автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Технология производства сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали в условиях ОАО "ММК" для изготовления низкоуглеродистой проволоки

КОНТРОЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР На правах рукописи

САРЫЧЕВ ^^иь-зВЭЭ

Александр Валентинович

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СОРТОВОЙ ЯЕПРЕРЫВНОЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ ИЗ «ПСЕВДОКИПЯЩЕЙ» СТАЛИ В УСЛОВИЯХ ОАО «ММК» ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ ПРОВОЛОКИ

Специальность 05.16.02 - Металлургия чёрных, цветных и редких металлов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации начюискание ученой степени кандидатжтехнических наук

Магнитогорск - 2007 {) 7 ^

003063899

Работа выполнена в ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат"

Научный руководитель

доктор технических наук Столяров Александр Михайлович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Сёмин Александр Евгеньевич,

кандидат технических наук, профессор Миляев Александр Фёдорович

Ведущая организация

ФГУП "Центральный научно-исследовательский институт чёрной металлургии им. И.П. Бардина".

Защита состоится 26 июня 2007 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.11101 при ГОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет им. Г И Носова" по адресу 455000, г. Магнитогорск, пр Ленина, 38

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет им. Г И Носова"

Автореферат разослан «_» мая 2007 г

Учёный секретарь диссертационного совета

.Н Селиванов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" (ОАО "ММК") является постоянным поставщиком катанки для производства низкоуглеродистой сварочной и телеграфной проволоки на предприятиях метизно-металлургической отрасли Металл катанки должен обладать высокой деформируемостью при волочении, плотной макроструктурой и отсутствием поверхностных дефектов Поэтому в нем ограничивается содержание углерода, кремния, алюминия, азота и некоторых других элементов

Традиционно для изготовления такой катанки в ОАО "ММК" широко использовалась низкоуглеродистая кипящая сталь, обладающая высокой пластичностью Эта сталь выплавлялась в мартеновских печах и разливалась в изложницы с закупориванием слитков пластинами и водой Низкоуглеродистый кипящий металл полностью удовлетворял требованиям потребителей

Коренная реконструкция сталеплавильного производства ОАО "ММК" привела к полной ликвидации устаревшего мартеновского способа производства и классического способа разливки стали в изложницы. При переходе к непрерывному способу разливки стали на сортовых машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) потребовалось получить заменитель кипящей стали - её успокоенный вариант, в дальнейшем называемый "псевдокипящей" сталью Это объясняется тем, что процесс разливки на МНЛЗ настоящей кипящей стали затруднён из-за его нестабильности и повышенной аварийности. Достаточно полное раскисление "псевдокипящей" стали, гарантирующее отсутствие газовых пузырей в отлитой заготовке, является сложной задачей Это связано с ограниченным содержанием в катанке для производства сварочной и телеграфной проволоки таких традиционных элементов-раскислите-лей, какими являются кремний и алюминий Производство "псевдокипящей" стали требовалось организовать в бывшем мартеновском, а ныне - электросталеплавильном цехе (ЭСПЦ) на реконструированных и новых агрегатах. Поэтому разработка технологии производства в условиях ОАО "ММК" сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали для изготовления низкоуглеродистой проволоки являлась, несомненно, актуальной задачей.

Цель работы — создание научно обоснованной технологии производства в условиях ОАО "ММК" сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали для изготовления низкоуглеродистой проволоки Для достижения этой цели потребовалось решить следующие основные задачи

— разработать технологию выплавки "псевдокипящей" стали в реконструированных двухванных сталеплавильных агрегатах (ДСА);

- разработать технологию выплавки "псевдокипящей" стали в новых дуговых сталеплавильных печах (ДСП),

- разработать технологию ковшевой обработки "псевдокипящей" стали на агрегате "печь-ковш" (АПК),

- разработать технологию непрерывной разливки "псевдокипящей" стали на сортовых MHJI3,

- научно обосновать условия для получения плотной макроструктуры сортовой заготовки из "псевдокипящей" стали

Научная новизна работы заключается в следующем

- выявлена доминирующая роль кремния во влиянии на окисленность "псевдокипящей" стали и величину дефекта "газовый пузырь" в отлитой заготовке в присутствии более сильных раскислителей — алюминия и кальция;

- установлены рациональные значения отношения содержания кальция к содержанию алюминия в металле в зависимости от содержания кремния и алюминия в "псевдокипящей" стали для обеспечения стабильного процесса разливки закрытой струёй,

- предложен комбинированный способ непрерывной разливки "псевдокипящей" стали для увеличения продолжительности использования промежуточного ковша, серийности разливки и производительности MHJI3,

- научно обоснованы условия для получения плотной макроструктуры сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали

Практическая значимость работы состоит в том, при переходе от выплавки "псевдокипящей" стали из ДСА в ДСП производительность агрегата увеличилась в 3,1 раза, экономия силикомарганца и феррокальция составила соответственно 6,9 кг/т и 4,5 кг/т Опробован комбинированный способ непрерывной разливки "псевдокипящей" стали, позволяющий увеличить производительность МНЛЗ В ЭСПЦ ОАО "ММК" внедрена технология производства сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали для получения низкоуглеродистой проволоки. В результате замены слитков кипящей стали на сортовую заготовку из "псевдокипящей" стали получен годовой экономический эффект 22,69 млн. руб. вследствие увеличения выхода годного металла.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на VIII и IX конгрессах сталеплавильщиков в 2004 и 2006 годах, на ежегодных конференциях МГТУ по итогам научно-исследовательских работ в 2004.. 2007 годах. Получено положительное решение о выдаче патента

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 18 статей в журналах и сборниках, в том числе 6 статей в центральных рецензируемых изданиях

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованных источников и приложения. Она изложена на 114 страницах машинописного текста, включая 22 рисунка, 23 таблицы и 116 источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложены актуальность темы диссертационной работы, её цель, научная новизна и практическая значимость работы

В первой главе на основе анализа литературных данных рассмотрено существующее положение в производстве стали для изготовления низкоуглеродистой сварочной проволоки На зарубежных предприятиях для этого используются заменители кипящей стали. Они выплавляются в кислородных конвертерах или дуговых сталеплавильных печах небольшой (не более 75 т) вместимости. Такие стали с низким содержанием кремния обязательно раскисляются алюминием, остаточное содержание которого в металле составляет от 0,007 до 0,030 %.

В нашей стране заменители кипящей стали обычно называются "псев-докипящими" сталями. Сортовые непрерывнолитые заготовки из "псевдоки-пящей" стали для изготовления сварочной проволоки в основном производятся на двух отечественных металлургических предприятиях в ОАО "Осколь-ский электрометаллургический комбинат" ("ОЭМК") в г Старый Оскол и ЗАО "Нижне-Сергинский метизно-металлургический завод" ("НСММЗ") в г. Ревда Свердловской области.

Для ОАО "ММК" наиболее близкой является технология производства "псевдокипящей" стали в ЗАО "НСММЗ" Однако данная технология должна быть трансформирована с учётом условий ОАО "ММК", заключающихся в использовании сталеплавильных агрегатов значительно большей (в 1,5 раза) вместимости и другого способа непрерывной разливки стали на МНЛЗ - закрытой струей в отличие от разливки открытой струёй в ЗАО "НСММЗ"

Сталь марок Св-08А и "Т" для производства сварочной и телеграфной проволоки должна содержать примесей не более (за исключением марганца) Марка Химический элемент, %

стали С 81 Мп в Р Сг № Си А1 N Св-08А 0,10 0,03 0,35. .0,55 0,025 0,020 0,12 0,25 0,25 0,010 0,010 "Т" 0,07 0,03 0,20. .0,35 0,025 0,020 0,10 0,15 0,15 0,015 0,010 В такой стали ограничено содержание таких традиционных элементов-раскислителей, какими являются кремний и алюминий Поэтому для наиболее полного раскисления металла чаще всего используются различные каль-цийсодержащие материалы на разных этапах производственного процесса Для раскисления "псевдокипящей" стали целесообразно применение ферро-кальция в виде наполнителя порошковой проволоки Наибольшая эффективность использования кальцийеодержащих материалов достигается при их введении в жидкий расплав при непрерывной разливке в промежуточный ковш МНЛЗ или кристаллизатор Однако такой способ возможен только при высокой стандартизации условий производства стали и воспроизводимости

результатов При их отсутствии наиболее приемлемым остаётся введение материалов в сталеразливочный ковш при ковшевой обработке металла

Разливка раскисленной алюминием и кальцием стали часто затруднена из-за зарастания каналов сталеразливочных стаканов отложениями неметаллических включений В литературе имеются различные рекомендации соотношения концентраций кальция и алюминия для получения легкоплавких продуктов раскисления и обеспечения стабильного процесса разливки Однако эти рекомендации обычно относятся к достаточно полно раскисленным кремнием и алюминием сталям

Во второй главе представлены результаты разработки технологии выплавки полупродукта для получения "псевдокипящей" стали в различных сталеплавильных агрегатах ОАО "ММК".

