автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Технология производства в кислородно-конвертерном цехе ОАО "ММК" металла для получения анизотропной трансформаторной стали нитридным способом

На правах рукописи

НОСОВ Алексей Дмитриевич

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА В КИСЛОРОДНО-КОНВЕРТЕРНОМ ЦЕХЕ ОАО "ММК" МЕТАЛЛА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АНИЗОТРОПНОЙ ТРАНСФОРМАТОРНОЙ СТАЛИ НИТРИДНЫМ СПОСОБОМ

Специальность 05.16.02 - Металлургия черных, цветных и редких металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор В. А. Бигеев

Магнитогорск - 2005

Работа выполнена в ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат".

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Казаков Сергей Васильевич;

кандидат технических наук, Камаев Борис Александрович.

Ведущая организация

ОАО "Новолипецкий металлургический комбинат".

<,

Защита состоится 5 июля 2005 г. в 15-00 на заседании диссертационного совета Д 212.111.01 при Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова.

Автореферат разослан июня 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

г!

та

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современный этап развития отечественной металлургической промышленности характеризуется совершенствованием технологических процессов с целью повышения качества и расширения сортамента металлопродукции в соответствии с требованиями рыночной экономики. После ввода в эксплуатацию в ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" ( в дальнейшем для краткости ОАО "ММК" ) кислородно-конвертерного цеха, имеющего современные технологические агрегаты, у предприятия появилась возможность выхода на мировой рынок с новыми видами металлопродукции, пользующейся повышенным спросом. Одним из видов такой металлопродукции является анизотропная трансформаторная сталь, производимая по кооперации с ООО "ВИЗ-Сталь".

В ООО "ВИЗ-Сталь" был разработан прогрессивный яигридный вариант производства трансформаторного листа, имеющего текстуру, обеспечивающую мировой уровень потребительских свойств. Для реализации этой технологии потребовался металл, химический состав которого несколько отличается от химического состава традиционной трансформаторной стали. Поэтому разработка технологии получения в условиях кислородно-конвертерного цеха ОАО "ММК" металла, пригодного для производства анизотропной трансформаторной стали по нитридному варианту, была актуальной задачей.

Цель работы - создание научно обоснованной технологии металлургической части (выплавка, ковшевая обработка и непрерывная разливка) производства анизотропной трансформаторной стали нитридным методом. Для достижения этой цели потребовалось решить следующие основные задачи:

- определить рациональный химический состав металла для получения трансформаторной стали по нитридному варианту технологии;

- разработать рациональную технологию выплавки в кислородных конвертерах вместимостью 350-400 т жидкого металла для последующего получения трансформаторной стали методами ковшевой металлургии;

- определить основные операции ковшевой обработки трансформаторной стали и разработать технологию их проведения;

- разработать технологию непрерывной разливки трансформаторной стали на машинах непрерывного литья заготовок с криволинейной технологической осью.

Научная новизна работы заключается в обосновании комплекса технологических процессов и режимов их проведения, обеспечивающих стабильное получение в кислородно-конвертерном цехе с агрегатами большой вместимости металла для производства анизотропной трансформаторной стали.

Практическая значимость работы состоит в организации в рамках кооперации ОАО "ММК"-ООО "ВИЗ-С " отропной

трансформаторной стали на уровне мировых требований.

Апробация работы. Научные материалы, содержащиеся в диссертации, обсуждались на V- VIII конгрессах сталеплавильщиков (1998г.-Рыбница, 2002 г. - Магнитогорск, 2004 г. - Нижний Тагил). В 2005 г. разработка и освоение нитридной технологии производства анизотропной трансформаторной стали была удостоена премии Правительства Российской Федерации.

Публикации. Материалы диссертации и ее основные научные результаты опубликованы в 11 научных статьях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, библиографического списка и 2 приложений. Она изложена на 156 страницах машинописного текста, включая 39 рисунков и 19 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показано, что на долю трансформаторной стали приходится 30-35 % от общего объема производства электротехнической стали, причем на мировом рынке существует устойчивый спрос на этот вид металлопродукции.

1 Анализ мирового опыта производства трансформаторной стали

В первой главе на основе анализа литературы рассматриваются потребительские свойства (магнитная проницаемость и удельные ваттные потери при перемагничивании) трансформаторной стали, их физическая природа и способы получения. Показано, что для обеспечения нужного комплекса потребительских и технологических свойств трансформаторной стали, требуется металл с низким (0,02-0,03 %) содержанием углерода и довольно высоким (3-4 %) содержанием кремния. Нужные электротехнические свойства трансформаторной стали достигаются после холодной прокатки металла на лист требуемой толщины в результате специальной термической обработки, в ходе которой происходит определенное изменение химического состава обрабатываемого металла.

Основные мировые производители трансформаторной стали создают нужный комплекс потребительских свойств готового металла по так называемому сульфидному варианту технологии. В ООО "ВИЗ-Сталь" разработан эффективный вариант ншридной технологии, для реализации которого на этапе выплавки нужно получить металл с довольно высоким содержанием азота.

На основе обзора литературы на начальном этапе данного исследования была поставлена задача разработки технологии выплавки в кислородно-конвертерном цехе ОАО "ММК" трансформаторной стали, содержащей

0,025-0,040 % С, 2,90-3,20 % Б!, 0,15-0,30 % Мп, 0,40-0,55 % Си, 0,0130,017 % А1 и не менее 0,010-0,013 % N. Содержание других элементов ( серы, фосфора, хрома и никеля ) предполагалось иметь на обычном для цеха уровне.

