автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Физико-химическое исследование и усовершенствование современной технологии электроплавки стали

РГ6 од

1 о МАЯ 1233

Российская академия наук Институт металлургии им. А. А. Байкова

На правах рукописи

СНИТКО Юрий Павлович

УДК 669.187.25:669.046.582

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОПЛАВКИ СТАЛИ

Специальность 05.16.02 — «Металлургия черных металлов»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва -

1003 г.

Работа выполнена в Институте металлургии им. А. А. Банке в а РАН.

Научный консультант: академик РАН Н. П. Лякишев.

Официальные оппоненты: академик ИА Российской Федерации А. Ф. Вишкарев; доктор технических наук, профессор Г. Н. Еланский; доктор технических наук, профессор Ю. А. Гудим.

Ведущая организация: Западно-Сибирский металлургический комбинат.

Автореферат разослан « » 199 г.

Защита состоится « /V » г.

Д. 003.15.02 при Институте металлургии им. А. А. Байкова РАН по адресу: 117911, Москва, Ленинский проспект, 49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института металлургии им. А. А. Байкова РАН.

Ученый секретарь специализированного совета,

кандидат технических ш " ~ 1ГОРОВИЧ.

в

часов на заседании специализированного совета

ОЕШ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность шботн. Современное состояние сталеплавильного производства в мире характеризуется быстрым увеличением количества стали, выплавляемой в электропечах. Предпосылками для развития электросталеплазильного производства являются замена мартеновских печей конвертерами и накопление лома.

В США, например, доля электростали в настоящее время составляет ЗЪ% и предполагается, что к двухтысячному году она составит 45-50^. В России доля стали, выплавляемой в мартеновских печах и электропечах, составляет примерно 50 и 15$ соответственно пря объемах накопленного лома, сравнима с"запасами США. Поэтому могло ожидать интенсивное развитие электросталеплазильного производства .

Технология производства электростали в последние 10-20 лет претерпела коренные изменения. Прирост производства электростали осуществляется за счет ввода в эксплуатацию цехов, оснащенных сверхмощными дуговыми печами. Технология выплавки стали непрерывно совершенствуется, при этом основное направление развития -максимальная интенсификация процессов плавления, нагрева и рафинирования металла. Исследование процессов, протекающих пра вы-плаякс и внепечной обработке стали, позволяет найти новые пути повышения производительности печи и улучшения качества металла.

Цель работы. Разработка физико-химических основ современной технологии производства электростали, разработка и внедрение технологических мероприятий, позволяющее повысить производительность работы печи и улучшить качество стали.

Научная новизна. Определено влияние уровня вводимой в печь активной мощности и шлакового режима на энврготехнологическне показателя работы печи в период плавления пихты и нагрева метал- • ла. Изучено поведение кислорода, азота, фосфора и серы з окислительный период плавки.

Разработана методика расчета.термодинамических свойств разбавленных металлических растворов. Получено уравнение для расчета термодинамических свойств неассоципрованных растворов,-являющееся более общим по отношению к ранее предложенным. Разработана математическая модель, описывающая взаимосвязанные процессы нагрева и рафинирования металла.

Изучено влияние химического состава, технологии выплавки 8

внепечной обработки ка разлкваеиость стаж; на мелкосортной МНЛЗ. Исследованы процессы, протекающие при рао/'шпровашпг конструкционной, рельсовой и подшипниковой стали. Сформулированы требования к технологии внепечной обработки различных марок стали.

Практическая з^ач^.тость работы. Разработана технология проведения окислительного периода плавки под шлаком периода плавления с увеличением вводимой е печь активной мощности до 45-50 Шт. Разработан комплекс алгоритмов-, позволяющий управлять работой сверхмощной дуговой печи в автоматизировали.»' ре.тлме. Внедрение разработанной технологии в злектросталеплавкльккх цехах Кузнецкого металлургического комбината и завода "Амурсталь" позволило сократить длительность плавки на 8 минут, расход электроэнергии на 20 кВт ч/т, расход электродов на 0,15 кг/т. Определены параметры технологии выплавки и внепечной обработки различных марок стали: углеродистой, низколегированной,высококачественной конструкционной, рельсовсй, подшипниковой. Суммарный годовой фактический экономичесиий адект от внедрения разработок составил I млн. 700 тыс. рублей (в ценах 1990 года).

За работу "Разработка технологии выплавки-качественных марок стали в высокомощных дуговых печах" автор удостоон премии 1с,:. И.П.Бардина. • ■

Разработанные технологические приемы выплавки стали в сверхмощных дуговых печах и ее внепечной обработки могут быть исполь-зова1ш для интенсификации производства стали в действующих цехах пли при разработке технологии для вновь строящихся электросталеплавильных цехов.

Апробация работы. Основные результаты работы долокены и об-су.чдены ка Всесоюзной конференции "Современные проблемы создания высококачественных сталей и уменьшение отходов в черной металлургии" (Москва, 1981 г'.), на Всесоюзной конференции "Производство стали в вакуумных печах" (Москва, 1981 г.), на пятом Всесоюзном совещании по термодинамике металлических сплавов (Москва, 19Е'5 г.), ка 5-7 конференциях по строению и свойствам металлических и шлаковых расплавов (Свердловск, 1983, 1987, 1990 г.), на Всесоюзной конференции "Развитие производительных сил Сибири" (Ковогузкецк, 19&5 г.), на Всесоюзной кого£ервшши "Теория и • практика внепечной обработки стали" О.'осква, 1985 г.), на Все-сс:х-;;:о;; "Обобмкпе опкта эксплуатации высокомощных

дугеннх- сталоалашо'ызяе нечо;!'.'. (Челябинск, 12с9 г.), на Все-

союзной конференции "Современные проблемы электрометаллургии стали" (Челябинск, 1990 г.), на 10 Всесоюзной конференции по физико-химическим основам металлургических процессов (Москва, 1991 г.").

Публикации. По материала!.! диссертации опубликовано 32 печатный работы.

Объем л структура работы. Диссертация состоит из 9 глав, заключения и приложений. Она содержит 310 страниц текста, 158 рисунков, 56 таблиц, список литературы из 305 наименований.

ОСНОВНОЕ С0ДЕР2АЕИЕ РАБОТЫ

I. Влияние технологии шлакообразования на энергетические характеристики работы печи

При выплавке стали в сверхмощных дуговых почах шлак необходим не только для рафинирования металла от примесей, но и для защиты футеровки печи от излучения мощных электрических дуг- В связи с этим исследовали влияние электрических параметров дуги и высоты шлака на энергетические показатели работы печи в период плавления пихты и пагрова металла.

На серии опытных плавок изучено влияние уровня вводился в печь активной мощности в период плавления шихты на энерготехно-логлчвские показатели работы печи ДСП-10СИ6 завода "Амурсталь". Основные результаты опытных плавок приведены в таблице I.I.

Таблица I.Ï

Влияние уровня вводимой в печь активной мощности на

энерготехнолбгические показатели работы печи ДСП-100И5

Рабочая ТКо- ¡Длительность пе- ¡Простои в 'Расход ¡Средняя ступень !ли- ¡рподов плавления ¡периоды пла-!электро- ¡активная напряжения ¡чес-! и нагрева металла .'влеяия и на-¡энергии ¡модность печного ¡TJ30 1до 1600°С. мин, ¡гоова мэтад-!на плав- !в периоды трансфор- ¡ыа-! общая ¡под током!ла до 1600°С1ление и ¡плавления магора в !вок ! ! . !мик. ¡нагрев ¡и нагрева период t ! ! I ¡металла, ¡металла,, плавления ! ! ! ! ¡до 1600°С!до 1СС0°С, _; ¡_!__! кЗТ' ч/т ¡ГЯЗг_

I 9 IÏ9 67 52 530 57,5

2 5 117 73 44 . 521 51,5

2+4 II 118 76 42 510 47. i

4 23 122 84 38 515 44.2

Из данных таблицы 1.1 следует, что использование перед под-валками и в период доплоаления пихты уровня активной мов'лости свше 48 !.Фт нерационально, поскольку сильно возрастают затрат:' времени на краткосрочные ремонты футеровки печи (заправку). Вследствие этого, общая длительность периода плавления остается неизменной при возрастающем расходе электроэнергии. Тчкое положение объясняется тем, что к моменту проплавлечия оснЬвкой массы шихты количество печного шлака было недостаточны?/ для эад-ектпв- • кого экранирования футеровки печи от излучения мощных электрических дуг. Об этом свидетельствует резкое повышение температуры охлаждающей воды со стеновых панелей перед подвалкаки шихты с увеличением вводимой в печь активной моиюстп.