Вначале рассмотрены особенности технологии выплавки полупродукта в реконструированных двухванных сталеплавильных агрегатах Реконструкция заключалась в уменьшении вместимости ванн ДСА с 285 т до 175 т с целью сокращения продолжительности выплавки металла для обеспечения работы сортовых MHJI3 методом "плавка на плавку" Для интенсификации процесса выплавки применялась продувка металла газообразным кислородом с высокой интенсивностью — до 9500 м3/ч Следствием этого была повышенная (до 1800 2000 ррш) окисленность выплавляемого металла, что неблагоприятно влияло на расход раскислителей и качество получаемого металла. Поэтому было предложено производить выплавку полупродукта в ДСА с предварительным раскислением металла в агрегате Для этого были опробованы различные материалы, углеродистая масса, алюмосодержащий шлак (алюмофлюс) и силикомарганец. Наиболее приемлемым оказалось применение углеродистой массы и силикомарганца

Выпуск металла из агрегата осуществлялся с отсечкой печного шлака Для наведения нового шлака в ковш вводилась известь. В ковше производилось основное раскисление ферромарганцем, чушковым алюминием и ферро-кальцием, иногда использовались силикомарганец и углеродистая масса Расчётные значения средней величины усвоения элементов-раскислителей при раскислении металла в ковше были следующими:

Химический элемент С Si Mn A1 Са Усвоение элемента, % 31,6 27,2 51,4 10,8 <1,0 В главе также приведены результаты разработки технологии выплавки полупродукта в новых дуговых сталеплавильных печах вместимостью 180 т Печи имеют удельный объем около 1 м3/т и оборудованы трансформатором с удельной мощностью 0,83 МВА/т Расход жидкого чугуна при выплавке "псевдокипящей" стали составлял 20...25 % (отн) от массы металлической шихты Нагрев лома производился пятью комбинированными топливо-кислородными горелками. Работа велась на длинных электрических дугах в

слое вспененного шлака. Плавка осуществлялась с оставлением "болота" в печи, эркервым выпуском металла из агрегата и отсечкой печного шлака. Удельный расход электроэнергии в среднем равнялся 317 кВт ч/т Раскисление металла производилось в сталеразливочном ковше ферромарганцем, чушковым алюминием и иногда добавками силикомарганца или ферросилиция. Шлак наводился присадками извести и плавикового шпата с введением на поверхность шлака углеродистой массы

Средние значения усвоения элементов при раскислении металла в ковше были следующими.

Химический элемент С Si Mn А1

Усвоение элемента, % 32,9 28,4 52,5 12,1

При выплавке "псевдокипящей" стали в ДСП производительность сталеплавильного агрегата увеличилась по сравнению с ДСА в среднем с 53 до 164 т/ч - в 3,1 раза. Выплавленный металл имел меньшую окисленность (в среднем около 1015 ррш), что позволило уменьшить расход раскислителей. Негативным моментом оказалось повышение содержания в электростали серы, азота, хрома, никеля и меди

В третьей главе приведены результаты разработки технологии ковшевой обработки полупродукта для получения "псевдокипящей" стали на агрегате "печь-ковш" АПК оборудован трансформатором мощностью 26 МВА Скорость нагрева металла может достигать 4 °С/мин Разработанная технология отличается многоступенчатым раскислением металла алюминиевой катанкой и феррокальциевой проволокой с подогревом металла и усреднитель-ной продувкой аргоном

Средняя продолжительность ковшевой обработки "псевдокипящей" стали была равна 77 мин, включая 28 мин нагрева металла. Удельный расход электроэнергии составил в среднем 51,6 кВт ч/т

Для раскисления металла на АПК применялись силикомарганец, ферромарганец, алюминиевая катанка и феррокальциевая порошковая проволока Данные об удельном расходе раскислителей на АПК, а также в сталеплавильном агрегате и в ковше на выпуске металла представлены в таблице 1 Наибольшее различие в удельном расходе раскислителей выявлено для силикомарганца и феррокальциевого наполнителя порошковой проволоки. При раскислении стали из ДСА удельный расход этих раскислителей был больше соответственно на 6,9 и 4,5 кг/т Это объясняется тем, что основная часть силикомарганца использовалась для предварительного раскисления металла непосредственно в двухванной печи и около половины от израсходованного феррокальция - в ковше при выпуске металла из ДСА Среднее усвоение элементов при ковшевой обработке стали на АПК составило для углерода - 65 %, марганца - 93 %, кальция - менее 4 %.

Степень десульфурации при ковшевой обработке полупродукта равня-

Таблица 1 - Удельный расход раскислителей (кг/т) для стали из ДСА

(числитель) и ДСП (знаменатель)

Раскислитель Место проведения раскисления Общий расход

сталеплавильный агрегат ковш на выпуске АПК

Углеродистая масса 1,9/3,0 0,1/1,1 0 2,0 / 4,1

Углеродистый наполнитель проволоки 0 0 1,6/0 1,6/0

Силикомарганец СМн 18 6,6/0 1,2 / 0,7 0,1 / 0,3 7,9 /1,0

Ферромарганец ФМн 78 0 5,2 / 3,8 0,5/1,3 5,7/5,1

Ферросилиций ФС 65 0 0/0,4 0 0/0,4

Алюминий чушковый первичный вторичный 0 0 0/0,2 1,1/0,8 0 0 0/0,2 1,1 /0,8

Алюминиевая катанка 0 0 0,5 / 1,0 0,5 / 1,0

Феррокальциевый наполнитель проволоки 0 4,7/0 5,3/5,5 10,0 / 5,5

лась 43 44 % Содержание азота в процессе обработки увеличилось на 30. 50 % (отн.) Отношение содержания кальция к содержанию алюминия (в дальнейшем - отношение [Са]/[А1]) в металле изменялось в очень широком интервале из-за нестабильного усвоения кальция и в среднем равнялось 0,9.

Для оценки влияния различных факторов на величину активности кислорода в металле на АПК был проведен статистический анализ данных 65 плавок Факторами являлись содержание в металле углерода, кремния, марганца, алюминия, кальция, отношение [Са]/[А1] и отношение р51]/[А]] Статистически значимыми оказались зависимости активности кислорода от содержания кремния в металле и от отношения р>1]/[А1] (рисунки 1 и 2).

Активность кислорода в металле снижается при увеличении отношения [80/[А1]. Само отношение возрастает при увеличении содержания кремния в "псевдокипящей" стали до максимально допустимого стандартом предельного уровня 0,03 %. Это свидетельствует о доминирующей роли кремния во влиянии на окисленность "псевдокипящей" стали в присутствии более сильных раскислителей — алюминия и кальция.

•р 40' о

са 30«

о о.

