CC BY
14
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2004 р. Вып. № 14
УДК 669.141.241.4
Бондарь В.И.1, Остроушко A.B.2, Чичкарев Е.А.3
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ХИМИЧЕСКОГО ЗАКУПОРИВАНИЯ
СЛИТКОВ КИПЯЩЕЙ СТАЛИ
Рассмотрены кинетические закономерности растворения ферротитана в расплаве, разработана и внедрена рациональная технология химического закупоривания слитков кипящей стали марки 08 КП, включающая подачу ферротитана под струю разливаемого металла. При этом обеспечивается экономия ферротитана в количестве 0,1 кг/т стали и соответствие качества холоднокатаного листа требованиям стандарта.
Изготовленные из кипящей стали слитки, характеризуются высокой степенью химической неоднородности, обусловленной энергичным перемешиванием металла вследствие его кипения. Для снижения химической неоднородности, кипение расплава в изложнице после ее наполнения прекращают, раскисляя головную часть слитка (химическое закупоривание). Способы организации химического закупоривания разнообразны [1]. Принятая на ОАО «ММК им. Ильича» технология химического закупоривания слитков кипящей стали марки 08КП для эмалируемого холоднокатаного листа (ГОСТ 24244-80, группа ВГ, первая категории качества) осуществляется последовательными присадками дробленного 65-68 %-ого ферротитана в количестве 0,40-0,80 кг/т стали, присаживаемого через 1-2 мин. после наполнения сталью изложницы и дробленного 65 %-ого ферросилиция, вводимого в количестве 0,3-0,7 кг/т стали после усвоения ферротитана [2].
Последовательный ввод ферротитана, а затем ферросилиция препятствует проникновению кремния в тело слитка и образованию в нем силикатных включений, но приводит к значительному угару титана, взаимодействующего с кислородом воздуха на поверхности расплава, так как плотность используемого ферротитана меньше плотности жидкой стали. Продуктами окисления титана являются тугоплавкие оксиды, которые конвективными потоками увлекаются в тело слитка, увеличивая степень загрязненности металла неметаллическими включениями. Для интенсификации процесса кипения металла в изложнице, присаживается интенсификатор кипения в виде брикетов на основе прокатной окалины (82-84 % масс.) с добавлением плавикового шпата (5-6 % масс.) и натриевой селитры (10-12 % масс.). Брикеты присаживаются на «подушку» металла. Расход интенсификатора кипения - 200-300 г/т. Разливка производится через стакан - коллектор диаметром 80 мм. Масса слитка 20 т.
Целью работы является совершенствование технологии химического закупоривания слитков кипящей стали. Новый вариант должен исключать контакт ферротитана с атмосферой, обеспечивая наиболее полное усвоение титана расплавом перед присадкой ферросилиция. Предложено производить присадку ферротитана «под струю», до окончания заполнения изложницы металлом.. Для достижения поставленной цели, необходимо было изучить закономерности усвоения ферротитана расплавом.
Как известно, усвоение ферросплавов жидким металлом состоит из двух элементарных стадий: теплового и диффузионного периодов, а также, при наличии в расплаве кислорода -адсорбционно-кинетического звена. Его развитие приводит к образованию продуктов раскисления, их укрупнению и отделению от расплава [3,4].
Тепловой период включает в себя время намораживания стали на частицы вводимого ферросплава, прогрева частицы с намороженной оболочкой и последующего плавления оболочки или плавления ферросплава в зависимости от соотношения температур плавления стали и ферросплава.
1 ПГТУ, канд. техн. наук, доц.
2 ПГТУ, канд. техн. наук, проф.
3 ПГТУ, канд. техн. наук, доц.
Длительность теплового периода для случая, когда температура плавления ферросплава ниже, чем стали, рассчитывалась из соотношения:
*Т=---> (!)
а
где <\ = аъ{Тж -Тк), Вт/м2;
а - суммарный коэффициент теплопередачи, Вт / м2К;
Тж - температура расплава, К;
Тк - температура кристаллизации стали, К;
N = £/2Я - коэффициент формы;
I - длина погруженной в расплав части образца, м;
Я - начальный радиус кусков массой С0 < 50 кг, м.
С учетом данных, приведенных в работах [5,6], коэффициент теплоотдачи был принят равным 16 кВт/(м2-К). Для частиц ферротитана шарообразной формы радиусом Я = 5 мм и температурой плавления 1250 °С, вводимых в расплав при температуре 1550 °С, время плавления оказалось равным 3,25 с. Эту длительность теплового периода можно считать минимальной, так как время процесса намораживания расплава не учитывалось. Определение времени плавления ферротитана с учетом теплового периода проводилось с учетом соотношений, приведенных в работе [6].
Данные по теплофизическим характеристикам 65-68 %-ого и 30 %-ого ферротитана, используемого для осуществления химического закупоривания, взяты из работы [7]. Расчетом установлено, что время, необходимое для расплавления молотого 65-68 %-ого ферротитана, имеющего температуру плавления 1250°С и средний размер частиц 10 мм, при температуре жидкой стали в изложнице 1550°С, составляет 7 ± 3, а 30 %-ого ферротитана с температурой плавления 1450°С - 10 ± 3 с.