На опытных плавках показано, что при увеличении уровня активной мощности свыше 48 МВт для поддержания температуры охлаждающей воды в допустимых пределах (не выше 55°С) необходимо оставлять з печя 3-4 г шлака предыдущей плавки с тем, чтобы к моменту проплавления шихты завалки кисть в печи не менее 7 т шлака. Для вспенивания шлака.нужно к моменту проплавления основной массы шихты перейти от режима технологической загрузки шлакооб-разуших к режиму вспенивания шлака.

Эффективное управление шлаковым режимом периода плавления шихты при большом количестве плавок в сутки возможно только при автоматизации загрузки шлакообразугщих материалов. В связи с этим разработан алгоритм подачи шлакообразующих материалов в печь в автоматическом режиме. Алгоритм внедрен в промышленную эксплуатацию на печк ДСП-Ю0И6 завода "Амурсталъ".

Для определения количественной зависимости теплового КПД дуги от высоты шлака в период нагрева жидкого металла на основании экспериментальных данных и приведенных в литературе сведений в настоящей работе получены следующие расчетные соотношения:.

I 0.11 Н + 15 (1.1)

1^ = 0.25+0.27 -д----

V Ъ

9 9

Р л

пЛ (1.2)

* • '

где - эффективность передачи энергии'дуг ванне печк

к металлу соответственно; X - сила тока дутк, кА; и« - !!а~

пряжение на дуге, В; - мощность дуги, МВт; Нш - высота шлака, мм; - мощность тепловых потерь ванной печи, МВт.

Полученные расче*ные уравнения сопоставлены с экспериментальными данными настоящей работы. С их помощью удовлетворительно описывается резкое возрастание доли энергии дут, идущей на нагрев металла с увеличением высоты плака, и слабая зависимость от мощности дуги в интервале ,7-16 МВт при одинаковой высоте шлака. При работе электропечи с фиксированными значениями коэффициента мощности (cos <f ) отношение тока к напряжению на дуге остается постоянной величиной. При этом, как следует из уравнения (I.I), эффективность передачи энергии дут ванне печи является линейной'функцией величины (0,11 Ни + 15)/U^. . Это подтверждается данными, приведенными на рисунке I.I.

В ряде работ изучалось влияние коэффициента ноешости на эффективность передачи энергии дуг металлу. Результаты исследований, обобщенные Боуыаном, представлены на рисунке 1.2. Полученная в настоящем исследовании расчетная зависимость (кривая I) в целом согласуется с результатами других исследований.

Таким образом, предложенный метод расчета эффективности использования энергии электрических дуг согласуется как с экспериментальными данными, полученными в настоящей работе, так и с данными других авторов. Это позволяет использовать данный метод для различных оценок и прогнозов'.

На основе полученных уравнений разработан алгоритм прогноза температуры металла. Точность прогноза•температуры металла составляет + 10°.

Используя уравнения (I.I) и (1.2), а также зависимость расхода электродов от различных энорготехнологических параметров, предложенную Боуманом, рассчитали рациональный режим работы электропечи в пориод нагрева металла. Установлено, что рациональный ражим работы электропечи в период нагрева металла лежит внутри замкнутой области, ограниченной линиями максимальной производительности агрегата (верхняя кривая на рис. 1.3 а, б, в), максимально допустимой тепловой нагрузки на футеровку (правая кривая на рио. 1.3 а, в) и минимального расхода электродов (левая кривая на рис. 1.3 а, б, в). Можно рекомендовать два ре-жяма работы элоктропечной установки. В том случае, если обезуглероживание, десульфурация ллл еще какие-либо технологические причины'не тормозят нагрев, целесообразно работать вдоль линии

ч

0,8

0,6

0,4 0Л

к А А А А

А г А А

« «ж . « : . •V *

Ч -

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6 0,ИНШ+1Ь

Рис.1.1. Влияние высоты шлака и напряжения на дуге

на долю энергии дуг, передаваемую ванне печи • - печь ДСП-1СОИ 6 Д - печь ДСП-ЮОНЗА

Уд

0,6 0,8

1,2 1,4

0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 0,65 0,6 0,55

Рис.Г.2. Эффективность передачи энергии дур металлу в зависимости от коэффициента мощности по дтп!чм различных.авторов I - тгисимость, полученная п настоящем

ту

гчнин ген Ц".

= О .'от

54В, Нщ = 500 мм.

Рис Д. 3. Рациональная область работы 100-тонной печи при

различной высот© атака:

а) - 500 ш, б) - 250 т, в) - баз ишака

---линии одинаковой мощности дуг,передаваемой

металлу (МВт)

-•—л;шш; одинакового расхода электродоз (кг/т)

-я :е?г>йзд нагрева гэталла

максимально допустимой тепловой нагрузки на футеровку печи. При этом достигается высокая производительность агрегата и небольшой износ электродов. Если по технологически?,: причинам необходимо ограничить вводимую в печь активную мощность, то целесообразно работать вдоль линии минимального расхода электродов.

Из изложенного видно, как важно контролировать степень укрытия электрических дут вспененным шлаком. В связи с этим изучена возможность управления тепловой работой печи с использованием в качестве инициативных сигналов акустической э.лиссии дуги и гармонических составляющих фазного напряжения и тока. Исследования проводили на печи ДСП-Ю0И6. Измерение звукового давления показало, что в жидкий период плавки доминирует 100-герцевый тон, который соответствует первой электрической гармонике. Кроме основного звукового тона отчетливо проступает звуковой тон 200 и 300 Гц, соответствующий второй и третьей электрической гармонике. При всех частотах звуковое давление дуги, экранированной шлаком меньше, чем неэкранированной. Разница в уровнях звукового давления достигает 10-20 дБ, что позволяет надежно выявить моменты работы печи при плохом экранировании дуг шлаком.

В литературе опубликовано большое количество работ, посвященных определению Форш кривых напряжения и тока в дуговых печах. Однако сведения о влиянии высоты шлака на форму кривых напряжения и тока отсутствуют. Поэтому в данной работе проанализировали осциллограммы фазного напряжения и тока с низкой стороны печного трансформатора.

Из полученных данных следует, что отношение амплитуды третьей гармоники напряжения к амплитуде первой в жидкий гериод плавки остается постоянным до тех пор, пока высота шлака не станет равной длине дуги. При дальнейшем увеличении отношения высоты шлака к длине дуги доля третьей гармоники быстро убывает. По-видимому, это объясняется шунтированием дуги шлаком.

2. Термодинамические свойства металлическая; и шлаковых расплавов сталеплавильного производства

Физико-химические расчеты металлургических процессов требуют знания термодинамических активностей компонентов металлических п шлаковых распгавов сталеплавильного производства. Для сп::сан::я разбавленных металлических растворов обычно используют апппгаг параметров вза;п.;оде".ств::я. Параметры взаимодействия пер-

вого и второго порядка в сущности сталь форлой накопления инфошации по термодинамическим свойствам разбавленных металлических растворов. При этих обозначениях выражение для коэффициента активности имеет вид

£п I= Ер/м> £ 5 РГ (2.1)

Отметим, что даже для наиболее изученных расплавов на основе железа значения параметров взаимодействия первого порядка известны далеко не для всех элементов. Еще меньше сведений о параметрах взаимодействия второго порядка. Значения неизвестных параметров обычно принимают равными нулю. Более обоснованно, однако, вместо нулевых значений использовать прогнозные, полученные исходя из теоретических представлений о строении раствора.