0

5 20-§

из Й

а

1

< а

0,005 0,010 0,015 0,020

Содержание кремния, %

0,025

0,030

Рисунок 1 - Зависимость активности кислорода (<з[0]) в "псевдокипящей" стали на АПК от содержания кремния в металле [51]

а10] = ~ ^+ 4,4, г\ = 0,56, Г = 0,08, ¿0,о5 = 1,988

Отношение р31]/[А1]

Рисунок 2 - Зависимость активности кислорода (%?]) в "псевдокипящей" стали на АПК от отношения [.5г]/[Л/] 9.8

+ 7,1, V - 0,42, I = 0,05, Г0,05 = 1,988

В четвёртой главе рассмотрены технологические параметры непрерывной разливки "псевдокипящей" стали на пятиручьевых МНЛЗ радиального типа с базовым радиусом 9 м Разливка "псевдокипящей" стали марок Св-08А и "Т" производится закрытой струей на заготовки с размерами поперечного сечения 150x150 мм и 152x170 мм

Температура ликвидуса "псевдокипящей" стали была рассчитана для предельных значений содержания элементов, регламентируемых стандартом, и фактического содержания тех элементов, нижний предел которых стандартом не оговаривается

Марка стали Температура ликвидуса, °С

Св-08А 1520. .1530

"Т" 1525 1530.

На основании этого для "псевдокипящей" стали были определены нормативные величины температуры металла в промежуточном (1545 1565 °С) и сталеразливочном (1590 ..1605 °С) ковшах, скорость вытягивания заготовки из кристаллизатора (2,0...3,0 м/мин), частота качания кристаллизатора (190...250 циклов/мин) при амплитуде 3,5 мм и расход воды на вторичное охлаждение заготовки (0,03... 1,25 м3/мин).

При разливке "псевдокипящей" стали среднее содержание элементов (%) в маркировочной пробе металла, выплавленного в ДСА (числитель) и ДСП (знаменатель), было следующим-

С Si Mn S Р Cr № Си AI N Ca 0,083 0.017 0.413 0,010 0.010 0,021 0,027 0,038 0,006 0,0076 0,0029 0,078 0,022 0,419 0,019 0,014 0,073 0,099 0,170 0,006 0,0085 0,0027 На участке АПК-МНЛЗ произошло увеличение содержания в стали азота на 15. 29 % (отн), снижение содержания алюминия и кальция соответственно на 40 % (отн.) и 55.. 65 % (отн.) Отношение [Са]/[А1] на данном участке уменьшилось на величину, равную 0,2 0,3 (абс.). Из литературы известно, что данное отношение оказывает существенное влияние на разли-ваемость металла. Так для достаточно полно раскисленной алюминием стали для предотвращения затягивания разливочных стаканов рекомендуется иметь отношение [Са]/[А1] 0,08 .0,14 или 0,10 . 0,15.

Для проверки применимости данных рекомендаций к "псевдокипящей" стали был проведён анализ результатов разливки металла 103 плавок закрытой струёй (рисунок 3). Суммарная доля плавок с внеплановым прекращением разливки составила 22,4%. При отношении [Са]/[А1], меньшем 0,4, незапланированное прекращение разливки в основном было связано с невозможностью подачи жидкого металла в кристаллизатор вследствие затягивания разливочных стаканов

Вид внутренних отложений в канале погружного стакана представлен на рисунке 4. Отложения были исследованы с применением различных мето-

S? 10-

9,7

m

ё в?

Ed й Q

H J*

8-

6-

4-

2-

.WNViW^W

Л\ЧЧ\Ч\Ч\\\ .\Ч\Ч\ЧУЛЧЧ' .ЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ .ЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ .Vs\\\\\S\4\

.ччччччччччч .ччччччччччч .ччччччччччч лчччччччччу лчччччччччч .ччччччччччч .ччччччччччч .ЧЧЧЧЧЧЧЧЧ-чЧ

.ччччччччччч

<0,4

4,9

лччччччччч^

чЧЧЧЧЧЧЧЧ\Ч> ЛЧЧ-ЛЧЧЧЧЧЧ ^ЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ чЧЧЧ^ЧЧЧЧЧЧ>

лччччччччч*-

ЛЧЧЧЧЧЧхЧЧ> s4444.444444>

0,4...0,7 Отношение [Са]/[А1]

7,8

ЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ4 ЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ1 ЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ' ЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ'

ччччччччччч' ччччччччччч

ЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ ЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ' ЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ' ЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ' \ЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ' ЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ' ЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ4

>0,7

Рисунок 3 - Данные о внеплановом прекращении разливки "псе в до кипя щей" стали при разном отношении [Са]/[А1] в разливаемом металле

дов; химического анализа на спектрометре фирмы "Spektro", микрорентге-ко спектрально го анализа на растровом микроскопе "С am scan", рентгенострук-турного анализа на рентгеновской установке УРС-0,02, петрографического анализа на микроскопе lLVertival", измерения температуры плавления на микроскопе фирмы "Hess е-instrument" (Германия).

Преобладающей фазой отложений являлся гексаалгоминат кальция Са0-6Л]20?. Такие неметаллические включения с долей СаО менее 10% имеют температуру плавления около 1820 "С и являются тугоплавкими. По диаграмме состояний СаО Л!;0;5 алюминаты кальция могут находиться в стали в жидком состоянии при температуре непрерывной разливки 1550...1580 °С в том случае, если образуется соединение 1_2СаО7АЬ0;ь Это возможно при содержании оксида кальция в неметаллических включениях от 45 до 55 % и оксида алюминия от 55 до 45 %.

Внеплановое прекращение разливки металла при отношении [Са]/[А1],

Рисунок 4 - Вид внутренних отложений в канале погружного стакана

I 1

большем 0,7, как правило, происходило из-за невозможности регулирования подачи жидкого металла в кристаллизатор вследствие некрытая стопоров промежуточного ковша. При этом некрытие стопоров из-за размывания их пробки наблюдалось при различном (от 0,3 до 1,1) отношении [Са]/[А1] Металл плавок с некрытием стопоров характеризовался низким содержанием как кремния (в среднем 0,011 %), так и алюминия (в среднем 0,0058 %) Вследствие этого даже при таком же, как на плавках без замечаний, среднем содержащий кальция (0,0048 %) и высоком отношении [Са]/[А1] (в среднем 0,83) металл являлся переокисленным. Средняя активность кислорода в металле на АПК перед отдачей на МНЛЗ была на 3,2 ррт выше и статистически значимо отличалась с уровнем вероятности 85 % Это могло явиться причиной размывания пробок стопоров из-за большей жидкоподвижности металла

С целью обеспечения стабильного процесса разливки "псевдокипящей" стали необходимо иметь в разливаемом металле содержание кремния 0,020 0,030 % и отношение [Са]/[А1], равное 0,4. 0,7. Для этого на АПК после ковшевой обработки металла это отношение должно составлять 0,65. .0,95 На состав низкоуглеродистой стали для сварочных электродов получено решение о выдаче патента

Качество отлитой заготовки изучалось по результатам оценки макроструктуры поперечных темплетов В целом макроструктура металла была оценена как удовлетворительная Однако, максимальные значения дефектов "краевая точечная загрязнённость" и "газовый пузырь внутренний" превышали предельно допустимый уровень.

При изучении влияния на величину дефектов макроструктуры заготовки различных факторов были выявлены статистически значимые зависимости величины дефекта "газовый пузырь внутренний" (ППА, балл) от окисленно-сти металла на АПК (в[0], ррт), содержания кремния ([БЦ, %) и алюминия ([А1], %) в разливаемой стали: ГПА = 0,0005 ащ + 0,0248 ат - 0,0485, т] =0,519, г = 0,09, = 1,99, (1) ГПА = 0,0174 / [БП - 0,584, п =0,584, г = 0,03, 1005= 1,98, (2)

ГПА = 0,0051 / [А1] - 0,29, т] =0,493, 1 = 0,014, = 1,99. (3)

Сравнение величин корреляционного отношения т] показывает, что зависимость величины газового пузыря от содержания кремния в металле является более тесной, чем от содержания алюминия Таким образом, для получения сортовой непрерывнолитой заготовки с меньшим количеством пузырей необходимо снижать уровень окисленности металла, увеличивая, в допустимых пределах, содержание, в первую очередь, кремния, а затем — алюминия.