2 Технология выплавки трансформаторной стали в кислородных

конвертерах

Уже на начальном этапе разработки технологии выплавки трансформаторной стали было ясно, что в условиях кислородно-конвертерного цеха ОАО "ММК" можно реализовать только один вариант легирования металла кремнием-ввод ферросилиция в сталеразливочный ковш при сливе металла из конвертера. Поэтому главной задачей разрабатываемой технологии конвертерной плавки было получение в конце продувки металла, содержащего примерно 0,03 % С. При продувке металла с низким содержанием углерода быстро возрастает содержание оксидов железа в шлаке (рис.1), что ведет к дополнительной потере железа и делает нестабильным усвоение кремния при легировании стали.

Время продувки до спуска шлака, мин -■-(302) —А—(ЯвО) —В—(МдО) -О-(СаО)

Рис. 1. Изменение содержания компонентов шлака при проведении одной из опытных плавок

Уменьшение негативного влияния повышенной окисленности ванны при низком содержании углерода может быть достигнуто путем промежуточного удаления части шлака. Математическим моделированием было установ-

лено, что наилучшие результаты могут быть достигнуты при удалении половины имеющегося в конвертере шлака. Наиболее просто это можно осуществить за 1-3 мин до окончания продувки. Тогда контроль параметров плавки после спуска шлака надежно обеспечивает получение их значений перед выпуском металла. Моделирование показало, что промежуточный спуск шлака практически не влияет на остаточное содержание серы и фосфора.

3 Ковшевая обработка трансформаторной стали

На начальном этапе разработки технологии производства трансформаторной стали перед ковшевой обработкой ставились следующие задачи:

создание условий для полного усвоения ферросилиция, вводимого в ковш при сливе металла го конвертера; легирование металла азотом;

доводка металла по химическому составу и температуре перед непрерывной разливкой. Легирование трансформаторной стали кремнием производится при сливе металла из конвертера в ковш путем введения ферросилиция марки ФС-65 в количестве примерно 5 % от массы металла. Для полного усвоения такой большой добавки металл должен иметь температуру 1660-1680 "С. Вводится ферросилиций одновременно из двух бункеров, расположенных с разных сторон ковша, после заполнения его металлом на 1/4-1/5 высоты. Перед введением ферросилиция проводилось предварительное раскисление металла чушковым алюминием в количестве 0,4-0,7 кг/т стали. При необходимости впоследствии может быть проведена корректировка содержания кремния путем введения порошковой проволоки на одном из агрегатов ковшевой обработки. Такая технология легирования металла кремнием обеспечивала достаточно надежное получение требуемого содержания этого компонента в заданных пределах.

На начальной стадии работы стремились получить металл, содержащий 0,010-0,013 % азота. Были опробованы разные методы легирования металла этим элементом:

- введение при сливе металла в ковш карбамида (мочевины) в количестве 0,4-0,7 кг/т стали;

- введение при сливе металла в ковш азотированного феррохрома марки ФХН-1 (содержание азота ~6 %) в количестве, гарантирующем получение в готовой стали хрома не более 0,30 %;

- продувка металла азотом на агрегате доводки стали.

Все эти способы легирования металла азотом позволяли (с разной степенью надежности) получать требуемое содержание этого элемента. Однако при разливке первых опытных плавок трансформаторной стали часто происходили аварийные прорывы металла. В затвердевшей оболочке, оставшейся после вытекания жидкого металла, обычно обнаруживались крупные газовые

пузыри. Высокую аварийность при разливке трансформаторной стали связали с повышенным содержанием газов - как азота, так и водорода. Влияние способа введения азота на технологические параметры разливки представлено в табл. 1.

Таблица 1

Влияние способа азотирования трансформаторной стали на показатели разливки

Способ азотирования Количество плавок Разлито плавок, шт. / %

с прорывами с подвисаниями

Без дополнительного азотирования 16 1/6,2 1/6,2

Азотированным феррохромом 26 1/3,8 1/3,8

Карбамидом 40 4 /10,0 9 / 22,5

Продувкой азотом на АДС 107 2/1,9 10 / 9,3

Данные табл. 1 показывают, что лучшие результаты получаются при использовании азотированного феррохрома. С учетом этого обстоятельства в дальнейшем разработали технологию легирования металла азотом с использованием азотированного ферросилиция,производство которого было организовано в НПО "Эталон". Одновременно по согласованию с ОАО "ВИЗ-Сталь" нижний предел допустимого содержания азота был снижен до 0,009 %.

Используемая в настоящее время технология легирования металла азотом состоит в следующем. При сливе металла из конвертера в сталеразливоч-ный ковш вводится кусковый азотированный ферросилиций из расчета получение содержания азота в пределах 0,006-0,007 %. При последующей обработке металла на агрегате доводки стали содержание азота повышается до 0,008 % путем введения порошковой проволоки с наполнителем из азотированного ферросилиция. Усвоение азота при таком способе корректировки его содержания составляет в среднем 19%.

При разливке содержание азота в металле повышается в среднем на 0,001 %. Частотное распределение содержания азота в металле на МНЛЗ представлено на рис. 2. Как следует из этого рисунка, в подавляющем большинстве случаев обеспечивается требуемое содержание азота. В условиях довольно высокого содержания азота устранить образование газовых пузырей при разливке трансформаторной стали можно путем существенного снижения содержания водорода в разливаемом металле. Для реше-

40 35

^ 30 «Г

8 25 | 20

П 15 | 10

5 0

0,006 0,007 0,008 0,009 0,01 0,011 0,012 0,013

Содержание азота, % Рис. 2 Частотное распределение содержания азота на MHJT3

ния этой задачи в число операций ковшевой обработки ввели вакуумирование металла на установке циркуляционного типа. При достаточно низком остаточном давлении в вакуумной камере удается снизить содержание водорода в металле на 1 ррт и более (рис. 3).