Для оценки параметров взаимодействия первого порядка, необходимых для расчета коэффициента активности по выражении (2.1) на основе квазихимической модели раствора получено следующее уравнение

¿=8 * 1 V,

, о о о

'дН..., дН.т,

i —ехр{ —Щг+- М iW

(2.2)

здесь Vt , Vt - мольные объемы растворителя и компонентов, dHl{1) ,дН.(11 - энтальпии растворения компонентов друг в

друге.

Конотанта % подбиралась, исходя из термических да!шых. Для расплавов на основе железа оказалось, что Ь = 2,34. При этом величина Ь Vra равна 9, что находится между обычно принимаемыми значениями для координационного числа (8 или 10).

Значения aH1(J) рассчитывали по методике, предложенной Миедемой.- По уравнению (2.2) рассчитали параметры взаимодействия для 28 элементов. Сопоставление раочзтннх и экспериментальных значений параметров Е^пЕмодейотвия для расплавов па основе железа показало, что теоретическое значение обычно лежит внутри разброса экспериментальных данных.

Уравнение (2.2) пригодно также для оценки параметров взаимодействия первого порядка в расплавах на основе никеля.

При помощи соотношения (2.1) можно описывать термодинамические свойства раствора при мольной доле растворителя, близкой к единице. Для описания свойств концентрированных растворов обычно используют ту или иную модель строения раствора. В данной работе для много! .омпонентных растворов получено уравнение:

А- / V V

(2.3)

£ Ш =1

Рассмотрим некоторые следствия уравнения (2.3). При большом координационном числе или при небольших' тепловых эффектах можно при разложении в ряд экспоненты в левой части (2.3) ограничиться только первым членом. В этом случае, преобразуя (2.3), получим:

тпу.-Еыд- Е Е яи.й.. ®-4>

где дН1 «аН^,.

Уравнение (2.4) описывает, термодинамические свойства многокомпонентного регулярного раствора.

Если концентрация компонента Ь мала, то из (2.3) следует:

,1/2 к , V

(2.5)

. .11А К , у ч1.'

Ш

В случае трехкомпонентного раствора уравнение (2.5) идентично уравнению Алкока ;; Ричардсона.

Разлагая (2.3) в ряд Тейлора, выразим параметры взаимодействия второго порядка через параметры взаимодействия первого порядка :

Л - 22 ^ ~

(2.6)

(2.8)

Jh 1 / } Ь I к J I, к

(2.9)

Соотношения (2.6)-(2.9) получены ранее Люписом и Эллиотом * другим путем.

Если концентрация компонента I мала, а все остальные образуют совершенный раствор, то из (2.3) можно получить

Ч-Ь&гааф-дан,)

(2.10)

Такое ле уравнение, как (2.10), получено ранее Л.А.Вольтовым другим путем.

Представляет интерео, используя 42.3) оценить термодинамические свойства сплавов на базе" металла 2 по термодинамическим свойствам сплавов на базе металла I.

еигГ2

1-

НЖ'-т*)

('-^'(ИН

(2.II)

Чаото удобно проводить измерения при постоянной термодина-

мической активности компонента Ь I С^ =» ашй представляют а виде параметров растворимости ТП'

Опытные данные . Из.(2.3)

следует, что параметры растворимости и параметры взаимодействия связаны соотношением

тЫ-К

{, I

е[+ Я

1 + ёХ±2Ш)

- мольная доля компонента

г

0

1 при

N.» 0 и

Здесь сопз-Ь

Распространение на шлаки мэтода, с помощью которого получены приведенные вьшо соотношения,для систем с общим анионом приводит к известному уравнению Ламсдона, а для полианиокных шлаков к уравнению Элуда-Гриотойма.

Таким образом, урапнегае (2.3) является более обедам по отношению к ряду' предложенных ранее.

В дальнейшем при термодинамических расчетах использовались уравнения, приведенные в этом разделе.

3. Поведение кислорода, серы и фосфора в окислительный триод электроплавки стали

Улучшения энергетических показателей плавки можно добиться, нагревая металл под толстым слоем вопененного шлака. При вспенивании шлака за счет ранней интенсивной продувки ванны кислородом весьма важным является вопрос о синхронизации процессов нагрева и обезуглероживания металла.

В данной работе исследован процесс обезуглероживания металла как газообразным кислородом, так и железорудными окатышами.

Важной характеристикой процесса обезуглероживания является содержание кислорода в металле, поэтому поведение кислорода при выплавке стали в дуговых печах обычной мощности с подачей в рабочее пространство газообразного кислорода, дополняемой присадкой порций железной руды, достаточно хорошо изучено. Иная ситуация возникает при обезуглероживании металла подачей крупных порций железорудных окатышей. В этом случае окисление углерода происходит путец бурных периодических вскипаний ванны. В промежутках мевду вскипаниями присадка окатышей приводит к незначительному кипению ванны, иногда ванна не кипит совсем.

На опытных плавках, проведенных в печи ДСП-Ю0И6 завода "Аыур-сталь", исследовалось влияние интенсивности ввода твердого окислителя в ванну печи на окисленность металла и шлака, скорость-обезуглероживания и деазотации металла. Пробы металла на содержание кислорода и азота отбирались погружными стаканчиками через рабочее окно печи. Содержание кислорода и азота в металле определяли методом экстракции в токе несущего газа на установко фирмы "Штроляйн".

Зависимость концентрации кислорода в металле от концентрации углерода приведена на рисунке 3.1. Можно отметить, что все точки распадаются на две группы. К одной группе относятся точки, соответствующие содержанию кислорода в металле при равномерном кипении и после бурного вскипания ванны, ко второй - перед вскипанием. Для точек первой группы связь между содержанием кислорода и углерода в металле подчиняется хорошо известной зависимости (кривая I), количественно согласую-дайся с подобного рода зависи-

Связь между содержанием кислорода и углерода в период нагрева металла в'печн ДСП-100И6 при обезуглероживании железорудными

окатышами

101, % .0,04

0,03

0,02 0,01

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 [С], %

- пробы металла, отобранные перед интенсивным вскипанием ванны

- пробы металла, отобранные после интенсивного вскипания ванны

- пробы металла, отобранные при равномерном кипении ванны

- уравнение регресии, полученное в настоящем исследовании (01=—^--+0.0055

Рис.3.1. о а

0

1

мостши, полученными А.I.!.Левиным, А.Н.Морозовым, Д.Я.Поволоцким для дуговых печей обычной мощности и мартеновских печей. Содержание кислорода в металле перед вскипанием ванны (точки второй группы) при том же содержании углерода значительно выше.

Главной причиной бурного вскипания ванны является частая присадка окатышей из-за желания ускорить обезуглероживание. Во время вскипания ванны сильно увеличивается тепловая нагрузка на оборудование электропечи.- Обезуглероживание металла серией интенсивных вскипаний ванны часто приводит к разрушению поверхностного слоя футеровки электропечи. В результате подрыва футеровки в шлаке резко увеличивается содержание окиси магния, шлак загустевает, плохо вспенивается присадками кокса. Эффективность экранирования дут шлаком понижается, что приводит к резкому увеличению тепловой нагрузки на футеровку печи и нарушению нормального хода плавки.

Достоинством технологии обезуглероживания металла присадкой в шлак железорудных окатышей язляется ее простота, возможность механизации этой операции, однако перечисленные недостатки столь существенны, что перспективность такого способа окисления углерода сомнителмш.

Более привлекательны!,1 выглядит окисление углерода газообразным кислородом, вводимым в печь через фурму, либо через трубку. Оба способа тлеют свои достоинства и свои недостатки. При вводе кислорода через расходуе?лую металлическую трубку степень использования кислорода приближается к 100$, а при вводе через трех-сопловую водоохлаждаемую фурму, расположенную на расстоянии 300-400 км от поверхности металла, составляет 40-60$. Опытные данные получепк при содержании углерода в металле более 0,2?!. Попытки приблизить фурму к поверхности металла и повысить степень использования кислорода часто приводят к заметалливанию фурмы и преждевременному выходу ее из строя. В то же время использование трубки требуе? применения манипуляторов для непрерывной подачи трубки в печь. Кроме того, трубку необходимо наращивать по мере ее расходования. Все это затрудняет эксплуатацию агрегата. Выбор иежху способами подачи кислорода - трубкой или фурмой - может быть сделан, исходя из конкретных условий работы цеха.

