Повышение качества сталей 110Г13Л, выплавляемых методом переплава

Повышение качества сталей 110Г13Л, выплавляемых методом переплава

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 диф-фузионного раскисления стали, экономии электроэнергии и дорогостоящих материалов. Для решения задачи были применены три направления совершенствования выплавки ста-ли методом переплава: ранее наведение шлака, повышение эффективности диффузионно-го раскисления, внепечная обработка расплава. На всех стадиях применялись новые дис-персные материалы, разработанные ООО «Металлург» Смоленского РО РАЛ.

Первое направление совершенствования технологического процесса заключалось в организации раннего наведения шлака во время плавления шихты, что обеспечивало сни-жение угара марганца, уменьшение времени плавления материалов и экономию электро-энергии. Для этого на подину загружали известь в количестве 150 кг и по поверхности из-вести 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, соот-ветственно, уменьшению времени плавления шихты и экономии электроэнергии.

Второе направление совершенствования технологии заключалось в более эффек-тивном диффузионном раскисления стали. Взамен молотого ФС65, используемого на за-воде, применили раскислитель диффузионный алюмосодержащий (РДА) в количестве 3 кг на 1 т жидкой стали. РДА представляет собой смесь порошков углерод-, кремний- и алю-мосодержащих материалов. Основное отличие порошков заключается в том, что они по-лучены физико-химическим путем, и обладают высокой дисперсностью, что придает сме-си новые свойства [2]. Кроме того, в состав смеси введено оптимальное количество по-верхностно активных веществ, состоящих из кальций-стронциевого карбоната, соедине-ний 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), обеспечи-вающая 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 обработ-ки частично заменить окислительный период и устранить объективные недоработки вос-становительного периода.
Выпуск стали из печи производили совместно со шлаком. Интенсивное перемеши-вание металла со шлаком в ковше обеспечивало как снижение закиси марганца и железа, так и дополнительное рафинирование – из металла в белый шлак переходили сера и неме-таллические включения. Дополнительная обработка стали РСА в ковше интенсифициро-вало 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 неметал-лические 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 суще-ствующей 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 возвра-та создает основную массу шлака. В рядовых плавках на дно печи загружали 150 кг извес-ти. 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, прорезае-мых электродами, раньше появлялся шлак. Наведенный шлак экранировал дуги в колод-цах, о чем свидетельствовала стабилизация горения дуг, которое характеризовалось рав-номерным и тихим гудением. [3]. Экранирование дуг в колодцах жидкоподвижным шла-ком 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 рас-кислением 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 па-кетов 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 свиде-тельствовала 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 жидкопо-движным равномерно распределенным и реакционноспособным. После окончания обра-ботки шлаков РДА производили отбор проб шлака на анализ. Шлак значительно посвет-лел 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 состав-ляло 15-19%, а FeO более 1%.
Для дальнейшего повышения качества металла, его дегазации и удаления неметал-лических 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 обра-зует легкоплавкий, жидкоподвижный, высокоосновный шлак, активизирует процесс ра-финирования расплава от неметаллических включений и способствует восстановлению марганца из металла и шлака. Это подтверждается тем, что в анализируемых плавках от-мечены 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 рафини-рования металла от неметаллических включений и вовлекает кремний и углерод металла в процесс восстановления оксида марганца, то есть отмечается тенденция к экономии мар-ганца.
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 соответ-ствовал требованиям ГОСТ. Микроструктура и механические свойства стали отвечали требованиям НТД на отливки.
В целом, внедрение новой технологии выплавки марганцовистой стали с примене-нием материалов, разработанных ООО «Металлург» Смоленского РО РАЛ позволило су-щественно повысить качество металла, выплавленного методом переплава, расширить номенклатуру отливок, выплавляемых этим методом и получить годовой экономический эффект свыше 3 млн. руб.

   


Другие Сталь: