Особенности ковшевой обработки IF-стали с регламентированным содержанием фосфора Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 669.1

Соколова Е.В., Соколов И. Л.

ОСОБЕННОСТИ КОВШЕВОЙ ОБРАБОТКИ №-СТАЛИ С РЕГЛАМЕНТИРОВАННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ФОСФОРА

Аннотация. Рассмотрены особенности ковшевой обработки Ш-стали c регламентированным содержанием фосфора. Предложен вариант повышения эффективности перехода фосфора из шлака в металл.

Ключевые слова: Ш-сталь, фосфор, ковшевая обработка, алюминий, рефосфорация, дефосфорация.

Автомобильная промышленность - одна из основных отраслей потребления металлургической продукции. Так, в среднем на российский легковой автомобиль приходится 75% готового проката, метизов и стальных труб, а 25% составляют литейный чугун, цветные металлы, пластмассы, резина, стекло и прочие материалы [1].

В последние годы в мировом автомобилестроении началось широкое использование оцинкованного холоднокатаного листа для изготовления наружных элементов кузовов автомобилей. Для изготовления такого листа используется особый металл: Ш-стали (стали без элементов внедрения, а точнее, с очень низким содержанием углерода и азота). Они обладают хорошей пластичностью и штампуемостью при невысокой прочности. ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» занимает лидирующую позицию по производству оцинкованного холоднокатаного листа. Производство Ш-стали для автомобилестроения - одно из важнейших направлений работы предприятия.

Кроме цинкования поверхности листов, разрабатывают и применяют другие методы защиты кузова автомобиля от коррозии. Особое место занимают Ш-стали с регламентированным содержанием фосфора, который наряду с повышением коррозийной стойкости стали увеличивает ее прочность.

Рассмотрим особенности технологии производства такого металла на примере стали марки HX220BD.

В табл. 1 представлен химический состав этой марки стали [2].

Таблица 1

Химический состав стали марки HX220BD

Химический элемент С Si Мп Р S А1

Содержание, % <0,005 <0,03 0,4-0,6 0,04-0,06 <0,009 0,05-0,07

В конвертере плавка ведется по обычной технологии, за исключением того, что на выпуске в стале-разливочный ковш наряду с другими добавками подается феррофосфор (примерно две трети от общего расхода). Затем плавка поступает на участок ковшевой обработки - самое важное звено в производстве

Ш-стали с регламентированным содержанием фосфора. В данном случае технология ковшевой обработки осуществляется по трехстадийной схеме: установка печь ковш (УПК) - установка вакуумирования стали (УВС) - УПК.

Первый этап: при поступлении металла на УПК производят трехминутный нагрев, затем отбор проб металла и шлака, замеры температуры и его окислен-ности. Металл нагревают до необходимой температуры с одновременной присадкой шлакообразующих, при необходимости легируют ферромарганцем и фер-рофосфором.

На втором этапе ковш с металлом поступает на УВС, где происходит обезуглероживание и дегазация металла. По окончании обработки на УВС производится отбор пробы металла и шлака.

На третьем этапе плавку снова обрабатывают на УПК: вводят алюминиевую катанку, феррониобий и ферротитан при помощи четырехручьевого трайбаппа-рата. После этого производится замер температуры, отбор проб металла и шлака. По результату их анализа, если необходимо, осуществляют дополнительную корректировку химического состава и температуры стали. Затем металл перемешивают не менее 8 мин и передают на машину непрерывного литья заготовок.

Одним из наименее изученных процессов является поведение фосфора по ходу ковшевой обработки стали. Для изучения этого процесса на опытной плавке отбирались дополнительные пробы металла и шлака.

В табл. 2 и на рисунке представлено изменение содержания фосфора в металле и шлаке по результатам химического анализа проб металла по ходу ковшевой обработки стали.

Таблица 2

Изменение содержания фосфора в металле и шлаке по результатам химического анализа проб металла по ходу ковшевой обработки стали

Номер пробы Время от начала обработки, мин Содержание фосфора,%

в металле в шлаке

0 0 0,0300 Нет данных

1 7 0,0327 2,012

2 57 0,0400 2,945

5 77 0,0410 Нет данных

6 86 0,0446 2,784

7 100 0,0427 Нет данных

8 110 0,0422 2,565

© Соколова Е.В., Соколов И.Л., 2016

Раздел 3

Изменение содержания фосфора в металле и шлаке по результатам химического анализа проб металла

по ходу ковшевой обработки стали: - изменение содержания фосфора в шлаке по ходу ковшевой обработки;

