18.5 Корректировка химического состава стали в ковше
При раскислении и легировании стали основное количество ферросплавов обычно вводят под струю металла в сталеразливочном ковше по ходу выпуска плавки.
После наполнения ковша, отбора пробы и получения результатов анализа проводят корректировку химического состава стали на установках доводки металла (УДМ), в камерах порционного и циркуляционного вакуумирования и др.
В качестве примера на рисунке 18.26 показана схема УДМ в 350-т ковшах кислородно-конвертерного цеха ОАО «Металлургический комбинат «Азовсталь».
Ниже приведены результаты исследования усвоения корректирующих и микролегирующих присадок при выплавке углеродистых и низколегированных марок стали с доводкой металла в 350-т ковшах с кислой, основной и высокоглиноземистой футеровкой.
В ходе исследования силикокальций и углеродсодержащие материалы вдували в металл в порошкообразном состоянии через погружаемую в расплав фурму в потоке аргона. Алюминий в виде стандартный чушек вводили вручную
Рисунок 18.26 – Схема УДМ в 350-т ковшах комбината «Азовсталь»:
1 – стенд; 2 – ковш; 3 – бухта алюминиевой катанки или порошковой проволоки; 4 – манипулятор для отбора проб металла; 5 – трайб-аппарат; 6 - пневмопочта; 7 – вытяжной зонт; 8 – система бункеров-дозаторов; 9 – бадья для кусковых материалов; 10 – контейнер для порошков; 11 – пневматический питатель; 12 – трубопровод с переключателями потоков; 13 – подъемник фурмы; 14 – фурма; 15 – отвод отходящих газов; 16 – газоочистка; 17 – дымовая труба
на шлак, а в виде катанки – под уровень металла с помощью трайб-аппарата. Остальные ферросплавы и лигатуры вводили в ковш в кусковом виде через шлак самотеком из бункеров-дозаторов. В процессе ввода, плавления и растворения присадок металл продували аргоном с расходом 60 – 70 нм3/ч.
Обобщенные данные о средних значениях степени усвоения элементов при доводке по химическому составу и микролегировании спокойной стали в ковше представлены в таблице 18.1.
Из таблица 18.1 видно, что степень усвоения элементов при внепечной обработке стали в наполненном ковше на 5 – 40 % (абс.) выше, чем в процессе выпуска металла из агрегата. При этом существенного изменения усвоения корректирующих и микролегирующих добавок в зависимости от их массы не выявлено.
Таблица 18.1 – Данные об усвоении элементов из корректирующих и микролегирующих добавок при доводке спокойной стали в ковше
Элемент |
Материал и вид добавки |
Усвоение, % |
Марганец |
Ферромарганец, металлический марганец, силикомарганец |
96 |
Алюминий |
Вторичный алюминий (чушки) |
45 |
Первичный алюминий (катанка) |
70 |
|
Кремний |
Ферросилиций (45 – 65% Si), силикомарганец |
90 |
Титан |
Ферротитан (30 – 42% Ti) |
80 |
Ванадий |
Феррованадий (35 – 50% V) |
90 |
Ниобий |
Феррониобий (55 – 65% Nb) |
97 |
Бор |
Ферробор (7 – 10% B) |
55 |
Кальций |
Силикокальций (25 – 32% Ca) |
15 |
РЗМ |
Лигатура РЗМ (20 – 25% РЗМ) |
10 |
Углерод |
Коксик, графит |
95 |
Усвоение марганца, алюминия, ванадия, ниобия, титана, бора и углерода из твердых добавок при аргонной продувке мало зависит от вида футеровки сталеразливочных ковшей и состава ковшевого шлака. Незначительное (на 2 – 5 % абс.) повышение усвоения алюминий наблюдается при использовании ковшей с основной футеровкой. Усвоение кальция и РЗМ в значительной мере определяется окисленностью стали, видом футеровки ковша и окисленностью шлака. Максимальная степень усвоения кальция наблюдалась при вдувании порошкообразного силикокальция в струе аргона в ковш с основной футеровкой под синтетическим шлаком при содержании алюминия в металле не менее 0,03%.
18.6 Внепечная обработка стали с нагревом в ковше
В последние годы в сталеплавильных цехах отечественных металлургических заводов получила широкое распространение технология обработки стали на установках ковш-печь (рисунок 18.27), которые позволяют выполнять различные виды внепечного рафинирования стали одновременно с электродуговым нагревом металла в ковше.
