CC BY
103
УДК 669.1
В.А. Бигеев, А.Б. Сычков, Г.С. Зайцев
ФГБОУ ВПО «Магнтогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ МАРКИ 80Р В УСЛОВИЯХ ЭСПЦ ОАО «ММК»
В настоящее время в условиях Магнитогорского металлургического комбината (ММК) при комбинированном производстве стали и непрерывно-литой заготовки для изготовления проката в бунтах используется проволочный стан 170. Мелкосортно-проволочный стан «170», введенный в эксплуатацию в 2О0б г., имеет производительность до 765 тыс. т в год и предназначен для производства катанки и круглого сортового проката диаметром от 5,0 до 22,0 мм, а также бунтовой арматуры малых диаметров 6-810-12-16 мм. Поставку оборудования прокатного стана осуществила итальянская компания Danieli. Запуском этого агрегата на ММК завершилась коренная реконструкция сортопрокатного производства, благодаря которой Магнитка получила самые современные в стране мощности по выпуску сортового проката суммарной производительностью до 2 млн т в год. Одним из главных потребителей продукции стана является метизный дивизион комбината - «ММК-Метиз». Сортамент продукции, производимой на стане 170, расширяется ежемесячно: по марочному сортаменту и достигаемых требований потребителей давно вышел за рамки, заложенные в проект стана изначально. Сегодня стан производит прокат с совершенно различным назначением: от катанки диаметром 5,5 мм из легированной стали для сварочной проволоки, которая обеспечит необходимую прочность шва при сварке трубопроводов большого диаметра, в том числе и из листа, производимого на стане 5000, до круглого проката диаметром 16 мм из высокоуглеродистой микролегированной стали для изготовления высокопрочной арматуры. Несмотря на широкие технологические возможности стана 170 производить катанку из легированной стали с повышенными пластическими свойствами и из высокоуглеродистой стали, существует ряд проблем с обеспечением необходимой прочности канатов после переработки в метизном переделе.
Одной из актуальных задач для электросталеплавильного цеха ОАО «ММК» является совершенствование технологии производства высокоуглеродистой стали в дуговой электропечи для
улучшения технико-экономических показателей металла и повышения конкурентоспособности металлопродукции комбината.
Выплавка металла осуществляется в дуговых электросталеплавильных печах фирмы «VAI-FUCHS», которые представляют собой современные агрегаты, номинальная масса плавки, как и для двухванного сталеплавильного агрегата, - 180 т. В качестве шихтовых материалов все сталеплавильные печи используют жидкий чугун, металлический лом, ферросплавы, в качестве добавочных материалов используется известь, углеродсодержащие материалы и др. Электропечи имеют возможность работы как без жидкого чугуна (100% металлического лома, при этом цикл плавки по контракту составляет 48 мин), так и с жидким чугуном (от 25 до 40%, при этом цикл плавки снижается от 42 до 44 мин соотвест-венно). Для нагрева и расплавления металлошихты в рабочем пространстве сталеплавильного агрегата используются следующие энергетические источники: электрическая дуга (мощность печного трансформатора - 150 МВА), природный газ, углеродсодержащие материалы, кислород. Металл из сталеплавильного агрегата выпускается в сталеразливочный ковш в виде полупродукта с заданной температурой.
Доведение расплава металла по химическому составу до заданной марки стали осуществляется на агрегатах внепечной обработки, при этом температура металла в конце обработки должна соответствовать заказу, в соответствии с конкретными условиями разливки на МНЛЗ.
Измерение температуры и окисленности металла осуществляется при помощи системы «Celox» фирмы «Heraus Electro-Nite».
Продувка металла в сталеразливочном ковше осуществляется аргоном через две пористые пробки с максимальной интенсивностью до 1200 л/мин.
Агрегат доводки стали и установка усреднительной продувки стали по составу и оборудованию аналогичен агрегату печь-ковш, за исключением системы электронагрева. Подогрев плавки на агрегате доводки стали осуществляется путем химического нагрева, а на установке усреднительной продувки стали подогрев отсутствует.
Непрерывная разливка стали производится на двух сортовых пятиручьевых машинах непрерывного литья заготовок фирмы «VAI» и одной слябовой двухручьевой машины ОАО «УРАЛМАШ».
Сечение сортовой заготовки 150x150 мм (для новых сортовых станов) и в небольшом количестве - 152x170 мм, производительность каждой МНЛЗ - 1,0 млн т непрерывно-литой сортовой заготовки в год. Сечение слябовой заготовки (слябы) 250x750-2350,
производительность 2,0 млн т непрерывно-литой слябовой заготовки в год.