Заметный вклад в содержание водорода в трансформаторной стали вносит влага, содержащаяся во всех используемых материалах. В качестве примера на рис. 4 показано влияние расхода твердой шлакообразующей смеси, применяемой для наведения шлака на установке "печь-ковш".

По этой причине ферросплавы, вводимые в металл, прокаливаются, системы подачи в ковш азота и аргона осушиваются.

4 Непрерывная разливка трансформаторной стали

Разливка трансформаторной стали производится на четырехручьевых MHJI3 с криволинейной технологической осью. Радиус кривизны базовой стенки кристаллизатора составляет 8 м. Обычно отливаются слябы, имеющие поперечное сечение 250х(910-1100) мм

Уже первые опыты по непрерывной разливке трансформаторной стали

показали, что при скорости вытягивания слябов из кристаллизатора 0,7 м/мин

и более независимо от температуры разливки происходит вздутие слябов как

по ширине, так и по толщине, составляющее 10-15 % от соответствующих

размеров поперечного сечения. Вздутие слябов приводило к остановке маши-

г-, П Г1 1 1

о

II

0

1

»а

О I

8 £ ¥ о

Я

II

3 2,5 2 1,5 1

0,5 0

♦♦♦

О 10 20 30 40 50

Остаточное давление в вакуумной камере, мм рт. ст.

Рис. 3. Снижение содержания водорода при вакуумировании трансформаторной стали

I

I

§

о и

а

I

о &

о &

о.

еГ

2,3

1,8

1,3

0,8

0,3

<

♦ ♦

< > < > 1 > ^• ♦

1 > о ♦ *

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Расход шлакообразующей смеси, кг Рис. 4. Влияние расхода ТШС на изменение содержания водорода

ны или разрыву затвердевшей оболочки и аварийному вытеканию жидкого металла. Несколько меньшие вздутия слябов (5-6 %) наблюдались и при скорости вытягивания 0,6 м/мин. По этой причине в дальнейшем непрерывную разливку трансформаторной стали вели со скоростью вытягивания 0,4-0,5 м/мин.

Аварийные прорывы металла оказались наиболее болезненной проблемой производства трансформаторной стали в ОАО "ММК". Частота их появления в период освоения производства трансформаторной стали была на один-два порядка, выше, чем при разливке стали всех других марок. Как уже отмечалось ранее, аварийные прорывы металла были также тесно связаны с образованием при кристаллизации металла газовых пузырей. Для решения проблемы аварийных прорывов пришлось разработать особый температурно-скоростной режим разливки трансформаторной стали, новые шлакообразую-щие смеси, особый режим вторичного охлаждения слябов и принять специальные меры по снижению содержания водорода в металле.

Разливка трансформаторной стали производится сериями по методу "плавка на плавку", причем одновременно с началом разливки группы плавок трансформаторной стали производится замена промежуточного ковша. Смена промежуточного ковша позволяет существенно уменьшить длину переходного участка слябов, металл которого по химическому составу не соответствует трансформаторной стали.

Экспериментально было установлено, что трансформаторная сталь, выплавляемая в ОАО "ММК", имеет температуру начала затвердевания примерно 1490 "С. В связи с низкой скоростью вытягивания слябов из кристаллизатора и довольно большой продолжительностью разливки нужно иметь значительный перегрев металла над температурой ликвидуса. Поэтому скорость вытягивания слябов из кристаллизатора несколько меняется в зависимости от температуры металла в промежуточном ковше:

температура металла в промежуточном ковше, "С 1525 Менее

и более 1525

скорость разливки, м/мин 0,4 0,4-0,5

Особое значение при разливке трансформаторной стали имеет шлакообра-зующая смесь, вводимая в кристаллизатор. Для условий запуска MHJI3 и работы в переходных режимах разработали новую шлакообразующую смесь с меньшей температурой плавления. В результате исследования, проведенного с использованием высокотемпературного микроскопа, была предложена "стартовая" смесь с температурой плавления 1090 °С следующего компонентного состава (% по массе):

Графит Плавиковый Силикатная Датолитовый Формовочный Цемент шпат глыба концентрат песок

10 20 20 20 7 23

В "стартовой" смеси содержалось в среднем 7,8 % фтора и 7,6 % углерода, она имела основность 0,94 и влажность 0,14 %. Такое содержание фтора в смеси и ее основность были соответственно на 1,5 % (абс.) и 0,15 (абс) меньше, чем в обычной смеси для разливки трансформаторной стали. Снижение температуры плавления "стартовой"смеси было достигнуто увеличением содержания оксидов щелочных элементов, в том числе и бора.

Использование рационального температурно-скоростного режима, лег-лоплавкой пшакообразующей смеси и мягкого режима охлаждения слябов после выхода из кристаллизатора позволило существенно уменьшить частоту аварийных прорывов металла при разливке трансформаторной стали (рис. 5).

46,4

141,0

5,8

1,1«

7,6

1997 1998 1999 2000 2001 2002

Год

□ -весьметалл; Шт -трансформаторнаясталь

Рис. 5. Изменение количества аварийных прорывов металла в кислородно-конвертерном цехе в период 1997-2002 г.г.

5 Промышленная реализация технологии производства анизотропной трансформаторной стали в ОАО "ММК"

Описанные выше исследования позволили разработать в ОАО "ММК" технологию производства трансформаторной стали, закрепленную в технологической инструкции ТИ-101-Я-403-2004. В этой технологической инструкции определена последовательность основных технологических операций при выплавке в конвертерах, обработке на агрегатах доводки стали, установке печь-ковш, установке усреднительной продувки стали, установке циркуляционного вакуумирования стали, разливке на МНЛЗ и прокатке анизотропной электротехнической трансформаторной стали. Марочный химический состав металла, согласованный с ООО "ВИЗ-Сталь", приведен в табл. 2.

