Чёрная металлургия_2011_01

Каждый брус имеет возможность перемещаться вдоль поверхности сляба, осуществляя при этом его обжатие.

Теоретически величина обжатия определяется по формуле

где D1, D2 суммарное обжатие, требуемое для предотвращения соответственно движения (вытекания) жидкой стали из зоны затвердевания и перетекания стали при вспучивании заготовки (при использовании плоских брусов D2 = 0); коэффициент пропорциональности, учитывающий перенос поверхности внутреннего фронта затвердевания и, следовательно, условия горячей деформации заготовки; D3 суммарная термическая усадка твердой фазы при понижении температуры в ходе обжатия (рассчитывается на основании анализа процессов теплопереноса в зоне обжатия) [4].

В значительной степени осевая ликвация проявляется в непрерывнолитых блюмах, где изза малой площади поверхности кристаллизации на ее конечной стадии наблюдается особенно интенсивное накапливание ликвата. Решением проблемы осевой ликвации здесь служит непрерывное обжатие (непрерывная ковка) отливаемого блюма. Эта технология предусматривает интенсивное поперечное деформирование блюма в зоне окончания кристаллизации двумя бойками верхним и нижним (рис. 3).

Рис. 3. Схема процесса непрерывной ковки

Предельно допустимая деформация находится в обратной функциональной зависимости от толщины затвердевшей оболочки заготовки, и

интенсивное деформирование можно было бы реализовать, например, под кристаллизатором в зоне относительно тонкой оболочки, как это происходит при изменении ширины кристаллизатора в процессе разливки. Однако применение этого способа на конечной стадии кристаллизации затруднено.

Особенность непрерывной ковки состоит в кратковременном сильном деформировании бойками большого размера, что позволяет избежать отрицательных последствий обжатия. При этом можно регулировать степень осевой ликвации в достаточно широких пределах.

Параметры “мягкого” обжатия индивидуальны для различного химического состава, скоростных режимов и сортамента, а следовательно, решение вопросов технологии “мягкого” обжатия возможно только на основе математического моделирования всего процесса “мягкого” обжатия, начиная с гидродинамической работы, обусловленной перемещением фронтов кристаллизации, и заканчивая назначением в нужном месте на необходимой длине рациональной величины обжатия.

В связи с тем, что технология “мягкого” обжатия до конца не исследована, она требует усовершенствования и решения следующих задач:

разработки математической модели для реализации процесса “мягкого” обжатия и исследования с ее помощью влияния этого процесса на формирование макроструктуры непрерывнолитых заготовок с жидкой сердцевиной в зоне вторичного охлаждения;

разработки механизма влияния “мягкого” обжатия на формирование макроструктуры непрерывнолитых заготовок;

определения количества и места приложения усилий обжатия (соотношение между количеством жидкой и твердой фаз в момент обжатия);

определения способов приложения усилий к поверхности заготовки;

исследования качества непрерывнолитых заготовок после “мягкого” обжатия и качества металлопродукции из них;

определения взаимосвязи технологических параметров непрерывной разливки стали с параметрами “мягкого” обжатия;

разработки технологии “мягкого” обжатия непрерывнолитых заготовок на МНЛЗ.

диам. 10 мм с алюмокальцием (90 % Ca, 10 % Al), использование установки ковш-печь (УКП), значительно расширяющее возможности технологии, и др.

Отдельные элементы технологии (в том числе ввод в металл порошковой проволоки диам. 10 мм с алюмокальцием) отрабатывались на стали обычного сортамента сортовой МНЛЗ, раскисленной кремнием и алюминием, а также предварительно была опробована вся комплексная технология выплавки и внепечной обработки низкокремнистой стали, но с разливкой ее в изложницы.

В 350-т конвертерах ККЦ № 2 ЗСМК выплавлена опытная партия плавок стали 20Ю и разлита на восьмиручьевой сортовой МНЛЗ (два промежуточных ковша по четыре ручья каждый). Производство заготовок осуществляли в технологической цепи конвертер установка внепечной обработки стали (УВОС) УКП МНЛЗ. При выплавке стали использовался чугун с температурой 1344 1421 С следующего состава: 0,45 0,88 % Si, 0,36 0,45 % Mn, 0,011 0,022 % S, 0,071 0,090 % Р. Расход чугуна на плавку составлял в среднем 911 кг/т (844 989 кг/т). Из конвертера металл выпускали в ковш с температурой 1645 1684 С и содержанием 0,03 0,05 % С, 0,08 0,13 % Mn, 0,017 0,025 % S, 0,008 0,015 % Р.

