автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Оптимизация процессов раскисления и микролегирования конструкционных сталей порошковыми проволоками с алюминием и кальцием

ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ Ой УНИВЕРСИТЕТ

2 3 НОЯ да

Чичкарев Евгений Анатольевич

УДК 669.18.046.516.2

Оптимизация процессов раскисления и микролегирования конструкционных сталей порошковыми проволоками с алюминием и

кальцием

Специальность 05.16.02 - Металлургия черных металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Мариуполь 1998

Диссертация является рукописью

Работа выполнена в Приазовском государственном техническом университете (ПГТУ ) Минобразования Украины, г. Мариуполь

Научный руководитель - доктор технических наук, старший научный - сотрудник Троцан Анатолий Иванович,

Институт проблем материаловедения HAH Украины( г.Киев), зав. отделом

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие :

доктор технических наук, профессор Казаков Алексей Алексеевич, Донецкий научно-исследовательский институт черной металлургии Министерства промышленной полигики, зав. конвертерной лабораторией

кандидат технических наук Шемякин Анатолий Васильевич, научно-производственное

предприятие "Ферро-Сталь"( г.Мариуполь), главный технолог

Физико-технологический институт металлов и сплавов HAH Украины, г.Киев, лаборатория непрерывной разливки стали.

Защита состоится 1998 года в

00

_ на заседании

специализированного ученого совета К 12.052.01 при Приазовском государственном техническом университете : 341000, г. Мариуполь Донецкой обл., пер. Республики. 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Приазовского государственного технического университета : 341000, г. Мариуполь ул. Апатова , 115.

Автореферат разослан 1998 г.

Ученый секретарь

специализированного совета, ¿¿^

доктор технических наук, профессор ( В.А.Маслов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертационная работа посвящена математическому моделированию и тимизации процессов раскисления и модифици-рования неметаллических лючешш при обработке стали на установке доводки металла (УДМ) в злеразливочном ковше (СК) и в ходе непрерывной разливки в промежуточном вше (ПК) машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Разливка стали на МНЛЗ предъявляет повышенные требования к ее теологическим свойствам. Общепризнанным способом улучшения зливаемости стали, раскисленной алюминием, является обработка кальцием. В зультате подобной обработки, кроме того, достигается повышение асткчности, хладостойкости и изотропности механических свойств готового талла при получении определенного содержания кальция в стали.

Широко применяемая корректировка стали по химическом}' составу в де внепечной обработки в СК на УДМ не всегда обеспечивает заданное цержаине высокоактивных элементов ( в первую очередь кальция и алюминия готовой стали.

Использование ПК в качестве самостоятельной реакционной емкости для иплексной обработки стали в дополнение к внепечной обработке в СК еспечивает ряд преимуществ при модифицировании, рафинировании и [кролегировашш ее высокоактивными элементами, вводимыми в жидкий таил при помощи порошковой проволоки (1111).

Повышение требований к обеспечению остаточного содержания кальция в <бных марках стали и алюминия в низколегированных сталях ставит вопрос о [щональном режиме ввода кальция и алюминия, а также об оптимальном :пределегаш их порционных добавок между стальковшом и промковшом, гспечивающем необходимую концентрацию указанных элементов в жидкой ши и готовом металле как с учетом процессов вторичного окисления, так и едотвращения затягивания сталеразливочных стаканов.

Реяснмы ввода и расход ПП с высокоактивными элементами на различных шах внепечной обработки жидкой стали (УДМ и ПК МНЛЗ) выбираются в говном эмпирически, поэтому их оптимизация на основе термодинамического ализа условий раскисления и модифицирования, а также математического делировапия тепло-масоообменных процессов является актуальной.

СВЯЗЬ РАБОТЫ С НАУЧНЫМИ ПРОГРАММАМИ, ПЛАНАМИ, МАМИ. Работа выполнялась в рамках научно - технической разработки 05/01012 Миннауки Украины "Комплексная технология получения особо пых непрерывнолшых сталей путем рафинирования и микролегировакия зошковыми химически активными реагентами".