Разработанная технология производства сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали марок Св-08А и "Т" с разливкой закрытой струёй внедрена в производство с годовым экономическим эффектом

22,69 млн руб. в результате экономии металла при переходе от производства слитков кипящей стали к непрерывнолитой заготовке.

В работе предложен и опробован комбинированный способ непрерывной разливки "псевдокипящей" стали для увеличения продолжительности использования промежуточного ковша, серийности разливки и производительности МНЛЗ. Способ заключается в совместном использовании устройств как для разливки открытой струей (калиброванных стаканов), так и для разливки закрытой струёй (погружных стаканов), механизма прижима и подачи аргона в место стыка стаканов Стопора в промежуточный ковш устанавливаются, но применяются только для кратковременного прекращения подачи металла при запуске ручья или замене погружного стакана. При установившемся режиме разливки стопора не используются для регулирования подачи металла в кристаллизаторы. Для этого достаточно наличия быстроза-меняемых калиброванных стаканов Это позволяет исключить внеплановые прекращения разливки металла и снижение количества плавок в серии из-за размывания пробок стопоров.

Данным способом было разлито 13 плавок стали марки Св-08А В таблице 2 представлены результаты оценки качества макроструктуры заготовок, отлитых комбинированным способом, а также закрытой и открытой струями Таблица 2 — Усреднённые результаты оценки качества макроструктуры

Способ разливки Дефект макроструктуры*, балл

ЦП ОЛ ЛПТоб ЛПТос лптуг СП КТЗ ГПА ГШ

Комбинированный (13 плавок) 0,74 0,56 0,27 0,72 0,16 0 1,0 1,4 0,9

Закрытой струёй (39 плавок) 0,59 0,56 0,30 0,90 0,01 0 0,56 0,46 0,7

Открытой струёй (19 плавок) 0,60 0,50 0,32 0,86 0,13 0 1,25 2,33 1Д9

- ликвационные полосы и трещины общие, осевые и угловые, СП - светлые полосы, КТЗ - краевая точечная загрязнённость, ГПА и ГПБ - газовый пузырь внутренний и поверхностный

Наименьшее развитие дефектов наблюдалось в металле, отлитом на МНЛЗ закрытой струёй Худшие показатели были при разливке открытой струей, которая применялась в цехе очень короткое время В заготовке из та-

кого металла было много газовых пузырей и неметаллических включений Метал, отлитый комбинированным способом, по степени развития дефектов ГПА, ГПБ и КТЗ занимал промежуточное положение между металлом, разлитым двумя другими способами. Величина показателей таких дефектов, как КТЗ и ГПА в опытном металле существенно — в 1,8 и 3,0 раза выше, чем при разливке закрытой струей Следовательно, в процессе разливки металла комбинированным способом происходило эжектирование воздуха в струю металла в месте стыка калиброванного и погружного стаканов Кроме того, довольно часто наблюдалось подтекание металла и намораживание металла в погружном стакане. Поэтому данная технология требует доработки и более широкого опробования.

В пятой главе приведены результаты анализа условий получения сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали с плотной макроструктурой Для этого были рассчитаны значения параметров, влияющих на образование внутренних пузырей в сортовой заготовке.

Газовые пузыри в заготовке могут образоваться в процессе кристаллизации металла из-за выделения монооксида углерода, азота и водорода Газы не образуются, если в жидкой фазе у фронта кристаллизации выполняется следующее неравенство.

РсО + + РНг < Ракш + ^мет + Рщл + ^пов ) (4)

где Рсо , РЫг, РНг — парциальное давление СО, Ы2 и Н2 внутри пузыря, атм, Ршш 5 5 г Рпдв - атмосферное давление, ферростатическое давление металла и шлака, давление, обусловленное поверхностным натяжением, атм. Приравняв обе части неравенства (4) и сделав преобразования, получим формулу для нахождения критической активности кислорода, при которой не происходит образования пузырей в заготовке

= Р + А- КеЮ+Риа -Ьщ» +102-10-6 -2(7/г -

-ЬЩ/КЯУ -(1Н]/Кн)2] 1{КС -/с -[С]). (5)

где а^ - критическая активность кислорода в металле, %, Рмет *Рчт - плотность жидких металла и шлака, кг/м3; Ижт, - высота слоя металла и шлака в кристаллизаторе, см; а - поверхностное натяжение жидкой стали, мДж/м2; г - начальный радиус газового пузыря, см; [ЛГ],[ДГ],[С]- содержание азота, водорода и углерода в металле около

фронта кристаллизации, %, К„, Кн, Кс ~ константы равновесия реакций растворения азота и

водорода, реакции образования монооксида углерода, /с - коэффициент активности углерода В выражении (5) содержание примесей в металле около фронта кристаллизации ([£]) определяется из уравнения

[Щ =[£„] + ~ ехр(-к V( • # /£>Д (6)

где [Е0] - содержание элемента в объёме жидкой фазы, %;

¿-коэффициент распределения растворённого элемента между жидкой и твёрдой фазами, - скорость кристаллизации, см/с; ^ - толщина слоя затвердевшего металла, см, De - коэффициент диффузии растворённого элемента в жидкой фазе, см2/с.

В формуле (6) величина толщины слоя затвердевшего металла задается Зная эту величину, можно определить продолжительность кристаллизации слоя такой толщины

X -

где г - продолжительность кристаллизации слоя затвердевшего металла, мин; к3 - коэффициент затвердевания стали, см/мин0'5.

Скорость кристаллизации металла определялась из выражения

Для вычисления высоты слоя жидкого металла в кристаллизаторе использовалась формула

А««=100т w, (9)

где w - скорость вытягивания заготовки из кристаллизатора, м/мин

Значения остальных параметров рассчитывались по известным выражениям или принимались с использованием справочной литературы.

Расчёт параметров, влияющих на образование внутренних пузырей в сортовой заготовке, по вышеприведённому алгоритму был проведён в среде электронных таблиц Excel При расчёте использовались фактические данные о химическом составе низкоуглеродистой "псевдокипящей" стали марок Св08А и "Т" и параметрах её разливки с получением сортовой заготовки сечением 150x150 мм. Предварительным расчетом было установлено, что критическая активность кислорода имела наименьшее значения на расстоянии около двух миллиметров от поверхности заготовки Для такой лимитирующей толщины слоя затвердевшего металла были выполнены все последующие расчеты.

Расчетным методом было изучено влияние содержания различных элементов в стали и скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора на величину критической активности растворённого в металле кислорода Изменение скорости вытягивания заготовки в интервале 2,0 .2,8 м/мин не оказало существенного влияния на изучаемый параметр На рисунке 5 представлены характерные зависимости критической активности кислорода от содержания

Oi-------;

0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 Содержание углерода, %

80i-----J-------

04--------_Х_1Г11

0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 Содержание углерода, %

Рисунок 5 — Расчётные зависимости критической активности кислорода в "псевдокипящей" стали от содержания углерода и азота при [Н]=4 ррш (вверху) и [Н]=6 ррт (внизу)

в стали углерода, азота и водорода Содержание углерода варьировалось в интервале 0,03. 0,10 %, а содержание растворённых в металле азота и водо-

рода - в диапазоне 40 100 ррш и 4 .7 ррш соответственно Скорость вытягивания заготовки из кристаллизатора составляла 2,3 м/мин

Критическая активность кислорода уменьшается с увеличением содержания углерода (при постоянном содержании азота и водорода) по гиперболической зависимости Чем больше в стали азота и водорода (при постоянном содержании углерода), тем ниже критическая активность кислорода Изменение содержания азота на 10 ррш оказывает на критическую активность кислорода в стали примерно аналогичное воздействие, как изменение содержания водорода на величину 0,5 ррш.