Таблица 2

Химический состав трансформаторной стали, выплавляемой в ОАО "ММК"

Марка Массовая доля элементов, %

стали С 31 Мп 8 Р Сг № ъ Си А1 N

не более

0400Д 0,0250,035 3,053,20 0,150,30 0,020 0,025 0,30 0,30 0,007 0,400,55 0,0130,017 0,0090,013

0401Д 0,0250,040 2,903,30 0,100,25 0,023 0,025 0,30 0,30 0,007 0,400,55 0,0120,017 0,0090,013

0402Д 0,0250,040 2,903,30 0,100,25 0,023 0,025 0,30 0,30 0,008 0,400,55 0,0110,017 0,0080,013

040ЗД 0,0250,045 2,903,30 0,100,25 0,023 0,025 0,30 0,30 0,010 0,400,65 0,0100,018 0,0070,013

0404Д 0,0250,045 2,903,30 0,100,25 0,020 0,025 0,30 0,30 - 0,400,60 0,0200,030 0,0060,012

0405Д не более 0,045 2,603,30 0,100,30 0,025 0,025 0,30 0,30 0,010 0,200,70 0,0060,030 0,0050,012

Базовый вариант технологии производства трансформаторной стали

предусматривает проведение следующих процессов:

- подготовку шихтовых и других добавочных материалов;

- конвертерную плавку с промежуточным удаление части шлака;

- предварительное раскисление металла и легирование его кремнием при

сливе в сталеразливочный ковш;

- вакуумирование металла на установке циркуляционного типа с целью

удаления водорода;

- доводку металла по температуре и химическому составу на агрегате

доводки стали или установке "печь-ковш";

- разливку стали на МНЛЗ с криволинейной технологической осью. Основные параметры технологии производства трансформаторной стали, включая последующую прокатку на стане 2000 ОАО "ММК" и получение готовой продукции в ООО "ВИЗ-Сталь", приведены на рис. 6.

Помимо базового варианта технологии разработаны дополнительные варианты на случай ремонта агрегатов, задействованных в базовом варианте, или отсутствия какого-либо нужного материала.

По разработанной технологии в 2004 г. по кооперации ОАО "ММК" -ООО "ВИЗ-Сталь" было произведено 212 тыс. т слябов трансформаторной стали, из которых получено 199 тыс. т готовой продукции. Экономический эффект, полученный в ОАО "ММК" от производства этого вида металлопродукции, составил 18 млн. руб.

ВЫВОДЫ

1. Наилучшее сочетание качества трансформаторной стали и показателей ее производства достигается при использовании нигридной технологии получения трансформаторной ленты.

2. Для производства трансформаторной ленты по нитридной технологии следует выплавлять металл, содержащий 0,025-0,040 % С, 2,90-3,20 % 81, 0,15-0,30% Мл, 0,40-0,55 % Си, 0,013-0,017 % А1 и 0,009-0,013 % N. Массовая доля серы, фосфора, хрома, никеля и титана не должна превышать 0,020, 0,025, 0,30, 0,30 и 0,007 % соответственно. Выплавка стали с таким содержанием элементов обеспечивает получение трансформаторной ленты, соответствующей требованиям мировых стандартов.

3. Применительно к условиям кислородно-конвертерного цеха ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" разработана технология выплавки, ковшевой обработки и непрерывной разливки анизотропной трансформаторной стали, которая включает следующие основные процессы:

- выплавку стали в кислородном конвертере вместимостью 400 т;

- легирование металла кремнием при сливе из конвертера в сталеразливочный ковш;

- дегазацию металла на установке циркуляционного вакуумирования;

Рис. 6. Технологическая схема производства трансформаторной стали в кооперации ОАО "ММК" - ООО "ВИЗ-Сталь"

- легирование азотом и доводку по химическому составу и температуре

на агрегате доводки стали или установке "печь-ковш";

- разливку стали методом "плавка на плавку" на МНЛЗ с криволинейной технологической осью.

4. Выплавку трансформаторной стали в конвертерах с продувкой кислородом сверху следует вести с промежуточным удалением части шлака после введения 85-90 % расчетного количества дутья. При сливе металла из конвертера содержание углерода должно составлять 0,025-0,040 %, а температура находиться в пределах 1660-1680 "С.

5. Легирование металла кремнием следует производить путем введения ферросилиция марки ФС-65 в сталеразливочный ковш при наполнении его на 1/5-1/4 часть высоты. Перед введением ферросилиция металл должен быть раскислен алюминием в количестве 500-700 г/т стали.

6. Повышенное содержание водорода в трансформаторной стали является одной из главных причин аварийных прорывов металла в процессе ее непрерывной разливки. Поэтому все ферросплавы, вводимые в металл, должны бьггь прокалены. После выпуска из конвертера металл следует направлять на вакуумную обработку. Коэффициент циркуляции металла при вакуумиро-вании должен бьпъ не менее трех.

7. После вакуумной дегазации должно проводиться легирование металла азотом из расчета получения его содержания на уровне 0,009 %. Наилучшим способом введения азота в металл является добавка азотированного ферросилиция с порошковой проволокой или в кусковом виде. Допустимо введение азота путем продувки металла осушенным газом. Легирование металла азотом, а также корректировка содержания других элементов должны проводиться на агрегате доводки стали, установке усреднигельной продувки или агрегате "печь-ковш".

8. Наиболее сложной технологической операцией при производстве трансформаторной стали является разливка ее на машинах непрерывного ли-

\ тья заготовок с криволинейной технологической осью. Для исключения ава-

рийных прорывов в процессе разливки скорость вытягивания заготовок из кристаллизатора должна быть в пределах 0,4-0,5 м/мин, а температура металла в промежуточном ковше - 1520-1545 <С.