Рисунок 18.27 – Схема установки ковш-печь:
1 – металловозная тележка; 2 – сталеразливочный ковш; 3 – трансформатор стенда электродугового нагрева; 4 – крышка стенда электродугового нагрева; 5 – бункер для подачи ферросплавов и лигатур; 6 – дозирующие весы; 7 – бункера ферросплавов и лигатур; 8 – пульт управления
Для обработки на установке ковш-печь металл подают в ковшах, оборудованных шиберными затворами и пористыми пробками для продувки расплава аргоном, которая необходима для выравнивания температуры и химического состава металла в объеме ковша. На металловозной тележке ковш транспортируют к стенду электродугового нагрева, где накрывают крышкой. Крышку ковша современных установок ковш-печь обычно выполняют водоохлаждаемой. В крышке имеются отверстия, через которые в ковш опускают графитовые электроды. В зависимости от мощности трансформатора скорость нагрева металла при обработке на установке ковш-печь изменяется в пределах 2 – 5 оС/мин. Помимо оборудования, показанного на рисунке 18.27, современные установки ковш-печь имеют также манипуляторы для измерения температуры металла, отбора проб металла и шлака, а также оборудование для обработки стали порошками путем вдувания через погружаемые в металл фурмы или ввода порошковой проволоки.
В качестве примера рассмотрим технологию получения с использованием установки ковш-печь 155 т стали 20Г состава, % мас.: 0,20 C, 0,25 Si, 1,4 Mn, 0,005 S, 0,015 P, 0,040 Al. Сведения об изменении температуры металла во время выпуска и внепечной обработки показаны на рисунке 18.28.
Рисунок 18.28 – Изменение температуры стали при выпуске и обработке на установке ковш-печь
На выпуске из сталеплавильного агрегата при температуре 1630оС химический состав металла был следующим, % мас.: 0,04 C, 0,02 Si, 0,15 Mn, 0,015 S, 0,015 P, 0,00 Al (проба П0 на рисунке 18.28).
По ходу выпуска в ковш присаживали 368 кг ферросилиция, 561 кг ферромарганца, 124 кг алюминия, 148 кг углеродсодержащих материалов и 1000 кг смеси извести с флюоритовым концентратом (добавка Д1 на рисунке 18.28). К моменту окончания выпуска температура металла понизилась до 1575оС. За время транспортирования ковша к установке ковш-печь температура металла понизилась до 1550оС.
Доводку плавки на установке ковш-печь обычно начинают с нагрева металла, который сопровождается продувкой расплава аргоном. Через 7 минут после начала обработки металл имел температуру 1575оС и следующий химический состав, % мас.: 0,14 C, 0,15 Si, 0,35 Mn, 0,010 S, 0,015 P, 0,05 Al (проба П1).
После получения результатов анализа при температуре 1600оС в ковш ввели 600 кг смеси извести с флюоритовым концентратом (добавка Д2). При этом температура металла понизилась до 1575оС. В ходе дальнейшего нагрева в ковш было подано 181 кг ферросилиция, 1705 кг ферромарганца, 86 кг углеродсодержащих материалов и 400 кг смеси извести с флюоритовым концентратом (добавка Д3). После нагрева до температуры 1600оС металл имел следующий химический состав, % мас.: 0,19 C, 0,23 Si, 1,10 Mn, 0,005 S, 0,015 P, 0,045 Al (проба П2).
После получения результатов анализа при температуре 1605оС в ковш ввели 47 кг ферросилиция, 692 кг ферромарганца и 16 кг углеродсодержащих материалов (добавка Д4). Нагрев металла прекратили после повышения температуры до 1610оС, не прекращая продувки расплава аргоном.
Через 10 минут после последнего ввода добавок при температуре 1590оС химический состав металла был следующим, % мас.: 0,20 C, 0,25 Si, 1,40 Mn, 0,005 S, 0,015 P, 0,04 Al (проба П3).
При этом основные технико-экономические показатели обработки металла на установке ковш-печь были следующими: общая продолжительность обработки – 45 минут; продолжительность нагрева – 27 минут; время без нагрева – 18 минут; скорость нагрева – 4оС/мин; расход электроэнергии – 7650 кВт×ч; удельный расход электроэнергии – 49 кВт×ч/т.
Известны также способы вакуумирования стали в ковше с одновременным электродуговым нагревом. Примером может служить показанный на рисунке 18.29 способ VAD (от английского Vacuum Arc Degassing).
Рисунок 18.29 – Схемы установок VAD, размещенных на тележке:
а – размещение ковша в отдельной вакуумной камере; б – дегазация и нагрев металла непосредственно в сталеразливочном ковше; 1 – гляделка; 2 – подвод тока; 3 – графитовые электроды, установленные вакуумплотно; 4 - пробоотборник; 5 – бункер для подачи раскислителей и легирующих; 6 – защитный экран; 7 – вакуумпровод к вакуумному насосу