Поддержание в печи большого количества вспененного шлака с тем, чтобы улучиить энерготехнологические показатели плавки, воз-•■'■ог.ко при ограничении схода шлака периода плавления. Однако, при ограш:чегп:и схода шлака из печи возникает опасность рефосфорацик,

особенно в случае нагрева металла до температуры 1650-1700°С. С другой стороны, высокая мощность дуг позволяет бистро компенсировать охлаждение ванны из-за присадок извести. Вследствие этого появляются дополнительные возможности по удалению сера из металла во время нагрева. .

Исследование поведения серы и фосфора проводили в 100-тонных печах Кузнецкого металлургического комбината, завода "Лмур-сталь" и Ееларусского металлургического завода. По расплавлении основной массы шихты и по ходу окислительного периода отбирались пробы металла и шлака с одновременным замером температуры металла. Наблюдаемые .значения коэффициентов распределения серы и фосфора между металлом и шлаком сопоставлялись с равновесными со шлаком.

Коэффициент распределения серы падает с увеличением окислен-ности и уменьшением основности шлака. Отметим, что коэффициент распределения серы продолжает возрастать при увеличении основности, вплоть до основности равной 4,0, хотя при температуре 1600-1650°С шлак насыщен известью при основности 2,5-3,0. Это можно объяснить перегревом шлака по отношению к металлу. Поэтому за счет повышения оспозностя шака можно частично удалить серу в окислительный период плавки. 1

Сопоставление фактических концентраций фосфора в металле с равновесными со шлаком значениями свидетельствует о существенном запасе фосфоропоглотителыгой способности у шлака по расплавлении шихты. К концу окислительного периода запас несколько уменьшается, и лишь на некоторых плавках к этому моменту распределение фосфора между металлом и шлаком близко к равновесному. Сравнение фактического содержания серы в металле с равновесии.! указывает на небольшой запас серопоглотительной способности у шлака по расплавлении шихты z близость распределения серы между металлом и шлаком к состоянию равновесия в конце окислительного периода.

Из анализа экспериментальных данных и результатов расчетов следует, что при достаточно высокой основности шлака по расплавлении (Ca0/S10, = 2,0-2,5) можно нагревать металл, не спуская шлак периода плавления г.ллоть до температуры 1600-1650°С. При поддержании окисленности шлака на уровне 10-15$ содержание фосфора по ходу окислительного периода будет снижаться даже без присадок в печь извести. Обычно к концу периода плавления в почи находится 10-12 т шлака. Это соответствует тшше невспоненного алака в электропечах сущоствуищай конструкции 15-18 с;.;. При лспе-

нивании шлака путем присадок кокоа или продувки кислородом его высота возрастает в 2-3 раза и составляет 30-50 см. Таким образом достигается аффективное экранирование мощных электрических дуг, обеспечивается быстрый и экономичный нагрев металла. Такой энерготехнологический режим внедрен в производство на Кузнецком металлургическом комбинате и ваводе "Амурсталь". Однако содержание серы во время нагрева при использовании такого энерготехно-логкческого режима не уменьшается, поэтому такая технология целесообразна только при наличии средств внепечной обработки металла.

С другой стороны, при обновлении шлака и повышении его основности на 0,6-1 ед., при одновременном понижении содержания ( ГеО) на 3-5$ возможна 30-40$ степень десульфурации металла. Однако высота шлака при этом уменьшается, поэтому приходится снижать уровень вводимой мощности. При этом увеличивается длительность нагрева, расход электроэнергии и электродов. Достоинством такой технологии является возможность совмещения нагрева и десульфурации металла, отпадает необходимость внепечной десульфурации шлакообразующими смесями. В целом технология является приемлемой при выплавке простых марок стали с допустимым содержанием серы до 0,035$ из металлошихты, позволяющей получить по расплавлении металл с содержанием серы не выше 0,06$.

Для описания кинетики перехода серы и фосфора из металла в шлак использовали подход, предложенный Шекели. Предполагается, что всплывающий пузырь газа при пересечении поверхности раздела уравнивает объемные концентрации компонента в металле.(фаза 2) и шлаке (фаза I) с поверхностными. В промежутке времени между двумя пузырями массоперенос ь металле и шлаке осуществляется за счет нестационарной диффузии, при этом предполается наличие термодинамического равновесия на поверхности раздела. Поток компонента, переходящего из фазы I в фазу 2 ( СГ ) и концентрация его на межфазной границе ( С ) описываются уравнениями:

^ = к+ ), (зл)

к=С3/С1 , (3<2)

(3.3)

В уравнениях (3.IM3.3) Д и D2 - коэффициенты диффузии компонента в шлаке и металле; Ct ,Cj и С* . С^ - объемные и поверхностные концентрации компонента в шлаке и металле; Z -интервал времени между пересечением границы металл-шлак двумя последовательно всплывающими пузырями.

Расчетные значения потоков серы и фосфора удовлетворительно согласуются с фактическими,что позволяет использовать рассмотренный метод для прогноза содержания серы и фосфора в металле по ходу окислительного периода плавки.

На основе полученных экспериментальных данных и теоретических зависимостей совместно с сотрудниками Московского Университета создана компьютерная модель.электроплавки стали . Информация о работе основного и вспомогательного оборудования печи, показаниях измерительных приборов и состоянии рабочего пространства представлена на экране монитора в виде картинных управляемых изображений, сопровождаемых звуковыми сигналами. Модель позволяет имитировать основные операции, которые сталевар выполняет по ходу плавки, и может использоваться как для обучения персонала, так и для управления работой печи в автоматическом режиме.

4. Подготовка стали к разливке на мелкосортной Г.НЛЗ

В гСПЦ-2 завода "Амурсталь" углеродистую (ст.З, ст.5) и низколегированную (09Г2С, 25Г2С) сталь выплавляют в электропечи ДСП-100И6, оснащенной трансформатором мощностью 80 МВА..Раскисление и легирование стали осуществляется во время выпуска. После .выпуска плавки из печи металл продувают азотом через погружную фурму. Во время продувки производят корректировку по химическому составу, после чего сталь разливают на шостиручьевой МНЛЗ радиального типа через дозаторы диаметром 12-14 мм в заготовку сечением 125x125 мм.

При производство отали по схеме сверхмощная ДСП - мелкосортная МНЛЗ определяющее значение имеет подготовка металла к разливке. Основными нарушения»:.*! в работе МНЛЗ являются затягивание дозаторов промежуточного ковша, образование трещин и газовых пор в отдаваемой заготовке.

Затягивание или зарастание дозатороЕ промежуточного коваа -

* Руководитель программирования А.В.Введенский.

одна из главных причин потери ручьев при разливке. Это объясняется малым диаметром рабочего канала дозаторов и нестабильной технологией выплавки и внепечной обработки. Исследование металла, извлеченного из дозатора промкоаша, показало, что прекращение истечения металла происходит из-за скопления твердых включений, имеющихся в стали, в канале дозатора, главным образом в верхней части канала. Поэтому устранение затягивания дозаторов - это проблема формирования жидких неметаллических включений. Следовательно, вероятность потери ручья можно уменьшить, увеличивая отношение Шп] / [Б!] , стремясь к тому, чтобы продукты раскисления представляли собой жидкие силикаты марганца. Анализ плавок, разлитых полностью на шести ручьях, показывает, что скорость разливки при этом возрастает (рис. 4.1 а).

Существует еще одна причина, из-за которой продукты раскис- , ления должны быть жццккми. В таблице 4.1 приведено изменение содержания кислорода в металле по ходу внепечной обработки и разливки.

