автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Совершенствование промышленной технологии газокислородного рафинирования коррозионностойких сталей

днепропетровский ордена трудового красного знамени

итшрглчиский институт

На правах рукописи

Для служебного пользования

Экз. * У Ь>

ШйЬРИН Эдуард Владимирович

УЖ 669.15-194.004.18

СОВЕРШЖТВОВАШЕ ДРОЕШДЕННОй ТЕХНОЛОГОМ ГАЗОКИСЛОРОДНОГО РА^ШРОЗАШЯ КОРРО.ЯЮННОСТО&У.Х СТАЛЕЙ

Спешачьиость 05.16.02 -"металлургия черных металлов"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учено!? степени кандидата технических наук

Днепропетровск 1992 г.

Работа выполнена на Запорожском алектроиеталлургкческом ■ заводе "Днепроспецсталь" и в Днепропетровском'ордена Трудового Красного Знаменч металлургическом институте.

Научный руководитель, • кандидат технических наук

Официальные оппоненты:

доктор технических наук

кандидат технических наук

Ведущее предприятие

Ю.В„Садовник

Л.В.Коваленко В.В.Смоктий

УКЛ^'.ОЛ^циЪиЦЪ Ыапоро\:ье)

Защита диссертации состоится 1С

и гь а 2

1У92 г.

в 17- часов на заседании специализированного совета при ■Днепропетровском ордена Трудового Красного Знамени метатлурга-ческом институте ^¿20635, г.Днепропетровск, пр.Гагарина, 4). С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан " О (__ 1992 г.

Учений секретарь специализированного совета кандидат технических наух^у доцент

/

¡и. С. Паки от ов

ОБЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность работы. Схемой развития и размещения черной м- . таллургии страны предусматривается до 2005 г. замена традиционной технологии производства коррозионностойких стахай на более прогрессивный способ с использованием конвертера для газокислородного рафинирования (ГКР) высокохромистого полупродукта, выплавленного в электродуговой печи. Доля коррозионностойких сталей, производимых способом газокислородного рафинирования при этом должна возрасти с Ш в Б90 г. до 60* к 2005 г. .

В 1987 году на заводе "Днепроспецствль" введен в строй первый в стране комплекс газокислородного рафинирования коррозионностойких сталей. Базовая технология процесса ГКР разработана в Проблемной лаборатории новых металлургических процессов Днепропетровского металлургического института.

Необходимость разработки промышленной технологии газокислородного рафинирования широкого класса коррозионностойких сталей, минимизации потерь хрома на всех этапах плавки,изучения влияния физико-химических закономерностей раскисления высокохромистого расплава в условиях продувки вргоном, поиске объективных критериев управления' процессом, изучения качественных характеристик получаемых ствлей делает настоящую работу актуальной.

Цель работы. На основании физико-химического анализа окислительно-восстановительных взаимодействий и исследования особенностей протекания процесса выплавки коррозионностойких сталей дуплекс-процессом усовершенствовать и внедрить в производство технологии газокислородного рафинирования коррозионностойких стелой с минимальными потерями хрома и других легирующих элементов.

Научная новазна. Путем экспериментального изучения распределения элементов в системе Ре-Кп-Сч-И! -С-О-шлак, а таете термодинамических расчетов, проведенных с учетом электронной структуры шлаков и поверхностных активностей элементов,показано, что при выплавка высокохромистого полупродукта в электродуговой печи под малоосновным шлаком марганец.является сильным регулятором окисленности металлической ванны и может блокировать хром от окисления, изучен1"" механизм восстановления хрома из илака при взаимодействии последнего с углеродсодерхапшми материалами.

На оазе изучения термодинамики и кинетики окисления хрома, ' статистического анализа экспериментальных данных на ЭШ показано, что на величину окислившегося в процессе кислородной продувки в конвертере хрома наряду с другими технологическими факторами ней-

бФЛИв* *«иаив охезывает величина содержания хрома в околофурмен-вов лонв ва начальном низкотемпературной этепв продувки.

На основании пряшх замеров активности кислорода в расплаве и термодинамических расчетов показано, что в процессе раскисления вы-сокохромястого расплава в условиях аргонноа продувки фактическая аххжввос*ь кислорода в расплаве ниже равновесной с хреинием во всех .интервале наблюдаемых содерханий последнего. Разработан оптимальный состав раскислительной снеси, включададй сплав AK-I9.

Практическая ценность и реализация работа. Не основании проведенных исследований разработана и внедрена в производство технологии выплавки высокохромистого полупродукта, включавсая рециональ-вую вихтовку полупродукта, шлаковый рехим, технологах) раскисления влаха углародсодерхащими материалами.

Внедрена в производство рациональная технология окислительного периода плавки в конвертере, включающая использование высокоуглеродист ого феррохрома в качестве регулятора температуры расплава, разраоотан и внедрен рехим регулирования температуры расплава, позволивший минимизировать потери хрома за продувку. Наедены критерии управления ходом восстановительного периоде плавки, разраоот&н и внедрен оптимальный состав раскислительных cueces.

