CC BY
72
УДК 669.187.4
Настюшкина А.В., Костин С.В., Шевченко Е.А., Шевченко А.А.
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ С ЦЕЛЬЮ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ФОСФОРА МЕНЕЕ 0,005 %
Аннотация. В данной статье авторами рассмотрено влияния технологических показателей плавки на степень удаления фосфора в сталеплавильном производстве. Проведен анализ технологии дефосфорации в условиях электросталеплавильного цеха (ЭСПЦ) металлургического комбината АО «Уральская Сталь». Для исследования были выбраны четыре наиболее важных показателя: доля чугуна в металлошихте, расход кислорода дутья, температура металла на выпуске и расход извести. Исходя из того, что основным источником поступления фосфора в печь является чугун, доля которого в условиях ЭСПЦ АО «Уральская Сталь» колеблется от 30 до 80 %, была установлена зависимость содержания фосфора в металле от доли чугуна в металлошихте. Установлены зависимости влияния содержания фосфора в металле при выплавке в ДСП от доли чугуна в металлошихте, расхода кислорода дутья, температуры металла на выпуске и расхода извести. На основе проведенного исследования представлены рекомендации для обеспечения содержания фосфора в стали на уровне 0,005% и ниже.
Ключевые слова: фосфор в сталях, удаление фосфора, хладноломкость, дефосфорация, выплавка стали в ДСП.
Наиболее вредными примесями, оказывающими серьёзное влияние на склонность стали к трещинообразованию, являются сера и фосфор. С увеличением содержания фосфора в сталях их пластичность и ударная вязкость снижается и повышается склонность к хладноломкости. В сталях ответственного назначения содержание фосфора обычно не превышает 0,005-0,010% [1-3].
Для исследования влияния технологических показателей плавки на степень удаления фосфора с целью обеспечения содержания фосфора менее 0,005 % проведен анализ технологии дефосфорации в условиях электросталеплавильного цеха (ЭСПЦ) металлургического комбината АО «Уральская Сталь». Для исследования были выбраны четыре наиболее важных показателя: доля чугуна в металлошихте, расход кислорода дутья, температура металла на выпуске и расход извести.
Для изучения было обработано более 1000 плавок стали марки 09Г2С, которая является одной из наиболее массовых. В ходе проведенных исследований было обнаружено, что подавляющему большинству плавок соответствовало конечное содержание фосфора в металле, равное 0,005-0,010 %.
Основным источником поступления фосфора в печь является чугун, доля которого в условиях ЭСПЦ АО «Уральская Сталь» колеблется от 30 до 80 %.
Для анализа влияния доли чугуна на содержание фосфора было проведено исследование более 200 плавок на марке 09Г2С. Зависимость содержания фосфора в металле от доли чугуна в металлошихте представлена на рис. 1.
Из представленных данных видно, что соотношение доли чугуна к лому колеблется от 30 до 80 %. При этом с увеличением доли чугуна повышается содержание фосфора в металле. Таким образом, оптимальное соотношение чугуна к лому для
получения содержания фосфора менее 0,005 % не превышать 50
должно
3.01В
£ 0,016
я
Q.
О о.ом
■Й-
и
о 0,011 ■
-Э"
и
s 0.0]
I
rt
* 0,006
fr
-j
0,006
0
0,004
0,001
0
* *
Y= 0.002i0.OISS> • * m
R2 =0,442 ш
* » • « •ам m «
ê ш ■ ня ■ шчт S** • «H
• • m* • • •
a* t * НЯНИ • * • i
© Настюшкина А.В., Костин С.В., Шевченко Е.А., Шевченко А.А., 2017
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Содержание чугуна, %
Рис. 1. Зависимость содержания фосфора в металле от доли чугуна в металлошихте
Содержание фосфора в металле при выплавке в ДСП также во многом зависит от температуры и степени окисленности металла, а также основности шлака [2-4].
Для установления зависимостей между данными показателями выполнен анализ влияния температуры металла и количества вдуваемого кислорода на содержание фосфора в металле. С целью минимизации влияющих факторов и повышения достоверности получаемых результатов в ходе анализа было обработано 200 плавок стали 09Г2С за 2015 г. с долей чугуна в металлошихте 50 %.
Полученные значения рассматриваемых технологических параметров на выпуске из ДСП АО «Уральская Сталь» представлены в табл. 1.
Таблица 1
Значения рассматриваемых технологических _параметров_
Параметры
Расход м3/плавку
кислорода,
Температура, °С
Известь, кг/плавку
Значения*
274-8082
в числителе интервал от min значения до max значения, в знаменателе представлено среднее значение.
На рис. 2 представлена зависимость содержания фосфора в металле от температуры на выпуске.
Рис. 2. Зависимость содержания фосфора в металле от температуры на выпуске для марки стали 09Г2С
Из представленных на рисунке 2 данных видно, что с повышением температуры процесс дефосфорации ухудшается и содержание фосфора в металле возрастает. При этом для получения содержания фосфора в металле менее 0,005 % необходимо проводить окислительный период с температурой не более 1670 °С (т.е. с перегревом металла над температурой ликвидус при выпуске из ДСП не более 160 °С).
Другим фактором оказывающим существенное влияние на содержание фосфора в металле является степень окисленности металла и шлака, которая во многом зависит от интенсивности поступления кислорода в ванну.
Потребность в кислороде на реакции окисления примесей определяется в соответствии с уравнениями реакций окисления примесей:
[С] + S{02] = {СО};
И+{02} = {СО2}; [Si] + Ш = [.Si02];
На рис. 3 представлена зависимость содержания фосфора в металле от расхода кислорода, вдуваемого в окислительном периоде.