ЦЕЛЬ И-ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Снижение количества плавок, переназначаемых из-за несоответствия химического состава стали марочным требованиям, стабилизация остаточного содержания кальция и алюминия в готовой стали в заданных пределах за счет оптимизации режимов обработки стали ПП с алюминием и силикокальцием на основе уточнения термодинамических закономерностей раскисления стали и модифицирования неметал-лических включений кальцием, разработки математической модели плавления ПП с различными наполнителями и усвоения их компонентов в ПК.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

1. Разработана простая термодинамическая модель процессов модифицирования неметаллических включений корунда кальцием для расчета удельного • расхода кальция, обеспечивающего заданный состав включений. Обоснованы рациональные пределы регулирования содержания кальция в стали на этапах внепечной обработки на УДМ и в ПК при непрерывной разливке.

2. Усовершенствован метод аппроксимации концентрационной зависимости коэффициентов активности для систем с сильным взаимодействием компонентов в расплаве, позволяющий строить кривые раскисления илр десульфурацин жилкого железа высокоактивными элементами в широкой области их остаточных концентраций.

3.Уточнены значения термодинамических параметров взаимодействия для систем Те-Са, Ре-Са-Б^ Ре-Са-О-Б.

4. Разработана математическая модель процесса плавления порошковой проволоки и усвоения компонентов ее наполнителя, учитывающая изменение пористости и теплофизических свойств порошкообразного наполнителя в зависимости от диаметра проволоки и гидродинамические условия промковша МНЛЗ.

5. Установлены оптимальные пределы скорости ввода порошковых проволок с различными наполнителями в промковш МНЛЗ. В указанных пределах степень усвоения их компонентов слабо зависит от скорости ввода проволоки и определяется в основном физико-химическими свойствами расплава наполнителя и условиями его диспергирования в ПК МНЛЗ

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Результаты диссертационной работы использованы на металлур-гическом комбинате "Азовсталь" при разработке технологических рекомендаций, регламентирующих режимы внепечной обработки в стальковше на УДМ и в ПК .при непрерывной разливке стали порошковыми проволоками ( РТП 232-31-97, 232-32-97,232-54-97 ).

Термодинамическая модель модифицирования исиользованана для уточнения в зависимости от химсостава стали расхода ПП с силикокальцием, обеспечивающего хорошую разливаемость стали и заданное общее содержание кальция, при обработке в СК на УДМ.

Результаты моделирования процессов плавления и усвоения ГШ использованы для оценки рахцюнального соотношения пределов регул1фования концентраций кальция и алюминия в стали на этапах внепечной обработки на УДМ и в ПК при непрерывной разливке, для разработки рационального режима ввода порошковой проволоки с различными наполнителями в промковш MHJI3 в зависимости от условий разливки.Предложен режим ввода, алюминия в промковш, учитывающий изменение интенсивности процессов вторичного окисления по ходу разливки одной плавки и от плавки к плавке.

Внедрение результатов диссертационной работы обеспечило снижение затрат на выплавку стали и уменьшение до 0.22-0.24 % количества переназначений плавок низколегированных сталей по нижнему пределу содержания алюминия. Долевой экономический эффект соискателя составил 393000 грн.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД СОИСКАТЕЛЯ. Автором выполнен анализ термодинамических условий раскисления и модифицирования стали, а также способов аппроксимации концентрационной- зависимости коэффициентов активности компонентов расплавов. Усовершенствована форма аппроксимации концентрационной зависимости коэффициентов активности для систем с сильным взаимодействием компонентов в расплаве, предложена термодинамическая модель процессов модифицирования включений корунда кальцием. В результате исследования процессов тепло- и массообмена при обработке стали порошковой проволокой в промковше разработана математическая модель; плавления проволоки и усвоения компонентов ее наполнителя, составлены программы и проведены численные эксперименты по исследованию влияния режимов ввода на усвоение компонентов наполнителя. Разработаны и внедрены в промышленных условиях конвертерного цеха МК "Азовсталь" рациональные режимы обработки стали порошковыми и монолитными прозолоками с кальцием и алюминием.

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИИ. Основное содержание диссертационной работы докладывалось и обсуждалось на III, IV и V региональных научно-технических конференциях ( Мариу-поль, ПГТУ, 1996, 1997, 1998 гг. ), на научно-технической конференции "Металловедение и термическая обработка металлов " ( Донецк, 1996 г.), на научных семинарах ИПМ HAH Украины, на технических совещаниях ОАО МК "Азовсталь", на научных семинарах кафедры теории металлургических процессов ПГТУ.

