. В. Вахин, Б. И. Хабибрахманов // Вестник Казанского технологического университета, 2012 -Т.15. - № 13. - С. 88 - 96
23. E.A. Kalman, In working party report on corrosion inhibitors. The Institute of Materials, Kalman, London, 1994. P. 12. 49 N. Kurmaiah, G. Saha, Trans. SAEST. 19, 2, 173-176 (1984).
24. Yu.I Kuznetsov, In progress in the understanding and prevention of corrosion. Vol. 2. Cambrige University Press, Cambridge, 1993. P. 845-851.
25. Y.Gonzalez, M.C.Lafont, N.Pebere, J. Appl. Electrochem, 26, 12, 1253-1258 (1996).
АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИИ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ МАРКИ 006/IF С ЦЕЛЬЮ ВЫЯВЛЕНИЯ ПОВЫШЕННОГО СОДЕРЖАНИЯ
УГЛЕРОДА И АЗОТА
Аннотация. Изучение данной работы позволяет проанализировать технологию выплавки (конвертер, установка вакуумирования стали, установка печь-ковш, МНЛЗ) стали класса № для условий ККЦ ПАО «ММК» и выявить причины повышенного содержания в ней углерода и азота. Отобраны пробы металла по всей технологической цепочке и проведены исследования проб на содержание углерода, азота, серы, кислорода, неметаллических включений. Описан контроль параметров с целью соблюдения качества выпускаемой сверхнизкой углеродистой стали.
Ключевые слова: № сталь, анализ технологии, внепечная обработка, непрерывная разливка, вакуумиро-вание, печь-ковш
В настоящее время большое количество металлических деталей при производстве бытовой техники и кузовов легковых автомобилей получают из тонкого холоднокатанного стального листа методами штамповки и глубокой вытяжки. Основные требования к листовым сталям для глубокой вытяжки - повышенная деформируемость, высокая прочность и хорошее качество поверхности изделий. Данным требованиям удовлетворяют стали, достижение свойств в которых определяется как требованиями по химическому составу -сверхнизким содержанием углерода, азота, низкими содержаниями примесей цветных металлов (Сг < 0,03%, ^ < 0,03%), кремния ф < 0,2%), серы 0,01%), так и требованиями к механическим свойствам и качеству поверхности листа. Лучшие зарубежные производители стабильно получают в Ш сталях сверхнизкие концентрации углерода менее 0,002% и азота менее 0,002%, что обеспечивает повышенные пластические свойства и хорошую штампуе-мость. Одним из важных критериев качества стали является также чистота по неметаллическим включениям. В настоящее время техно-
логии, которые используются на ряде российских металлургических предприятий, не позволяют стабильно получать сверхнизкие содержания углерода и азота в конечном продукте.
Стандартной технологией выплавки сталей в кислородно-конвертерном цехе ПАО «ММК» является выплавка полупродукта в кислородном конвертере. При выпуске металла из конвертера для раскисления, легирования и наведения шлака в ковш отдают алюминий, металлический марганец или ферромагранец, а также известь. Далее металл рафинируют на вакууматоре и проводят микролегирование металла ниобием и титаном на агрегате печь-ковш.
Внепечная обработка особонизкоуглеро-дистой стали состоит в глубоком обезуглероживании на циркуляционной вакуумной установке, раскислении алюминием на усредни-тельной установке и микролегировании титаном и ниобием на установке «печь-ковш».
Одна из наиболее сложных задач, решаемых при внепечной обработке, - это обеспечение минимального содержания углерода в
готовом металле. Для повышения эффективности обезуглероживания циркуляционная установка вакуумирования стали оборудована стационарной газокислородной фурмой, установленной в куполе вакуумной камеры. При этом после вакуумной обработки наблюдается прирост содержания углерода при дальнейшей внепечной обработке. Основные источники прихода углерода в металл это футеровка ста-леразливочного ковша и графитовые электроды установки «печь-ковш». Для снижения продолжительности электронагрева на установке «печь-ковш» температура металла перед выпуском из конвертера повышена до 1720 градусов.
Изменения содержания углерода по ходу технологических операций производства стали 006/Ш представлено в табл. 1.
Таблица 1 Изменения содержания углерода при производстве стали 006/1Е
Технологиче- Содержание углерода, %
ская опера- Среднее Мини- Макси-
ция мальное мальное
Повалка кон- 0,030 0,025 0,035
вертера
Выпуск плав- 0,031 0,026 0,035
ки
Начало ва- 0,0031 0,0017 0,0044
куумирова-
ния
Окончание 0,0057 0,0031 0,0082
доводки
Разливка 0,0058 0,0033 0,0082
МНЛЗ
В ходе проведенных исследований видно, что после вакуумной обработки средняя массовая доля углерода составила 0,0031%. Из табл. 1 видно, что обеспечение низкого углерода после вакуумной обработки металла не гарантирует получения низкого углерода в готовой стали. На большинстве плавок происходит прирост углерода после окончания вакуу-мирования. Прирост составил в среднем 0,0026%.
На углерод в Ш-стали в значительной степени влияет продолжительность электродугового нагрева после вакуумирования (рис. 1).
О.0ОТ
£
ад о р е 0.№ Л004
лг у • Ш)
ол д я над: 11001
ав о а
у=0,001х + 0,0027 Я2=0,4273
Продолжительность нагрева после вакуумирования, мин
Рис. 1. Влияние продолжительности нагрева после вакуумной обработки на углерод в 1Е-стали
Для получения Ш-стали с минимально-возможным содержанием углерода необходимо получать минимальное содержание углерода в процессе вакуумной обработки и минимизировать его поступление в металл после ва-куумирования за счет исключения или хотя бы снижения продолжительности электродугового нагрева.
Увеличению содержания углерода в металле способствует поступление его из ферросплавов, футеровки ковша и шлакообразую-щих смесей, подаваемых в промежуточный ковш и кристаллизатор.
На эффективность обезуглероживания металла на установках внепечной обработки стали влияет также интенсивность образования настылей на стенках вакуумной камеры. На рис. 2 приведены данные об изменении среднего за время разливки плавки содержании углерода в металле в промежуточном ковше до и после реконструкции установки, в ходе которой она была оборудована фурмой для продувки металла кислородом (технология RH-KTB). Наличие кислородной фурмы позволило организовать дожигание выделяющегося из металла СО до СО2 в рабочем пространстве вакуумной камеры. В результате этого повысилась температура футеровки камеры и уменьшилось количество образующихся на ней настылей.
Рис. 2. Зависимость среднего за время разливки плавки содержания углерода в промежуточном ковше от номера плавки в серии при обезуглероживании IF-стали на установке вакуумирования: 1 - до реконструкции;
2 - после реконструкции
Также для получения металла с ультранизким содержанием углерода разработан также процесс VAD-PB (Powder Blowing -продувка порошком). Особенность этого процесса заключается в том, что в металл вдувают не газообразный кислород, а являющиеся источником кислорода дисперсные частицы железной руды (Fe2O3), на поверхности которых происходит зарождение образующихся при окислении углерода пузырьков СО. На этих частицах и в непосредственной близости от них возникает высокий окислительный потенциал, что, благодаря чрезвычайно большой поверхности частиц, вызывает интенсивное и глубокое обезуглероживание.
Зависимость остаточного содержания углерода в металле от расхода аргона. В процессе VAD-PB ковш помещают в вакуумную камеру, давление в которой во время обработки поддерживают на уровне 13-50 Па. В днище ковша установлены пористые пробки для продувки металла аргоном. Порошок железной руды с расходом 0,4-0,7 кг/(т^мин) вдувают через фурму, торец которой расположен на высоте 600 мм над поверхностью металла, в потоке аргона.
Сообщается, что при ультранизком содержании углерода продувка металла в вакууме порошком железной руды обеспечивает более быстрое и более глубокое обезуглероживание, чем продувка газообразным кислородом. В процессе VAD-PB содержание углерода в конце продувки понижается до 6^10"4%,
тогда как в процессе VOD его не удается получить менее 10-3%.
Немаловажной задачей в получении качественной особонизкоуглеродистой стали является достижение минимально возможных концентраций азота. В связи с малой эффективностью удаления азота при вакуумном обезуглероживании низкое содержание азота должно быть получено уже при выплавке полупродукта в конвертере. Основными факторами, определяющими содержание азота в металле на повалке конвертера, являются концентрация азота в технологическом кислороде и шихтовых материалах (ломе и чугуне).
Обычно максимальное содержание азота в ломе намного больше, чем в чугуне. Поэтому уменьшая долю лома в металлической шихте можно уменьшить количество азота в металле на выпуске. Эффективным приемом является также полная замена металлического лома твердым чугуном.