Таким образом, для получения плотной макроструктуры в отливаемой сортовой непрерывнолитой заготовке необходимо иметь активность растворенного в "псевдокипящей" стали кислорода ниже ее критического уровня. На критический уровень существенное влияние оказывает не только содержание в жидкой стали углерода, но и содержание в ней азота и водорода При относительно высоком содержании этих газов даже очень сильное раскисление металла не гарантирует отсутствия внутренних пузырей в заготовке. Задача получения заготовки с плотной макроструктурой из "псевдокипящей" стали значительно облегчается при снижении содержания растворённых в стали азота и водорода

Результаты расчёта критической активности кислорода в металле были использованы для выработки рекомендаций с целью получения сортовой заготовки из "псевдокипящей" стали без внутренних пузырей:

— активность кислорода в металле на АПК перед передачей плавки на МНЛЗ должна быть не более 10 ррш,

- максимальное содержание азота определяется в зависимости от содержания углерода (0,06. .0,10 %) и водорода в металле-

[Н], ррш 4 5 6 7

[М]=105-250[С], [Ы]=94,5-275[С]; рМ]=87-400[С], [N1=60-400[С] Для облегчения условий получения бездефектной сортовой заготовки необходима вакуумная обработка металла, выплавленного в дуговых сталеплавильных печах.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В дуговой сталеплавильной печи или двухванном сталеплавильном агрегате выплавляется полупродукт, предназначенный для получения "лсевдоки-пящей" стали и имеющий перед выпуском из агрегата среднее содержание углерода 0,04. 0,05 %, активность кислорода 1 ООО 1100 ррщ и температуру 1640.. 1650 °С

2. На агрегате "печь-ковш" производится предварительное раскисление металла с активностью кислорода 220. 250 ррю расчётным количеством алюминиевой катанки - в среднем около 1 кг/т

3. Окончательное раскисление металла до 10. 15 ррш активности кислорода производится расчётным количеством феррокальциевого наполнителя порошковой проволоки (в среднем около 5,5 кг/т) отдельными порциями с последующими продувкой аргоном и нагревом металла до 1605 1610 °С Отношение [Са]/[А1] в металле после его обработки на АПК должно составлять 0,65...0,95

4. Основными причинами внепланового прекращения разливки "псевдокипя-щей" стали закрытой струёй являются затягивание погружных стаканов тугоплавкими неметаллическими включениями и размывание пробок стопоров промежуточного ковша жидким металлом с повышенной окисленностью

5. Для устранения внеплановых прекращений разливки необходимо иметь в разливаемом металле содержание кремния 0,020...0,030 % и отношение [Са]/[А1], равное 0,4. .0,7

6 Выявлены статистически значимые зависимости величины внутреннего газового пузыря в сортовой заготовке от окисленности металла на АКП, содержания кремния и алюминия в разливаемом металле Кремний оказывает доминирующее влияние на окисленность металла и величину газового пузыря в заготовке в присутствии более сильных раскислителей — алюминия и кальция

7 Предложен и опробован комбинированный способ непрерывной разливки "псевдокипящей" стали, позволяющий существенно увеличить продолжительность использования промежуточного ковша, серийность разливки и производительность MHJI3

8. Лучшее качество макроструктуры имеет сортовая заготовка из "псевдокипящей" стали, отлитая закрытой струёй в сравнении с разливкой открытой струёй и комбинированным способом

9. Разработанная технология производства сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали для изготовления низкоуглеродистой проволоки внедрена в производство с годовым экономическим эффектом 22,69 млн руб в результате экономии металла при переходе от производства слитков кипящей стали к непрерывнолитой заготовке

10. Для получения плотной макроструктуры сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали научно обоснованы значения критического уровня активности кислорода в металле в зависимости от содержания в нём углерода, азота и водорода.

11 Активность кислорода в металле на АПК перед передачей плавки на МНЛЗ не должна превышать 10 ррш, а максимальное содержание азота определяется в зависимости от содержания углерода и водорода в металле Для облегчения условий получения бездефектной сортовой заготовки необходима вакуумная обработка электростали

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Освоение производства непрерывнолитой сортовой заготовки из мартеновской стали / В.Ф. Рашников, Р С Тахаутдинов, Ю А. Бодяев, В М. Корнеев, A.B. Сарычев//Сталь -2004.-№12 -С 29-31.

2 Технология выплавки стали в двухванном агрегате и способы её подготовки для разливки на сортовых МНЛЗ / О А. Николаев, А В Сарычев, Ю А Ивин и др. // Сталь - 2006. - №3. - С. 23 - 24

3. Опыт подготовки металла для разливки на сортовых МНЛЗ / А В Сарычев, О А. Николаев, Ю А. Ивин и др // Сталь - 2007 - №2. - С. 44 - 45

4 Электросталеплавильный цех - залог дальнейшего повышения эффективности сталеплавильного производства ОАО "ММК" / В Ф. Рашников, PC Тахаутдинов, А В Сарычев и др //Сталь -2007.-№2.-С 58-59

5 Устройства для снижения вторичного окисления металла при его разливке открытой струёй на сортовых МНЛЗ / А В Сарычев, Д В. Юречко, С Н Ушаков, Ю М Желнин // Металлург - 2007. - №1. - С. 45 - 47.

6 Способ оперативной корректировки мерной длины заготовки в процессе разливки на сортовых МНЛЗ Магнитогорского металлургического комбината / А В Сарычев, А Б Великий, Д В Юречко, А Г Алексеев // Бюллетень научно-технической и экономической информации Чёрная металлургия -2007 -№1 -С. 22-24

7 Расширение марочного сортамента сталей, выплавляемых в двухванных сталеплавильных агрегатах / НН. Шакиров, AB Сарычев, В В Павлов, К В Казятив // Совершенствование технологии в ОАО "ММК" Сб трудов Центральной лаборатории ОАО "ММК". Вып 8 - Магнитогорск Дом печати, 2004 -С 40-44.

8 Реконструкция мартеновского производства в ОАО "ММК" / Р.С Тахаутдинов, А.В Сарычев, О.А Николаев и др // Труды восьмого конгресса сталеплавильщиков / АО "Черметинформация" Ассоциация сталеплавильщиков -М. Черметинформация, 2005 — С 326 - 327

9 Выплавка стали мартеновского сортамента в двухванных сталеплавильных агрегатах / А В. Сарычев, Н Н Шакиров, С.В Мещеров и др. // Труды вось-

мого конгресса сталеплавильщиков / АО "Черметинформация" Ассоциация сталеплавильщиков - М • Черметинформация, 2005 - С. 327 - 329.

10 Разработка технологии производства легированных и углеродистых марок стали с последующей разливкой на сортовой МНЛЗ / А В Сарычев, ЮН. Коркин, Ю.А Ивин и др. // Совершенствование технологии в ОАО "ММК". Сб трудов Центральной лаборатории ОАО "ММК". Вып 9 - Магнитогорск Дом печати, 2005. - С. 71 - 76

11 Опыт подготовки металла к разливке на сортовых МНЛЗ мартеновского цеха / А.В Сарычев, А.Б. Великий, O.A. Николаев и др. // Совершенствование технологии в ОАО "ММК" Сб. трудов Центральной лаборатории ОАО "ММК". Вып. 9. - Магнитогорск: Дом печати, 2005 ~C.11- 83.

12 Освоение технологии производства непрерывнолитой заготовки в мартеновском цехе ОАО "ММК" / P.C. Тахаутдинов, Ю А. Бодяев, А Ф. Сарычев, Ю.М Желнин, A.B. Сарычев, В П. Филиппова // Совершенствование технологии в ОАО "ММК" Сб. трудов Центральной лаборатории ОАО "ММК" Вып 9 - Магнитогорск. Дом печати, 2005 - С 89-94

13. Освоение непрерывной разливки стали на сортовых МНЛЗ мартеновского цеха / Р С. Тахаутдинов, Ю А. Бодяев, А В Сарычев и др // Совершенствование технологии в ОАО "ММК" Сб. трудов Центральной лаборатории ОАО "ММК". Вып. 9 -Магнитогорск. Дом печати, 2005.-С 174-179 14 Сарычев А В. Производство сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали // Литейные процессы: Межрегион, сб. науч тр. -Магнитогорск: ГОУ ВПО "МГТУ", 2006. - Вып 6. - С. 154 - 160.