Высокоуглеродистая проволока массово применяется в промышленности при изготовлении канатов, пружин, арматуры для предварительно напряженного железобетона, металлокорда и т.д. Эти изделия являются ответственными деталями сложных машин и конструкций, в связи с чем повышение конкурентоспособности этой проволоки, определяемой рациональным соотношением качества и цены, является сегодня актуальной задачей. Технологический процесс изготовления высокоуглеродистой проволоки включает в себя операции подготовки структуры и поверхности к деформации, холодную пластическую деформацию, специальные и отделочные операции. Основным способом обработки металлов давлением, применяемым при изготовлении проволоки, на сегодняшний день, является волочение в монолитных волоках. Основной проблемой при производстве проволоки из высокоуглеродистых марок стали, и по сегодняшний день, остается получение высокой пластичности при повышенной прочности металла. Существующая технология производства высокоуглеродистой проволоки не всегда позволяет получать проволоку с одновременно высокими прочностными и пластическими свойствами, и достаточно часто высокопрочная проволока бракуется именно из-за преждевременной потери пластичности и расслоения.
Свойства проволоки формируются в очаге деформации и зависят от его параметров, которые, в свою очередь, определяют и энергетические затраты на осуществление процесса. Зависимости эти многофакторные, а действие факторов на характеристики качества и затраты зачастую противоположны. При выборе технологических режимов изготовления проволоки необходимо в первую очередь гарантировать получение качественной продукции, а выполнив это условие, минимизировать энергосиловые затраты на процесс. Все это предопределяет сложность управления технологическим процессом изготовления проволоки и выбора рациональных режимов, обеспечивающих получение проволоки заданного уровня качества при снижении затрат на ее изготовление. Возможность математического моделирования технологии, в основу которого заложены современные знания по вопросам формирования физико-механических свойств высокоуглеродистой проволоки и энергосиловых параметров процесса, представляет собой довольно мощный инструмент технолога, ускоряющий расчет ресурсосберегающей технологии изготовления высокопрочной углеродистой проволоки.
Негативными факторами, снижающими технологичность переработки проката на метизном переделе, являются грубодис-персная структура перлита и неравномерное распределение перлитной структуры по сечению проката, наличие мартенситных и цементитных участков, недеформирующихся неметаллических включений, поверхностных дефектов: раскатанных газовых пузырей, трещин, загрязнений.
Технология производства высокоуглеродистой стали марки 80Р и ее химический состав (см. таблицу) представлены ниже.
Химический состав стали марки 80Р
Элемент С Si Mn S P а № N B
Требования ТС 14-101841-2010 0,770,82 0,200,37 0,500,80 не более 0,0100,030 0,0010,003
0,020 0,03 0,10 0,10 0,10 0,008 0,005
Перед выплавкой стали марки 80Р (в ходе подготовки ферросплавов и сыпучих материалов к плавке) необходимо обеспечить отбор проб всех материалов, используемых для раскисления - легирования металла во время выпуска плавки и внепечной обработки, для определения содержания влаги, содержание которой не должно превышать 1%. Необходимо обеспечить прогрев кремний- и марганецсодержащих материалов перед их присадкой в стальковш ДСП и АПК. Выплавка стали должна проводиться в ДСП или ДСА с «горячей» футеровкой, с расходом жидкого чугуна в ДСП не менее 100 т, а на ДСА - не менее 160 т, причем в качестве металлического лома следует использовать чистую прокатную об-резь. Науглераживание металла производится с использованием жидкого чугуна в количестве 20-25 т/плавку, а на выпуске допускается использовать твердые науглераживатели, такие как графит, электродный бой и т.д. Выпуск металла производится в горячий сталеразливочный ковш, с попаданием минимального количества печного шлака. Для раскисления металла на выпуске используется алюминий первичный из расчета на ДСП - 130-150 кг, на ДСА -150-180 кг. Наведение шлака в ковше на АПК проводится синтетическими плавлеными смесями, а также допускается использовать свежеобожженную известь в количестве 1,5 т плавикового шпата не менее 400 кг.
В начале внепечной обработки проводится раскисление металла алюминиевой проволокой из расчета получения содержания алюминия по верхнему пределу. Раскисление шлака в ковше про-
водится первичным алюминием или карбидом кремния до получения белого шлака в ковше. Получение в металле заданного содержания углерода, марганца и кремния проводится после получения белого шлака в ковше. Для науглераживания используются угле-родсодержащие материалы с содержанием углерода не менее 99% и летучих не более 0,5%, также допускается использование порошковой проволоки с углеродом для корректировки его содержания. После наведения шлака в ковше и получения заданного содержания серы в ковш присаживается сухой кварцевый песок в количестве 7О0—1000 кг. После получения в металле заданных пределов содержания углерода, марганца, кремния и алюминия производится микролегирование бором. По завершении обработки металла проводится «мягкая» продувка металла аргоном по следующей технологии: устанавливается минимальный расход аргона на пористые пробки, визуально обеспечивающий слабое волнение поверхности расплава, проводится продувка металла аргоном продолжительностью не менее 3 мин, проводится ввод расчетного количества в зависимости от содержания в стали алюминия фер-рокальциевой порошковой проволоки для повышения жидкотеку-чести стали при непрерывной разливке. По окончании обработки плавки кальцием проводится «мягкая» продувка плавки продолжительностью не менее 5 мин. Нагрев плавки, а также ввод алюминия и ферросплавов во время или после обработки металла кальцием и проведения «мягкой» продувки запрещается. В случае необходимости корректировки химического состава металла или его температуры после обработки кальцием и проведения мягкой продувки необходимо повторно провести обработку металла «мягкой» продувкой. При обработке стали марки 80Р отношение Са/А1 в ковшевой пробе должно быть 0,1-0,3, для чего расход проволоки с феррокальцием на АПК должен составлять 600-900 кг/плавку.