По разработанной технологии освоено производство сирокого класса хромовиквлевых хоррозионностойких сталей типа OäXIbhli, оашникз, ОЗХ2Ш16АЛ5, Ю-20Х23а16, 0б-1ШЬН10Т и др., в т.ч. сталей с нормированным содержание* неметаллических вклвчека?.. Достигнуто усвоение хрома - 93-Sч%, выход годного - 90-ЭЗь. 1'одовоя экономический эффект составил I7Ub7í> рублей.

Алроэедия работы. Материалы диссертации в целой и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на Республиканской научно-техни-ческоа конференции 'Современные процессы обезуглероживания и дегазации, легированных сталей и сплавов", .Днепропетровск, 19Ь7г., L¡-R Республиканской научно-технической конференции "Техническое перевоору-хение и внедрение новых ресурсосберегающих технология в электросте-деплавальнок производстве", Днепропетровск, Ьс&г, 1.'е*респуолпкьн-скоб научно-технической конференции "Передовой опыт производства стали, внепечной обработки, разливки в слитки и получения кузнечных заготовок", Волгоград, Iüc9 г., Всесоюзное научно-техническое конференции молодых ученых и специалистов "Молодежь и научно-технический прогресс в производстве и использовании металла", Иосква, ДЭ89г., научно-техническом совете завода "Днепроспеасталь", научно-техническом семинаре üüfaMil ДКетИ.

3 "

Дубдикашш.-По тепе диссертации опубликовано II печатных работ, получено 2 авторских свидетельства.

Объем овботи. Диссертация изложена на 171 странице, вмвчвет б глав, выводы, приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕШНИЕ РАБОТЫ

В первой главе (Введение) ориентированно обоснована актуальность работы, научаая новизна, определены цели и задачи работы, намечены пути освоения и внедрения в промышленных условиях основных технологических решений работы, направленных на экономно материальных ресурсов и интенсификации производственных процессов. .

Во второй главе выполнен детальный анализ развития технологии производства АОД в ыире и технологии ГКР в СССР.

в настоящее время процесс АОД получил широкое распространения. Превалирувщее его развитие обеспечивалось следуоциии преимуществами; возможностью достижения супернизких концентраций углерода Ь стала ' без значительного окисления легирующих; стопроцентным использованием дешевых материалов - высокоуглеродиотого феррохрома; ферроникеля; низким остаточный содержанием в металла АОД газов и цветных элементов; сквозным выходом годного на уровне 92$, усвоением хрома - на уровне 93-952; стандартностью, воспроизводимостью технологии; гибким управлением содержанием азота в металле*

Современный АОД процесс заключается в продувке высокохромистого расплава в реторте с боковым подводом дутья газовыми смесями с переменным окислительным потенциалом с соотношением 02:Аг от 3:1 при [С]?-0,3£ до 1:3 при С<0,12$. Применяется также процесс рафинирования высокохромистого расплава в конвертере с комбинированный дутьем. Через донние фурмы вдувается аргонокислороднея смесь,перед», лельно через верхнюю фурму подается чистый кислород до достижения содержания углерода [с] = 0,6Суммарное соотношение 0£/Аг состав^ ляло на первой стадии обезуглероживания 11:1. Характеристика процессов приведена в таол.1.

К недостаткам АОД процесса следует отнести большой расход аргона, данный методччредназначен для выплавки относительно узкого сортамента, преимущественно особонизкоуглеродистых сталей, не р^епен ряд чисто технологических моментов, например, отсечки шлака, повышения интенсификации процесса.

Дальнейшим развитием способа АОД является процесс газокислородного рафинирования (ГКР), разработанный в Проблемной лаборатории новых металлургических процессов Днепропетровского металлургическое

го шсткгута, 1*4-.

Эксперименты производились ва конвертере емкостьп

Таблица I

Сравнительные показателя донноа и комбинированной продуем расплаве типа Х18НДО

Показатель

Лонная продувка

комбинированная продувке

Расход аргона, ниэ/т

Интенсивность подачи клслорода, нм3/т.мин Скорость росте температуры, °С/ила. Скорость обезуглероживания, ¡»Айн. Продолжительность рафинирования, мин Расход кремния ва восстановление, кг/т

18-28 0,84 12, 9 0,062 85,Ъ Ю,1

18-28 2,10 32,6

62,8 ю,а

Агрегат ГКР представляет собой конвертер со съемным днияем, по диаметру которого' расположены три донные фурмы типа "труба в трубе". Б основу процесса пояснен принципиально важный вывил о необходимости ввода в дутье инертного газа только в области равновесных значений давления окиси углерода менее Ю^Да, что соответ-' стэует содержанию углерода в расплаве типа Х18Н10 при Т » 197ЬК -0,19 - 0,2156.

В ©87. году, впервые в СССР, на заводе "Днздроспецсталь" начато промышленное освоение процесса ГКР в конвертере емкостьи 60 т. .Анализ результатов первых плавок подтвердил высокуэ эффективность процесса Г№, шесте с тем выявилась необходимость в дополнительных технологических разработках, касающихся шлакового режима плевки полупродукта, оптимизации технологии окислительного и восстано-- витального периодов плавки в конвертере, изучения качественных характеристик выплавляемых сталей.