ПУБЛИКАЦИИ. Основное содержание работы отражено в б публикациях.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, . глав, выводов, перечня ссылок из 141 наименования, приложений и содержи 105 страниц машинописного текста, 21 рисунок и 13 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

РАЗДЕЛ 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ ПР0ЦЕСС01 РАСКИСЛЕНИЯ И МИКРОЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ ВЫСОКОАКТИВНЫМ] ЭЛЕМЕНТАМИ

На основе анализа современных направлений развития технологи внепечной обработки и непрерывной разливки стали показана возросшая рол промковша как самостоятельной реакционной емкости , в которую переносятс многие операции внепечной обработки.

Проанализированы результаты ввода высокоактивных элементов в crai lili для ковшей различной емкости. На основании анализа экспериментальны результатов установлено, что для условий СК скорость ввода ПП, ее диамет] температура металла заметно влияют на результаты обработки. Известнь математические модели плавления ПП направлены преимущественно i решение задач оптимизации режима ввода ПП в зависимости от диаметр проволоки, температуры металла и емкости сталеразливочного ковша. Физию химические процессы, протекающие при усвоении наполнителя ПП, и кинетш массообмена анализируются лишь в единичных работах.

Для условий промковша" известны только эмпирические исследовани касающиеся влияния различных факторов на результаты обработки стали ГТ1 Установлены пределы, в которых возможна обработка стали ПП в промковш но остается во многом неясным влияние параметров самой ПП, режима ввода разливки на результаты обработки. В частности, представляет значительнь интерес разработка рациональных режимов ввода в промковш ПП с кальцием алюминием, учитывающих переменное по ходу разливки вторичное окисление

Многочисленные исследования посвящены термодинамическому анали процессов раскисления, десульфурации и модифицирования включений корун, кальцием. Построены поверхности растворимости компонентов металла ПРКМ ) для систем Fe-Ca-Si-O, Fe-Ca-Al-О и т.п., установлено влиян содержания серы и алюминия на глубину модифицирования и необходимый д этого расход кальция.

Однако и в настоящее время остаются неясными вопросы об остаточн концентрации растворенного в стали кальция и условиях стабилизации е общего содержания в заданных пределах.

РАЗДЕЛ 2. РАСКИСЛЕНИЕ СТАЛИ КАЛЬЦИЕМ И НЦЕНТР АНИОННАЯ ЗАВИСИМОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТОВ

ТИВНОСТИ В СИСТЕМЕ Ре-Са-О-Б

Результаты экспериментального определения произведений творимости [Са] • [О] и [Са]-[8] для раскисления и десульфурации железа ьцием значительно превышают значения соответствующих констант новесия, рассчитанные по термодинамическим данным. Вследствие сильного ¡много влияния кальция и кислорода или кальция и серы , в расплаве для чета их активностей необходимо использование параметров взаимодействия только первого, но я более высокого порядка.

Для относительно концентрированных растворов с сильным имодействием компонентов, когда затруднено представление модинамических свойств растворов в виде степенных рядов по Вагнеру, дложены различные варианты улучшения аппроксимации ( [ифнцнрованньш формализм параметров взаимодействия, дробно-иональяая аппроксимация для бесконечно разбавленного по одному из лонентов раствора и т.п.).

. Для описания систем с сильным взаимодействием компонентов бходим более общий вариант аппроксимащш. Например, при раскислении модифицировании неметаллических включений корунда калышем обычно НО], и необходимо учитывать перекрестное взаимодействие второго' ядка. Для произвольной трехкомпонентной системы это соответствует эшпо х2~х3 ( 1- растворитель, 2,3 - растворенные зещества ). Для компонента )и использовании степенного ряда

1пу2 =1пу° +8(23) -х3 +р(23) -х32 +р(232) .Х2Х3+..., (1)

»и использовании дробно-рациональной аппроксимации

1пу2 = 1пу\ + ^ ■ х3 / (1 + р^3) • х3 + р^(32) • х2) . (2)

тт Л32) /(3)

Параметры р2 и р2 можно определить из условия совпадения зых членов разложения (2) в ряд Тейлора с соответствующими членами (1):

Р;м=-РГ'М31 <З>

: р^-РГ'М3' т

Для систем с сильным взаимодействием компонентов обычно « р^ » е|. Кроме того, на основании обычно применяемых статистических шй растворов ( квазихимической и т.п.) можно заметить,что р- = р ■ = р >!=р]=2р.