Изменения содержания азота по ходу технологических операций производства стали 006ЛР представлено в табл. 2.
В ходе проведенных исследований видно, что после внепечной обработки на выпуске стали средняя массовая доля азота составила 0,0049%. Из табл. 2 видно, что обеспечение низкого азота после внепечной обработки металла не гарантирует получения низкого азота в готовой стали. На большинстве плавок происходит прирост углерода на машине непрерывного литья заготовок. Прирост составил в среднем 0,0017%.
Таблица 2
Изменения содержания азота при производстве стали 006/1Е
Технологическая операция Содержание азота, %
Среднее Минимальное Максимальное
Повалка конвертера 0,0035 0,0025 0,0045
Выпуск плавки 0,0038 0,0028 0,0047
Начало вакуумирования 0,0037 0,0028 0,0046
Окончание доводки 0,0049 0,0046 0,0051
Разливка МНЛЗ 0,0066 0,0047 0,0085
Достижение низких концентраций азота в стали связано с необходимостью организа-
ции защиты металла от контакта с атмосферой, что сопряжено с определенными технологическими трудностями. При существующей технологии деазотация возможна при интенсивном обезуглероживании в кислородно-конвертерном процессе и при вакуумном обезуглероживании. На всех других технологических операциях выплавки имеет место поглощение азота в той или иной степени. Поэтому технология выплавки особонизкоуглеродистых автокузовных сталей должна основываться на использовании чистых шихтовых материалов, кислорода с концентрацией азота менее 0,1% и применении на всех технологических операциях средств защиты металла от контакта с атмосферой, чтобы свести к минимуму абсорбцию азота металлом.
Для предотвращения насыщения расплава азотом в конце продувки, после окончания интенсивного обезуглероживания, увеличивалась интенсивность продувки на 150-200 м3/мин, на заключительном этапе продувки осуществлялось вспенивание шлака за счет присадки известняка и окончание продувки производилось при опущенной «юбке» газохода конвертера. На всех плавках производилась защита струи металла во время выпуска присадкой известняка в сталеразливочный ковш с расходом около 1 т на плавку. Это позволило направлять плавки для непрерывной разливки с содержанием азота в пределах 0,00240,0045%.
Однако наибольшее значение имеет чистота используемого для продувки металла в конвертере кислорода. Это особенно явно проявляется при содержании углерода в металле менее 0,03%, когда количество выделяющегося из ванны СО незначительно. Концентрация азота в дутье не более 0,01% позволяет получить в конвертере металл с содержанием азота 0,0015%. Наряду с получением ультранизкого содержания углерода и азота в металле не ме-
нее важной задачей при производстве IF-стали является сохранение низких концентраций этих элементов при выпуске, раскислении и разливке стали на МНЛЗ.
При непрерывной разливке стали возможно поступление углерода в металл из шла-кообразующих смесей. В кислородно-конвертерном цехе ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат» для разливки на МНЛЗ подается сталь, содержащая не более 0,005% углерода. Однако, при использовании обычных шлакообразующих смесей с содержанием углерода 6-10% содержание углерода в металле за время разливки увеличивалось до 0,008 - 0,012%. При использовании шлакооб-разующих смесей с содержанием углерода не более 3% до 96% увеличилась доля плавок с приращением содержания углерода не более 0,001%. Причем на половине из них приращение содержания углерода вообще не наблюдалось.
Список литературы
1. Рабаджи Д.В., Степанова А.А., Николаев О.А., Чигасов Д.Н., Алексеев Л.В. Разработка и освоение технологии производства IF-стали с массовой долей углерода не более 0,003 % // Совершенствование технологии в ОАО «ММК»// Сборник ЦЛК. Магнитогорск 2009.
2. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В., Павлючен-ков И.А., Болотов В.Ю. Ковш-печь - современный агрегат для получения стали. - Донецк: Норд-Пресс, 2008.-473 с.
3. Колесников Ю.А., Буданов Б.А., Столяров А.М. Металлургические технологии в высокопроизводительном конвертерном цехе. - Магнитогорск, 2015. - 379с.
4. Якушев А.М. Справочник конвертерщи-ка.- Челябинск: Металлургия, 1990.- 448 с.
5. Кудрин В.А. Теория и технология производства стали: Учебник для вузов. - М.: «Мир», ООО «Издательство АСТ», 2003.-528 с.
