В. Ф. Богатенков, Л. Г. Шуб, В. А. Носов,
А. А. Чепурнова, 3. М. Калинина
Задачей настоящего исследования было изучение зависимости качественных показателей металла от избытка восстановителя в экзотермических брикетах и основности образующихся их них шлаков. Исследование проводили в условиях металлургического завода им. Серова при сифонной разливке сталей ШХ15 и 38ХМЮА в слитки массой 4,5 т. Составы брикетов на основе алюминия или силикокальция рассчитывали так, чтобы при изменении одного из параметров другие сохранялись постоянными. Брикеты с разным уровнем исследуемого параметра* испытывали на одном и том же сифоне.
Расход брикетов составлял 3,6 — 4,2 кг/т стали. Макроструктуру металла, содержание в нем кислорода и неметаллических включений контролировали в пробах из заготовки: для стали ШХ15 — на уров нях, соответствующих головной и донной обрези, а для стали 38ХМЮА — на уровнях, соответствующих 16,52 и 89% длины раска та, считая от верха слитка.
Из каждой пробы после перековки вырезали пробы на кисло род и по три шайбы для металлографического контроля неметаллических включений. Стандартный микрошлиф делили на семь оценоч ных полей. Таким образом, на каждом уровне заготовки просматривали 21 оценочное поле. Оценку проводили по максимальному бал лу в соответствии со шкалами ГОСТ.
Сравнение качества поверхности заготовок не выявило различия между вариантами с различным избытком восстановителя и их видом. Повышение основности шлака с 0,82 — 0,96 до 1,22 — 1,43 при вело к существенному улучшению качества поверхности загото вок — брак металла сократился с 3,39 до 1,02%. Макроконтроль по казал, что по точечной неоднородности, центральной пористости, подкорковым пузырям и ликвационному квадрату металл, разлитый с брикетами, имел удовлетворительное качество и не отличался от обычного металла этих же плавок, разлитого с экзотермической смесью.
Как избыток алюминия, так и избыток кремния не оказали вли яния на содержание кислорода в заготовке стали ШХ15 и ее загряз ненность всеми видами неметаллических включений.
Брикеты и а основе алюминия обеспечили несколько меньшее содержание кислорода в металле по сравнению с брикетами на основе силикокальция. Различие невелико, но при всех уровнях избытка восстановителя указывает на преимущество первых (табл. 1).
По результатам металлографического контроля брикеты на ос нове алюминия обеспечили меньший уровень загрязненности стали 38ХМЮА оксидными включениями в сравнении с брикетами на основе силикокальция. Эта закономерность подтвердилась также данными по содержанию в этой стали устойчивых неметаллических включений.
На стали ШХ15 влияние вида горючей основы брикета на загрязненность металла всеми видами включений не установлено. При увеличении основности шлака с повышенным содержанием — A ]203 загрязненность стали ШХ15 оксидными включениями суще ственно снижается; показатели по глобулям и сульфидам остаются примерно одинаковыми (табл. 2). Содержание кислорода в метал ле в этом случае также уменьшается — в среднем с 0,0022 до 0,0019% в головных и с 0,0030 до 0,0026% в донных пробах.
Для брикетов на основе магния (брикеты 3 и 4), характеризую щихся низким содержанием глинозема в образующемся шлаке, сни жение загрязненности стали оксидными включениями с повышением основности шлака - не выявлено, показатели по глобулям и сульфи дам также практически не изменились. В то же время указанные брикеты обеспечивают существенное снижение загрязненности стали оксидами по сравнению с брикетами с повышенным содержанием глинозема в образующемся шлаке.