Переход к процентам по массе для случая системы Ре-Са-0 (и аналогично для системы Ре-Са-Б) дает:

ГсИ^К3 " гсГ = ' (5)

1вГо = е?.[Са]/(1-г^/е?-{Са] + 2-^.".[0])) (б)

= • [О]/ (1 - г* / е? • (^-[0]+2; [Са])) (7)

При обработке опубликованных в литературе данных с использованием уравнений (5)-(7) получены значения = 3 • 106 = 3 • 105 для Т=1873

К, = —5000, е^3 =-269 и констант равновесия КСа0 и КСа3, рассчитанных по термодинамическим данным

(1§КСЮ =—10.3,1§КСа3 =-8.84). Кривая раскисления жидкого железа кальцием, построенная с использованием уравнений (5)-(7), представлена на рисунке 1. В расчете К^о и КСа3 учитывались оценки Б^ = —456 и = 2580 , полученные по данным о растворимости Са в железе.

РАЗДЕЛ 3. МОДИФИЦИРОВАНИЕ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ И ОСТАТОЧНОЕ СОДЕРЖАНИЕ КАЛЬЦИЯ В СТАЛИ

При модифицировании включений корунда в стали, раскисленной алюминием, образуются алюминаты кальция, состав которых определяется условиями равновесия реакции:

СаО(Т) + [Б] + %[А1] = Са8(Т) + А1203(Т) (8]

1/3

18К = 18 а(Са3)'а(^ = ^ + 0.273 • 18(Т) - 6.23 (9;

а(СаО) "а[3] *а[А1] Т

Как результаты прямого анализа неметаллических включений (НВ), так I состав включении, рассчитанный на основе определения общих содержакш кислорода и кальция в стали, обычно хорошо сочетается с расчетов равновесного состава включений по уравнению (9).

-1 -2 -з

-4 -5

-7

£Г Ф*

/т

V у Г<

У

___ у

-5

-4

>ивая

Рисунок 1. - Раскисление жидкого железа кальцием ( 1873 К):

^ ■ - I I О I / ^

* 1 -18[0] = 18КСа0 -е? .[Са]/( 1- '[Са]/сА -1в[Са]:

. ^ / е0 У

нгоые 2,5 - результаты решения системы из трех уравнений : ?КСаО = 1в([0] • 4 ) + 18([Са] ( ДЛЯ асзо=1);

5Г0 = е- • [Са]/ (1 - г* / е? ■ ([Са] + 2 • % ■ [О])); ^ - [О]/(1 - г- / е- - (^.[О] + 2-

теп 3,4 - экспериментальные данные; ивая б -

?[Са] = 18К

С Са Ас 0 АС

■[О],

'О У

1§[0]

"Ч

3

?

и £

0,45

¿7,30

0,0

V /5X 0.0<су.

// --/^Лау. - о. ту.

[51^- ому.

1 / - -

4о

К

50

53"

(у: (ко)

60

Рисунок 2 - Результаты расчета расхода кальция на обработку в СК на У ДМ для получения заданного состава алюминатных включений в зависимости от содержания серы в.металле перед обработкой.Конце1гграция алюминия 0.04 %, общее содержание кислорода 0.004-0.005 %, температура 1575 °С.

Содержание растворенного кальция, рассчитанное для условий равновесия (9) с использованием уравнений (5)-(7), значительно ниже его общего содержания в жидкой стали, и определяется в основном окисленностью металла ( верхняя ветвь кривой раскисления на рис. 1).

Поэтому кальций в стали находится преимущественно в связанном состоянии в виде включений.

Разработана простая термодинамическая модель модифицирования включений, позволяющая оценить расход кальция, обеспечивающий заданное

ение его общего содержания после обработки в стальковше и желаемое ржание СаО во включениях в зависимости от температуры, содержания «шшя, кислорода и серы в стали. Расчетная зависимость состава штатных включений в стали от расхода силикокальция и содержания серы ¡едена на рисунке 2. Адекватность модели подтверждена результами, ченными на опытных плавках в промышленных условиях.

Однако при вводе Са только в стальковш его остаточная концентрация в вом металле обычно ниже рассчитанной по равновесному составу эчений, особенно на плавках с содержанием серы в металле свыше 0.010 %, а в расплаве промковша образуются твердые алюминаты.

Наиболее рациональный способ повышения остаточного содержания цня- дополнительный ввод его в промковш, где имеются условия для ■рого плавления ПП и равномерного распределения добавок в объеме лла.

