CC BY
29
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2008 р. Вип. № 18
УДК 669.18.046.5
Казачков Е.А.1, Климанчук В.В.2
ОКИСЛЕННОСТЬ КОНВЕРТЕРНОЙ ВАННЫ В КОНЦЕ ПЛАВКИ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ
С помощью электрохимического метода определена активность кислорода а[0] в низкоуглеродистой стали в конце плавки в 160-т кислородном конвертере. Установлена зависимость а[0] от содержания углерода и температуры металла на выпуске из конвертера. Увеличение температуры на выпуске сопровождается ростом избыточного кислорода А [О] по сравнению с равновесием с углеродом.
В последние годы повышаются требования по снижению содержания неметаллических включений (НВ) в штрипсовых сталях, идущих на изготовление труб большого диаметра для магистральных газопроводов [1]. На степень загрязненности НВ низкоуглеродистых сталей класса прочности Х60, Х70 и Х80, выплавляемых в кислородных конвертерах, в числе других факторов, влияет окисленность металла на выпуске из конвертера [2-4]. В связи с промышленным производством зондов-активометров, в сталеплавильных цехах были проведены серии опытов по непосредственному определению активности кислорода в кислородно-конвертерных сталях [5 - 7 и др.]. Однако, в этих работах не рассматривалось влияние технологических факторов кислородно-конвертерной плавки на окисленность металла.
Цель данной работы: установить количественную связь между основными технологическими факторами плавки и активностью кислорода в конвертерной ванне в конце плавки низкоуглеродистой стали.
В связи с решением задачи получения минимального содержания НВ в толстых листах штрипсовой стали, значительное внимание было уделено окисленности металла на выпуске из кислородного конвертера. НВ оксидного характера являются продуктами раскисления стали. Чем выше содержание кислорода в стали на выпуске из конвертера, тем больше образуется продуктов раскисления в процессе взаимодействия кислорода, растворенного в жидкой стали, с вводимыми в металл элементами-раскислителями, главным образом, с алюминием. Эти продукты раскисления в значительной мере удаляются из стали в процессе выдержки металла в ковше и в результате обработки стали на АДС. Но часть продуктов раскисления остается в стали и фиксируются как НВ в готовом прокате.
Обработка данных опытных плавок показала определенную связь загрязненности толстых листов штрипсовых сталей категории Х60 - Х70 НВ с окисленностью стали в конце плавки в конвертере.
Измерение окисленности конвертерной ванны производили при выпуске плавки из 160-т конвертера, используя электрохимический метод определения активности растворенного в стали кислорода. Для этой цели использовали прибор Celox с измерительным устройством Multi-Lab. Последний представляет собой программируемый, основанный на микрокомпьютере, прибор с широкими измерительными возможностями.
Исследования окисленности конвертерной ванны в конце плавки проводили в условиях ККЦ ММК им. Ильича при выплавке штрипсовых марок сталей, которые используются для производства труб большого диаметра, предназначенных для магистральных трубопроводов.
ПГТУ. д-р техн. наук, проф.
2ОАО «ММК им. Ильича», канд. техн. наук
На рис. 1 показаны фактические результаты замеров окислеииости конвертерной ванны в зависимости от содержания углерода в металле. На этом же графике нанесена равновесная кривая, отвечающая условиям равновесия реакции:
^ 1600
о €
1400 1100 1000 300
воо
0,02 0,01 0,08 0.06 0,1 0.12
[С],%
- Фактическая активность и равновесное содержание кислорода при различном содержании углерода в конвертерной ванне в конце плавки:
о - экспериментальные данные об активности кислорода в стали;
— - равновесная кривая [О]
ррш = 25/[%С]
[С] + [О] = СО
при Рсо = 1 атм и Т = 1650 - 1750" С. Как следует из графика рис. 1, во всем диапазоне характерных для конца конвертерной плавки концентраций углерода 0,02 - 0,10 %, имеет место избыточное значение активности растворенного кислорода по сравнению с равновесным значением.
Температура стали в конце плавки должна быть выше на 100 - 120 "С по сравнению с необходимой для разливки в связи с тем, что необходимо компенсировать потери тепла, связанные с внепечной обработкой (ТШС в ковше, продувка аргоном, обработка на АДС) и ковшевым легированием стали. Для этого необходимо «передувать» плавки до более низкого содержания углерода. Связь между содержанием углерода на по-валке и температурой стали показана на рис. 2.