В третьей глава приведены результаты исследований по оптимизации технологии выплавки полупродукта для последующего газокислородного рафинирования. Выплавку полупродукта стали типа Х18гЛ0 производили в ДСП-50 с использование» в качестве шихтовых материалов: собственных отходов, высокоуглеродистого феррохром, ферроникеля, никеля, отходов конструкционных марок сталей.

В процессе исследовании варьировали химическая состав полупродукта, основность злака, опробовали различные способы раскисления влака. По ходу плавки полупродукта отбирали пробы металла и шлака, производили замеры температуры,измеряли активность кисло-

рода в расплаве посредством датчиков УКОС-1. На ряде плевок отбирали пробы пыли путем отсоса из патрубка газохода. Химический состав полупродукта колебался в следующих пределвх: / С / - 0,2-1,5$; /Сг/ -15,0-19,05«; / Кп / - 0,1-3,0*; / Щ / - 8,5-11,5*; /5! /4 0,25%.

Сравнение между собой наблюдаемых коэффициентов распределения элементов в системе металл-шлак

I- Сг - (Сг) / [Сг] - 0,6 «• 2,8, ( I )

L Мп « (Кп) /. [Кп] - 3,5 » 5,0, ( 2 )

¿Ре - (Ге) / [Ре] .0,11.0,5, (3) '

показывает, что кроме процесса прямого охисления элемаитов распяв-ва по реакции ^ + ^ — ( } ;

имеет место перераспределение кислорода мехду оксидами расплава

2 [Сг] ♦ Ь СРвО) ( Сг203) 3 [Ре], ( 5 )

[Кп] ♦ СРвО) С КЮ) (б).'

3 ¡Кп] ♦ (Сг203) З(КпО) ♦ 2 [Сг]. (7)

Как следует из анализа уравнений (5) и (7) и данных рис.1 г коэффициент распределения хрома в системе металл-илак, пропорционален окисленности злака и тем выше, чем больше коэффициент распределения марганце.

С целью определения направления и степени завершенности окислительно-восстановительных реакция, основываясь на экспериментальных данных, произвели расчеты активности кислорода в расплаве, равновесной с каждым из оксидов (РеО; С^О^,; ЧпО). Путем сравнения величин расчетной активности клслорода с фактической определяли -направление и степень завершенности реакций. Расчеты проводили по формуле ,

= ---^-1, (в)

1 ^ «км»] асо]р.м« '

где а'(меО),а£ме] - активность металла в шлаке и расплаве;

Оорме - актиьность кислорода равновесная с оксидом.

Активность катиона в илаке определяли по методике А.Г.Понома-рекко. Расчеты вели по двум вариантам: с использованием объемных и поверхностных концентрация элементов в злаке л в металле. \

В результате проведенных экспериментов и термодинамических рас- | четов (табл.2) показано, что при выплазке высокохромастого полупродукта для реактора ГКР под малоосновными шлаками марганец является сильным регулятором окисленности металлической ванны и при содерка-

вы в расплаве более 0,756 способен частично блокировать хром от окяслвшл. Не основании полученных результатов сформированы принципы рациональной аихтовка полупродукта, включающие ввод в состав -металло.эаваяки отходов иарганцовастых сталей до 40 кг/т.

Таблица 2

Результаты расчета активности кислорода по данных плавки I 208121, Т = 1873К

концентрация аЮ1р' (140) аюзрЧмпО) а[0]р-(Сг2о^ 0 [0] факт.

Объемные 0,023 0,015 0,0034 0,0087

Поверхностные ' 0,022 0,028 о.оочо -

Примечание:" [Мп]. - 0,725«; [Сг] - 21,1»; [С] - 1,45*.

Показано отрицательное влияние применения кислорода для интенсификации процесса плавления на технико-экономические показатели процесса. Показано, что применение кремниасодержадих материалов для восстановления хрома в шлаке наэффектиьно вследствие низкой ос-

Рис.1. Зависимость коэффициента распределения хрома ( Цг ) от содержания С?еО), в процессе выплавки полупродукта. Т » 1873-1893 } / С / - 0,4%-, х - - 7*10; «-Цп - 2У»50.

7 •■..-•..

новности печного шлака, значительной продолжительности процесса раскисления и, главное, вследствие недопустимости повышения содержания кремния в расшаве более 0,20-0,2596.

Разработан и внедрен в производство способ раскисления хромистого шлака полупродукта, в котором определены и уточнены-фракционный состав и условия присадки в ковш до выпуска плавки углеродсо-держащих материалов. При это» за счет энергии падеощей струи происходит «шгенсивнов перемешивание системы металл-шлак-углеродсодер-хаций раскислитель, что позволяет в течение 4-5 минут снизить содержание (Сг^) в шлаке с 15-20£ до 4,0-8,02 без снижения основности последнего, при этом увеличение содержания углерода в рас- ' плаве не превыдает 0,0%. . ' .