Длительность диффузионного периода растворения ферротитана рассчитывали по уравнению:
(Ъ (2)
У 1 V Г/
Вл(у--)-С у и 6 '
где у - плотность сплава, кг/см3;
Б - коэффициент диффузии, м2/с;
V - кинематическая вязкость металла, м2/с;
Ср - растворимость, кг/м3;
во - масса куска ферросплава, кг;
11 - скорость движения расплава, м/с.
Уровень расплава в изложнице связан со временем усвоения ферротитана соотношением:
Я1=Я0-^-тф, (3)
то
где Н1 - уровень расплава в изложнице в момент ввода ферротитана, м;
Н0= 2,4 м - уровень налива расплава в изложнице, соответствующий заданной массе слитка, м;
т0 = 50-120 с. - время наполнения расплавом изложницы до уровня Н0, с; Тф - время усвоения титаносодержащего материала, с. Из выражения (3) следует:
ДЯ=—(4)
то
где АН - величина недолива металла до уровня Н0, при котором осуществляется ввод ферротитана, м.
Результаты расчетов по уравнению (4) дают значения АН = 0,26...0,48 м, что подтверждает обоснованность выбора момента ввода ферротитана, установленного экспериментально. Опыты, проведенные на отдельных слитках с отклонением момента ввода ферротитана от оптимального, привели к следующим результатам: при более раннем вводе ферротитана увеличи-
валась рослость слитка, для остановки которой требовалось увеличивать расход ферросилиция, а в ряде случаев - заливать поднимающееся зеркало металла водой. При поздней присадке фер-ротитана поверхность слитка оказывалась ровной, а в некоторых случаях - вогнутой.
Макроструктурный анализ опытного металла показал, что предлагаемый вариант химического закупоривания позволяет получить корковую зону слитка не тоньше 8-10 мм. Сотовые пузыри на поверхность слитков не выходят.
Освоение опытной технологии раскисления позволило оценить величину расходного коэффициента на этапе передела слиток-сляб и величину отбраковки по результатам испытаний на вытяжку (по Эриксену) холоднокатаных листов, изготовленных из металла, разлитого по базовой и опытной технологии.
Таблица - Значения расходных коэффициентов и величины отбраковки по результатам испытаний по Эриксену.
Значение расходного коэффициента Доля брака, %
Шифр плавки Базовая техноло- Опытная техно- Базовая техно- Опытная тех-
гия логия логия нология
1 1,099 1,131 33 0
2 1,096 1,101 74 50
3 1,102 1,091 0 0
4 1,090 1,093 33 36
5 1,100 1,089 0 0
6 1,118 1,120 0 0
7 1,159 1,157 15 7
Значения расчетных коэффициентов и долей брака холоднокатаного листа, изготовлен-
ного из металла, разлитого с использованием базовой и опытной технологий химического закупоривания, показал, что они являются близкими (табл.). При этом расход ферротитана снизился на 0,1 кг/т стали. Перспективным направлением дальнейших исследований является изучения влияния совместных присадок титан - и борсодержащих материалов на качество металла и удельный расход раскислителей.
Выводы
1. Усовершенствована технология химического закупоривания слитков кипящей стали марки 08КП для эмалируемого холодного проката, включающая ввод ферротитана «под струю» в момент достижения расплавом расчетного уровня налива.
2. Холоднокатаный лист, произведенный из металла, разлитого с применением опытной технологии химического закупоривания удовлетворяет требованиям ГОСТ 24244-80, группы ВГ, первой категории качества. При этом расход ферротитана снизился на 0,1 кг/т стали.
Перечень ссылок
1. Выбор вариантов химического закупоривания слитков кипящей стали / И. К. Ибраев, В. В. Горбунов, А.А.Ким и др.// Сталь. - 2000. - №6. - С.33-34.
2. Технология производства стали 08КП для эмалируемого холоднокатаного листа / A.M. Овсянников, Б.В. Евтушенко, А.И. Волков и др. II Черная металлургия. Бюллетень НТИ. - 1990. -Вып. 4. -С. 50-51.
3. Крупман Л.И. О кинетике растворения ферросплавов в сталеразливочном ковше / Л.И. Крупман, В.И. Явойский II Изв. вузов. Черная металлургия. - 1964. - №9. - С. 35-42.
4. Раскисление и легирование стали экзотермическими ферросплавами / Е.И. Исаев, В.И. Баптизманский, В.И. Жигулин и др. - Киев: Техника, 1970. - 180с.
5. Меджибожский М.Я. Основы термодинамики и кинетики сталеплавильных процессов / М.Я. Меджибожский. - Киев-Донецк: Вища школа, 1986. - 280 с.
6. Жучков В.И. Растворение ферросплавов в жидком металле. / В.И. Жучков, A.C. Носков, А.П. Завьялов. - Свердловск: УрОАНСССР, 1990. - 134 с.
7. Рафалович И.М. Определение теплофизических свойств металлургических материалов./ ЯМ Рафалович, И.А. Юситова. - М.: Металлургия, 1971. - 160с.
Статья поступила 29.03.2004
