Файл: Дипломная работа специальность 5В070900 Металлургия Павлодар.doc
Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 36
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Влияние чистоты кислорода, используемого для продувки ванны.По данным [4] использование для продувки металла кислорода с содержанием азота до 0,5 % может необратимо привести к повышению содержания азота в расплаве на 0,002 – 0,003 %. При содержании азота в кислороде менее 0,01 % он не оказывает существенного влияния на конечное содержание азота в металле.
Влияние этапов технологии выплавки стали в ДСП. По данным [4] изменение содержание азота в металле в различные периоды выплавки стали в ДСП (шихта – 100 % лома) происходит следующим образом (рисунок 2).
А – проплавливание «колодцев» в холодной шихте; В – образование жидкой ванны и увеличение ее объема; С – завершение расплавления твердой шихты; D – нагрев ванны до температуры углеродного кипения; Е – период углеродного кипения; F – присадка ферросплавов и разогрев ванны до температуры разливки; G – выпуск плавки; Н – выдержка стали в ковше
Рисунок 1 – Изменение содержания азота в процессе производства стали в ДСП
Поведение азота в период углеродного кипения. В этот период происходит удаление азота вследствие его абсорбции всплывающими пузырьками СО, в которых парциальное давление азота значительно меньше равновесного. При этом содержание азота уменьшается с увеличением содержания углерода по расплавлении за счет более интенсивного кипения ванны [2, 4, 5].
Ведение процесса окисления углерода в ДСП на вспененном шлаке позволяет снизить вероятность поступления воздуха в зоны горения электрических дуг и тем самым снизить возможность активирования азота и его последующего перехода в металл из атмосферы.
На практике не удается поддерживать шлаки во вспененном состоянии в течение всего окислительного периода. Активное поглощение азота в зоне электрических дуг происходит как раз в конце окислительного периода, когда металл имеет наиболее высокую температуру, а защитное действие выделяющегося из металла СО ослабляется, так как кипение ванны постепенно затухает [4].
Выпуск стали из
ДСП.Основная доля азота вносится в сталь на стадиях, связанных с контактом открытой поверхности металла с азотом атмосферы – при выпуске и разливке стали.
Поглощение азота на стадии выпуска происходит в пределах 0,0010 – 0,0015 % (для стали 20А) [4]. Для сталей с хромом это значение значительно выше.
Обработка стали в АКП. Для снижения степени поглощения азота лучше раскислять металл после выпуска – в ковше, без прямого контакта с атмосферой, под слоем специально сформированного шлака. Учитывая наличие электродугового нагрева в АКП и возможность интенсивного поглощения азота из газовой фазы, необходимо обработку стали проводить при избыточном давлении аргона под крышкой ковша («подпор»), используя мощность газоотводящего тракта на 30 – 60 % [4]. В АКП снижения содержания азота не происходит, а в ряде случаев (прежде всего при низком начальном содержании азота) имеет место даже повышение его содержания. Так, по данным работы [4], в процессе обработки стали в АКП содержание азота повышается с 0,0045 до 0,0060 %.
В процессе внепечной обработки необходимо выбрать такой режим продувки аргоном, при котором достигается минимальное оголение металла даже при создании восстановительной атмосферы под крышкой АКП.
Вакуумная обработка металла. Снижение содержания азота при вакуумной обработке стали можно обеспечить прежде всего минимальным подсосом (натеканием) воздуха в вакуумную камеру и при возможно более низком содержании поверхностно–активных элементов – кислорода и серы.
Вместе с тем, в отличие от продувки металла аргоном в АКП, при вакуумировании стали имеется возможность интенсифицировать процесс удаления азота за счет одновременной продувки расплава аргоном при давлении 1,0 мм рт. ст., содержании серы 0,010 %, кислорода 0,002 % и скорости продувки 1,8 м3/мин [4].
Целесообразно обеспечить на вакууматоре аргонную защиту мест подсоса воздуха подобно тому, как это делают на установках непрерывной разливки стали.
Непрерывная разливка стали.Надежная защита металла от контакта с воздухом при непрерывной разливке – использование шлакообразующих смесей, применение защитных труб и погружаемых стаканов с аргонной защитой мест подсоса воздуха.