15. Сарычев A.B. Качество макроструктуры сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали // Литейные процессы: Межрегион сб науч тр.-Магнитогорск. ГОУ ВПО "МГТУ", 2006 -Вып 6 - С. 129-134.

16. Сарычев А В , Столяров А.М., Масальский С.С Моделирование образования внутренних пузырей в сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали // Теория и технология металлургического производства: Межрегион, сб науч тр. - Магнитогорск ГОУ ВПО "МГТУ", 2006 -Вып 6 -С 65-70

17. Сарычев А В , Столяров А.М, Масальский С.С. Анализ условий получения сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали без внутренних пузырей // Процессы и оборудование металлургического производства- Межрегион, сб. науч. тр — Вып 7 — Магнитогорск ГОУ ВПО "МГТУ",2006 -С 285-289.

18 Разработка технологии производства "псевдокипящих" марок стали в ЭСПЦ ОАО "ММК" / А В. Сарычев, О А Николаев, Ю.А Ивин и др // Совершенствование технологии в ОАО "ММК". Сб. трудов Центральной лаборатории ОАО "ММК". Вып. 10. - Магнитогорск: Дом печати, 2006. - С. 128 -132.

Подписано в печать 23 05 07 Формат 60x84 1/16 Бумага тип № 1

Плоская печать Услпечл1,0 Тираж 100 экз Заказ 352

455000, Магнитогорск, пр Ленина, 38 Полиграфический участок ГОУ ВПО «МГТУ»

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I ПРОИЗВОДСТВО СОРТОВОЙ НЕПРЕРЫВНОЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ ИЗ «ПСЕВДОКИПЯЩЕЙ» СТАЛИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ КАТАНКИ.

1.1 Известный опыт производства непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали.

1.2 Анализ возможности применения калыдайсодержащих материалов при производстве "псевдокипящей" стали.

Выводы по главе.

ГЛАВА II РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВЫПЛАВКИ ПОЛУПРОДУКТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ «ПСЕВДОКИПЯЩЕЙ» СТАЖ В УСЛОВИЯХ ОАО «ММК».

2.1 Разработка технологии выплавки полупродукта с предварительным раскислением в реконструированных двухванных сталеплавильных агрегатах.

2.2 Разработка технологии выплавки полупродукта в новых дуговых сталеплавильных печах.

Выводы по главе.

ГЛАВА III РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КОВШЕВОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУПРОДУКТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ «ПСЕВДОКИПЯЩЕЙ» СТАЛИ НА АГРЕГАТЕ «ПЕЧЬ-КОВШ».

3.1 Краткая характеристика и описание агрегата "печь-ковш".

3.2 Особенности технологии ковшевой обработки полупродукта для получения "псевдокипящей" стали.

3.3 Результаты ковшевой обработки выплавленного в ДСА и ДСП полупродукта для получения "псевдокипящей"стали.

Выводы по главе.

ГЛАВА IV РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ

ПСЕВДОКИПЯЩЕЙ» СТАЛИ НА СОРТОВЫХ МНЛЗ.

4.1 Краткая характеристика и описание сортовой МНЛЗ.

4.2 Особенности технологии непрерывной разливки "псевдокипящей" стали закрытой струёй.

4.3 Результаты разливки "псевдокипящей" стали закрытой струёй.

4.4 Комбинированный способ разливки "псевдокипящей" стали.

Выводы по главе.

ГЛАВА V АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ПОЛУЧЕНИЯ СОРТОВОЙ

НЕПРЕРЫВНОЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ ИЗ «ПСЕВДОКИПЯЩЕЙ» СТАЛИ С ПЛОТНОЙ МАКРОСТРУКТУРОЙ.

5.1 Расчёт параметров, влияющих на образование внутренних пузырей в сортовой заготовке.

5.1.1 Алгоритм расчёта.

5.1.2 Результаты расчёта.

5.2 Использование результатов расчёта для анализа условий получения непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали с плотной макроструктурой.

Выводы по главе.

Стальная проволока в качестве конструкционного материала применяется практически во всех отраслях промышленности. Объём производства проволоки из низкоуглеродистой стали составляет около двух третей от общего объёма выпускаемой продукции [1]. Производство низкоуглеродистой проволоки является экономически достаточно выгодным, так как применяются большие единичные и суммарные (до 98 %) обжатия, высокие скорости волочения, несложная термообработка и высокая поточность производства [2, 3]. К разновидностям низкоуглеродистой проволоки относятся сварочная проволока для наплавки и телеграфная проволока для воздушных линий связи и проводов электропередачи, изготовление которых осуществляется на предприятиях метизно-металлургической отрасли. Сварочная и телеграфная проволока производятся из катанки, поставляемой металлургическими предприятиями. Низкоуглеродистый металл катанки должен обладать высокой деформируемостью при волочении. Для этого кроме содержания углерода в металле ограничивается и содержание кремния. Алюминий также является нежелательной примесью, так как входит в состав труднодеформируемых оксидных неметаллических включений. В катанке не допускается присутствие усадочных дефектов. Глубина распространения поверхностных дефектов ограничена [см. 1]. Традиционно для изготовления такой катанки на металлургических предприятиях как раньше, так и в настоящее время широко используют низкоуглеродистую кипящую сталь, обладающую высокой пластичностью [4, 5]. Одним из постоянных поставщиков катанки для изготовления сварочной и телеграфной проволоки является ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" (ММК). На этом предприятии в период до девяностых годов прошедшего столетия катанка для сварочной и телеграфной проволоки производилась из кипящей стали, выплавлявшейся в 400-т мартеновских печах с раскислением в сталеразливочном ковше низкокремнистым ферромарганцем. Разливка металла осуществлялась сверху в изложницы на слитки массой до Юте применением брикетов-интенсификаторов кипения. Для прекращения кипения металла производилось накрывание слитков стальными пластинами с последующей заливкой водой. В целом низкоуглеродистый кипящий металл полностью удовлетворял требованиям заказчиков.

По мере проведения коренной реконструкции сталеплавильного производства ММК все мартеновские печи были выведены из эксплуатации. Поэтому металл мартеновского сортамента стал выплавляться в двухван-ных сталеплавильных агрегатах (ДСА). Вместимость ванн ДСА была уменьшена с 285 до 175 т для обеспечения возможности разливки стали на строившихся сортовых машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). На первом этапе реконструкции были введены в эксплуатацию агрегат "печь - ковш" (АПК) и две сортовые МНЛЗ. Это означало переход от классического способа разливки стали в изложницы к современному непрерывному способу разливки. При этом возникла необходимость получения заменителя "кипящей" стали - её успокоенного варианта или, так называемой, "псевдокипящей" стали. Это объясняется тем, что разливка на МНЛЗ настоящей "кипящей" стали сопряжена с рядом трудностей, заключающихся в нестабильности процесса разливки и повышенной её аварийности. Причиной этих трудностей являются колебания уровня металла в кристаллизаторе в результате высокой и непостоянной окисленности стали как в пределах одной плавки, так и смежных в серии плавок, а также наличие газовых пузырей в отливаемой заготовке близко от её поверхности [6]. На втором этапе реконструкции мартеновского цеха произведена замена двухванных сталеплавильных агрегатов современными дуговыми сталеплавильными печами (ДСП). После этого возникла необходимость освоения технологии выплавки "псевдокипящей" стали в новых агрегатах. Трудности получения более сильно раскисленной "псевдокипящей" стали, из которой производится катанка для сварочной и телеграфной проволоки, заключаются в том, что в таком металле ограничено содержание такого традиционного элемента-раскислителя, каким является алюминий. Поэтому необходимо при низком содержании в металле кремния и алюминия получать достаточно высокую степень раскисленности стали, которая гарантирует отсутствие газовых пузырей в отлитой сортовой заготовке. Производство "псевдокипящей" стали требовалось организовать в бывшем мартеновском, а ныне - электросталеплавильном цехе (ЭСПЦ) на реконструированных и новых агрегатах. Поэтому разработка технологии производства в условиях ОАО "ММК" сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали для получения сварочной и телеграфной проволоки являлась, несомненно, актуальной задачей.