Конвертерный шлак на выпуске отсекали системой фирмы “МОНОКОН” с помощью “плавающего” дротика, который вводится в сталевыпускное отверстие через горловину конвертера выдвижным манипулятором.

На выпуске для наведения шлака присаживали известь (7,1 10,8 кг/т) и плавиковый шпат (1,3 2,7 кг/т), для раскисления металла чушковый алюминий (0,9 2,0 кг/т) и порошковую проволоку диам. 14,5 мм с алюмокальцием (1,3 3,2 кг/т), для науглероживания теплоизоляционную засыпку ТИЗ (1,4 1,9 кг/т), для легирования марганцем металлический марганец

(8,1 9,2 кг/т).

После выпуска металл предварительно обрабатывали на УВОС. Шлак раскисляли гранулированным алюминием (0,3 0,5 кг/т), на части плавок в металл вводили алюминиевую катанку (0,3 0,4 кг/т). В конце обработки на УВОС замеряли температуру металла (1572 1607 С) и активность кислорода (2,4 27,9 ppm).

С УВОС плавки поступали на УКП, где проводили нагрев металла, наведение жидкоподвижного раскисленного шлака, доводку по температуре и составу, легирование алюминием и модифицирование кальцием. Для обеспечения необходимого слоя шлака в ковше (150 170 мм) с целью экранизации его футеровки от теплоизлучения электрических дуг дополнительно приса-

живали известь (0,4 6,1 кг/т) и плавиковый шпат (0,8 1,8 кг/т). Шлак по ходу обработки раскисляли чушковым алюминием (0,5 1,2 кг/т), науглероживание металла проводили коксиком (0,4 1,9 кг/т), на части плавок дополнительно порошковой проволокой с коксиком (0,9 3,3 кг/т). Химический состав металла и шлака по ходу плавок приведен в табл. 1, 2.

Самой длительной на УКП была операция по вводу порошковой проволоки диам. 10 мм с алюмокальцием (1,1 1,5 кг/т). Вследствие значительного пироэффекта скорость ее ввода ограничивали до 80 150 м/мин, что потребовало для введения 2000 2300 м проволоки 20 26 мин. Концентрация кальция после ввода проволоки 0,0027 0,0035 % при содержании общего алюминия 0,022 0,034 % обеспечила получение отношения Ca/Alобщ в пределах 0,08 0,11.

Опытные плавки характеризовались высокой степенью десульфурации. После выпуска металла в ковш концентрация серы составила

0,012 0,027 %, при выдаче с УКП 0,005 0,014 %

и в готовой стали 0,005 0,012 % (на 80 % плавок

0,005 0,006 %). Степень десульфурации на УКП была 58 82 %, коэффициент распределения серы шлак/металл 82 164. Высокая степень десульфурации была достигнута за счет глубокого раскисления шлака (концентрация FeO в шлаке при выдаче с УКП 1 2 %), низкой окисленности металла на УКП (2,5 4,1 ppm), длительной обработки на УКП (76 161 мин) и интенсивного перемешивания металла аргоном через донные фурмы.

При раскислении ковшового шлака в металл за время внепечной обработки и за период разливки восстановилось 0,008 0,021 % Si. Однако в готовой стали концентрация кремния на всех плавках находилась в требуемых пределах. Прирост содержания фосфора за счет восстановления из шлака изменялся от 0 до 0,010 % и в среднем составил 0,003 %. Концентрация азота в металле изменялась от 0,0040 0,0051 % после выпуска до 0,0050 0,0073 % на УКП и 0,0058 0,0089 % в готовой стали на МНЛЗ (требуемое содержание азота в стали 20Ю не более 0,010 %). Прирост содержания азота в стали при обработке на УКП составил 0,0010 0,0029 %, что связано с ее длительностью, при разливке на МНЛЗ

0 0,0020 % (всреднем0,0007 %).

Сквозное усвоение элементов, включая разливку, составило: углерода 52 64 %, марганца

88 93 %, алюминия 6,0 8,6 %, кальция 1,3 3,2 % (в том числе усвоение кальция на УКП из проволоки с алюмокальцием было 7,4 13,3 % при среднем значении 10,7 %).

―――――――――――――――― 2011 1• • »металлургия Черная« Бюллетень • »Черметинформация« ОАО

ТАБЛИЦА 1. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СТАЛИ 20Ю НА ЭТАПАХ ПРОИЗВОДСТВА

ТАБЛИЦА 2. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ШЛАКА НА УВОС И УКП

На Череповецком металлургическом комбинате разработана технология производства слябов и сортовой заготовки в электросталеплавильном цехе (ЭСПЦ) из жидкого полупродукта конвертерной плавки.