Самым опасным является начальный этап разливки первой плавки в серии «плавка на плавку», когда содержание азота повышается в среднем на 0,0001 %, в конце разливки поглощение азота полностью отсутствует [4].
3 Варианты решения проблемы
Анализ приведенных данных свидетельствует о том, что для достижения низкого содержания азота при выплавке стали в ДСП c доводкой металла в АКП и ковшевом вакууматоре следует использовать мероприятия [2 - 6]:
1 Применять чистые по содержанию азота шихтовые, легирующие, науглероживающие и шлакообразующие материалы. Использование металлизованного железорудного сырья (окатыши и/или брикеты) позволяет снизить содержание азота в конечном металле.
2 Заменить углерод содержащие материалы с высокой концентрацией азота (загружаемый с шихтой кусковой доменный кокс, антрацит и уголь марки АС с 0,5–1,1% азота) низкоазотистым коксом с содержанием азота 0,03–0,1 %.
3 Предусмотреть формирование пенистых шлаков с основностью (CaО+MgO)/(SiO2+Al2O3) = 1,8 ÷ 2,2 одновременно с продувкой кислородом и периодическим присаживанием углерод содержащих материалов.
4 При выплавке низкоуглеродистого полупродукта для последующей внепечной обработки необходимо обеспечить содержание углерода по расплавлении не менее 0,8 %. Начало продувки при 1500–1540 °С. Расход кислорода должен обеспечить скорость обезуглероживания не менее 0,06 %/мин, а электрический режим – достижение температуры выпуска при содержании углерода не менее 0,4%. Это позволит исключить работу дуг при слабом кипении ванны в конце обезуглероживания. Таким образом, содержание азота в металле можно понизить с 0,008–0,010 (и более) до 0,005–0,006%.
5 Организация защиты струи металла на выпуске.
6 При обработке стали в АКП основной задачей является исключение возможностей повышения содержания азота. Это может быть достигнуто наведением шлака и осуществлением режимов продувки металла аргоном, не приводящими к оголению поверхности жидкого металла, прежде всего в зоне горения электрических дуг. Раскисление металла по возможности следует производить в ковше под шлаком, в том числе и углеродсодержащей проволокой. Десульфурацию металла следует проводить до достижения содержания серы не более 0,010 %.
7 Осуществлять вакуумирование глубоко раскисленного (до 0,002 % [О]) металла с пониженным содержанием серы при давлении не более 1,0 мм рт. ст. при расходе аргона 0,5 – 0,7 м3/т. При этом необходимо обеспечить высокую герметичность вакуумной камеры для исключения подсоса (натекания) воздуха в процессе вакуумирования.
8 Разливку стали на МНЛЗ следует проводить с защитой струи жидкого металла на выходе из сталеразливочного ковша в промежуточный ковш и из промежуточного ковша в кристаллизатор. При этом необходимо исключать подсос воздуха в зону истечения струи. Целесообразно использовать промежуточные ковши с герметичными крышками и заполнением их пространства инертным газом.
Заключение
По результатам выполненной дипломной работы для условий ПФ ТОО «KSP Steel» с учетом экономической целесообразности для достижения низкого содержания азота при выплавке стали в ДСП c доводкой металла в АКП и ковшевом вакууматоре следует использовать мероприятия
1 Применять чистые по содержанию азота шихтовые, легирующие, науглероживающие и шлакообразующие материалы, использовать металлизованное железорудное сырье.
2 Предусмотреть формирование пенистых шлаков с основностью (CaО+MgO)/(SiO2+Al2O3) = 1,8 ÷ 2,2 одновременно с продувкой кислородом и периодическим присаживанием углерод содержащих материалов.
3 При выплавке низкоуглеродистого полупродукта для последующей внепечной обработки необходимо обеспечить содержание углерода по расплавлении не менее 0,8 %. Начало продувки при 1500–1540 °С. Расход кислорода должен обеспечить скорость обезуглероживания не менее 0,06 %/мин, а электрический режим – достижение температуры выпуска при содержании углерода не менее 0,4%. Это позволит исключить работу дуг при слабом кипении ванны в конце обезуглероживания. Таким образом, содержание азота в металле можно понизить с 0,008–0,010 (и более) до 0,005–0,006%.