Целью диссертационной работы являлось создание научно обоснованной технологии производства сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали для получения сварочной и телеграфной проволоки в условиях ОАО "ММК". Для достижения этой цели потребовалось решить следующие основные задачи:

- разработать технологию выплавки "псевдокипящей" стали в реконструированных двухванных сталеплавильных агрегатах;

- разработать технологию выплавки "псевдокипящей" стали в новых дуговых сталеплавильных печах;

- разработать технологию ковшевой обработки "псевдокипящей" стали на агрегате "печь-ковш";

- разработать технологию непрерывной разливки "псевдокипящей" стали на сортовых MHJI3;

- научно обосновать условия для получения плотной макроструктуры сортовой заготовки из "псевдокипящей" стали.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- выявлена доминирующая роль кремния во влиянии на окислен-ность "псевдокипящей" стали и величину дефекта "газовый пузырь" в отлитой заготовке в присутствии более сильных раскислителей - алюминия и кальция;

- установлены рациональные значения отношения содержания кальция к содержанию алюминия в металле в зависимости от содержания кремния и алюминия в "псевдокипящей" стали для обеспечения стабильного процесса разливки закрытой струёй;

- предложен комбинированный способ непрерывной разливки "псевдокипящей" стали для увеличения продолжительности использования промежуточного ковша, серийности разливки и производительности МНЛЗ;

- научно обоснованы условия для получения плотной макроструктуры сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали.

Практическая значимость работы состоит в том, при переходе от выплавки "псевдокипящей" стали из ДСА в ДСП производительность агрегата увеличилась в 3,1 раза, экономия силикомарганца и феррокальция составила соответственно 6,9 кг/т и 4,5 кг/т. Опробован комбинированный способ непрерывной разливки "псевдокипящей" стали, позволяющий увеличить производительность МНЛЗ. В ЭСПЦ ОАО "ММК" внедрена технология производства сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали для получения сварочной и телеграфной проволоки.

В результате замены кипящей стали на "псевдокипящую" получен годовой экономический эффект 22,69 млн. руб. вследствие увеличения выхода годного металла.

Экспериментальная часть работы выполнена в ОАО "ММК".

Автор выражает глубокую признательность работникам ЭСПЦ, центральной лаборатории контроля ОАО "ММК", сотрудникам Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова, принимавшим участие с совместном проведении исследований.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В дуговой сталеплавильной печи или двухванном сталеплавильном агрегате выплавляется полупродукт, предназначенный для получения "псевдокипящей" стали и имеющий перед выпуском из агрегата среднее содержание углерода 0,04.0,05 %, активность кислорода 1 ООО. 1100 ррт и температуру 1640. .1650 °С.

2. На агрегате "печь-ковш" производится предварительное раскисление металла с активностью кислорода 220.250 ррт расчётным количеством алюминиевой катанки - в среднем около 1 кг/т.

3. Окончательное раскисление металла до 10. 15 ррт активности кислорода производится расчётным количеством феррокальциевого наполнителя порошковой проволоки (в среднем около 5,5 кг/т) отдельными порциями с последующими продувкой аргоном и нагревом металла до 1605. 1610 °С. Отношение [Са]/[А1] в металле после его обработки на АПК должно составлять 0,65.0,95.

4. Основными причинами внепланового прекращения разливки "псевдокипящей" стали закрытой струёй являются затягивание погружных стаканов тугоплавкими неметаллическими включениями и размывание пробок стопоров промежуточного ковша жидким металлом с повышенной окисленностью.

5. Для устранения внеплановых прекращений разливки необходимо иметь в разливаемом металле содержание кремния 0,020.0,030 % и отношение [Са]/[А1], равное 0,4.0,7.

6. Выявлены статистически значимые зависимости величины внутреннего газового пузыря в сортовой заготовке от окисленности металла на АКП, содержания кремния и алюминия в разливаемом металле. Кремний оказывает доминирующее влияние на окисленность металла и величину газового пузыря в заготовке в присутствии более сильных раскислителей - алюминия и кальция.

7. Предложен и опробован комбинированный способ непрерывной разливки "псевдокипящей" стали, позволяющий существенно увеличить продолжительность использования промежуточного ковша, серийность разливки и производительность МНЛЗ.

8. Лучшее качество макроструктуры имеет сортовая заготовка из "псевдокипящей" стали, отлитая закрытой струёй в сравнении с разливкой открытой струёй и комбинированным способом.

9. Разработанная технология производства сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали для изготовления низкоуглеродистой проволоки внедрена в производство с годовым экономическим эффектом 22,69 млн. руб. в результате экономии металла при переходе от производства слитков кипящей стали к непрерывнолитой заготовке.

10. Для получения плотной макроструктуры сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали научно обоснованы значения критического уровня активности кислорода в металле в зависимости от содержания в нём углерода, азота и водорода.

И. Активность кислорода в металле на АПК перед передачей плавки на МНЛЗ не должна превышать 10 ррш, а максимальное содержание азота определяется в зависимости от содержания углерода и водорода в металле. Для облегчения условий получения бездефектной сортовой заготовки необходима вакуумная обработка электростали.

1. Ь Производство стальной проволоки / Х.Н. Белалов, Н.А. Клековкина,

2. A.А. Клековкин, Б.А. Никифоров, Г.С. Гун, А.Г. Корчунов, В.И. Зюзин,

3. Дубров Н.Ф., Кривко Е.М. Кипящая сталь. М.: Металлургия, 1984. - 96 с.

4. Коновалов Р.П. Слиток кипящей стали. М.: Металлургия, 1986. - 176 с.

5. Власов Н.Н., Корроль В.В., Радя B.C. Разливка чёрных металлов. М.: Металлургия, 1987. - 272 с.

6. Реконструкция блюмовой МНЛЗ №2 на ОЭМК в России / Н. Шляхов, Е. Гонтарук, С. Бокарев и др. // Труды восьмого конгресса сталеплавильщиков / АО "Черметинформация". Ассоциация сталеплавильщиков. М.: Черметинформация, 2005. - С. 507 - 512.

7. ВТИ 177-16-06-2004 Выплавка стали в дуговой сталеплавильной печи (ДСП-120). Ревда: ЗАО «НСММЗ». - 2004.1ЬВТИ 177-16-03-2003 Внепечная обработка стали на установке печь-ковш (УПК). Ревда: ЗАО «НСММЗ». - 2003.

8. ВТИ 177-16-02-2003 Разливка стали на машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Ревда: ЗАО «НСММЗ». - 2003.

9. Неймарк В. Модифицированный стальной слиток. М.: Металлургия, 1987.-200 с.

10. Кнюппель Г. Раскисление и вакуумная обработка стали. Ч. II. Перевод с нем. М.: Металлургия, 1984. - 414 с.1S Свойства элементов: Справочное издание под ред. Дрица М.Е. М.: Металлургия, 1985. - 672 с.

11. Свойства элементов. Ч. I. Физические свойства. Справочник. М.: Металлургия, 1976. - 600 с.

12. Голубцов В.А. Теория и практика введения добавок в сталь вне печи. -Челябинск, 2006.-403 с.

13. Рихтер Й., Фейнцке Г. Десульфурация и влияние на неметаллические включения в стали обработки кальцием // Neue Hiitte. 1989. - №10. - P. 361 -365.

14. ЗО'Лякишев Н.П., Литвиненко Д.А. Микролегирование и модифицирование -эффективный путь повышения качества стали // Вестник АН СССР. 1982. -№8.-С. 59-69.

