Изучение степени насыщения азотом полупродукта для получения нержавеющей азотистой стали Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Таблица 1

Годовая отсортировка слябов в пониженную сортность и брак по дефектам загрязнения металла неметаллическими включениями

Год Произ водство, т Отсортировка слябов в несоответствующую продукцию Отсортировка в брак

Точечная неоднородность Шлаковое включение Ш лаковое включение

т % т % т %

2005 10065467 2605 0,0259 3276 0,0325 864 0,0090

2006 10244446 2622 0,0256 1313 0,0128 594 0,0058

Таблица 2

Показатели работы промежуточных ковшей

Показатель Группа марок сталей Стопор- моноблок Наборный стопор

Количество разлитого металла на 1 погружной стакан, т Низколегированные 532,5 422,2

Низкоуглеродистые и углеродистые 295,8 279,7

Количество разлитого металла на 1 прокачку стопора, т Низколегированные 301,8 206,0

Низкоуглеродистые и углеродистые 162,7 121,1

В табл. 1 приведен сравнительный анализ 2005 и 2006 годов, где представлены данные по отсортировке металла в несоответствующую продукцию и брак по дефектам, относящимся к загрязнению неметаллическими включениями.

Из табл. 1 следует, что круговое ис-пользование стаканов-дозаторов позволило снизить отсортировку металлопродукции в пониженную сортность по дефекту «точечная неоднородность» на 0,0003%, по шлаковым включениям на 0,020%, выход брака по грубым шлаковым включениям снизился на 0,0032%.

Использование стопоров-моноблоков

с продувкой металла аргоном

Стопора-моноблоки на МНЛЗ ККЦ начали применять с конца 2006 года совместно со стаканами-дозаторами с газопроницаемой вставкой, и на данный момент уже можно сделать заключение по их использованию.

В табл. 2 показано преимущество использования стопоров-моноблоков по сравне-нию с наборными стопорами.

Из данных табл. 2 следует, что вдувание аргона через полый стопор дополнительно увеличивает количество разлитого металла через один погружной стакан на 6-26% в зависимости от марки разливаемой стали. Снижение количества прокачек стопоров при разливке разных марок сталей составляет 34-47%.

По итогам 2006 года в ККЦ ОАО «ММК» в результате использования продувочных уст -

ройств различных конструкций в промежуточ-ных ковшах во время непрерывной разливки стали было достигнуто снижение отсортировки слябов по дефекту «точечная неоднородность» на 0,003%, по шлаковым включениям на 0,020%, выход брака слябов по грубым шлаковым включениям снизился на 0,0042%. Произошло увеличение выхода годного металла за счет снижения технологической об рези от «поясов» на 4 кг/т. Общий экономический эффект превысил 90 млн рублей.

УДК 669.14.018.298.8:669-155.3

С.С. Быков, А.М. Столяров

ИЗУЧЕНИЕ СТЕПЕНИ НАСЫЩЕНИЯ АЗОТОМ ПОЛУПРОДУКТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ АЗОТИСТОЙ СТАЛИ

Нержавеюшдя азотистая сталь марки 55Х20Г9АН4 используется для изготовления кла-панов автомобильных двигателей Эта сталь является высокопрочной, жаростойкой и содержит 0,30...0,60% азота. В ОАО «Ижсталь» основное легирование такой стали азотом производится в процессе плазменно-дугового переплава (ПДП). Переплаву подвергаются металлические электроды диаметром 370 мм, предварительно отливае-мые на машине полунепрерывного литья загого-вок (МПНЛЗ). Для получения требуемого в гото-

вой стали количества азота его доля в полупродукте для отливки расходуемых электродов должно составлять 0,17.0,30% при относительно низком содержании кремния - не более 0,45%. По суще -ствовавшей ранее технологии весь азот в полупродукт для получения электродов вводился в процессе его выплавки в дуговой сталеплавильной печи (ДСП) вместимостью 25 т. При этом исполь-зовался метод переплава высоколегированных от -ходов с продувкой или без продувки металла кислородом . Металлической шихтой электроплавки