В процессе взаиуодействия углерода со шлаком перенос восстановленных элементов происходит, по-видимому, путем растворения последних в корольках металла и последуащего растворения корольков;' в расплаве (табл.З).

Таблица 3

Химический состав корольков металла и расплава (отбор проб из промежуточного ковша),сталь Х18Н10

Элемент, £ / С / /От /

корольки 1,21 18,07

металлическая ванна 1,05 17,23

По разработанной технологии выплавки высокохромистого полупродукта проведено шесть балансовых плавок, на которых сквозной угар шихты составил кратность шлака 6,76&, усвоение хрома 94,5-

9 5,0*;. -

четвертой главе приведены результаты термодинамического и кинетического анализа процессов окисления компонентов высокохй5>мис-того расплава з условиях донной .¡родувки кислородом в оболочке природного газа, исследован механизм процесса совместного окисления хрома и углерода, ^аьргйотан оптимальный тепловой режим процесса обезуглероживания, изучено влияние технологических факторов на технико-эконо:.'ич8с:<.1е показатели кислородной продувки.

И процессе исследований Оьла принята модель окисления, согласно которой в первичной реакционной зоне происходит взаимодействие слоев расплава, контактирующих с газовой фазой, и компонентов й'ри-родного газа с кислородом но реакция».':

[Ме] + х[0] (МеОх) ( 9 )

{СН4)4{0а} 3=±{С0} + 2{Ма> ( ю ,

. 8

'во вторичной реакционной зоне происходит взаимодействие оксидов металлов .с углеродом

(МеОк) ♦ *tC3 *{С0} 4 [Me] ( ц )

Термодинамический анализ реакции

Уз(Сгг03^1С] 5=s 2/3tCr3 ^СО} ( 12 )

поквзывает, что мерами, сдвигающими равновесие реакций (12) вправо,являются: повышение температуры расплава, снижение парциального давления ( Рад) окиси углерода, снижение содержания хроме в расплаве.

. Особенностью температурной стратегии процесса ГКР, как и ¿ОД, является наличие верхнего предела температуры на уровне Г700-1720°С, который определя'ет1я условиями службы огнеупоров.

С целыэ разработки оптимального температурного режима продувки был введен безразмерный критерий

У »W/4600 , с13)

где _

T"npue = Tn.n-1,2 Мтв.охд ~2.,ОМсас. ^ IA )

где Truv. - температура полупродукта, °С;

Wt&.om. - количество присаженного лома, кг/т; МсаО - количество присаженной извести, кг/т; 1,2; 2,0 - температурные коэффициенты. Из данных, приведенных на рис.2, видно, что данному начальному содержанию углерода в расплава соответствует оптимальное значение • критерия Ч* , определяемое из услоьиг. нахождения температуры конце. I периода в интервале 17Ю-1720°С. С ростов начального содержания углерода ох 1,0 до оптимальное значение критерия Y снижается от 0,88 до 0,66. Зная начальное содержание углерода в расплаве, оптимальное значение критерия Y и температуру полупродукта» можно рассчитать оптимальную массу лома и извести, присваиваемых в процессе продувки.

Используя положения термодинамики необратш/их процессов (принцип Де Донде) для реакций, протекающих вблизи состояния равновесия V=aA (ь)

где V - скорость реекции; Q - феноменологический коэффициент;

А '- сродство реакции* получили выражение для средней степени использования кислорода на обезуглароживание, подтвержденное экспериментальными данными

^ = 0,5К([СЗиоц + -»-В ( 16 )

Рис.2. Зависимость удельного расхода кислорода, расходуемого на окисление легирусцих компонентов расплава ( • ), и температуры расплава в конце I периода продувки ( 4 ) от критерия Y

( / С / нач. - 1,0»1,0»; / С / кон. - 0,20*0,23)

Важным регулятором хода реакции (12) является величина парциального давления окиси углероде ( рсо ) в ходе кислородное продувки. Величину Рсо рассчитывали, исходя из полученных экспериментальных данных с помощью выражений:

Peo =Ро(VcoíwO + Vco/VhjIcmO + Vco(chO + Veo"); ( 17 ) Р0 = ра™ л 18 ) ;

где Vct(ch4),Vco,Vh2Íchí,) - минутные расхода СО и Н2. При / С / - ! 0,30$ средняя по высоте конвертерной ванны величина » 109 кПа, при / С /-v 0,20£ величина Рсо » 0,89 кПа. Путем прямых замеров активности кислорода в расплаьа и термодинамических расчетов (рис.3) показано, что при / С/> 0,2U5¿ в конвертерное ванне ооеспечиваот-ся благоприятные термодинамические услоьия для реакции обезуглероживания, отношение расхода Og/}^ составляет ¡>:I. Подтвержден экспериментально вывод разработчиков процесса Г№ о неооходимости ввода в дутье аргона при содержании углерода в расплаве 0,20-0,2».

[С],%

Рис.3. Зависимость степени переокисления ( X ) расплава0типа Х18Н10 от содаркания углерода в нем при ? = 1700ис

1 -2 -

о А

- продувка в дугоьоя печи;

- газокислородное рафинирование.