9. В результате освоения технологии выплавки, ковшевой обработки и непрерывной разливки трансформаторной стали в кислородно-конвертерном цехе ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" объем ее производства доведен до 200 тыс. т в год с экономическим эффектом 18 млн. руб.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Шлакообразующая смесь для разливки трансформаторной стали / В.В. Гречишный, В.А. Моренко, А.Д. Носов, В.П. Ногтев // Совершенствование технологии на ОАО "ММК". Сб. науч. трудов ЦЛК. Вып. 1. - Магнитогорск: Дом печати, 1997. - С. 94 - 96.

2. Особенности непрерывной разливки трансформаторной стали с ipa-нулированными шлакообразущими смесями / В.П. Ногтев, В.А. Моренко,

A.Ф. Сарычев, Ю.А. Бодяев, А.Д. Носов // Совершенствование технологии на ОАО "ММК". Сб. науч. трудов ЦЛК. Вып. 2. - Магнитогорск: Дом печати, 1998. - С. 102-108.

3. Разработка и освоение технологии выплавки релейной стали в кислородно-конвертерном цехе / Фролов В.И., Носов А.Д, Сборщик А.Д. и др. // Совершенствование технологии на ОАО "ММК". Сб. науч. трудов ЦЛК. Вып. 3. - Магнитогорск. - 1999. - С. 89-91.

4. Разработка технологии и освоение производства электротехнических сталей в конвертерном цехе ОАО ММК /Тахаутдинов P.C., Бодяев Ю.А., Носов А. Д. и др. // Труды Пятого конгресса сталеплавильщиков (Рыбница, 14-17 октября 1998 г.). - М., 1999. - С. 68-70.

5. Выплавка стали с использованием шлакообразующих материалов, содержащих оксид магния / Степанова A.A., Сарычев A.B., Носов А. Д. и др. // Совершенствование технологии на ОАО «ММК». Сб. науч. трудов ЦЛК. Вып. 5. - Магнитогорск. - 2001. - С. 56-59.

6. Производство гранулированных шлакообразующих смесей и некоторые аспекты их использования при непрерывной разливке стали 1

B.П. Ногтев, А.Ф. Сарычев, А.Д Носов и др. // Черные металлы. - 2001. - №8. -С. 14-16.

7. Комплекс базовых систем автоматизации "Кристаллизатор 2000". Итоги года эксплуатации на ОАО ММК / В.Ф. Рашников, P.C. Тахаутдинов, Ю.А. Бодяев, А.Д Носов и др. // Черные металлы. - 2001. - №10. -

C. 12-16.

8. Носов А. Д., Корнеев В.М., Трифонов Н.В. Опыт эксплуатации комплекса "Кристаллизатор" // Труды седьмого конгресса сталеплавильщиков. - М.: Изд. ОАО "Черметинформация". - 2003,- С. 646-650.

9. Разработка и освоение технологии производства особомалоуглеро-дистой стали для автомобилестроения / P.C. Тахаутдинов, А.Д Носов, А.Ф. Сарычев и др. // Сталь. - 2003. - №4. - С. 20-23.

10. Носов А.Д. Рафинирование металла при выплавке трансформаторной стали в 350-тонном конвертере // Вестник Ml ТУ. 2004. № 1 (5).- С.12-13.

11. Носов А.Д Производство анизотропной трансформаторной стали в кислородно-конвертерном цехе ММК // Вестник МГТУ. 2005. № 1(5).- С.9-12.

7

1

Подписано в печать 02.06.05 Формат 60x84 1/16. Бумага тип.№

Плоская печать. Усл.печ.л.1,0. Тираж 100 экз. Заказ 428.

455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38 Полиграфический участок МГТУ

»110 21

РНБ Русский фонд

2006-4 7738

t

Введение.

1. Анализ мирового опыта производства трансформаторной стали.

1.1. Особенности процессов намагничивания материалов.

1.2. Физические основы магнитных свойств металлов и сплавов.

1.3. Влияние кристаллической ориентировки на магнитные свойства поликристаллических материалов.И

1.4. Роль внутренних напряжений и меры борьбы с ними.

1.5. Особенности ребровой и кубической текстуры трансформаторной стали.

1.6. Влияние химического состава на свойства трансформаторной стали.

1.7. Технологические схемы производства трансформаторной стали.

2. Технология выплавки трансформаторной стали в кислородных конвертерах ОАО "ММК"

2.1. Химический состав выплавляемого металла.

2.2. Разработка технологии конвертерной плавки.

3. Ковшевая обработка трансформаторной стали.

3.1. Обеспечение требуемого химического состава и содержания азота в трансформаторной стали.

3.2. Удаление водорода при вакуумировании трансформаторной стали.

4. Непрерывная разливка трансформаторной стали.

4.1. Освоение технологии разливки трансформаторной стали.

4.2. Шлакообразующие смеси для разливки трансформаторной стали.

4.3. Освоение серийной разливки трансформаторной стали.

4.4. Строение непрерывнолитого сляба из трансформаторной стали.

5. Промышленная реализация технологии производства анизотропной трансформаторной стали в ОАО "ММК".

Выводы.

Электроэнергетика составляет важнейшую часть жизнедеятельности мирового сообщества. Выработка и преобразование электрической энергии являются основой современного технического прогресса. Одна из базовых отраслей промышленности - металлургия, особенно электрометаллургия, потребляет электрическую энергию в больших масштабах.

Разнообразие применения и массовость производства электрооборудования определяют потребность в магнитопроводящих материалах высокого качества и доступных для широкого использования. Распространенность и относительная простота изготовления железа в виде стали с разнообразными физико-механическими свойствами, в том числе и магнитными, побудило к изучению и использованию стали в качестве магнитопроводов в электротехнических изделиях. Ферромагнетизм - уже давно стало привычным понятием, а электротехнические стали - самым распространенным материалом электротехнической промышленности. Особенности магнитных свойств и стоимость электротехнических сталей определяют их широкую номенклатуру.

Ежегодно в мире производится 5-6 млн. т электротехнических сталей, из которых на долю анизотропной (трансформаторной) стали приходится 30 -35 %. На внешнем рынке существует устойчивый спрос на эту продукцию. В России также накоплен большой опыт производства и использования электротехнических сталей. Так же, как и в мировой практике, в нашей стране рост производства и потребления этих сталей определяется уровнем развития электроэнергетики.

В период реструктуризации российской экономики спрос на электротехнические стали на внутреннем рынке заметно снизился. Крупнейший производитель трансформаторной стали Верх-Исетский металлургический завод (ВИЗ) сократил производство до критического уровня, а его кооперация по производству горячекатаного подката с Челябинским металлургическим комбинатом практически прекратила свое существование (см. рисунок).

Годы

Динамика производства тонколистовой трансформаторной стали в ООО "ВИЗ-Сталь"

В это же время в ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" (ММК) осваивались производственные мощности кислородно-конвертерного цеха в комплексе с цехом горячей прокатки слябов ЛПЦ-10. Наращивание производства обуславливало поиск внутренних и внешних рынков сбыта продукции. В этих условиях совпали интересы ММК и ВИЗ. Кооперация ММК — ВИЗ поставила задачу восстановить уровень производства трансформаторной стали такого качества, которое удовлетворяло бы потребности не только внутреннего, но и внешнего рынков.

Для выполнения поставленной задачи необходимо было решить ряд научных и технических проблем. Во-первых, на базе углубленного изучения электромагнитных свойств трансформаторной стали и существующих технологических схем ее производства выбрать наилучший вариант технологии. Во-вторых, определить химический состав и разработать технологию выплавки стали в конвертерах большой вместимости, установить рациональные режимы ковшевой обработки стали и ее разливки на криволинейных машинах непрерывного литья заготовок. В-третьих, в комплексе технологического оборудования для горячей и холодной прокатки ММК - ВИЗ разработать технологические режимы текстурообразования, обеспечивающие мировой уровень потребительских свойств трансформаторной стали.

Металлургическая часть этой большой и многоплановой работы является объектом исследования данной диссертации.

выводы

1. Наилучшее сочетание качества трансформаторной стали и показателей ее производства достигается при использовании нитридной технологии получения трансформаторной ленты.

2. Для производства трансформаторной ленты по нитридной технологии следует выплавлять металл, содержащий 0,025-0,040 % С, 2,90-3,20 % Si, 0,15-0,30 %Мп, 0,40-0,55 % Си, 0,013-0,017 % А1 и 0,009-0,013 % N. Массовая доля серы, фосфора, хрома, никеля и титана не должна превышать 0,020, 0,025, 0,30, 0,30 и 0,007 % соответственно. Выплавка стали с таким содержанием элементов обеспечивает получение трансформаторной ленты, соответствующей требованиям мировых стандартов.

3. Применительно к условиям кислородно-конвертерного цеха ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" разработана технология выплавки, ковшевой обработки и непрерывной разливки анизотропной трансформаторной стали, которая включает следующие основные процессы:

- выплавку стали в кислородном конвертере вместимостью 400 т;

- легирование металла кремнием при сливе из конвертера в сталеразливочный ковш;

- дегазацию металла на установке циркуляционного вакуумирования;

- легирование азотом и доводку по химическому составу и температуре на одном из агрегатов ковшевой обработки;

- разливку стали на МНЛЗ с криволинейной технологической осью.

4. Выплавку трансформаторной стали в конвертерах вместимостью 350-400 т с продувкой кислородом сверху следует вести с промежуточным удалением части шлака после введения 85-90 % расчетного количества дутья. При сливе металла из конвертера содержание углерода не должно превышать 0,04%, а температура находиться в пределах 1660-1680 °С.

5. Легирование металла кремнием следует производить путем введения ферросилиция марки ФС-65 в сталеразливочный ковш при наполнении его на 1/5-1/4 часть высоты. Перед введением ферросилиция металл должен быть раскислен алюминием в количестве 500-700 г/т стали.

6. Повышенное содержание водорода в трансформаторной стали является одной из главных причин аварийных прорывов металла в процессе ее непрерывной разливки. Поэтому все ферросплавы, вводимые в металл, должны быть прокалены. После выпуска из конвертера металл следует наплавлять на вакуумную обработку. Коэффициент циркуляции металла при вакуумирова-нии должен быть не менее трех.

7. После вакуумной дегазации должно проводиться легирование металла азотом из расчета получения его содержания на уровне 0,009 %. Наилучшим способом введения азота в металл является добавка азотированного ферросилиция с порошковой проволокой или в кусковом виде. Допустимо введение азота путем продувки металла осушенным газом. Легирование металла азотом, а также корректировка содержания других элементов должны проводиться на агрегате доводки стали, установке усреднительной продувки или агрегате "печь-ковш".

8. Наиболее сложной технологической операцией при производстве трансформаторной стали является разливка ее на машинах непрерывного литья заготовок с криволинейной технологической осью. Для исключения аварийных прорывов в процессе разливки скорость вытягивания заготовок из кристаллизатора должна быть в пределах 0,4-0,5 м/мин, а температура металла в промежуточном ковше - 1520-1545 °С.

9. В результате освоения технологии выплавки, ковшевой обработки и непрерывной разливки трансформаторной стали в кислородно-конвертерном цехе ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" объем ее производства доведен до 200 тыс. т в год с экономическим эффектом 18 млн. руб.

1. Дубров Н.Ф., Лапкин Н.И. Электротехнические стали М.: Металлург-издат, 1963.-383 с.

2. Гудремон Э. Специальные стали. Перев. с нем.- М.: ГНТИ, 1959. Т1.— 952 с.

