Чайкин А.В.1, Колпаков В.В.2, Чайкин В.А.3, Вдовин К.Н.4
1 к.т.н., технический директор ООО «Металлург», г. Сафоново,
2 главный металлург Рубцовского филиала АО «Алтайвагон»,
3д.т.н., профессор кафедры Литейное производство и материаловедения МГТУ им. Г.И. Носова,
4 д.т.н., профессор кафедры Литейное производство и материаловедения МГТУ им. Г.И. Носова
Статья посвящена совершенствованию технологического процесса плавки стали 110Г13Л методом переплава с целью повышения эффективности рафинирования металла, повышения свойств и снижения себестоимости стали, расширения номенклатуры литья, выплавляемой методом переплава, в условиях Рубцовского филиала АО «Алтайвагон». В ходе работы решались задачи снижения угара марганца, повышения эффективности диффузионного раскисления стали, экономии электроэнергии и дорогостоящих материалов. Для решения задачи были применены три направления совершенствования выплавки стали методом переплава: ранее наведение шлака, повышение эффективности диффузионного раскисления, внепечная обработка расплава. На всех стадиях применялись новые дисперсные материалы, разработанные ООО «Металлург» Смоленского РО РАЛ.
Первое направление совершенствования технологического процесса заключалось в организации раннего наведения шлака во время плавления шихты, что обеспечивало снижение угара марганца, уменьшение времени плавления материалов и экономию электроэнергии. Для этого на подину загружали известь в количестве 150 кг и по поверхности извести равномерно распределяли флюс РШ в количестве 5 кг/т жидкого.
В процессе расплавления шихты в прорезаемых «колодцах» под электродами из легкоплавкого флюса РШ и извести достаточно быстро формируется жидкоподвижный шлак. Наведенный шлак экранирует дуги в колодцах и хорошо защищает от угара первые порции жидкого металла [1]. Экранирование дуг в колодцах жидкоподвижным шлаком способствует также снижению теплопотерь, быстрому нагреву шлака и металла, и, соответственно, уменьшению времени плавления шихты и экономии электроэнергии.
Второе направление совершенствования технологии заключалось в более эффективном диффузионном раскисления стали. Взамен молотого ФС65, используемого на заводе, применили раскислитель диффузионный алюмосодержащий (РДА) в количестве 3 кг на 1 т жидкой стали. РДА представляет собой смесь порошков углерод-, кремний- и алюмосодержащих материалов. Основное отличие порошков заключается в том, что они получены физико-химическим путем, и обладают высокой дисперсностью, что придает смеси новые свойства [2]. Кроме того, в состав смеси введено оптимальное количество поверхностно активных веществ, состоящих из кальций-стронциевого карбоната, соединений калия и натрия, которые придают ей жидкоподвижность и еще больше активизируют [3].
Третье направление совершенствования технологического процесса – внепечная обработка расплава в ковше рафинирующей смесью алюмосодержащей (РСА), обеспечивающая дальнейшее очищение металла от оксидов марганца и железа, а также сульфидов и других неметаллических включений. Это приводит к повышению механических свойств сталей, что очень важно для метода переплава. Таким образом, задача внепечной обработки частично заменить окислительный период и устранить объективные недоработки восстановительного периода.
Выпуск стали из печи производили совместно со шлаком. Интенсивное перемешивание металла со шлаком в ковше обеспечивало как снижение закиси марганца и железа, так и дополнительное рафинирование – из металла в белый шлак переходили сера и неметаллические включения. Дополнительная обработка стали РСА в ковше интенсифицировало рафинирование металла. В процессе обработки стали РСА происходит укрупнение неметаллических включений и их всплытие на зеркало металла в ковше за счет разности плотностей включений и самого металла. В процессе диссоциации карбонатов образуются пузырьки СО2, которые, поднимаясь вверх в объеме расплава, увлекают за собой неметаллические включения и газы [4]. При комплексной обработке расплава в ковше происходит одновременное модифицирование включений с последующей флотацией их пузырьками на зеркало металла [5].