РАЗДЕЛ 4. ПРОЦЕССЫ ВТОРИЧНОГО ОКИСЛЕНИЯ СТАЛИ ПРИ РЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКЕ

Процессы вторичного окисления являются предметом интенсивных едовавий вследствие существенного влияния их на загрязненность металла дными включениями и снижение содержания высокоактивных элементов, троцессы вторичного окисления в ходе непрерывной разливки влияет щ ряд различных факторов : контакт струи металла с воздухом, состав оеного шлака и материал футеровки ПК, количество и состав ковшевого са, попавшего в ПК в конце разливки плавки, состав защитной смеси в галлизаторе и др.

Анализ скорости окисления алюминия и кальция в процессе ерывной разливки серии плавок показал, что снижение содержания обоих ентов заметно меняется как по ходу разливки одной плавки, так и при тоде от плавки к плавке.

Остаточное содержание Са и его среднее снижение за время между чанием обработки металла на УДМ кальцийсодержащей ПП и серединой шки близки к значениям, рассчитанным по общему содержанию зрода в стали. По результатам анализа металла плавок, обработанных кокальщгем в стальковше, непосредственно после обработки кальцием

г тмзх с

щ = 0.0042-0.0053 и [Са]общ < 0.0027-0.0034; в промковше [0]общ =

г_ тмак с

0-0.0036 и < 0.0018-0.0022%, снижение содержания кальция

вляет 0.0009-0.0011 % . Как показано выше, концентрация кальция в юре определяется концентрациями растворенных кислорода и серы, эму процессы вторичного окисления слабо влияют на снижение содержания

кальция, которое связано в основном с рафинированием металла от оксидных и оксисульфидных неметаллических включений.

Интенсивность вторичного окисления алюминия значительно меняется как по ходу разливки одной плавки, так и от плавки к плавке в серии. Наиболее вероятным объяснением ее увеличения в начале разливки второй и последующих плавок в серии является взаимодействие с эмульгированным ковшевым шлаком, попавшим в ПК.

РАЗДЕЛ 5. ТЕПЛООБМЕН ПРИ ОБРАБОТКЕ СТАЛИ ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКОЙ В ПРОМКОВШЕ

При обработке металла в промковше ПП обычно вводят в приемную секцию. Наличие в ней развитого рециркуляционного течения приводит к плавлению ПП преимущественно б режиме поперечного обтекания вынужденными конвективными потоками.

Интенсивность конвекции определяется плотностью энергии перемешивания металла в промковше падающей струей. В условиях преобладающего воздействия на жидкий металл инерционных сил

\~0ие/р)ш, (10)

где V - средняя скорость конвективных потоков, Ь - определяющий размер системы; е - объемная плотность энергии перемешивания, р - плотность жидкого металла. Считая, что большая часть кинетической энергии струи металла, падающей из стальковша в иромковш, расходуется на перемешивание расплава в приемной секции, можно оценить б как

в= \xpgWG, (II)

.где Ь - напор металла на срезе стакана стальковша; р - плотность жидкой стали; в - емкость приемной секции промковша (кг); и - массовая скорость разлшкш ( кг/с).

Критериальная зависимость для расчета коэффициента теплоотдачи от жидкой стали к поверхности проволоки в условиях поперечного обтекания вынужденными конвективными потоками имеет вид:

Ыи = Ре05, (12)

где № = а'с!А.; Ре=ус1/а, V рассчитывается по уравнению (10); а - коэффициент теплоотдачи, (1 - диаметр проволоки, X , а - тепло- и температуропроводность жидкой стали.

Для исследования кинетики плавления ПП разработана математическая модель, основанная на решении задачи Стефана с несколькими границами фазового перехода для многослойной цилиндрической области.

Время полного расплавления ПП зависит в основном от плотности теплового потока, направленного к поверхности проволоки, ее диаметра и теплофизических свойств наполнителя. На основании обработки результатов вычислительного эксперимента ( с учетом зависимости пористости и, следовательно, теплофизических свойств наполнителя от диаметра ПП) найдены

тимальные скорости ввода различных ПП в промковш, соответствующие лному расплавлению проволоки у его дна. Для трехсекщюнного промковша ухручьевой МНЛЗ с глубиной слоя металла ~ 1 м ( условия ККЦ МК ловсталъ", емкость ковша 43 т) зависимости оптимальной скорости ввода ПП диаметра проволоки и перегрева металла в ковше имеют вид :

АТ

я ПП с силикокальцием и

дгр

я ПП с алюминием. В уравнешмх (13) - (14) АТ - перегрев металла в ПК ( (3 - диаметр ПП ( мм).