Лействуащая технология производства сталей типа Х16иЮ способом ГКР предполагала заливку в конвертер полупродукта с содержанием хрома в марочных пределах 17,0-19,0* и использование в качестве регулятора температуры собственных отходов либо отходов угле-' родистых марок сталей. Предложена технология, позволяющая снизить оодержьние хрома в околофурненной зоне на начальном этапе кислородной продувки, заключающаяся в заливке в конвертер полупродукта с содержанием хроме 12,0-13,5* и использованием в качестве регулятора температуры высокоуглеродистого феррохрома глбОО, который вводится до заливки полупродукта в количестве, обеспечивающее барочное содержание [Сг] = 17-19*.

Химический анализ проб металла, отбиравшихся из конвертерной ванны при помад устройства "Термжроб" с периодичностью с! кинуты, показал, что растворение твердых присадок происходит в течение 10-12-ти млнут. В течек.« этого времени содержание хролэлв околофурменной зоне определяется содержанием хрома в полупродукте, Лз данных, приведенных на рис.4 и в тайл.1»,следует, что использование ФХ800 в качестве регулятора температуры расплава позволяет снизить

угар хроме, увеличить степень использования кислорода ваобезугле- | р оживание.

Рис:'*. Зависимость угьра хрома в I периоде продувки расплава типа Х1оН10 от количества окислившегося углерода для различных охладителеП и содержания углерода в конпе ародувки

[С] -0,20-0,25; I Б-26; 2 -Л*/- ФХбиО; [с] - 0,505£:

5X800

Таолица 4

Сравнительный анализ показателей процесса обезуглероживания расплава типа 18-Ю при использовании различных видов охладителей (2 серии по ¿0 плавок)

Пара- г р1 ыетр 1ь -1н» % Шк, % Эо2, ^С, [Сг]ц, Чог, Оог, &1Сг], Мохл, МсоО, % имл/т % кг/т кг/т

Отходы Б-25 1,21 ¿ХЬОО 1,22 и,2б- 0,2о 0,9Ы 0,0408 0,811 0,0352 17,89 17,84 &,95 ¿2,06 2,57 80,0 41,0 48,4 20,51 2,30 84,8 41,2

В результате оор&аотки массива данных сороке плавок, проведенных с использованием в качестве регулятора температуры $Х800, с помощьк ЭЫ." СМ 14-20 получено уравнение регрессии средней степе-пени использования кислорода на ооезуглерохивакие

« -65 ,80*18,05 / С / нач. * 17,29 / С / кон.* 0,07 Тп.п. -. -0,07 ♦ 0,01 Кфх 800 - 19,28 Оог С 19 )

Дутем статистической обработки массива из 80 плавок с использованием отходов Б-26 (18-10) и ФХвИО получили следувзее уравнение регрессии

/ Сг /, 56 » 1,31+0,76 / С / - 1,88 / ^ /к — 0,0005 Тп.д. ♦ 0,0096 КСаО ♦ 0,007 И охл. - 0,0053ог * 0,052 / Сг / п.п., ( 20 )

где / Сг /, % - угар хроме, / Сг / п.п., £ - содержание хрома в полупродукте.

Коэффициенты значимости различных факторов приведены ни».

Уравнение <19) 1ш - 2,64; / С /вач - 0,73;Зог- 0,47; / С /к -0,13; - 0,11; КфХ - 0,04. Уравнение (20): / Сг/п.п. - 0,63; /Сг/к -0,55; Тп.п. - 0,52; Д / С / - 0,50; Кохл.-0,4б; 1!Саи - 0,31.

Как видно, решавшее влияние на величину оказывал тем-

пература полупродукта, начальное содержание углерода в расплаве и интенсивность лодвчи кислорода, а угар хрома определяется всеми исследованными факторами, кроме Зо2<

В пятой главе рассмотрена термодинамические и кинетические закономерности восстановительного периода плавки коррозпонностой-ких сталей методом ГКР.

Путем прямых замеров активности кислорода в расплаве после раскисления ферросилицием, а такхе путем термодинамических расчетов активности кислорода в расплаве, равновесно?, с кремнием, показано, что в условиях а^гоннай продувки фактическая активность кислорода в расплаве ниже расчетной, определяемо?, кремнием во всем интервале значений последнего. Наличие в расплаве химического вакуума в виде пузыраа аргона позволяет получать достаточно глубоко раскисленный металл при содержании кремния в расплаве [ЬП с 0,20£.

. Показано, что в течение 3-ч-х минут после присадки ферросилиция £С65 в условиях аргонной продувки с интенсивностью 0,5-0,6 м3/^,,, содержание (С^О^) в шлаке снижается с 25-32 до ¿,5-4,5^. При этом активным показателем завершенности восстановительных процессов' может служить содержание кремния в расплаве Солее 0,20£ при основности плаке 0,9-1,1.