Получение более низкого содержания углерода (ниже 0,08 % С) приводит к значительному переокислению ванны (рис. 3). При этом избыток кислорода по сравнению с равновесным значением Д[0] = o¡0 - [%0]равн растет с увеличением температуры (рис. 4).
Увеличение избытка кислорода по сравнению с равновесием с углеродом связано, вероятно, также с тем, что в конце плавки в кислородном конвертере существенно возрастает содержание FeO в конвертерном шлаке. Известно [8], что при низком содержании углерода в металле система металл - шлак приближается к равновесию со шлаком.
<
О о
\
\ °
\ ( <?о г> ■
Ч О \ 0 %
?
400
1 -
а и
и
о д
и
0,1 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 П
i ►
♦
* *
у - -0,000 Эк + 1,6001 V, ' «
R2 = п.вега V
1680 1700 1720 1740 1760 1780
Т, °С
Рис. 2 - Связь между содержанием углерода на повалке и температурой стали
Высокое содержание кислорода в металле на выпуске из конвертера вызывает дополнительный угар раскислителей и приводит к росту загрязненности стали НВ
1800
о
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
у=7Е-13ес 01Э9Х
R2 = 0,68 Î5 ♦
/
♦
0« / 0* О*
>
О'
M Он 350,0
О
1 300,0
о % 250,0
200,0
150,0
100,0
50,0
0,0
«
у = 3,4И 5х-5785,5
R2 = 0,7263
♦
♦
< ♦
X
1680 1700 1720 1740 1760 1780
Т. °с
Рис. 3 - Зависимость активности кислорода в стали от температуры металла на выпуске из конвертера (содержание углерода: о - 0,02 - 0,04 %;
♦ - 0,04 - 0,09 %).
1680
1700
1720
1740
1760
1780
% °С
Рис. 4 - Влияние температуры на содержание в стали избыточного кислорода А[0] = Я[о]- [%0]равн (содержание углерода 0,02 - 0,09 %)
Поэтому, для снижения загрязненности стали ответственного назначения НВ необходимо
обеспечивать минимально необходимый перегрев стали перед выпуском ее из конвертера.
Температура стали на повалке при выплавке низкоуглеродистых сталей (09Г2ФБ, 06Г2Б,
09Г2С, 10Г2ФБ, Х70, К60 и др.) должна быть в пределах 1710- 1740 °С.
Выводы
1. На активность кислорода в металле в конце плавки низколегированной стали в кислородном конвертере, кроме содержания углерода, существенно влияет температура стали.
2. Увеличение температуры металла на выпуске плавки сопровождается ростом избыточного содержания кислорода по сравнению с равновесным с углеродом.
3. Для снижения содержания неметаллических включений в толстолистовом прокате необходимо избегать передува металла в конвертере.
Перечень ссылок
1. Сталь для магистральных газопроводов Ю.И. Матросов, Д.А. Лнтвгтенко, С.А. Голованенко. VI : Металлургия. - 1988. -288 с.
2. Неметаллические включения в низколегированной трубной стали / О. Ф. Агбоола, Т.В. Морозова, C.B. Гошкодера и др. II Электрометаллургия. - 2004. - № 11. - С. 36 - 43.
3. Новые металлургические процессы и проблема неметаллических включений в стали / Е.Х. Шахпазов, А.И. Зайцев, С.Д Зинченко и dp. II Сталь. - 2005. - № 11. - С. 137 - 142.
4. Zhang I. State of the Art m Evalution and Control of Steel Cleanliness / I. Zhang, B.G. Thomas II ISIJ International. - 2003. - № 3. - Vol. 43. - P. 271 - 291.
5. Плюшкелъ В. Применение зондов-активаторов в сталеплавильных цехах / В. Плюшкелъ II Черные металлы. - 1979. - № 8. - С. 17 - 24.
6. Использование кислородных зондов для контроля окисленносги и процесса раскисления малоуглеродистой стали / А.Г. С.вяжт, В.В. Рябое, ДА. Романович и др. И Сталь. - 1996. - № 2. - С. 12-16.
7. Исследование окисленносги стали в 350-т конвертерах Г.С.. Галъперпн, А.К. Бученков, А.И. Александров, В.В. Болотников // Сталь. - 1996. - № 1. - С. 28 - 29.
8. Казачков Е.А. Окисленность металла при низком содержании углерода в ванне мартеновской печи / Е.А. Казачков II Физико-химические основы производства стали. - М. : Наука. - 1971. -С. 334-336.
Рецензент: Л.И. Тарасюк канд. техн. наук, доц., ПГТУ
Статья поступила 10.04.2008