РАЗДЕЛ 6. ОСОБЕННОСТИ МАССООБМЕНА ПРИ ОБРАБОТКЕ 'АЛИ ВЫСОКОАКТИВНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ В ПРОМКОВШЕ

Несмотря на сложность структуры потоков в ПК при непрерывной шивке, для оптимизации процесса обработки стали ПП применимы эощенные модельные представления, позволяющие сосредоточить внимание исследовании влияния режима ввода ПП и состава наполнителя на его юение. _ •

Приемную секшгю ПК можно приближенно рассматривать как аппарат ;ального смешетш вследствие наличия развитого рециркуляционного течения, и расплавлении наполнителя образуется дисперсная система "капли юлшггеля-жидкая сталь" или "пузырьки паров яаполшггеля-жидкая сталь". 1 модель поведения ПП в жидкой стали вполне обоснована для кальция и гавов на его основе, не смешивающихся с железом в широкой области тавов, но применима и для таких добавок, как алюминий, вследствие ичия даже в турбулентном потоке областей, внутри которых массообмен ществляется путем молекулярной диффузии.

Поток целевого компонента q от поверхности дисперсной фазы в объем :опшой ( в стационарных условиях средние значения движущей силы ;сопередачи Дс и коэффициента массоотдачн р постоянны) :

Ч = (3-Дс-Р = р-Дс-^- = к-д, (15)

к - коэффициент пропорциональности, зависящий преиму-щественно от уетуры потоков в ПК; V - объем приемной секции,«3 ;С> - расход олшггеля ПП, м3/с; Б - поверхность раздела металл-покровный шлак, через зрую удаляется неусвоенный наполнитель ПП, м2; \у - средняя скорость

всплывания капель или пузырьков наполнителя, м/с, с1ф - средний диаметр

капель ( пузырьков ) дисперсной фазы, м. Конечная концентрация целевого компонента равна : к

с = с, +--в (16)

Рп

и степень его усвоения составит : ёР Рп Р

где с 5 ,с - массовая доля целевого компонента на входе в ПК и на выходе из него соответственно; рг - плотность расплава наполнителя, кг/м3 ; § - удельный

расход дисперсной фазы (т.е. наполнителя ПП ), - ; р - массовая доля

б

целевого компонента в наполнителе ПП; в- скорость разливки, кг/с.

Согласно уравнению (17), степень усвоения компонентов наполнителя не зависит от его расхода ( т.е. скорости ввода ПП ), а определяется преимущественно средним диаметром капель ( пузырьков ) дисперсной фазы и начальным содержанием целевого компонента в ПП.

Результаты расчета степени усвоения кальция из пузырьков, образующихся после извлечения кремния из капель расплава силикокальция, хорошо сочетаются с результатами, достигаемыми в промышленных экспериментах. При исследовании усвоения алюминия в ходе обработки трубных марок стали ПП с алюминием (диаметр ПП 8 мм, 40 г А1/м, разливка серии конвертерных плавок массой 350 т ) не обнаружено статистически значимой связи степени усвоения алюминия со скоростью ввода ПП ( скорость варьировалась в пределах 0.2 - 1.0 м/с ). Степень усвоения составила 80 ±10% . Аналогичный результат получен и при исследовании усвоения кальция в ходе обработки стали порошковой проволокой с силикокальцием ( диаметр ПП 10 мм, 100 г СКЗО/м) : степень усвоения кальция оказалась равной 20 ± 5% вне зависимости от скорости ввода ПП (0.2- 0.8 м/с).

РАЗДЕЛ 7. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ ПОРОШКОВЫМИ ПРОВОЛОКАМИ С КАЛЬЦИЕМ И АЛЮМИНИЕМ

Опробование режимов обработки стали в промковше осуществлялось в промышленных условиях конвертерного цеха МК "Азовсталь". Объектом исследования были низколегированные стали марок 13ГС, 13Г1СУ, 17Г1СУ, 09Г2ФБ, 10Г2ФБ и др.

При обработке стали ПП с силикокальцием только в стальковше часто не достигается заданное остаточное содержание кальция в стали ( >0.001 % ). Увеличение расхода силикокальция не приводило к желаемой стабилизации его

13 . . .