15. Снижение микронеоднородности низколегированной стали путём модифицирования кальцием // Чёрная металлургия. Изв. вузов. 1986. - №6. - С. 86-88.

16. Китамура К., Такэноути Т., Иванами Е. Очистка жидкой стали от примесей с помощью карбида кальция // Тэцу то хаганэ. 1985. - Т.71. - №2. - С. 220 - 227 (Пер. ин-та Черметинформация № 16621).

17. Домуховский и др. // Сталь. 1987. - №1. - С. 31 - 34.

18. Голубцов В.А., Мизин В.Г., Кадарметов А.Х. Повышение качества стали с использованием способов микролегирования, модифицирования и инокули-рования // Чёрная металлургия. Бюлл. НТИ. -1990. №2. - С 19 - 27.

19. Пилюшенко B.JL, Вихлевщук В.А., Лепорский С.В. Технологические аспекты микролегирования и модифицирования стали массового назначения // Сталь. 1990. - №5. - С. 35 - 39.

20. Поволоцкий Д.Я., Кудрин В.А., Вишкарев А.Ф. Внепечная обработка стали. М.: МИСиС, 1995. - 256 с.

21. Внепечная обработка металла кальцийсодержащими материалами, вводимыми в виде ленты / В.Н. Новиков, Ю.Ф. Вяткин, B.C. Брежнева и др. // Сталь. 1987. - №11. - С. 31 - 34.

22. Ицкович Г.М. Формирование неметаллических включений в стали, раскисленной алюминием и кальцийсодержащими сплавами // Сталь и неметаллические включения: Тем. отр. сб. МЧМ СССР. М.: Металлургия, 1976. -№1.-С 134-144.

23. Коваленко B.C., Кучкин В.И. Модифицирование структуры углеродистой и низколегированной стали ЩЗМ // Усовершенствование процессов разливки стали в слитки. Киев: ИПЛ АН УССР, 1987. - С. 67 - 70.

24. Модифицирование стали кальцием и барием / B.C. Коваленко, В.И. Кучкин, В.З. Кисунько и др. // Сталь. 1985. - №7. - С. 19 - 23.

25. Брик С.Д. Применение кальция и редкоземельных металлов для улучшения технологических и эксплуатационных свойств стали // Чёрная металлургия. Бюлл. НТИ. 1980. - №12. - С 9 - 25.

26. Бор, кальций, ниобий и цирконий в чугуне и стали. Пер. с англ. - М.: Металлургиздат, 1961. - 459 с.

27. Свойства непрерывнолитой стали, обработанной кальцием / Н.И. Анненков, И.С. Котова, Б.Ф. Белов и др. // Технические достижения в области газотранспортного оборудования. М.: Металлургия, 1986. - С. 175 - 179 с.

28. Внепечная обработка стали с использованием порошковой проволоки /

29. B.Н. Новиков, Ю.Ф. Вяткин, B.C. Брежнева и др. // Чёрная металлургия. Бюлл. НТИ. -1988. №3. - С. 34 - 36.

30. Поволоцкий Д.Я. Основы технологии производства стали. Челябинск: ЮУрГУ, 2000. - 189 с.

31. Эффективность обработки стали кальцием при различных способах ввода силикокальция в металл / А.А. Казаков, Б.Ф. Ильяшенко, Н.А. Овчинников и др. // Разливка стали в слитки и их качество: Тем. отр.сб. МЧМ СССР. М.: Металлургия, 1979. - №8. - С. 47 - 51.

32. Внепечная обработка расплава порошковыми проволоками / Д.А. Дюдкин,

33. C.Ю. Бать, С.Е. Гринберг и др. Донецк: 2002. - 296 с.

34. Модифицирование стали редко- и щелочноземельными металлами в процессе разливки на МНЛЗ / В.И. Семенков, B.C. Есаулов, И.А. Леонов, А.И. Сопочкин // Металлургическая и горнорудная промышленность. 1986. - №3. - С. 14-15.

35. Влияние ввода кальция на свойства непрерывнолитой трубной заготовки / О.В. Носоченко, Б.Ф. Белов, В.В. Емельянов и др. // Сталь. 1985. - №6. -С.32-33.

36. Структура и свойства в направлении толщины проката непрерывнолитой стали, обработанной SiCa и РЗМ / И.Л. Бродецкий, В.П. Харчевников, Б.Ф. Белов и др. // Металловедение и термическая обработка металла. 1990. -№10.-С. 41-46.

37. Влияние комплексного микролегирования в кристаллизаторе МНЛЗ на свойства горячекатаной судовой стали 14Г2 / В.В. Акулов, A.M. Кондратюк, Б.Ф. Белов и др. // Металлургическая и горнорудная промышленность. -1984.- №4. -С. 13-14.

38. Влияние кальция на качество трубной стали / Д.А. Дюдкин, С.Е. Гринберг, С.Н. Маринцев и др. // Электрометаллургия. 2003. - №10. - С. 42 - 45.

39. Совершенствование производства конвертерной стали транспортного назначения на НТМК / А.В. Кушнарёв, В.И. Ильин, Е.В. Шеховцев и др. // Сталь. 2003. - №6. - С. 14 - 16.

40. Исследование основных дефектов структуры непрерывнолитых заготовок ванадийсодержащей рельсовой стали / Л.К. Фёдоров, А.В. Куклев, В.И. Ильин и др. // Электрометаллургия. 2000. - №11. - С. 8 - 15.

41. Опыт применения проволоки с наполнителем из силикокальция для вне-печной обработки стали / В. Карузо, А. Коперчини, А. Джиаконе и др. // Чёрные металлы. 1984. - №6. - С. 39 - 45.

42. Опыт подготовки металла для разливки на сортовых МНЛЗ / А.В. Сарычев, О.А. Николаев, Ю.А. Ивин и др. // Сталь. 2007. - №2. - С. 44 - 45.

43. Разливка стали на сортовых машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ №1 и 2) электросталеплавильного цеха. Технологическая инструкция ТИ 101-СТ-ЭСПЦ-58-2006. Магнитогорск, 2005. - 45 с.

44. Сарычев А.В. Производство сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали // Литейные процессы: Межрегион, сб. науч. тр. -Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2006. Вып. 6. С. 154 - 160.

45. Schlackenatlas / Herausgegeben vom Verein Deutscher Eisenhuttenleute. -Verlag Stahleisen M.B.H. Dusseldorf, 1981.

46. Сарычев А.В. Качество макроструктуры сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали // Литейные процессы: Межрегион, сб. науч. тр. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2006. Вып. 6. - С. 129 - 134.

47. Устройства для снижения вторичного окисления металла при его разливке открытой струёй на сортовых МНЛЗ / А.В. Сарычев, Д.В. Юречко, С.Н. Ушаков, Ю.М. Желнин // Металлург. 2007. - №1. - С. 45 - 47.

48. Параметры, влияющие на чистоту стали в непрерывнолитых заготовках /

49. A. Пальмаерс, П. Дауби, П. Рюссе, Ф. Анселин // Чистая сталь: Сб. науч. тр. Пер. с англ. М.: Металлургия, 1987. - С. 109-127.

50. Сталеплавильное производство // Справочник. Под общ. ред. А.М. Самарина. Т.1. -М.: Металлургия, 1964. 527 с.

51. Металлургия стали / В.И. Явойский, C.JI. Левин, В.И. Баптизманский и др. М.: Металлургия, 1973. - 816 с.110« Физико-химические расчёты электросталеплавильных процессов /

52. B.А. Григорян, А.Я. Стомахин, А.Г. Пономаренко и др. М.: Металлургия, 1989.-288 с.

53. Морозов А.Н. Водород и азот в стали М.: Металлургия, 1968. - 283 с.

54. Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.Н. Теория металлургических процессов -М.: Металлургия, 1986.-463 с.

55. Попель С.И. Теория металлургических процессов М.: ВИНИТИ, 1971. -132 с.