Таблица 4.1 Среднее содержание кислорода в стали

Марка ! стали ! ! Кол -во ! плавок ! ! Сояетшанке кислорода в стали, ЙхЮ3

¡перед вы-1.перед ¡после !из п/ков-!готовый !пуском !продувкой!пволувни!па ! прокат

Ст.Зсп' 16 20,4 16,0 12,0 12,9 13,9

09Г2С 4 40,4 16,0 8,5 11,2 13,5

25Г2С 5 13,6 10,2 10,0 12.9

Из-за длительного контакта металла с атмосферой при разливке

содержание кислорода заметно возрастает. За разливку окисляется (2,0-4,0)х1СГ2$ кремния и (0,5-1,0)хЮ~2$ марганца. При образовании вязких включений с высокой температурой плавления, богатых кремнеземом, появляющийся шлак может внедриться в формирующуюся корочку при затвердевании металла. Это приводит к прорыву жидкого металла в зоне вторичного охлаждения МНЛЗ.

Однако, повышение отношения марганца к кремнию более 3,0 не оправдано по ряду причин. Уменьшение содергкания кремния вызывает образование газовых пор в кристаллизующейся заготовке. При разливке стали марки Ст.Зсп содержание кремния должно бйть не менее 0,15'Д. Повышение содержания марганца в стали оказывает отрицательное влияние на пластические свойства металлопроката, особенно в услк.тх сечениях. Кроме того, это приводит к удорожашпо стали.

V,

т/ти

0,90

V,

т/г m

V,

т/.тлп

1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

tMd/CSt]

9 10 II

uu-íq;5

■1 8

Рт'т. 4.1. 3"n:in.;n

б - от '1т:;_пггт; т» - от

ЧЗОТО'Т

'С

от::о,-:т!Г:*я C"''il /К»] »■»АЬ-Ю-УГЛ прозу'-.::

Стабильность разливки при неблагоприятном отношении ШлЗЛБМ можно повысить за счет присадки в ковш во время выпуска 0,20-0,30 кг/т алюминия. Это объясняется тем, что в тройной системе МпО-- БЮа -А120з при 1600°С присутствует обширная область жидких растворов. Однако, чрезмерная присадка алюминия приводит к появлению в металле включений глинозема. Поэтому зависимость скорости разливки от содержания алюминия^немонотонная, максимум скорости для стали марки Ст.Зсп соответствует 0,006-0,008$ А1 (рис. 4.1 б).

Анализ металла на содержание кислорода и локальный рентгено-спектралышй анализ состава неметалличеоких включений показал, что продувка металла газом через погружную фурму изменяет количество и состав включений. Содержание кислорода снижается на 2550!?, причем основное количество кислорода удаляется в первые пять минут продувки. За время продувки происходит трансформация неметаллических включений. Жидкие вюлочения поглощают твердые, причем образующиеся включения, судя по составу, при температуре 1600°С также являются жидкими (рис. 4.2). О том, что включения после продувки азотом являются более однородными по составу, свидетельствуют результаты фракционного газового анализа проб металла, выполненного на анализаторе фирмы "Штроляйп". Кривая газозвделения из пробы металла, отобранной до продувки, имеет много перегибов, что говорит о присутствии в металле набора разнородных включений. Кривая газовыделения из пробы после продувки,напротив,гладкая (рис. 4.3). Таким образом, продувка металла азотом уменьшает количество оксидных неметаллических включений и благоприятно сказывается на их составе. Вследствие этого, с увеличением длительности продувки скорость разливки возрастает (рис. 4.1 в).

5. Производство качественных марок стали в современных электросталеплавильных цехах

При эксплуатации цехов, оснащенных сверхмощными ДСП, в составе интегрированных вавоцов прокзводтыв кнркя стыш зачастую повторяют сортамент цехов о обычными ДСП, то есть включают высококачественные легированные и конструкционные марки стали. При отсутствии в цехе установки для подогрева стали в ковше технологически оправдано после завершения окислительного периода не сливать плавку в ковш, а довести металл под шлаком окислительного периода по содержанию легирующих элементов и температуре, а вне почи только осуществлять корректировку по этим параметрам.

. Рис. 4.2. Химический состав включений в стали: а - до продувки азотом, б - после продувки азотом

Рис. 4.3. Кривая газовиделенкя при анализе образцов металла на

содержание кислородаа - до продувки азотсм, б - поело продувки азотом

Такая технология носит название одношлакового процесса плавки (ОШП). Возникающие проблемы и пути их решения подробно освещены в работах Д.Я.Поволоцкого, А.М.Левина, Ю.А.Гудима и др.

Высококачественные марки стали содержат не более 0,025$ серы. Поэтому наиболее известный и изученный вариант ОШП (мартеновского типа) с выпуском из печи металла, а затем окислительного шлака не пригоден из-за низких возможностей по десульфурации металла.

По этой причине при производстве стали в ЭСПЦ-2 Кузнецкого металлургического комбината применяется технология ОШП, предусматривающая обработку металла при выпуске твердыми шлакообразую-Ш1ми сгясяыи и перенос легирования кремнием из печи в ковш.

Во время выпуска плавки большая высота падения струи определяет как эффективность десулъфурации металла, так и возможность загрязнения стали шлаковыми частицами. В таблицах 5.1, 5.2 приедены содержание кислорода и загрязненность оксидными неметаллическими включениями в различные периоды плавки стали 25ХГСА и ШХ15.

Таблица 5.1 Среднее содержание кислорода в стали

Марка стали !Кол-во! Среднее содержание кислорола. ^хЮ3 ¡плавок!перед вы--¡после вы-¡перед ¡после ¡готовый ! ¡пуском !птска !продувкой¡пролувки!прокат

25ХГСА ШХТ5 ■ 4 14,8 9,8 5,4 5,4 4,5 4 7.3 8.2 7.4 5.8 5.1

Таблица 5.2 Загрязненность стали неметаллическими включениями по ходу внепечной обработки

Марка стали !Кол-бо! Загрязненность стали. % об. х !плавок!после выпуска ! перед продув- ! после продув! ! ! кои ! ки ! ! оксил. ! глоб. ! оксид. ! глоб.¡сжсил. !глоо.

25ХГСА ¡Щ!? 5 3,36 1,93 3,50 1,12 2",23 0,77 А 2.12 3,40 2.10 1.06 1.81 0.70

За 30-50 минут выдержки между окончанием выпуска и началом продувки аргоном и 4-5 минут продувки успевает удалиться из мо-галла большая часть включений, имеющих диаметр более 15 микрон. Включения меньших размеров остаются в металле, попадают в слиток и, укрупняясь при кристаллизации, загрязняят "металл. Снижения

загрязненности металла крупными глобулярнк.тд включениями можно добиться путал переноса легирования кремнием из пзчи в ковш. Характерны?.: для стали, выплавляемой 0!ПП, является значительно • меньшая загрязненность глобулярными включениями и более высокая загрязненность оксидами по сравнению с ДШП. Загрязненность стали сульфидны.?!! включениями при этом находится на одном уровне (табл. 5.3).

Таблица 5.3

Загрязненность неметаллическими включения!,та стали марок ШХ15, 25ХГСА, выплавленной по двушиковой и ода:ошлако-вой технологии

Загрязненность. балл

стали ! технологии ! СУЛЫМИН ] оксиды ! глобулн

25ХГСЛ 100-т печь ДПП 2,39 1,79 2,14

100-т печь ОШ 2,40 2,24 0,75

ШХ15 40-т печь ДШ 2,00 1,20 0,85

100-т печь да 1,95 1,80 1,40

100-т печь ОШП 2.15 1.90 Р,28

Опробование нескольких вариантов ОШП при производстве подшипниковой стали привело к заключению, что большей чистоты по оксидным неметаллическим включениям мсгпно добиться, обрабатывая металл при выпуске плавки шлаком, сформированным посредством присадки смеси следующего состава: известь - 8-10 кг/т, глинозем -4-5 кг/т, плавиковый шпат - 2-3 кг/т. Одношлэковая технология выплавки подшипнпкозой стали внедрена в производство.