Изменение конъюнктуры по соотношению цен на чугун и лом, необходимость снижения себестоимости и повышения конкурентоспособности металлопродукции обусловливают актуальность разработки новых, нестандартных технологий.

По прогнозам, цены на металлолом будут расти и превышать цены на чугун. При этом становится выгодным ориентироваться на выплавку стали в конвертерах, в них обычная доля чугуна составляет 70–90 % в отличие от электропечей, в которых доля чугуна колеблется от 0 до 10– 30 %. Поэтому разработанная технология является актуальной, особенно на перспективу.

Разработка данной технологии потребовала ряда нестандартных решений по переливу из ковшей конвертерного цеха (КЦ) в ковши ЭСПЦ, по транспортировке металла из цеха в цех, детальной проработки тепловых балансов, экономической целесообразности, оценки достоинств и недостатков, возможных рисков.

Шихтовка плавки в КЦ осуществлялась из условия обеспечения температуры металла перед выпуском 1760±10 С. Параметры шихтовки плавки представлены ниже:

Выпуск производился с отдачей кремний- и марганецсодержащих ферросплавов из расчета получения [Mn] и [Si] в стали.

Циклы производства в КЦ указаны в табл. 1.

Уровень механических свойств готового сортового проката (прочность, текучесть, удлинение, сужение, удар) удовлетворительный.

Средние содержания остаточных элементов и азота в готовом металле по различным схемам производства представлены ниже:

Содержание остаточных элементов и азота в металле, выплавленном в КЦ, ниже чем по стандартной цепочке, что говорит о технологической возможности производства канатов по данной технологической цепочке.

Оценка экономической эффективности от

Разработана и внедрена технология производства слябов и сортовой заготовки в ЭСПЦ из жидкого полупродукта конвертерной выплавки.

Температурный и временной циклы производства обеспечены на уровне планируемых.

Полученное содержание азота и остаточных элементов после перелива и обработки на УКП подтвердило возможность производства канатных марок сталей по данной технологической цепочке.

Качество металла отвечает всем заданным требованиям.

По сравнению с заготовкой ЭСПЦ заготовка, выплавленная в КЦ и разлитая в ЭСПЦ, дешевле (в основном за счет расходов на выплавку).

Использование технологии выплавки в КЦ с разливкой в ЭСПЦ целесообразно в том случае, если необходимо обеспечить полную загрузку участка выплавки КЦ, когда выведены в ремонт мощности по разливке, при этом должна быть возможность разливки в ЭСПЦ, не нарушая работу печного отделения, либо соотношение цены лома будет значительнопревышатьстоимостьчугуна.

На протяжении нескольких последних десятилетий наблюдается все возрастающий интерес к использованию в различных областях техники азотистых коррозионностойких сталей. Причем довольно значительное место в этом ряду занимают азотистые стали аустенитного класса.

Эти стали, как уже установлено многочисленными исследованиями, благодаря введению в

твердый раствор до 0,5 % азота двукратно превосходят сталь 08Х18Н10Т по прочности и сопротивлению питтинговой коррозии при сохранении высокой пластичности и хорошей свариваемости. В судостроении и некоторых других отраслях промышленности успешно используются азотистые аустенитные стали НН-3Б и НС-5Т, предел текучести которых находится в диапазоне 400 500 МПа. Технология производства этих сталей освоена отечественной металлургической промышленностью. Выплавка производится в открытых электродуговых печах, из полученных слитков стали НН-3Б изготавливают крупногабаритные поковки, а из слитков стали НС-5Т листовой прокат толщиной до 40 мм.

Известно, что в Германии производится азотистая сталь Amanox 3964, по свойствам сходная со сталью НС-5Т.

В работах, выполняемых ЦНИИ КМ “Прометей”, ИМет РАН, ИФМ УрО РАН [1 4], была показана принципиальная возможность дальнейшего повышения прочности аустенитной стали путем дополнительного легирования ее ванадием и ниобием. В результате проведенных ЦНИИ КМ “Прометей” совместно с ИМет РАН исследований была создана новая высокопрочная сталь

04Х20Н6Г11М2АФБ, содержащая 0,45 0,55 %

азота, предел текучести которой может превышать предел текучести стали НС-5Т на 70 80 %.

Для широкого внедрения высокопрочной азотистой стали в различные области современной техники необходимо было создать промышленную технологию ее производства, которая при сохранении в стали высокой прочности одновременно обеспечивала бы другие свойства на уровне, характерном для аустенитных сталей с обычными прочностными характеристиками.

Опыта промышленного производства высокопрочных коррозионностойких азотистых сталей аустенитного класса в виде листового проката в широком диапазоне толщин до настоящего времени не существовало.