--изменение содержания фосфора в металле по ходу ковшевой обработки;

АВ-97 - алюминиевая первичная катанка; ФФ23 - марка феррофосфора; ФНб-60 - марка феррониобия; ФТи-70 - марка ферротитана

Во время выпуска металла из конвертера наряду с ферромарганцем, алюминием и твердой шлакообра-зующей смесью подается первая порция феррофосфора (67% от общего расхода). Поэтому, как видно из рисунка, в начале обработки на УПК содержание фосфора в металле и в шлаке увеличивается. До передачи ковша на УВС в металл добавили еще 27% феррофосфора от его общего расхода. Поэтому на УВС, по-видимому, наблюдается прирост содержания фосфора в металле и в шлаке.

После обезуглероживания и дегазации металла начинается заключительный третий этап обработки на УПК. Для раскисления металла и шлака подается алюминиевая катанка. Затем начинается этап активного перемешивания и добавления оставшегося объема феррофосфора (6% от общего расхода). Здесь содержание фосфора заметно увеличилось, а в шлаке уменьшилось.

Далее идет этап легирования ферротитаном и феррониобием. В свою очередь, часть ферротитана переходит в виде оксида в шлак, восстанавливая оксид фосфора. Фосфор в металле растет, соответственно в шлаке уменьшается.

Из рисунка видно, что наибольшее увеличение содержания фосфора наблюдалось после раскисления стали (0,0446%).

По ходу ковшевой обработки такой стали происходят окислительно-восстановительные реакции ре-фосфорации и дефосфорации. Использование алюми-

ниевой катанки способствовало переходу фосфора из шлака в металл:

3(P2O5)+10Al=6[P]+5(Al2O3).

(1)

При этом происходит восстановление фосфора двумя путями:

2[P]+5(FeO)= (P2O5)+5[Fe];

(2)

3Ca3(PO4)2+10Al=3[P]+9CaO+5AhO3. (3)

Общее количество фосфора в металле и шлаке определяется приходом его из конвертера, а также легированием с помощью феррофосфора.

Как видно из рисунка, от раскисления металла и шлака алюминием во многом зависит восстановление фосфора и его содержание в стали. Поэтому возможным вариантом повышения эффективности перехода фосфора из шлака в металл является частичная замена алюминиевой катанки алюминиевой дробью. Ее применение целесообразно проводить на третьем этапе обработки, после обезуглераживания перед вводом катанки. В это время металл уже раскислен, что позволит предотвратить окисление фосфора и переход его обратно в шлак.

Список литературы

1. Гринев В.А. Современные тенденции металлургии в автомобилестроении [Электронный ресурс] // Metallurgical and Mining Industry: электрон. науч. журн. 2016. URL: http://www.metaljournal.com.ua/new-tendensions-in-cars-

30

Теория и технология металлургического производства

production (дата обращения: 12.11.2016)

2. Производство IF-стали в кислородно-конвертерном цехе: ТИ-101 -СТ-ККЦ-93-2015. Магнитогорск: ОАО ММК, 2015.

3. Бигеев В.А., Валиахметов А.Х., Степанова А.А. Особенности изменения содержания кремния в малоуглеродистой стали во время ковшевой обработки

// Сталь. 2004. №7. С. 22-23.

4. Результаты обработки расплава стали на агрегате ковш-печь с полыми электродами / Бигеев В.А., Агапитов Е.Б., Ерофеев М.М., Захаров И.М., Самойлин С.А. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2007. №1. С. 36-37.

Сведения об авторах

Соколова Екатерина Владиславовна - аспирант института металлургии, машиностроения и материаллообработки, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Магнитогорск, Россия. E-mail: [email protected]

Соколов Иван Леонидович - подручный сталевара, ОАО «ММК», Магнитогорск, Россия.

INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH

FEATURES OF LADLE TREATMENT IF-STEEL WITH THE REGULATED CONTENT OF PHOSPHORUS

Sokolova Ekaterina Vladislavovna - Postgraduate Student, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. E-mail: [email protected]

Sokolov Ivan Leonidovich - assistant steelmaker, Magnitogorsk Iron and Steel Works, Magnitogorsk, Russia.

Abstract. Features of ladle treatment of IF-steel with the regulated phosphorus content are considered. The option of increase in efficiency of transition of phosphorus from slag in metal is offered.

Keywords: IF-steel, phosphorus, ladle treatment, aluminum, a refosfration, a defosforation.

♦ ♦ ♦