По первому направлению совершенствования технологии провели плавки по существующей технологии и с ранним наведением шлака. Анализировали плавки, в которых использовали шихту, состоящую из 100% собственного неочищенного возврата. Следует отметить, что после расплавления такой шихты образуется большое количество шлака с низкой основностью, так как оксид кремния неочищенного от формовочной смеси возврата создает основную массу шлака. В рядовых плавках на дно печи загружали 150 кг извести. В экспериментальных плавках на подину загружали известь в количестве 150 кг и по ее поверхности равномерно распределяли флюс РШ в количестве 45 кг. Затем загружали шихту. Плавление шло в штатном режиме. Однако в плавках с РШ в колодцах, прорезаемых электродами, раньше появлялся шлак. Наведенный шлак экранировал дуги в колодцах, о чем свидетельствовала стабилизация горения дуг, которое характеризовалось равномерным и тихим гудением. [3]. Экранирование дуг в колодцах жидкоподвижным шлаком способствовало быстрому нагреванию шлака и металла, снижению тепловых потерь и, соответственно, уменьшению времени плавления шихты и экономии электроэнергии. Ранее наведение шлака позволило снизить угар марганца и железа, а также снизить время плавления шихты. Расчеты показывают, что при мощности трансформатора 5 МВт и цене электроэнергии 3,96 руб/квт.ч, во время периода плавления на каждой плавке экономится 3300 рублей. Кроме того, угорает на 40-45 кг меньше чистого марганца.
Диффузионное раскисление проводили раскислительной смесью РДА. Перед раскислением на шлак отдавали до 300 кг извести для поднятия основности шлака. После расплавления извести начинали диффузионное раскисление. Рациональную присадку РДА определили экспериментально в размере 4 кг на одну тонну жидкой стали, то есть 12 пакетов по 3 кг на одну плавку. РДА присаживали порционно в три приема по 4 пакета. По окончанию реакции от предыдущей подачи давали следующую порцию. После присадки РДА смесь мгновенно расходилась по поверхности шлака и происходило интенсивное раскисление и разжижение шлака, сопровождающееся его вспениванием, о чем свидетельствовала стабилизация горения дуг, которое характеризовали равномерное и тихое гудение. При использовании молотого ФС65 он ложился на шлак локально и практически не расходился. Для эффективного раскисления необходимо было вручнуюравномерно распределить его по периметру печи. После присадок РДА визуально шлак был жидкоподвижным равномерно распределенным и реакционноспособным. После окончания обработки шлаков РДА производили отбор проб шлака на анализ. Шлак значительно посветлел в изломе, что свидетельствовало о восстановлении оксидов марганца и железа.После диффузионного раскисления содержания MnO в шлаках снижалось до 11-16%, оксидов железа до 0,8-0,9%. При раскислении смесью с ферросилицием содержание MnO составляло 15-19%, а FeO более 1%.
Для дальнейшего повышения качества металла, его дегазации и удаления неметаллических включений проводили внепечную обработку расплава. На дно ковша загружали 45 кг (3 мешка) рафинирующей смеси РСА. При этом в ковш отдавали на 5 кг меньше алюминия за счет наличия его в РСА, что обеспечивало экономию алюминия. РСА образует легкоплавкий, жидкоподвижный, высокоосновный шлак, активизирует процесс рафинирования расплава от неметаллических включений и способствует восстановлению марганца из металла и шлака. Это подтверждается тем, что в анализируемых плавках отмечены угар кремния и углерода и, напротив, существенный пригар марганца. В рядовых плавках без ковшовой обработки содержания углерода, кремния и марганца в печи и в ковше практически не изменялись. Таким образом, рафинирующая смесь РСА, образуя легкоплавкий, жидкоподвижный, высокоосновный шлак, активизирует процесс рафинирования металла от неметаллических включений и вовлекает кремний и углерод металла в процесс восстановления оксида марганца, то есть отмечается тенденция к экономии марганца.
После внедрения концентрации FeO в шлаках стали более стабильны, большинство их значений ≤ 1%. Содержания MnO в шлаках менее стабильны, 22% шлаков содержат концентрации оксидов до12%. Остальные - 6 – 10%. Химический состав плавок соответствовал требованиям ГОСТ. Микроструктура и механические свойства стали отвечали требованиям НТД на отливки.
В целом, внедрение новой технологии выплавки марганцовистой стали с применением материалов, разработанных ООО «Металлург» Смоленского РО РАЛ позволило существенно повысить качество металла, выплавленного методом переплава, расширить номенклатуру отливок, выплавляемых этим методом и получить годовой экономический эффект свыше 3 млн. руб.