являлись собственные азотсодержащие отходы и азотированные ферросплавы. Дга увеличения содержания азота в выплавляемом металле применялось также введение азотированных ферросплавов в печь в восстановительный период плавки. В качестве таких ферросплавов в основном использовался азотированный феррохром, производящийся методом самораспространяющегося высокотемпе-ратурного синтеза (СВС). После введения в эксплуатацию агрегата «печь-ковш» (АПК) появилась возможность введения части азота в процессе ковшевой обработки полупродукта, что позволило бы уменьшить расход дорогостоящих азотированных ферросплавов. В данной работе изучается степень насыщения азотом полупродукта при его обрабог-ке на АПК

По опытной технологии был обработан металл 23 плавок. Азотирование металла производилось в 30-т сталеразливочном ковше при продувке газообразным азотом через донную пробку ковша в течение всего технологического процесса на АПК.

Интервал изменения и средние значения ос -новных параметров ковшевой обработки металла были следующими:

Параметр

Масса металла, т

Объём вдуваемого газа, м3

Продолжительность продувки, мин

Интервал

изменения

28,6-33,1

7-38

42-112

Среднее

значение

31,2

17,7

72

Параметр Значение параметра

до обработки после обработки

Содержание элемента, %:

углерода 0,43-0,54 0,52-0,56

кремния 0,13-0,36 0,20-0,40

марганца 6,87-8,96 8,10-9,00

серы 0,010-0,030 0,010-0,020

фосфора 0,022-0,036 0,026-0,041

хрома 19,2-21,5 20,0-21,5

никеля 3,51-4,21 3,62-4,10

азота 0,13-0,20 0,16-0,26

Температура металла, °С 1466-1594 1483-1503

Дга расчёта равновесного содержания азота при атмосферном давлении использсвалась формула

10

850

Т

0,905

(1)

Химический состав и температура металла до и после ковшевой обработки представлены в таблице.

Содержание азота в полупродукте при ковшевой обработке на АПК в результате вдувания газа увеличилось на 0,02-0,08% или в среднем на 0,05%.

Степень насыщения азотом металла, называемая также в работах [1, 2] относительной концентрацией азота, определялась как отношение фактического содержания азота в металле к его равновесному содержанию.

Химический состав и температура полупродукта до и после ковшевой обработки на АПК

где [Ы]р - равновесное содержание азота в металле, %; Т - температура металла, К; I - условный номер элемента-примеси в расплаве; п - количест-

_ _ V.» Е

во элементов-примесеи в расплаве; вы - параметр взаимодействия азота с элементом Е в расплаве; [Е] - содержание элемента Е в расплаве, %.

Рассчитанное по формуле (1) равновесное содержание азота в металле перед ковшевой обработкой изменялось в интервале от 0,45 до 0,61%, в среднем - 0,51%. После обработки этот параметр имел значения в диапазоне 0,55-0,67%, в среднем - 0,58%. Растворимость азота в полупродукте для рассмотренного диапазона химиче-ского состава и температуры при условии равновесия системы оказалась более чем на порядок выше максимальной растворимости азота в жидком железе (0,044%) при температуре 1600°С и атмосферном давлении 0,1 МПа [3]. Существенному увеличению растворимости азота способ -ствовало высокое содержание в металле в первую очередь хрома, а также марганца.

Степень насыщения азотом полупродукта пе-ред ковшевой обработкой на АПК имела значения от 0,25 до 0,40, а после обработки - от 0,27 до 0,47.

Корреляционный анализ массива опытных данных показал наличие тесной взаимосвязи ме-

0,50'

те

к

к

и

19

к

£ 0,45

0,40

0,35

0,30

0,25

|Л _ У

л гг'

О С о ръ$& .