Представляет интерес сопоставление качества подшипниковой стали, выплавленной по различным технологиям (табл. 5.3). С увеличением раскислекности системы мэталл-галак пород выпуском плавки балл оксидных включений падает, а балл глобулярных включений сначала возрастает, а затем падает. Поскольку в сверхмощных дуговых печах невозможно добиться такой же раскисленности систем.' металл-илак, как в печах малой емкости, усиленное раскисление в печи приводит к возрастанию количества и размеров глобулярных включений.

Таким образом, технология, предусматривающая обработку "ч-

таиш при выпуске плавки твердой шлакообразующей смесью и перенос легирования кремнием из печи в коеш, позволяет выплавлять в сверхмощной дуговой печи высококачественные марки стали.

В большинстве стран мира рельсовая сталь выплавляется в мартеновских печах и кислородных конвертерах. Электропечи используются в некоторых европейских странах, главным образом, при выплавке легированных рельсовых сталей, В России рельсовая сталь выплавляется в мартеновских печах с последующей разливкой в слитки.

В последние годы на Кузнецком металлургическом комбинате о целью поиска новых путей повышения качества рельсов опробовано ; ■ производство рельсов из электростали Кузнецкого металлургического комбината (КМК), Беларусского металлургического завода (ШЗ) и Оскольского Електрометаллургического комбината (ОЭМК).

Результаты анализа на содержание примесей объемнозакалекных рельсов, выплавленных по различным технологиям, приведены в таблице 5.4. Помимо рельсов производства КМК приведены также характеристики кислородно-конвертерной стали производства меткомбина-та в г. Млшкольце (Венгрия) и мартеновской стали меткоыбината в г. Катовице (Польша).

Раскисление алюминием мартеновской стали обеспечивает низкое содержание в ней кислорода. Однако, оксидные включения в этом случае представляют собой длинные глиноземистые строчки. В то же время по данным ряда исследований изъятие рельсов из эксплуата- " ции находится в прямой зависимости от длины строчечных оксидных включений. Раскисление стали сплавами кальция позволяет избежать появления в металле хрупких строчечных включений, однако, для достижения низкого содержания кислорода требуются s ¿фективныв средства внепечной обработки.

Чем больше в стала кислорода, тем больше оксидных неметаллических включений, каждое из которых может стать местом sapos-;,эния усталостной трещины. Можно ожидать обратной зависимости между количеством включений г усталостной стойкостью стали. В таблице 5.5 приведены данные о наработко тоннажа до изъятия отдельных рельсов первой и второй.группы по донным испытаний на экспериментальном кольце ВНШИТ.с одной стороны,и о содержании в металле кислорода,с другой. Данные таблица 5.5 в общем подтверждают предположение о заметном влияшл содержания кислорода на усталостную стойкость рельсовой стали.

Таблица 5.4

Содержание притлесей в рельсовой стали различной технологии производства

Завод, способ Способ рас- ! Внепечная ! Разливка Содержание примесей. ег ■ »

производства кисления ! ! ! обработка ! i [ОНО* ! з |ШЫ0 ;г5мс?1[Агио3 [VH02

K.IK, мартен., I группа печь -Б! Мд А1 ковш -ГеБ* , 31Са продувка Хр слиток 5,0 4,9 25 10 4

К/:К, мартен., П группа печь - Мп ковш - А1,Ге51 продувка Аг слиток 2,2 3,1 23 15 -

Меткомбинат Катовице (ПНР), мап-тен., П группа* - печь - Мп ковш - А1 продувка Аг слиток 1,7 4,7 14 17 —

Меткомбинат Миш-кольца (ВНР), конвертер., I группа ковш - гхСа ASEA-SKF слиток 2,1 4,5 13 5 7.6

к.:к, дслгюо, I группа печь - Si Mn AI шлакообразуюцая копт - R=Çt CMGCb при выпус-кова - Геы.ьил ке> продувка Аг слиток 5Д 6,6 8 12 5

Н.;з, ДСП-1С0, I группа ковш - FeSi SiCa пводувка Аг , печь-ковш, циркуляционный вактуматоо Р.ШЗ. заготовка 300x330 ш 2,8 6,2 16 5 4

с;-.'.:к, ДСП-2ССГ, I группа ковш - FeSi SiCa продувка Аг , порционный ва-кууматор МНЛЗ, заготовка ЗССх400 мм 2,4 4,6 8 5 5

Таблица 5.5

Влияние содержания кислорода на эксплуатационную стойкость рельсов

I группа (раскисление кальцием)

Тоннаж, млн. т " 1 | 150 | 209 | 304 | 310 ! 334 без ! дефектов

[0] хЮ3 2,4 2,6 2,4 1,7 1,3

П группа (раскисление алюминием)

Тоннах, млн. т ! 100 1 213 ! 290 без дефектов

[0] хЮ3 2,4 1,3 1,5

Из данных габлицы 5.4 следует, что электросталь содержит меньше таких вредных примесей, как сера и кислород, вредно влияющих на механические и эксплуатационные свойства рельсовой стали. Поэтому некоторое количество рельсов для особо грузонапряженных участков магистрального пути, прежде гсего для районов Крайнего Севера целесообразно производить из электростали.

6. Азот в электростали

Внэпечная обработка стали, выплавляемой в сверхмощных дуговых печах, позволяет получать металл с низким содержанием серы и кислорода. Однако возможности удаления азота при внепочной обработке ограничены. В то же время в металле после элёктроплавки содержится больше азота, чем в металле мартеновского или конвертерного способа производства. В насхоящей работе исследовалось поведение азота по ходу выплавки стали в современных дуговых печах, ее внепечной обработки и разливки, а также влияние азота на свойства стали.

Окисление углерода сопровождается деазотацией металла. Количество удаленного азота возрастает с увеличением количества окисленного углерода и снижается с уменьшением содержания азота в пробе металла по расплавлении.. Содержание азота в пробе металла по расплавлении в печи ДСП-100И5 составляет 0,005-0,008$. Это больше полученного нами в пробе металла по расплавлении в печи ДСП-100НЗА - 0,004-0,006$, но меньше, наблюдаемого при производстве стали традиционным процессом в печи ДСП-40 - 0,008-0,012$. По-видимому, содержание азота в пробе по расплавлении зависит

от интенсивности обезуглероживания в период плавления. Действительно, при производстве стали в ДСП-40 обезуглероживание в период плавления очень незначительно, в печи ДСП-ЮОКЗ^ подача кислорода в плавление с интенсивностью порядка 1000 м3/час, естественно, приводит к обезуглероживанию в этот период. Печь ДСП-100И6 занимает промежуточное положение,•поскольку подача железорудных окатышей в сочетании с интенсивным прогревом металла в зоне распада электродов также вызывает обезуглероживание металла.

В промышленных печах время прохождения пузырька окиси углерода через металл обычпо недостаточно для достижения равновесия на поверхности раздела газа с металлом, и парциальное давление азота в пузырьках (Р* ) меньше равновесного (Р^ ). Для учета этого обстоятельство вводят коэффициент эффективности удаления растворенного газа ( Т^ = Р^ /Р^ ). Экспериментальные данные по удалению азота в окислительный период плавки при обезуглероживании окатышами хорошо описываются известным уравнением Геллера при равном 0,31.

При выпуске плавки содержание азота з металле возрастает на (1-3)хЮ~3$. При дальнейшей продувке аргоном и разливке в слиток содержание азота в металле меняется-очень незначительно. Так, содержание азота в стали ШХ15 составляет (4-6)хЮ~3?. Ила я ситуация возникает при продувке металла азотом и разливке на мелкосортной ШЛЗ. Усвоение азота пря продувке через погружную фурму составляет 14-22$, в зависимости от его содержания перед началом знепечной обработки. При разливке прирост содержания азота составляет (2-4)хЮ~э$, причем более окисленный металл поглощает его в меньшей степени. Содержание азота в готовом металле колеблется в интервале (8-14)хЮ~3$. Тазам образом, несмотря на длительную продувку (до 20 мин.) и отсутствие защиты струи при разливке, содержание азота в готовом металле соответствует действующим1 требованиям (для стали, выплавляемой скрап-процессом, содержание азота не должно превышать 0,017$). В то же время при повышении содержания азота ухудшается ударная вязкость стали, что очень нежелательно для металлоконструкций, работающих в условиях Севера. Помимо этого, с увеличением содержания азота возрастает опасность поражения металла газовыми раковинами. Средством борьбы с азотом может быть быстрый выпуск металла из печи через днище, продувка аргоном, а не азотом и застта струи металла при разливке.