1 к.т.н., технический директор ООО «Металлург», г. Сафоново,
2 главный металлург Рубцовского филиала АО «Алтайвагон»,
3д.т.н., профессор кафедры Литейное производство и материаловедения МГТУ им. Г.И. Носова,
4 д.т.н., профессор кафедры Литейное производство и материаловедения МГТУ им. Г.И. Носова
Статья посвящена совершенствованию технологического процесса плавки стали 110Г13Л методом переплава с целью повышения эффективности рафинирования металла, повышения свойств и снижения себестоимости стали, расширения номенклатуры литья, выплавляемой методом переплава, в условиях Рубцовского филиала АО «Алтайвагон». В ходе работы решались задачи снижения угара марганца, повышения эффективности диффузионного раскисления стали, экономии электроэнергии и дорогостоящих материалов. Для решения задачи были применены три направления совершенствования выплавки стали методом переплава: ранее наведение шлака, повышение эффективности диффузионного раскисления, внепечная обработка расплава. На всех стадиях применялись новые дисперсные материалы, разработанные ООО «Металлург» Смоленского РО РАЛ.
Первое направление совершенствования технологического процесса заключалось в организации раннего наведения шлака во время плавления шихты, что обеспечивало снижение угара марганца, уменьшение времени плавления материалов и экономию электроэнергии. Для этого на подину загружали известь в количестве 150 кг и по поверхности извести равномерно распределяли флюс РШ в количестве 5 кг/т жидкого.
В процессе расплавления шихты в прорезаемых «колодцах» под электродами из легкоплавкого флюса РШ и извести достаточно быстро формируется жидкоподвижный шлак. Наведенный шлак экранирует дуги в колодцах и хорошо защищает от угара первые порции жидкого металла [1]. Экранирование дуг в колодцах жидкоподвижным шлаком способствует также снижению теплопотерь, быстрому нагреву шлака и металла, и, соответственно, уменьшению времени плавления шихты и экономии электроэнергии.
Второе направление совершенствования технологии заключалось в более эффективном диффузионном раскисления стали. Взамен молотого ФС65, используемого на заводе, применили раскислитель диффузионный алюмосодержащий (РДА) в количестве 3 кг на 1 т жидкой стали. РДА представляет собой смесь порошков углерод-, кремний- и алюмосодержащих материалов. Основное отличие порошков заключается в том, что они получены физико-химическим путем, и обладают высокой дисперсностью, что придает смеси новые свойства [2]. Кроме того, в состав смеси введено оптимальное количество поверхностно активных веществ, состоящих из кальций-стронциевого карбоната, соединений калия и натрия, которые придают ей жидкоподвижность и еще больше активизируют [3].
Третье направление совершенствования технологического процесса – внепечная обработка расплава в ковше рафинирующей смесью алюмосодержащей (РСА), обеспечивающая дальнейшее очищение металла от оксидов марганца и железа, а также сульфидов и других неметаллических включений. Это приводит к повышению механических свойств сталей, что очень важно для метода переплава. Таким образом, задача внепечной обработки частично заменить окислительный период и устранить объективные недоработки восстановительного периода.
Выпуск стали из печи производили совместно со шлаком. Интенсивное перемешивание металла со шлаком в ковше обеспечивало как снижение закиси марганца и железа, так и дополнительное рафинирование – из металла в белый шлак переходили сера и неметаллические включения. Дополнительная обработка стали РСА в ковше интенсифицировало рафинирование металла. В процессе обработки стали РСА происходит укрупнение неметаллических включений и их всплытие на зеркало металла в ковше за счет разности плотностей включений и самого металла. В процессе диссоциации карбонатов образуются пузырьки СО2, которые, поднимаясь вверх в объеме расплава, увлекают за собой неметаллические включения и газы [4]. При комплексной обработке расплава в ковше происходит одновременное модифицирование включений с последующей флотацией их пузырьками на зеркало металла [5].