точного содержания в слябах. Расход ГШ с силикокальцием на обработку шла в стальковше устанавливался в соответствии с содержанием А1 и Б в и. Ввод ПП с силикокальцием в иромковш производился при снижении ее ;ода на обработку в стальковше. Поточная обработка ( в стальковше и иковше ) силикокальцием позволила устойчиво получать необходимое точное содержание кальция ( >0.001 % ), улучшить макро- и роструктуру непрерывнолитых заготовок, снизить осевую химическую зацию и структурную неоднородность, уменьшить на 0.5-1.0 балла степень 1Язненности стали НВ. Оставшиеся в металле НВ мелкодисперсны, 5улярны, равномерно распределены по объему металла и не деформируются юцессе прокатки. Вследствие этого возрастают пластичность, хладостойкосгь отропность механических свойств толстолистового проката.

Ввод алюминия в ПК с расходом, соответствующим динамике его )ичного окисления, позволил сократить до 0.22-0.24 % количество ^назначений плавок качественных низколегировашсых сталей из-за ютветсгвия содержания алюминия в них нижнему пределу.

Результаты оптимизации режимов обработки стали ПП с силикокальцием поминием использованы при разработке рекомендаций по технологическому цессу вненечной обработки в СК на УДМ и в ПК при непрерывной разливке колегпрованных марок стали.

Долевой экономический эффект от внедрения рациональных режимов 1ботки стали кальцием и алюминием в условиях ОАО МК "Азовсталь" авил 393000 грн.

ВЫВОДЫ

1.Разработана термодшшмическая модель раскисления стали и ифицирования включений корунда кальцием, базирующаяся на развитии :обов аппроксимации концентрационной зависимости коэффициентов явности для условий сильного взаимодействия компонентов и уточненных гениях параметров взаимодействия для систем Бе-Са, Ре-Са-£1, Ре-Са-0-8.

2.На основании разработанной модели построены . номограммы, 1аментирующие расход ПП с силикокальцием на различных этапах печной обработки для образования в жидкой стали включений заданного гава в зависимости от ее химического состава и температуры.

3.Показано, что наиболее эффективный путь стабилизации требуемого »очного содержания алюминия (0.02...0.05 %) и кальция (>0.001 %) в >вой стали - обработка порошковыми (монолитными) проволоками, гржащими необходимые элементы, как в стальковше на УДМ, так и в мковше при непрерывной разливке.

4.Разработана математическая модель процесса плавления порошковой волоки и усвоения компонентов ее наполнителя в условиях промковша, гывающая изменение пористости и теплофизических свойств

i j 14

порошкообразного наполнителя в зависимости от диаметра проводе ! гидродинамические условия промковша МНЛЗ. Предложены и подгвера

j результатами промышленного опробования расчетные формулы, определя

j -оптимальные пределы скорости ввода порошковой проволоки в зависимо« • ; ее диаметра и условий разливки.

5.Предложена математическая модель массообмена для расчета ст усвоения компонентов различных наполнителей, вводимых ПП в пром Установлена й потверждена промышленными экспериментами с

! зависимость степени усвоения кальция и алюминия от скорости ввода,

скорость находится в оптимальных пределах.

6. Установлены рациональные пределы повышения содержания в кальция и алюминия за счет ввода их порошковыми' ( монолит! проволоками в промковш в зависимости от диаметра и толщины оболочю а также состава наполнителя.

, ! 7. Установлены пределы снижения содержания алюминия и каль:

] стали в ходе непрерывной разливки серии плавок. Предложен режим

j алюминия в промковш, учитывающий изменение интенсивности лрои

; вторичного окисления по ходу разливки одной плавки и от плавки к ш

Внедрение технологии дополнительной обработки стали алюмин» ! промковше позволило снизить до 0.22-0.24 % количество иереназна1

j плавок низколегированных марок стали по непопаданию в марочный состаг

!"' СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ СОИСКАТЕЛЯ ПО 1

j ДИССЕРТАЦИИ:

! 1. Казачков Е.А., Троцан А.И., Чичкарев Е.А. Оценка термодинамич

I ; активности кальция в сплавах на основе железа. / / Вестник Приазов

гостехуниверситета: сб. науч. тр. - Мариуполь, 1997,- вып.З - с.54-57. 1 - 2. Чичкарев Е.А., Троцан А.И., Полозюк O.E. Оценка активности и остат< концентрации кальция в стали для условий модифицирования неметаллич включений. // V региональн. науч.-техн. конф.- Тез.докл. - Мариуполь, Г 1998 - с. 13. -

| З.Чичкарев Е.А., Чичкарева Т.А., Троцан А.Й., Полозюк O.E. Особен обработки стали в промежуточном ковше МНЛЗ порошковой проволоко! региональн. науч.-техн. конф.- Тез.докл. - Мариуполь, ПГТУ, 1998 - с. 16. 4.Чичкарев Е.А., Троцан А.И., Полозюк O.E. Интенсивность теплоо£ порошковой проволоки с жидкой сталью в ковше.// Придшпровський нау] i' вюник - Днепропетровск, 1998 - №43(110) - с.12-15.