3 то же время хорошо известно, что добавки ниобия или ванадия широко используются для управления размером аустенитного зерна и для увеличения прочности сталей. Выделение карбонитридов ниобия и ванадия препятствует росту аустенитного зерна и, таким образом, увеличивает ударную вязкость стали. При высокой растворимости карбонитридов ванадия и ниобия можно рассчитывать на увеличение прочносаи и твердости в результате дисперсионного твердения. В связи с возможностью повышения свойств стали путем нитрид-ного упрочнения рассчитаны температурно-концентрационные области выделения карбонитридов ванадия, ниобия, титана и нитридов алюминия из растворов на основе ^-Ре , соответствующих по своему составу рельсовой стали.

Учитывали уравнения материального балапса и химической связи. Коэффициенты активности рассчитывали с помощью параметров взаимодействия. Коэффициенты активности компонентов в карбонитрл-де определяли по уравнению регулярных ионных растворов.

Для проверки возможности применения модели провели тестовые расчеты, результаты которых сопоставила с имеющимися в литературе экспериментальными данными. Проведены расчеты для ряда низколегированных сталей, имеющих избыточную фазу в вида:У(СН)и АС N , И(СН) и АеЫ,(Т1У){СЫ) и леи ,(ЩУ)(СМи лек . Достигаемую точность расчетов можно признать вполне удовлетворительной.

Результаты расчета применительно к рельсовой стали показала, что при микролегпровании ниобием металлоидная подрегаетка карбо-нитридЗ' заполнена в основном углеродом. По этой причине уьоличе-ние содержания азота не сказывается сколько-нибудь заметно на составе или ко^естве избыточной фазы. При микролегировашш титаном образуются очень прочныз нитриды, устойчивые до темпзратурн со-лздуса. При микрологироваиш ванадием при низкой темпэратурэ избыточная фаза представляет собой карбид ванадия. По мере повышения температуры увеличивается содержание азота в карбонитриде.

Разработанная методика расчета растворимости карбонитридов можот быть использована при выборе рационального химического состава и режима термообработки различных марок стали.

ВЫВОДЫ

I. Исследовано влияние уровня вводимой в печь активной мощности и шлакового режима плавки на энерготехнологические показатели работы печи в период плавления шихты.

Для эффективного управления шлаковым режимом периода плавления шиты разработан алгоритм подачи шлакообразующих материалов в печь в автоматическом режиме. Алгоритм внедрен в промышленную эксплуатацию на печи ДСП-100И6 завода "Амурсталь".

2: Исслодовано влияние высоты слоя шлака и электрических параметров дуги на энергетические и технологические характеристики работы печи в период нагрева жидкого металла. С ростом отношения высоты шлака к длине дуги от I до 4-5 доля энергии дуг, передаваемая металлу, возрастает с 30-40$ до 70-90$.

3. Выведены расчетные уравнения, позволяющие анализировать влияние электрического режима плавки и высоты шлага на эффективность передачи энергии дуг металлу и тепловую нагрузку на футеровку электропечи. Полученные с их помощью зависимости удовлетворительно согласуются как с экспериментальными данными настоящей работы, так и с данными других авторов. Ча основе полученных уравнений разработан алгоритм прогноза температуры металла с точностью + 10°.

4. Показано, что в период нагрева металла рациональный электрический режим лепит внутри замкнутой облаоти, ограниченной линиями максимальной производительности агрегата, максимально допустимой тепловой нагрузки на футеровку и минимального расхода электродов.

5. Изучена технология обезуглероживания металла при выплавке стали в сверхмощных дуговых печах при окисления углерода газообразным кислородом, вводимым через расходуемую металлическую . трубку и водоохладцаемую фурму и окислении присадкой в шлак т/.о-лезорудных окатышей. При окислении углерода присадкой в шлак железорудных окатышей обезуглероживание происходит путем периодических вскипаний ванны. Перед вскипанием содержание кислорода

в металле на глубине 20-30 см от поверхности раздела шлак-металл превышает содержание кислорода после вскипания вагам в 1,5-2 раза.

6. В рамках квазихимической теории получено уравнение для расчета термодинамических свойств многокомпонентных металлических растворов, являющееся более общим по отношению к ряду предложенных ранее.

7. Развита методика расчета параметров взаимодействия первого порядка, исходя из свойств чистых компонентов. Сопоставление расчетных и экспериментальных значений параметров взакмодей-

.'твия для расплавов на основе железа показало, что теоретическое .¡качение обычно лежит внутри разброса экспериментальных данных.

8. Исследовано распределение серы и фосфора между металлом

и шлаком в окислительный период плавки. С помощью модели переноса вещества через перемешиваемую пузырями поверхность раздела двух несмешивающихся жидкостей,- предполагающей термодинамическое равновесие на поверхности раздела, получено математическое описание поведения серы и фосфора при окислительном рафинировании металла.

9. Комплексное исследование взаимосвязанных тепловых и рафинирующих процессов, протекающих при плавке стали в сверхмощных дуговых печах, позволило разработать технологию проведения окислитель- юго периода плавки под шлаком периода плавления с увеличением вводимой в печь активной мощности до 45-50 МВт.

10. Исследовано влияние различных факторов пнепечной обработки на разливаемость стали на мелкосортной МНЛЗ. Установлено, что причиной затягивания каналов дозаторов промежуточного ковша является скопление в верхней его части конгломератов неметаллических включений. Скорость разливки возрастает с увеличением отношения [Мп] /[БП и содержания алюминия до 0,006-0,008$; при дальнейшем увеличении концентрации алюминия в стали скорость розко снижается. Продувка ¡."егаллй через погружную фурму в течете Б—¿0 минут увеличивает скорость разливки вследствие снижения содержания кислорода на 25-50$ и образования жидких продуктов раскисления.

11. Изучено поведение азоуа при выплавке, внепечной обработке и разливке сташх на мелкосортной МНЛЗ. В готовом металле содержание азота составляет (8-14)хЮ"3/£. Разработзна методика расчета растворимости карбонитридов в сталях. Методика использована при выборе рапяоналъного химического состава рельсовой стали.

12. При произЕОДстье консгрузсцибшшх и подшипниковой марок стали большая высота падения струи определяет как эффективность десульфурации металла присадкой в ковш в начале выпуска твердых длакообразуювдх смесей, так и возможность загрязнения металла шлаковыми- частицами. Перенос легированил кремнием из печи в ковш позволяет снизить загрязненность металла грубыми глобулярными включениями без ухудшения степени десульфурации.

13. Выплавка подшшгиковой стали в современных дуговых пе- . чах двуилаковым процессом нецелесообразна. На основании изучения причин появления в металле крупных оксидных включении браковоч-

ного балла опробована, а затем и внедрена технология выплавки подшипниковой стали одноплаковым процессом с рафинированием синтетическим шлаком, получаемым путем присадки в ковш галакооб-разующей смеси из извести, глинозема и плавикового пшата во время выпуска плавки.

14. Эксплуатационная стойкость рельсовой стали на грузона-пряженных участках пути во многом определяется количеством, формой и составом неметаллических включений. Рельсовую сталь для особо грузонапряженных участков магистрального пути в районах Крайнего Севера целесообразно выплавлять в сверхмощных дуговых печах с последуюпей интенсивной внепечной обработкой и непрерывной разливкой.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Лякишев Н.П., Снитко Ю.П., Суровой Ю.Н., Соколова С.Л. ТС термодинамике взаимодействия азота и кислорода с металлическими расплавами.//Сборник трудов Всесоюзной научно-технической конференции "Производство сталей и сплавов в вакуумных печах". Москва, 1982, с.16-18.

2. Снитко Ю.П., Суровой Ю.Н., Лякишев Н.П. О связи параметров взаимодействия с атомными характеристиками компонентов.// ДАН СССР, 1983, т.268, й 5, с.1154-1156.