Проведены исследования по оптимизации состава раскислителей. Показана неэффективность использования ферросиликохрома но сравнении с ферросилицием $С65. Показано, что ввод в конвзртернуо ванну после частичной присадки ферросилиция сплава АХ-15(/5| / - 20,

/ А1 / - основа)-в количестве 12,0-16,0 кг/т позволяет увеличить степень использования марганца с 59,0 до 89,0 * 93,0*.

Разработана технология раскисления и десульфурации расплава, обвспечлваощея повышение чистоты металла по неметаллическим вклп-чениям и содержание серы ( И, 0,020) в марочных пределах, основные положения которой воили в "Технологическую инструкцию по выплавку полупродукта высокохромистых ствлей"»

3 шестой главе представлены результаты исследования качает» венных характеристик аустенитньх, вустенитно-ферритяых, мартен-елтно-ферратных и мартьнситных коррозионностойких сталей (листовой и сортовой металл), произведенных по разработанной технологии..

Показано, что металл ГКР имеет более визкое содержание водорода, азота, кислорода и цветных примесей по сравнения с аналогичный металлом открытой дуговой выплавки (013), более суженные пре-» делы по содержанию хрома, углерода, титана, алагиния, никеля; макроструктура металла ГКР как в листе, так и в сорте удовлетворяет требования нормативно-технической документации; неметаллические включения в металле ГКР отличаатся большей дисперсностью в сравнении с металлом ОДВ, при этом преобладает пластичные включения на основе СаО, Т102, в то время как во включениях металлов ОДВ присутствуют хромшпинэлиды типа (Мд , Ре) О (-А1, Сг)2°3.

Путем контроля ступенчатых образцов стали 14ХГ7Н2 установлено, что сталь 1ЧХГ7Н2-ГКР по пораженности внутренними волосовинв-ми удовлетворяет требования нормативно-технической документации. Показано, что металл ГКР по механическим свойствам удовлетворяет требования ГОСТов и ТУ на сортовой и листовой металл, отмечены повышенные пластические характеристики металла ГКР по отношение к металлу ОДЬ. Сравнительные испытания металла ОДв и ГХР методом горячего скручивания показали повышенную технологическую» пластичность последнего, что также подтверждается снижением брака первого передела металла ГКР в 2,0-4,0 раза по сравнению с металлом ОДЬ, в т.ч. на труднодеформируемых марках сталей типа Ю-20Х«:ЗН18, 10ХГ7Н13К2( 3)Т и др.

В Ы В О Л Ы:

I. На основе полученных экспериментальных данных, вклочаюиих химический состав шлака, металла, пьлевыделвний, температуру, активность кислороде в расплаве, изучены физико-химические закономерности распределения элементов расплава в система металл-шлак

в прсдосв гыпяавкв высокохромистого полупродукта в печи ДСД-50.

2. Термодинамические расчеты равновесия в системе олак-ме-талл, проведенные с учетом поверхностных концентраций элементов . рвеплава^показали, что раскислительная способность ыаргвнца при его содержании. в расплаве более 0,756 превышает тековуо для хрома. Экспериментально подтверждено, что при / С /> 0,3£ и / < 0,2$ коэффициент распределения хрома в системе олак-металл определяется осковностьо шлака к величиной содержания марганца в расплаве.-

3-. Показано, что обработка влаке полупродукта в процессе выпуска плевки углеродсодерхацими материалами (кокс 4-8 кг/т) позволяет снизить содержание оксидов хрома в шлаке с уровня 15,0-22,0£ до 4,5-7,Ой без снижения основности последнего и повышения содержа ная кремния в расплаве. Предложенный способ получения полупродукта защищен а.с. СССР £ 1506885.

4. Разработана технология выплавки высокохромистого полупродукта для последующего газокислородного рафинирования, включавшая . использование в составе металлозавалки отходов марганцовистых сталей (типе 10Х14АГ15) - 40-60 кг/т, использование кокса для восстановления хрома из шлака. Обработка результатов балансовых плавок, проведенных по разработанной технологии, показала, что степень извлечения хрома составляет 95,02, угар шихты 5,0$. Основные положения технологии вошли в ТИ 143-С-47-89 "Технологическая инструкция по выплавке полупродукта высокохромистых ствлей для последующего ■ газокислородного рафинирования в конвертере". . ' 5. На основе полученных экспериментальных данных и теоретических расчетов изучено влияние основных технологических и физико-химических факторов на показатели процесса совместного окисления углерода и хрома в условиях донной продувки высокохроыистого расплава кислородом в оболочке природного газа.

6. На основании замеров активности кислорода в расплаве показано, что отношение расчетного значения Рсор к фактическому

-со <2

(Рсор/Рсо^-) становится равным единице при содержании углерода в расплаве 0,20-0,25$, что подтверждает вывод, сделанный разработчиками процесса ГлР, о необходимости ввода в дутье инертного 'газе при содержании углерода в расплаве типа 18-Ю менее 0,2».

7. Разработан региа подстухивания рвеплава, оптимизирующий

соотношение между температурой расплава в конце окислительного периода и количеством кислорода, пошедшим на окисление компонентов металлическое ванны.