3. Goss N.P. New development in electrical strip steels characterized by fine grain structure approaching the properties of a single crystal TASM, 1935, VI, v. 23, №2, p. 511-544.

4. Технически чистое железо / Н.П. Жетвин, В.П. Тунков, М.А. Перцев и др.-М.: Металлургиздат. 1962 199 с.

5. Ванчиков В.А., Бочков Н.Г., Молотилов Б.В. Основы производства изотропных электротехнических сталей М.: Металлургия, 1985 — 272 с.

6. Walter J.L. Magnetic Properties of Cube Textured Transformer Sheet. Journal of Metals, 1958, v. 10, № 9, p.573.

7. Чуйко H.M., Мошкевич Е.И., Перевязко A.T., Галицкий Ю.П. Трансформаторная сталь.- М.: Металлургия, 1970 264 с.

8. Сера в электротехнических сталях /Молотилов Б.В., Петров А.К., Борев-ский В.М. и др. М.: Металлургия, 1973. - 176 с. Сера в электротехнических сталях /Молотилов Б.В., Петров А.К., Боревский В.М. и др.- М.: Металлургия, 1973 - 176 с.

9. Лившиц Б.Г., Новиков Ю.В. Структура и свойства текстурованных металлов и сплавов. Науч.тр. МГУ.- М.: Наука, 1969 С.56-61.

10. Яновская Т.Н. Влияние азота и серы на процессы рекристаллизации трансформаторной стали: Автореф. дис. канд. техн. наук М., 1970 — 24 с.

11. Синельников В.А., Иванов Б.С. Выплавка низкоуглеродистой электротехнической стали-М.: Металлургия, 1991.-144 с.

12. Франценюк И.В., Франценюк Л.И. Современные технологии производства металлопроката на Ново-Липецком металлургическом комбинате. — М.: ИКЦ "Академкнига", 2003.- 208 с.122

13. Тахаутдинов Р.С. Совершенствование технологии производства стали в высокопроизводительном кислородно — конветерном цехе в условиях реструктуризации экономики. Автореф. диссертации на соискание уч. степени докт. техн. наук Магнитогорск, 2003.— 42 с.

14. Разработка технологии и освоение производства электротехнических сталей в конвертерном цехе ОАО ММК /Тахаутдинов Р.С., Бодяев Ю.А., Носов А.Д. и др. // Труды Пятого конгресса сталеплавильщиков (Рыбница, 14-17 октября 1998 г.).-М., 1999.-С. 68-70.

15. Токарев А.В. Физико-химические особенности процессов производства конвертерной стали с низким и особонизким содержанием углерода и его влияние на технологию производства трансформаторной стали. Автореферат диссертации-Челябинск: ЧГТУ, 1991- 19 с.

16. Технология производства стали в современных конвертерных цехах / С.В. Колпаков, Р.В. Старов, В.В. Смоктий и др.- М.: Машиностроение, 1991.-464 с.

17. Разработка и освоение технологии выплавки релейной стали в кислородно-конвертерном цехе / Фролов В.И., Носов А.Д., Сборщик А.Д. и др. // Совершенствование технологии на ОАО «ММК». Сб. науч. тр. ЦЛК-Магнитогорск.- 1999-Вып. З.-С. 89-91.

18. Тахаутдинов Р.С. Производство стали в кислородно конвертерном цехе Магнитогорского металлургического комбината— Магнитогорск, 2001.-148 с.

19. Носов А.Д. Рафинирование металла при выплавке трансформаторной стали в 350-тонном конвертере // Вестник МГТУ. 2004. № 1 (5).— СЛ 2-13.

20. Выплавка стали с использованием шлакообразующих материалов, содержащих оксид магния / Степанова А.А., Сарычев А.В., Носов А.Д. и др. // Совершенствование технологии на ОАО «ММК». Сб. науч. тр. ЦЛК. Магнитогорск.- 2001.- Вып. 5.- С. 56-59.

21. Выплавка динамной стали в кислородных конвертерах с циркуляционным вакуумированием / Р. Вебер, Г. Шике, Г. Кицо и др. // Черные металлы.- 1972-№14 -С. 3-11.

22. Результаты освоения технологии вакуумирования стали на комбинированной установке / Р.С. Тахаутдинов, В.Ф. Коротких, Ю.А. Бодяев и др. // Труды пятого конгресса сталеплавильщиков М.: Черметинформа-ция, 1999.-С. 366-370.

23. У скова Е. и Клюев М. Зарубежный опыт выплавки ультранизкоугле-родистой стали // Национальная металлургия, № 3.- 2001 С. 67-70.

24. Лякишев Н. и Шалимов А. Развитие процессов циркуляционного вакуумирования // Национальная металлургия, № 5, 2002. С 66-70.

25. Опыт реконструкции КУВС в кислородно-конвертерном цехе ОАО "ММК'7 Р.С. Тахаутдинов, Ю.А. Бодяев, А.Д. Носов и др. // Сб.трудов ЦЖ. Магнитогорск, 2003. Вып. 7. С. 20-23.

26. О некоторых аспектах эксплуатации вакуумных установок ОАО "ММК" / А.Ф. Сарычев, В.Ф. Коротких, В.Н. Кунгурцев // Сталь.-2002.-№12-С. 11-15.

27. Сарычев А.Ф. Температурные условия работы устройства для продувки металла аргоном в сталеразливочном ковше // Сб.трудов ЦЛК. Магнитогорск, 1997. Вып. 1.-С. 74-80.

28. Технологические аспекты удаления водорода с использованием установки ковшевого вакуумирования стали / С.Д. Зинченко, М.Ф. Филатов, С.В. Ефимов и др.// Металлург. 2004. -№11. - С. 41-42.