5.Чичкарев Е.А., Казачков Е.А., Троцан А.И., Полозюк O.E. Раствори) кислорода в жидком железе, содержащем кальций. // Придшпровсысйй irayi вюник - Днепропетровск, 1998 - №43(110) - с. 15-18.

б.Чичкарьов С.А., Казачков С.О, Троцан A.I, Полозюк O.G. Концентра I залежшеть парамегргв взаемодп для розкислення та десульфуращ! р'

. калыдем // Експрес-новини: наука, техника, виробшгатво.- 1998 '- № 5-6 -13.

АННОТАЦИЯ

Чичкарев Е.А. Оптимизация процессов раскисления и микролегирования рукционных сталей порошковыми проволоками с алюминием и кальцием,-ись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по альности 05.16.02 - металлургия черных металлов. Приазовский фственный технический университет, Мариуполь, 1998 г. Усовершенствован способ аппроксимации концентрационной зависимости шциснтоз активности для систем с сильным взаимодействием компонентов главе. Получены значения параметров взаимодействия для систем Ре-Са, -81, Бе-Са-О-Б. Показаны рациональные пределы расхода Са и А1 для ярования химического состава стали при внепечной обработке и рывной разливке. Разработана математическая модель плавления псовой проволоки с различными наполнителями и усвоения их тентов в промковше. Результаты работы реализованы в промышленных тах при производстве низколегированной стали.

Ключевые слова: жидкая сталь, раскисление, параметры взаимо-действия, ий, алюминий, порошковая проволока, тепло- и массообмен, атическая модель, режимы знепечной обработки.

АНОТАЩЯ

Чичкарьов €.0. "Оппапзащя процейв розкислешш та м1кролегування зукцпших сталей порошковими дротами з алюмпием та кальщем". ис.

Дисертащя на здобутгя паукового ступеня кандидата техшчних наук за льшстю 05.16.02 - металурпя чорних метатв. Приазовський державний кий умверситег. Мар1уполь, 1998.

Удосконалегош споаб апроксимаци ковде1гтращйно1 залежносп иатв активносп для систем з сильною взаемод1ею компонента у ш. Одержан! значения пapaмeтpiв взаемоди для систем Рс-Са, Ре-Са-81, ■О-Б. Встаповлеш рашональш меж1 витрат Са та А1 для регулювання гого складу скш при позатчно! обробщ та при неперервшй розливщ. злена математична модель плавления порошкового дроту з р1зними ¡повачами та засвоення !'х компонента у иромковпп. Результати роботи оваш у промислових умовах при виробницта низьколеговано! стал!. Ключов1 слова : рдаа сталь, розкислення, параметри взаемоди, кальщй, нш, порошковий др1т, тепло- та масообмш, математична модель, резкими чноГ обробки.

Юпочсш слова : радка сталь, розкислення, параметрк взаемодо, кальцш, алюмшш, порошковий дри-, тепло- та масообмш, математична модель, режими позатчнт обробки.

ANNOTATION

Chichkarioy Е.А. "Optimization of deoxidation and microalloying the construction steels by cored-wire with aluminium and calciums-Manuscript.

The thesis for the scientific degree of Candidat of Science ( Eng. ). Speciality 05.16.02 "Ferrous metallurgy". Priasovscij State Tecnical University.

The method of approximation the concentration dependence of activity coefficients for systems with strong interaction of components in melt is suggested. The meanings of interaction parameters for system Fe-Ca, Fe-Ca-Si, Fe-Ca-O-S is obtained. Rational limits of using Ca and Al for ajustment the chemical composition of steel during treatment in the ladle and continuous casting is showed. Mathematical model of melting the cored-wire with various fillers and aquireinj their componéis in tundish is worked out. The work results is realised in industrial condition for production of low-alloy steels.

Key words: liquid steel, deoxidation, interaction parameters, ' calcium aluminium, cored-wire, heat- and masstransfer, mathematical model, regimes o: treatment steel in the ladle.