0,30

0,50

, 0,35 0,40 0,45 ,

Расчётные значения ^ щк)р

Рис. 1. Сравнительная оценка фактических и расчётных значений степени насыщения азотом металла после окончания ковшевой обработки полупродукта на АПК

жду степенью насыщения металла азотом после ковшевой обработки и такими факторами, как удельный расход газа на тонну металла, степень насыщения азотом металла перед обработкой и содержание серы в металле в конце обработки. Кроме этих факторов рассматривались также начальное содержание азота в металле, начальное и среднее содержание серы в металле, температура металла и удельная интенсивность дугья (расход газ на одну тонну металла в единицу времени).

При помощи регрессионного анализа была установлена следующая зависимость:

(к) = 0,255 + 0,12 • Уг +0,30(н) -4,44• [5]к

(2)

где %(к), %(к) - начальная и конечная степень

насыщения азотом металла; Уг - удельный расход вдуваемого газа, м3/т; [5]к - конечное содержание серы в металле, %.

Коэффициент множественной корреляции получился равным 0,8054 и был больше его нормированного значения (0,7702).

На рис. 1 сравниваются опытные и рассчитанные по зависимости (2) значения степени на -сыщения азотом металла после окончания ковшевой обработки полупродукта на АПК.

Зависимость фактических значений степени насыщения азотом металла %(к) ф от её расчётных

значений т]а(К) р выражается в виде уравнения

Лы ( к ) ф =1,071 -Лыс к ) , - 0,0247 ,

Г = 0,8613, Г* =0,001 = 0,6414 .

С использованием зависимости (2) была рассчитана степень насыщения азогом металла после окончания ковшевой обработки полупродукта на АПК при различных значениях трёх факторов, значения двух из которых варьировались в диапа-зонах, соответствующих реальному изменению этих параметров (см. таблицу), а значение третьего фактора принималось постоянным и равным его средней реальной величине. Результаты расчётов представлены на рис. 2-3.

Анализ полученных данных показывает, что в рассмотренном диапазоне значений таких факто-ров, как степень насыщения металла азотом перед обработкой и конечное содержание серы в металле, изменение степени насыщения металла азотом после окончания обработки происходит на одина-ковую по модулю величину. Однако, если с уве-личением значений первого фактора значения функции отклика возрастают, то с ростом значе-

ний второго фактора они уменьшаются. Это объясняется замедлением процесса азотирования металла серой, являющейся поверхностно-активным элементом. Более сильное (примерно в 2,7 раза) влияние оказывает третий фактор - удельный рас -ход газа на продувку металла в ковше.

0,50

0,45

0,40

£ 0,35

0,30.

0,25

0,50

0,45

0,40

0,35

0,30.

0,25

Щ(н >=0,30 ЧАЫ =0,35 7а(Я)=0,40

цыы =0,25

[5]*=0,0 [5] < 10 % =0,015 % [51 *=0,02 0 % _ """" __ ч_— -■

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

Удельный расход газа, м3/т

Рис. 2. Расчётные зависимости степени насыщения азотом металла после окончания ковшевой обработки полупродукта на АПКот удельного расхода газа и степени насыщения азотом металла перед обработкой Цы(н)(вверху при [5]„=0,013%), конечного содержания серы в металле (внизу при ^ед=0,33)

л

к

и

ё

н

О

0,50

.0,45

>0,35-

0,30

0,25.

ц вд=0,25

Щ(н) =0,30

ц ы(н) =0,35

=0,40

-і

0,010 0,012 0,014 0,016 0,018 0,020

Содержание серы в металле, %

Рис. 3. Расчётная зависимость степени насыщения азотом металла после окончания ковшевой обработки полупродукта на АПКот конечного содержания серы в металле и степени насыщения азотом металла перед обработкой ^ при удельном расходе газа 0,6 м3/т

Таким образом, степень насыщения азотом металла после окончания ковшевой обработки на агрегате «печь-ковш» полупродукта для получе-ния нержавеющей азотистой стали марки 55Х20Г9АН4 изменяется от 0,27 до 0,47. Её ве-личина статистически значимо зависит от трёх факторов: удельного расхода газообразного азота

на продувку в ковше, начальной степени насыщения металла азотом и конечного содержания серы в металле. Наиболее существенное влияние на степень насыщения азотом металла после обработки полупродукта оказывает удельный рас -ход газа на продувку в ковше.