8. На основании статистического анализа экспериментальных данных с погонь») ЭЬ?.' показано, что на величину угара хрома .влияют следуозие факторы (в порядке убывания значимости): содержание хрома в полупродукте, конечное содержание углерода в расплаве, количество окислившегося за продувку углерода, исходная температура расплава, масса охлаждаоздх добавок.

9. Показано, что до '•OsS всего окислившегося хрома, удаляется на начальной, низкотемпературной стадии процесса минут от начала продувки). Отмечено, что содержание хрома в металлической ванне в этот период не определяется видом твердых охладителей и соответствует сидеуканио хрома в полупродукте.

Ю. Разработана технология окислительного периода, включайся использование в качестве регулятора температуры расплава 100120 кг/т высокоуглеродистого феррохрома, что позволило снизить содержение хрома в полупродукте, а, следовательно, и в реакционной зоне на начальной стадии продувки, на ь,0-Ъ,0% и, в свое очередь, в сочетании с рациональным температурным режимом позволили уменьшать уга;> хрома на 15-20£ отн., повысить степень использования к/сп-юрода на о5еэуглерог..вьние на 20-30S6 отн.

II. ¿оказано, что в услоьиях наличия в расплаве химического вакуума в виде пузырей аргона ¿актическая активность кислорода ниже равновесной с кремкиам, в интервале содержания последнего 0,10-0,70%, что указывает на венную технологически возможность процесса получать глубоко раскисленный металл при пониженном со- ' ;ерзании кре'-ния. итмечено, что нахеьном показателем завершенности провесов зосствновленпя хрога является содержании кремния в распльье бол0е 0,¿и?;, что позволяет э44ектиьно управлять ходом восстаноьительного периода.

id. Установлена экономическая и технологическая нецелесообразность использования ¿ерростикохромв. Разработан и опробован состав комплексной разделительной сьеси, вклачеюаей фе^росилици;: 4С65 -'eü-dd ki/т, и ельмосодерже-.иа сплав AK-I9 - 6-10 кг/т. Применение раspaCOTöfc-iOfl смеси позволило повысить степень восстановления мар-гогца в раза при неизменном у,<оьне степени восстановления хрома.

13. Сравнительный анализ качественных характеристик широкого класса хромоникелевых корроэионностоаких сталей, выплавленных спо-

с00oii ГКР и ОДВ, показал следующее: металл ГКР имеет пониженное содержание- водорода, азота, кислорода, цветных примесей; неметаллические включения металла ОДВ содержат в своем составе шпинелиды-типа > (а.1»Сг)2°з» что делает их хрупкими при прокатке, в то время как металл ГКР содержит пластичные неметаллические включения типа (CaO TlOg) и не содержит включения, сол^'з^их хромшпинелиды, что подтверждает вывод о более глубокой раскаслен-ности металла FKP по сравнению с металлом ОДВ; сталь Об4)8Х16Н1иТ, выплавленная способом ГКР, удовлетворяет требования ТУ для электрополированных труб ; по механический свойствам листовой и сортовой металл ГК? с запасов удовлетворяет требования ГОСТ а ТУ; технологическая йластичность сталей, выплавленных способом ГКР, пре-выиает таковую-для металла ОДВ в 1,2-1,5 раза; стойкость против VKK металла ГКР удовлетворяет требования норьгвтивао-техаологиче-ской документации.

14. На основании проведенных в работе исследований, на базе процесса ГКР разработана и внедрена в производство технология дуплекс-процесса получения широкого класса коррозионностойких сталей, обеспечивающая сквозное'усвоение хрока на уровне 93,0-94,0^, угар шихты на уровне 8,5-10,0^. Основные положения разработанной технологии вошли в ТИ I43-C-47-89 "Технологическая инструкция по выплавке полупродукта высокохроыистых сталей для последующего газокислородного рафинирования", ТИ I43-C-52-89 "Технологическая инструкция по выплавке хромоникелевых коррозионностойких сталей методом газокислородного рафинирования". По разработанной технологии •освоено производство широкого класса хромоникелевых, аустенитных, мартенситных и аустенито- и мартенситоферритных низко- и осооо-ниэкоуглеродистых коррозионностойких сталей.

Реальный экономический эффект, полученный на заводе "¿непро-спецсталь" в период с 1987 года по нестоящее время, подтверждаемый актом и расчетом внедрения, составил 1705СЮ руо/год.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Тютюник C.B., Долгий В.Я., Шифрин Э.В. Поведение азота npj: азотокислородной продувке расплавов и интенсификации процесса азотирования / Тез. докл. республ.науч.-техн.конфер."Современные процессы обезуглероживания и дегазации легированных сталей л сплавов", Днепропетровск, 1981г., ДКетЫ.

2. Э.В. Шифрин, Г.А.Буряковский, С.С.Казаков. Термодинамические закономерности окислительно-восстановительных реакций в си-

Г7

стене Fe-Cr-!.in- Mi -О-О-алак в процессе выплавки высоколегированного полупродукта / Тез.докл.республ.науч.-технич.конф."Совре- ■ менние процессы обезуглероживания и дегазации легированных сталей и сплавов", Днепропетровск,Д987 г., Д^етИ.