Расход кислорода, м3 на главку
Рис. 3. Зависимость содержания фосфора в металле от расхода кислорода
Из представленных на рис. 3 данных видно, что с увеличением количества вдуваемого кислорода содержание фосфора снижается. При этом для получения содержания фосфора в металле менее 0,005 % необходимо подавать в окислительный период не менее 7000 м3 кислорода.
Кроме того, на процесс дефосфорации существенное влияние оказывает основность шлака.
На рис. 4 представлена зависимость содержания фосфора в металле от расхода извести.
Рис. 4. Зависимость содержания фосфора в металле от расхода извести
Из представленных на рис. 4 данных видно, что с увеличением расхода извести содержание фосфора снижается. При этом для получения содержания фосфора в металле менее 0,005 % необходимо подавать в окислительный период не менее 2000 кг извести.
Таким образом, для обеспечения содержания фосфора в стали на уровне 0,005% и ниже рекомендуется:
- ограничивать долю чугуна в металлошихте не более 50 %;
- обеспечить подачу вдуваемого кислорода на уровне не менее 7000 м3 на плавку;
- не допускать перегрева металла над температурой ликвидус в ДСП более 160 °С;
Сведения об авторах
- использовать известь с расходом не менее 2000 кг/плавку.
Список литературы
1. Воскобойников. В. Г. Общая металлургия. М.: Металлургия, 1985. 480 с.
2. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В. Современная технология производства стали. М.: Теплотехник, 2007. 528 с.
3. Голов А.А., Шевченко Е.А. Влияние постоянных примесей на внутренние трещины слябовой непрерывнолитой заготовки / Наука и производство Урала. 2016. №12. С. 6-9.
4. Кудрин В. А. Теория и технология производства стали: учебник для вузов. М.: Мир: ООО «Издательство ACT», 2003. 528 с.
5. Поволоцкий Д.Я. Рощин В.Е., Мальков Н.В. Электрометаллургия стали и ферросплавов. учебник для вузов. М.: Металлургия, 1995. 592 с.
Настюшкина Анастасия Викторовна - студент, Новотроицкий филиал НИТУ «МИСиС». Новотроицк, Россия. E-mail: nf@misis.ru.
Костин Сергей Вадимович - плавильщик, ООО Гайский цветной прокат. Гай, Россия. E-mail: nf@misis.ru.
Шевченко Евгений Александрович - канд. техн. наук, доц. кафедры металлургических технологий, Новотроицкий филиал НИТУ МИСиС. Новотроицк, Россия. E-mail: ShevchenkoE.A@yandex.ru.
Шевченко Александр Александрович - ведущий инженер - технолог ООО «ЭТЕРНО», Челябинск, Россия. E-mail: nf@misis.ru.
INFORMATION ABO UT THE PAPER IN ENGLISH
IMPROVEMENT OF STEEL PRODUCTION TECHNOLOGY FOR THE PURPOSE OF PHOSPHORUS CONTENT LESS THAN 0,005%
Nastyushkina Anastasia Viktorovna - student, Novotroitsk branch of the National University of Science and Technology «MISIS». Novotroitsk, Russia. E-mail: nf@misis.ru.
Kostin Sergey Vadimovich - smelter, LLC "Gay colored casting". Gai, Russia. E-mail: nf@misis.ru.
Shevchenko Evgeny Aleksandrovich - Ph.D. (Eng.), Assistant Professor of the Department of Metallurgical Technologies, Novo-troitsky Branch of the NITU MISIS. Novotroitsk, Russia. E-mail: ShevchenkoE.A@yandex.ru
Shevchenko Alexander Aleksandrovich - Leading Engineer - Technologist, OOO «ETHERNO». Chelyabinsk, Russia. E-mail: nf@misis.ru.
Abstract. In this article the authors consider the influence of the technological parameters of melting on the degree of removal of phosphorus in the steelmaking industry. The analysis of dephosphorization technology in the conditions of the electric steelmaking shop (EAFP) of the metallurgical plant of JSC "Ural Steel" was carried out. Four most important indicators were selected: the proportion ofpig iron in the metal charge, the flow rate of oxygen, the temperature of the metal at the outlet, and the consumption of lime. Proceeding from the fact that the main source ofphosphorus entering the furnace is cast iron, the share of which in the EAFP
EA "Ural Steel" varies from 30 to 80%, the dependence of the phosphorus content in the metal on the proportion ofpig iron in the metal charge were established. Dependences of the influence of the phosphorus content in the metal during melting in the parti-cleboard on the proportion ofpig iron in the metal charge, the consumption of oxygen, the temperature of the metal at the outlet, and the consumption of lime were established. Recommendations were provided to ensure the content ofphosphorus in the steel at 0.005% or lower on the basis of the study..
Keywords: Phosphorus in steels, phosphorus removal, cold brittleness, dephosphorization, steelmaking in EAF.
Ссылка на статью:
Совершенствование технологии производства стали с целью обеспечения содержания фосфора менее 0,005 % / Настюшкина А.В., Костин С.В., Шевченко Е.А., Шевченко А.А. // Теория и технология металлургического производства. 2017. №4(23). С. 14-17.
Nastyushkina A.V., Kostin S.V., Shevchenko E.A., Shevchenko A.A. Improvement of steel production technology for the purpose of phosphorus content less than 0,005%. Teoria i tehnologia metallurgiceskogo proizvodstva. [The theory and process engineering of metallurgical production]. 2017, vol. 23, no. 4, pp. 14-17.