По первому направлению совершенствования технологии провели плавки по существующей технологии и с ранним наведением шлака. Анализировали плавки, в которых использовали шихту, состоящую из 100% собственного неочищенного возврата. Следует отметить, что после расплавления такой шихты образуется большое количество шлака с низкой основностью, так как оксид кремния неочищенного от формовочной смеси возврата создает основную массу шлака. В рядовых плавках на дно печи загружали 150 кг извести. В экспериментальных плавках на подину загружали известь в количестве 150 кг и по ее поверхности равномерно распределяли флюс РШ в количестве 45 кг. Затем загружали шихту. Плавление шло в штатном режиме. Однако в плавках с РШ в колодцах, прорезаемых электродами, раньше появлялся шлак. Наведенный шлак экранировал дуги в колодцах, о чем свидетельствовала стабилизация горения дуг, которое характеризовалось равномерным и тихим гудением. [3]. Экранирование дуг в колодцах жидкоподвижным шлаком способствовало быстрому нагреванию шлака и металла, снижению тепловых потерь и, соответственно, уменьшению времени плавления шихты и экономии электроэнергии. Ранее наведение шлака позволило снизить угар марганца и железа, а также снизить время плавления шихты. Расчеты показывают, что при мощности трансформатора 5 МВт и цене электроэнергии 3,96 руб/квт.ч, во время периода плавления на каждой плавке экономится 3300 рублей. Кроме того, угорает на 40-45 кг меньше чистого марганца.
Диффузионное раскисление проводили раскислительной смесью РДА. Перед раскислением на шлак отдавали до 300 кг извести для поднятия основности шлака. После расплавления извести начинали диффузионное раскисление. Рациональную присадку РДА определили экспериментально в размере 4 кг на одну тонну жидкой стали, то есть 12 пакетов по 3 кг на одну плавку. РДА присаживали порционно в три приема по 4 пакета. По окончанию реакции от предыдущей подачи давали следующую порцию. После присадки РДА смесь мгновенно расходилась по поверхности шлака и происходило интенсивное раскисление и разжижение шлака, сопровождающееся его вспениванием, о чем свидетельствовала стабилизация горения дуг, которое характеризовали равномерное и тихое гудение. При использовании молотого ФС65 он ложился на шлак локально и практически не расходился. Для эффективного раскисления необходимо было вручнуюравномерно распределить его по периметру печи. После присадок РДА визуально шлак был жидкоподвижным равномерно распределенным и реакционноспособным. После окончания обработки шлаков РДА производили отбор проб шлака на анализ. Шлак значительно посветлел в изломе, что свидетельствовало о восстановлении оксидов марганца и железа.После диффузионного раскисления содержания MnO в шлаках снижалось до 11-16%, оксидов железа до 0,8-0,9%. При раскислении смесью с ферросилицием содержание MnO составляло 15-19%, а FeO более 1%.
Для дальнейшего повышения качества металла, его дегазации и удаления неметаллических включений проводили внепечную обработку расплава. На дно ковша загружали 45 кг (3 мешка) рафинирующей смеси РСА. При этом в ковш отдавали на 5 кг меньше алюминия за счет наличия его в РСА, что обеспечивало экономию алюминия. РСА образует легкоплавкий, жидкоподвижный, высокоосновный шлак, активизирует процесс рафинирования расплава от неметаллических включений и способствует восстановлению марганца из металла и шлака. Это подтверждается тем, что в анализируемых плавках отмечены угар кремния и углерода и, напротив, существенный пригар марганца. В рядовых плавках без ковшовой обработки содержания углерода, кремния и марганца в печи и в ковше практически не изменялись. Таким образом, рафинирующая смесь РСА, образуя легкоплавкий, жидкоподвижный, высокоосновный шлак, активизирует процесс рафинирования металла от неметаллических включений и вовлекает кремний и углерод металла в процесс восстановления оксида марганца, то есть отмечается тенденция к экономии марганца.
После внедрения концентрации FeO в шлаках стали более стабильны, большинство их значений ≤ 1%. Содержания MnO в шлаках менее стабильны, 22% шлаков содержат концентрации оксидов до12%. Остальные - 6 – 10%. Химический состав плавок соответствовал требованиям ГОСТ. Микроструктура и механические свойства стали отвечали требованиям НТД на отливки.
В целом, внедрение новой технологии выплавки марганцовистой стали с применением материалов, разработанных ООО «Металлург» Смоленского РО РАЛ позволило существенно повысить качество металла, выплавленного методом переплава, расширить номенклатуру отливок, выплавляемых этим методом и получить годовой экономический эффект свыше 3 млн. руб.