Библиографический список

1. СвяжинА.Г., КапуткинаЛ.М. Стали, легированные азотом // Изв. вузов. Чёрная металлургия. 2005. № 10. С. 36-46.

2. Свяжин А.Г. Высокоазотистые стали // Труды восьмого конгресса сталеплавильщиков / АО "Черметинформация". Ассоциация сталеплавильщиков. М., 2005. С. 319-323.

3. Кудрин В.А. Теория и технология производства стали. М.: Мир. 2003. 528 с.

УДК 666.76

Ю.Н. Кочубеев, Н.А. Босякова, Ю.В. Неклюдова

РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНОГО СОСТАВА ШИХТЫ ДЛЯ ИЕРИКЛАЗОУГЛЕРОДИСТОЙ ФУТЕРОВКИ СТАЛЕРАЗЛИВОЧНЫХ КОВШЕЙ ЭСПЦ

Изучение механизма разрушения периклазо-углеродистых огнеупоров (ПУ) при контакте со шлакометаллическим расплавом показывает, что одним из значительных факторов износа являет -ся обезуглероживание рабочей зоны огнеупора. При температурах выше 500°С начинается окисле -ние (выгорание) углеродшгой составляющей (графита и углеродистой связки) и продолжается до максимальной температуры их службы [1]. Это приводит к разупрочнению изделий в интервале температур от 500 до 900°С, увеличению их порис-тости. После окисления всего углерода в поверхностном слое огнеупора происходит его ошлаковыва-ние с последующим растворением периклазевого порошка и вымыванием продуктов контакта.

Для защиты углерода от окисления в состав огнеупора вводят антиоксиданты в виде дисперсного порошка, количество которого оптимизируется для каждого вида изделий и, как правило, их содержание не превышает 5% [2]. Эти добавки быстрее окисляются кислородом и оксидами железа шлака, что снижает скорость окисления углерода. Несмотря на ограниченную долю в шихте, антиоксидантные добавки оказывают существенное влияние на различные свойства огнеупора: окислительные, термомеханические, коррозионные , фазовый состав огнеупора и др.

В цехе магнезиально-доломитовых огнеупоров (ЦМДО) ЗАО “Огнеупор” при изготовлении огнеупоров для футеровки шлакового пояса ста -леразливочных ковшей в качестве антиоксиданта применяют алюминий металлический. С целью

совершенствования периклазоуглерод истых из -делий проводятся работы по поиску более эффективных добавок, позволяющих повысить ус -тойчивость к окислению и достичь более высо-кой стойкости футеровки в шлаковой зоне.

Анализ литературных данных свидетельствует, что борсодержащие соединения обладают еще большей по сравнению с алюминием активностью при нагревании в воздушной среде [3]. Такими соединениями являются диборид титана, карбид бора, диборид магния, нитрид бора и др.

Антиокислительное действие этих добавок объясняется двумя механизмами: окислением при температуре >1300°С с образованием расплава бората магния (3MgO*B2O3) и газообразных продуктов реакции окисления боратов (В203, Mg газообразный и др.). Образование жидкой фазы способствует снижению открытой пористости и тем самым предотвращает диффузию кислорода в огнеупор. Образующие газы снижают давление кислорода в порах кирпича, предотвращая окисление графита, диффундируют в направлении горячей поверхности футеровки и повторно окисляются, вследствие чего образуется вторичный оксид магния, уплотняющий структуру.

В качестве опытного антиоксиданта был ис-следован диборид титана, представляющий собой сплав титана с бором. Массовая доля титана в сплаве была в пределах от 71,16 до 72,86%, массовая доля бора - от 17,05 до 18,59%.

Окислительную активность опытного и се -рийно применяемого антиоксидантов оценивали