29. Производство стали 08Ю с внепечным вакуумированием / Ю.В. Яковлев, А.Н. Морозов, В.Г. Антипин и др. // Черная металлургия: Бюл. инта "Черметинформация". 1976. - №7 — С. 39-41.

30. Внепечное вакуумирование стали / А.Н. Морозов, М.М. Стрекалов-ский, Г.И. Чернов, Я.Е. Кацнельсон. М.: Металлургия, 1975. - 288 с.

31. Исследование дегазации стали при электродуговой плавке и циркуляционном вакуумировании / А.Д. Чепурной, Б.И. Разинкин, А.Б. Церцек и др. // Современная электрометаллургия. 2004. - №3. - С. 46-49.

32. Опыт реконструкции комбинированной установки вакуумирования стали в конвертерном цехе / В.И. Фролов, Ю.А. Бодяев, О.А. Николаев и др. // Сталь. 2004. - №4. - С. 25-27.

33. Опыт освоения и перспективы развития непрерывной разливки стали в кислородно-конвертерном цехе ОАО "ММК"/ С.К. Носов, Р.С. Таха-утдинов, А.Д. Носов и др. // Черная металлургия. Бюл. НТИ — 1998.— №7.- С. 19-22.

34. Освоение и совершенствование технологии непрерывной разливки стали / Р.С. Тахаутдинов, В.Д. Киселев, А.В. Бояринцев и др. // Совершенствование технологии на ОАО "ММК". Сб. науч. трудов ЦЛК. Вып. 4. — Магнитогорск: Дом печати, 2000. С. 80 — 87.

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

36. Поведение азота при выплавке кремнистых сталей / Б.С. Иванов, Ю.Е. Самардуков, В.А. Синельников и др. // Сталь- 1982- №12 — С. 49-51.

37. Гранулированные шлакообразующие смеси для непрерывной разливки стали / В.Ф. Маркин, В.П. Ногтев, В.В. Гречишный и др. // Сталь — 1997.- №3.-С. 22-23.

38. Патент 2100131 РФ. Способ получения гранулированной шлакообра-зующей смеси / В.П. Ногтев, Ю.М. Цикарев, С.К. Носов, В.Ф. Маркин (РФ)//БИ.-1997-№36.

39. Патент 2165822 РФ. Шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали / В.П. Ногтев, А.Ф. Сарычев, В.Ф. Маркин и др. (РФ) // БИМП 2001 -№12.

40. Производство гранулированных шлакообразующих смесей и некоторые аспекты их использования при непрерывной разливке стали / В.П. Ногтев, А.Ф. Сарычев, А.Д. Носов и др. // Черные металлы.— 2001.-№8,-С. 14-16.

41. Ногтев В.П., Юречко Д.В., Сатосин М.В. Сопоставление эффективности шлакообразующих смесей путем измерения силы трения в кристаллизаторе // Сталь.- 1999 №11- С. 25-26.

42. Лейтес А.В. Защита стали в процессе непрерывной разливки.- М.: Металлургия, 1984-200 с.

43. Шлакообразующая смесь для разливки трансформаторной стали / В.В. Гречишный, В.А. Моренко, А.Д. Носов, В.П. Ногтев // Совершенствование технологии на ОАО "ММК". Сб. науч. трудов ЦЛК. Вып. 1.-Магнитогорск: Дом печати, 1997 С. 94-96.

44. Смирнов А.А., Старцев В.А. Состав и свойства шлаков, применяемых при непрерывной разливке стали // Труды третьего конгресса сталеплавильщиков / АО "Черметинформация". Ассоциация сталеплавильщиков.-М.: 1996.-С. 360-362.

45. Комплекс базовых систем автоматизации "Кристаллизатор 2000". Итого года эксплуатации на ОАО ММК / В.Ф. Рашников, Р.С. Тахаут-динов, А.Д. Носов и др. // Черные металлы.- 2001 №10 - С. 12-16.

46. Комплекс базовых систем автоматизации "Кристаллизатор 2000". Итого года эксплуатации на ОАО ММК / В.Ф. Рашников, Р.С. Тахаут-динов, А.Д. Носов и др. // Черные металлы 2001 - №10.- С. 12-16.

47. Модернизация МНЛЗ с использованием автоматических измерительных и регулирующих систем / Р.С. Тахаутдинов, А.Д. Носов, С.В. Го-росткин и др. // Сталь 2002 - №1.- С. 25-28.

48. Возможности автоматического предупреждения о прорывах на выходе из кристаллизатора / С.М. Чумаков, Б.А. Делекторский, А.Н. Сорокин и др. // Сталь.- 1998- №5.- С. 22-26.

49. Чумаков С.М., Сорокин А.Н. Опыт использования акселерометриче-ской системы технологического контроля кристаллизатора // Сталь — 1996.-№6.-С. 17-19.

50. Столяров A.M., Буданов Б.А., Селиванов В.Н. Определение температуры ликвидуса трансформаторной стали // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия 2003 - №4 - С. 54-55.

51. Выбор способов разделения плавок сталей, разливаемых в одной серии / Д.В. Юречко, Д.В. Чебыкин, В.М. Корнеев и др. // Сталь 1999-№11.-С. 22-23.

52. Мартынов О.В. Физико-химические процессы и теплофизические условия при формировании слитков, отливаемых на УНРС // Непрерывная разливка стали М.: Металлургия, 1970- С. 7-19.

53. Окимори М., Окамура X., Цутида М. Разработка технологии скоростной разливки высококремнистой стали // Тэцу то хаганэ 1995 — Т. 1 .-С.43-45.

54. Носов А.Д. Производство анизотропной трансформаторной стали в кислородно-конвертерном цехе ММК // Вестник МГТУ. 2005. -№ 1 (5). - С.9-12.