Разливка стали проводится «закрытой струей» через пром-ковш переклазохромитового состава с применением электромагнитного перемешивания (ЭМП). Первыми в серии разливаются промывочные плавки из стали марок 75-80 для снижения количества экзогенных неметаллических включений (НВ) в стали.
Отгрузка заготовок производится после охлаждения в период с мая по октябрь - в плотном штабеле до температуры поверхности заготовок менее 100°С и с ноября по апрель - в томильном коробе.
Недостатки вышеописанной технологии производства высокоуглеродистой стали марки 80Р следующие.
1. На АПК не проводится модифицирование НВ кальцийсо-держащим материалом (РеОа - порошковая проволока), что обусловливает наличие в стали крупных недеформирующихся НВ.
2. Массовая доля алюминия в стали составляет по НД 0.010.03% для раскисления стали. Это неэффективно, так как сталь значительно загрязняется недеформирующимися, вязкими и тугоплавкими окислами алюминия, приводящими к обрывности проволоки при ее волочении.
3. Повышенное содержание в стали кремния и низкое отношение марганца к кремнию (соответственно НД нормирует массовую долю марганца на уровне 0,50-0,80%, кремния 0,20-0,37% и при целевому попаданию в средние значения указанных диапазонов содержания маргаца и кремния отношение марганца к кремнию составляет зачастую менее 2 (желательно не менее 3). Высокое содержание в стали кремния и алюминия приводит к формированию в стали НВ алюмосиликатного типа и снижает технологическую деформируемость проката на метизном переделе.
4. В стали на АПК наблюдается в конце обработки достаточно высокое содержание водорода - до 5 ррт, что обусловливает повышенную дефектность непрерывно-литой заготовки по НВ и явление водородного охрупчивания стали.
5. Относительно высокое содержание РеО (1,3-1,8%) в белых шлаках АКП, что ограничивает десульфурацию, подтверждает вероятность образования в стали оксидных НВ.
С целью частичного устранения указанных недостатков нами было предложено снизить нормативное содержание в стали алюминия - не более 0,005%, обеспечить отношение марганца к кремнию на уровне не менее 2,5-3,0 (Мп = 0,65-0,70%, Б1 = 0,200,22%). Внедрение только этих мероприятий позволило существенно повысить технологичность переработки проката на метизном переделе. Так, обрывность проволоки при волочении снизилась с 0,34 до 0,10 т1. С учетом того, что на повышение деформируемости проката при волочении повлияло также внедрение новой технологии двустадийного охлаждения на линии Стелмор, формирующую более равномерную микроструктуру проката, долевое влияние сталеплавильного передела на обрывность при волочении составило примерно одну треть от общего воздействия, то есть 0,10 т1.
Выводы:
1. Проведенное усовершенствование технологического процесса производства стали, ее внепечной обработки позволило существенно улучшить технологичность переработки круглого прока-
та на метизном переделе. Так, за счет сталеплавильного передела обрывность при волочении высокоуглеродистой проволоки снизилась на 0,10 т1.
2. Для дальнейшего улучшения качества высокоуглеродистой стали имеет смысл исследовать и внедрить еще ряд технологических операций. К ним можно отнести: выбор оптимальных режимов работы ЭМП, исследование возможности применения технологии «мягкого обжатия», использования центральной затравки в кристаллизаторе, применения модифицирования расплава перед или в процессе непрерывной разливки и т.д.
УДК 621.746.27:047
К.Н. Вдовин, В.М. Салганик, В.В. Точилкин
ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» И.Е. Петров, A.A. Подосян, А.Е. Позин
ЗАО «Механоремонтный комплекс»
ОПТИМИЗАЦИЯ ФОРМЫ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ НЕПРЕРЫВНО-ЛИТЫХ СЛЯБОВ
Непрерывная разливка стали является наиболее прогрессивным и эффективным способом получения заготовок непосредственно на специальных установках МНЛЗ - машина непрерывного литья заготовок. В настоящее время металлургические отрасли более 100 стран снабжены МНЛЗ всевозможных видов. Общий объём разливаемой на МНЛЗ стали составляет более 90% от всей выплавляемой стали в мире, из них около 60% отливается на сля-бовых МНЛЗ. Подавляющее большинство непрерывно-литых слябов идет на станы горячей прокатки.
Основным узлом МНЛЗ является кристаллизатор. Кристаллизатор слябовой МНЛЗ состоит из узких и широких медных стенок, закрепленных на стальном основании, формирующих прямоугольную полость, в которой в процессе разливки происходит затвердевание металла с образованием корочки и формированием сляба. Кристаллизация металла в полости кристаллизатора происходит в направлении теплоотвода, т.е. в сторону медных стенок. Таким образом, в месте соединения узких и широких медных стенок теплоотвод от корочки сляба направлен к двум стенкам одновременно, что приводит к преохлаждению ребровой зоны. Экспе-