4 Организация защиты струи металла на выпуске.
5 При обработке стали в АКП основной задачей является исключение возможностей повышения содержания азота. Это может быть достигнуто наведением шлака и осуществлением режимов продувки металла аргоном, не приводящими к оголению поверхности жидкого металла, прежде всего в зоне горения электрических дуг. Раскисление металла по возможности следует производить в ковше под шлаком, в том числе и углеродсодержащей проволокой. Десульфурацию металла следует проводить до достижения содержания серы не более 0,010 %.
6 Осуществлять вакуумирование глубоко раскисленного (до 0,002 % [О]) металла с пониженным содержанием серы при давлении не более 1,0 мм рт. ст. при расходе аргона 0,5 – 0,7 м3/т. При этом необходимо обеспечить высокую герметичность вакуумной камеры для исключения подсоса (натекания) воздуха в процессе вакуумирования.
7 Разливку стали на МНЛЗ следует проводить с защитой струи жидкого металла на выходе из сталеразливочного ковша в промежуточный ковш и из промежуточного ковша в кристаллизатор. При этом необходимо исключать подсос воздуха в зону истечения струи. Целесообразно использовать промежуточные ковши с герметичными крышками и заполнением их пространства инертным газом.
Список использованных источников
1 Лившиц Б.Г. Металлография. – М.: Металлургия, 1990. – 236 с.
2 Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия: учебник для вузов. – 6–е изд., перераб и доп. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2005. – 768 с.
3 Одесский П.Д. Микролегированные стали для северных и уникальных металлических конструкций / П.Д. Одесский, Л.А. Смирнов, Д.В. Кулик. Учебное пособие. – М. : Интермет инжиниринг, 2006. – 176 с.
4 Шалимов А. Г. Производство электростали с пониженным содержанием азота. // Металлург. – 2010. – № 4. – С. 45 – 54.
5 Deoxidation and Desulphyrization of liquid iron with barium and barium bearing calcium alloys / Y. Kataura, T. Shoji, K. Topawa, T. Takahashi //Trans. Iron and Steel Inst. Japan. – 1980. – Vol. 20,№ 12. – P. 801.
6 Feuerfestloesungen zur Verbesserung des Stanhlreinheitsgrades / M. Tomas, M. Kirschen, J. Rotsch et al. /// Stahl und Eisen. 2012. 132. № 8. Р. 3 – 45.
7 Solanki V., Mukhopadhyay G. Metallurgical analysis of transverse crack of rebars Engineering Failure Analysis, Volume 104, (2019) 1143-1156.
8 Vdovin K.N., Tochilkin V.V., Filatova O.A., Tochilkin V.V. Analysis of the Process of Casting of the Metal by an Open Stream and the Design of the Equipment of Receiving Chambers of the Tundish of CCM, Refractories and Industrial Ceramics, Volume 60 Issue1, (2019) 6-9.
9 Chubukov M.Y., Rutskiy D.V., Uskov D.P. Analyzing the features of non-metallic inclusion distribution in Ø410 mm continuously cast billets of low carbon steel grades, Materials Science Forum, 973 MSF, (2019) 21-25.
10 Umanskii A.A., Dumova L.V. Influence of Electrosmelting Conditions on Rail Quality and Production Costs, Steel in Translation, Volume 48 Issue 11, (2018) 712-717.
11 J. Sviželová M. Tkadlečková K. Michalek M. Strouhalová Influence of casting speed on centerline porosity formation in continuously cast round steel billets, METAL 2017, 26th International Conference on Metallurgy and Materials, Conference Proceedings, (2017), 235-240.
12 I. Clitan M., Abrudean V., Muresan D. Optimizing the casting length of single diameter steel billets based on minimum cost, 2016 20th International Conference on System Theory, Control and Computing, ICSTCC 2016, Joint Conference of SINTES 20, SACCS 16, SIMSIS 20 Proceedings, 7790643, (2016) 73-78.
13 Smyrnov Y.N., Skliar V.A., Belevitin V.A., Shmyglya R.A., Smyrnov O.Y. Defect healing in the axial zone of continuous-cast billet, Steel in Translation, Volume 46, Issue 5, (2016) 325-328.