3. Суровой Ю.Н., Снитко Ю.П. Расчет параметра взаимодействия из атомных характеристик чистых компонентов»//Гурнал физической химии, 1983, т.57, № 2, с.477-478.

4. Снитко Ю.П., Суровей Ю.Н., Ляккиев Н.П. Метод определения теплот смешения окислов. Тезисы научных сообщений пятой Всесоюзной конференции "Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов".//Свердловск, 1983, ч.З, с.278-280.

5. Лякишев Н.П., Снитко Ю.П., Суровой Ю.Н. Квазихилический метод расчета термодинамических свойств жидких металлических растворов.//ДАН СССР, 1384, т.278, !Ь I, с.147-151.

6. Лякишев Н.П., Снитко Ю.П,, Суровой Ю.Н. Кзазихжяческий метод расчета термодинамических свойств жидких металлических растворов.//Тезисы докладов пятого Всесоюзного совещания по термодинамике металлических сплавов. Москва,-1965, с.90.

7. Снитко Ю.П. Термодинамические свойства неассоциировэпних растворов.//Тезисы научных сообщений шестой Всесоюзной конференции по строения я свойствам металлических и плаког.ых расплавов.

- зг -

Свердловск, 1986, ч.З, с.270.

8. Снитко Ю.П., Оржех И.М. Термодинамические свойства регулярных ионных растворов./Дезисы научных сообщений шестой Всесоюзной конференции по строению и свойствам металлических и шлаковых расплавов. Свердловск, 1986, ч.З, с.271-273.

9. Андреев В.И., Снитко Ю.П., Дорн К.Ф. и др. Внепечная обработка легированной конструкционной стали, выплавляемой в 100-т дуговых печах Кузнецкого металлургического комбината.//Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции по теории и практике внепечной обработки стали. Москва, 1985, о.156-157.

10. Снитко Ю.П., Оржех И.М., Равнушкин В.А. и др. Повышение эффективности работы высокомощных дуговых печей.//Шл. НТИ Черная металлургия, 1987, № 7, с.41-42.

11. Снитко Р.П., Кузнецов Е.Л., Андреев В.И., Пащенко В.Е. Выплавка подшипниковой стали одношлаковым процессом в 100-тонных дуговых печах Кузнецкого металлургического комбината.//Тезисы докладов шестой Всесоюзной научной конференции по современным проблемам электрометаллургии стали. Челябинск, 1987, с.66,

12. Снитко D.H., Пащенко В.Е., Дорн К.Ф. и др. Выплавка подшипниковой стали в мощных дуговых печах.//Бюл. КТИ Черная металлургия, 1987, Ун 14, с.40.

13. Снитко Ю.П., Дорн. К.it., Пащенко В.Е. и др. Выплавка подшипниковой стали в 100-т дуговых печах Кузнецкого металлургического комбината.//Сталь, 1988, А 5, с.32-34.

.14. Снитко Ю.П., Оржех И.М,, Катунип А.И., Тарынин Н.Г. Технологии проведения периодов плавления и окисления на максимальной мощности печного трансформатора.//Тезисы докладов шестой Всесоюзной научной конференции до современным прослемам электрометаллургии стали. Челябинск, 1987, с.57-58.

15. Оржех U.V., Снитко Ю.й. Рациональный режим работы ДСП-100И6 в период нагрева металла./Д а зисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Обобщение опыта эксплуатации высокомощных дуговых сталеплавильных пегей", Челябинск, 1989,

с.14-15.

16. Снитко Ю.П., Оржех И.М. Расчет энерготехнологического режима работы ДСП-100И6 в период нагрева металла.//Сталь, 1989, të 8, с.34-37.

17. Лякишев Н.П., Оржех K.M., Снитко Ю.П. Эффективность использования тепла в период нагрева жидкого металла в сверхмощной дуговой электропечи./Дозисы докладов седьмой Всесоюзной

научной конференции "Современные проблем!.- электрометаллургии стали", Челябинск, 1900, с.59-00.

18. Долил :.:.!.!., Снитко Ю.П. Контроль эффективности экранирования дуг в сверхмощной луговой печи.//Тезисы докладов седьмой Всесоюзно!: научно!: конференции "Современные проблеет электрометаллургии стали", Челябинск, 1990, с.61.

19. Долин !.!.'.;., Снитко Ю.П. Использование акустической эмиссии электрических дуг для управления тепловой работой мощной дуговой печи.//Сталь, 1990, .'."> 4, с.38-39.

20. Лякишев Н.П., Снитко Ю.П., 0р-"х И.И. Окислительное рафинирование металла от серы и Зюсфора в сверхмощных дуговых печах . //Научные сообщения седьмой Всесоюзной конкуренции по строению и свойствам металлических и шлаковых расплавов. Челябинск,

1990, т.З, ч.й. с.251-ИБ4.

21. Ляютаев II.П., Снитко Ю.П., Оряэх И.М. Передача тепла от электрических дуг ванне расплавленного металла в сверхмощной дуговой сталеплавильной печи.//Известия ВУЗов Черная металлургия,

1991, 3, с.29-31.

22. Лякишев К.П., Снитко Ю.П., Оряех И.М. Окислительное рафинирование металла от серы и фосфора в сверхмощных дуговых печах.//Известия АН СССР. Металлы, 1991, Я< 2, с.5-10.

23. LyaMshev N.P.. Orzhekh I.H., Snitko Yu.P. Heating of' molten metal bath in Ultrahigh-pover electric-arc steelaaking furnace. // Proceedings of the Sixth International Iron and Steel Congress , N'agoya, 1990,vA . p. 16>-i7i.

24. 'Лякишев Н.П., Снитко Г.П., Введенский A.B. и др. Расчет растворимости карбонятридов в рельсовой стали.//Научные сообщения X Всесоюзной конференции по о,изпко-х::т.:ическим основам металлургических процессов. Москва, I9SI, ч.1, с.200-209.

25. Лякишев Н.П., Орже;: И.:.!., Дорн К.v., Григорозич К.В., Снитко С.П. Поведение кислорода и азота при плавке стали в сверхмощной ДСП.//Научные сообщения X Всесоюзной конференции по физико-химическим основа:.: металлургических процрсспв. Москва, 1991, 4.2. с.133-136. „ .

26. Снитко К1.II., Королев Н.З., Введенский A.B. Термодинамический расчет растворимости кар'онитридов сложного состава в пересыщенных железоуглеродисты/, тверды" растворов.//Научные сообщения УП Всесопзно:: пколы-сс;:::нягл "Применение уат'-ггптичос:'.их "етодсв для опнсягнл :: изучения ^пзнне-хиуитес:'::/. равновесий".

Ht аосибирск, 1992, с. 165-166.

27. Оркех K.M., Снитко Ю.П. Цагрсв ванны жидкого металла в сверхмощной ДСП //В сб.: Производство электростали! Челябинск, 19Э1, с. 51-56.

28. Казанков Б.А., Корниенко А.И., Снитко Ю.П. и др. Смесь для рафинироЕания и модифицирования стали // A.c. ,'ё 289893. Б.И. 1987, J5 6. •

29. Андреев В.И., Гильдэбранд Я.А., Снитко Ю.П. и др. Способ выплавки стали // A.c. JS I3374I9. Б.И. 1987, JЬ 34.

30. Сшико Ю.П., Оржох И.М., Дорн К.Ф. и др. Способ обработки стали в ковше // A.c. й 1523575. Б.И. 1989, ß 43.

31. Снитко Ю.П., Долин М.М., Оржех И.М. и др. Способ управления электрическим режимом сверхмощной дуговой сталеплавильной печи // A.c. JE 1693078. Б.И. 1991, Jf 43.

32. Снитко Ю.П., Долин U.M., Оржех И.М. и др. Способ экранирования дуг в электрод^говой печи // Решение ВНИИГПЭ о выдаче патента по'заявке 4900728/02 от 09.01.1991.

г.11ово»уЗ№Ц1, лиг КМК. 1003г., эм.Э3565,'тнр.100. 1 иеч.пист