3. З.В.Ыифрин, Г.А.БуряковскиИ, й.М.Имфуин и др. Исследование • влияния окисленности металла на ход процесса обезуглероживания при выплавке коррозионностойких сталей // Изв.вузов.ЧМ, К ДО, 1988 гв Садовник и.В., Шифрин Э.в., Бондарчук В.М. и др. Промышленное опробование технологии выплавки азотированных сталей методом ГКР / Тез.докл.iij-a респ.науч.-технич.конф."Техническое- перевоору-Аение л внедрение новых ресурсосберегающих технологий в злектро-сталеплавальном производстве", Днепропетровск, 1у89г., ДМетй.

5. Ъ.Л.Бнчэав, Г.Л.Буряковский, Э.В.Шифрин и др. Поведение хрока при выплавке коррозионностойких сталей методом газокислородного рафинирования / Тез.докл.М-й респ.науч.-технич.конф.Техни- . ческое перевооружение л внедрение новых ресурсосберегавщих тех-' нологии", Днепропетровск, ДЬ'етЛ, 1989 г.

6. liiajjpnH Э.а., Буряковский Г .А., Садовник Ю.Б. и др. Рафинирование коррозионностойких сталей методом ГКР / Тез.докл. ыеьр-осп. науч.-техн.конф."Передовой опыт производства стали, внепечной обработки, разливки в слитки л получения'кузнечных заготовок", Волгоград, 1989 г.

7. С.л.Гребанетый, Э.В.Шифрин. Температурный режим процесса газокислородного рафинирования коррозионностойких сталей / Тез. докл. йсесоозн.науч.-техн.конф. молодых ученых и специалистов "Ьолодель л научно-технический прогресс в производстве и использовании металла", ;'осква, 1989 г., Ц1.ЦЧермет.

8. З.В.иидат, А.^.оинлн, ¿.О.Ельцова и др. Исследование закономерности восстановления легирующих элементов при выплавке корро-зионностойких сталей способом газокислородного рафинирования / Тез. докл. Всисо.:зн. научно-технич.кошу. иияодых ученых л специалистов "Колодеаь и ¡шучно-технпческий прогресс в производстве а использовании металла", 1..ог::ва, ЦЖЫЧеркет, 1989 г.

9. С.А.Гребенатый, Ь.й.иифрин. Влияние исходных параметров полупродукта на обезуглероживание высоколегированного расплава в процессе ПСР / Тез. докл.всесоюзн.ныуч.-технич.конф. молодых ученых и специалистов "Молодежь и научно-технический прогресс в производстве л использовании металла", Москва, ЩШЧермет, 1989 г.

Ю. Соколов B.Ii., Ковальчук Я.А., Синчевко В.М., Шифрин Э.В. Охладители для получения коррозионностойких сталей в АОД - агрегате // Интенсификация литейных технологий, АН УССР ИПЛ, Киев, ЗЭ89 г.

11. A.c. СССР К 1560603. Лигатура для получения нерхевеозих сталей / Осипов В,П., Соколов В.М., Ковальчук Л.А., Ношкевич E.H., Шифриа Э.Ь. и др.

12. A.c. ОССР £ 1506885. Способ производства хромсодерхащей стали / Нефедов D.A., Садовник Ю.В., Оифрин S.B. и др.

13. Положительное реаение на заявку Jr ^96570/23-02 (148867). В.А.Подлинец, Э.М.Ионов, Г Л.пороков, Е.И.Кошкевич, З.В. ¡11 ифрин и др. "Литейная нержавеющая сталь".

14. Колчанов O.E., Нефедов S.A., Шифрин З.В. и др. "Технология выплавки стали 03XI4H7B методой газокислородного рафинирования" // Сталь, Л М, 1989 г., с.32-34.

Материалы диссертации обсуждались на:

1. Республиканской научно-технической конференции "Современные проблемы обезуглероживания и дегазации легированных сталей и сплавов", Днепропетровск, Д1'ет11, 1987 г.

2. Ш-й Республиканской научно-технической конференции "Техническое перевооружение и внедрение новых ресурсосберегающих технологий в электросталеплавильном производстве", Днепропетровск, 1989 г.

3. Межреспубликанской научно-технической конференции "передовой ойыт производства стали, внепечной обработки, разливки в слитки и получения кузнечных заготовок", Волгоград, I96S г.

4. Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Молодежь и научно-технический прогресс в производстве и использовании металла", Москва, ШйШЧермет, Iad9 г.

Полксано к печати 21.01.1892.

■Форшсе 60*84/16. Бумаге тююгр. N» 2. Печать офсетам. фвз.ПЛ. 1,0. Уъ-«зал. 0.64. Усл.пл. 0,93. Ткраж 100 шсз. Заказ 2В. ДСП.

Днепропетровск»а металлургический институт, 320635, Днепропетровск, пр. Гагарина, 4

ОЗ ДМ«И,- 320005, Лооманское шоссе, З-б.