Таблица 1. Содержание кислорода в металле (%) в зависимости от величины избытка восстановителя в составе экзотермических брикетов*
| Наименование избыточного восстанови теля | Уровень отбора проб | Сталь ШХ15 | Сравниваемый металл | ||
| избыток восстановителя, %** | |||||
|
4,9 18,6 |
75,0 53,0 |
156,0 89,8 |
|||
| Кремний | Верх | 0,0027 | 0,0028 | 0,0028 | 0,0024 |
| Середина | - | - | - | - | |
| Низ | 0,0040 | 0,0040 | 0,0038 | 0,0042 | |
| Среднее значение | 0,0034 | 0,0034 | 0,0033 | 0,0033 | |
| Алюминий | Верх | 0,0024 | 0,0035 | 0,0022 | 0,0038 |
| Середина | - | - | - | - | |
| Низ | 0,0039 | 0,0037 | 0,0037 | 0,0040 | |
| Среднее значе ние | 0,0032 | 0,0036 | 0,0030 | 0,0039 | |
*Каждое значение — среднее по двум плавкам.
**Верхние цифры для кремния, нижние — для алюминия.
Таблица 2. Загрязненность стали ШХ15 неметаллическими включениями в зависимости от состава шлака.
| Номер брикета | Состав шлака | Максимальный балл по уровню | Максимальный балл по слитку |
Средний балл из макси мальных по образцам** |
Оценочные поля с баллом выше 2, % | |||
| основность |
содержание А1зО3, % |
|||||||
| верх | низ | |||||||
| Оксидные включения | ||||||||
| 1 | 1,17—1,38 | 20,7—21,0 | 2,5 | 3,0 | 3,0 | 2,00(2,00) | 6,0 | |
| 2 | 0,85—0,90 | 20,7—21,6 | 3,5 | 4,0 | 4,0 | 2,46(2,34) | 7,2 | |
| 3* | 1,36 | 6,0 | 2,0 | 2,5 | 2,5 | 1,92(1,83) | 2,4 | |
| 4 | 0,76—0,86 | 4,9—8,4 | 2,0 | 2,5 | 2,5 | 1,75(1,58) | 3,6 | |
| Глобулярные включения | ||||||||
| 1 | 1,17—1,38 | 20,7-21,0 | 3,0 | 3,5 | 3,5 | 2,09(2,34) | 15,6 | |
| 2 | 0,85-0,90 | 20,7—21,6 | 2,5 | 3,0 | 3,0 | 2,38(2,34) | 10,7 | |
| 3* | 1,36 | 6,0 | 2,5 | 3,5 | 3,5 | 2,25(2,17) | 14,3 | |
| 4 | 0,76—0,86 | 4,9—8,4 | 3,0 | 3,5 | 3,5 | 2,29(2,33) | 14,3 | |
* Данные — по одной плавке, все остальные — о двум; на каждой плавке исследовано по одному слитку на вариант.
** В скобках — только по головным образцам.
Полученные данные можно объяснить, исходя из существующих представлений о механизме поглощения шлаком неметаллических включений. Известно, что вязкость шлаков резко возрастает при концентрациях А12О3 выше 15%. Повышение основности высоко глиноземистых шлаков является эффективным средством их разжи жения. При низких концентрациях А1203 повышение основности слабо влияет на вязкость шлака.
Сопоставление этих данных с результатами настоящего иссле дования указывает на то, что факторы, способствующие снижению вязкости шлака, положительно сказываются на удалении неметал лических включений. Так, повышение основности шлака приводит к существенному снижению загрязненности металла только при вы соком содержании глинозема в шлаках. При низких концентрациях А12О3, когда шлаки независимо от основности достаточно жидко- подвижны, влияние основности шлака значительно ослабевает. В то же время уровень загрязненности металла оксидными включениями существенно снижается при уменьшении содержания А1203 в шлаках независимо от их основности, т. е. при снижении вязкости шлака. Последнее подтверждается практикой завода "Красный Октябрь".
Учитывая, что повышенная основность шлака оказывает положительное влияние на скорость плавления брикетов, качество поверхности слитков и очищаемость изложниц, ее значения целесооб разно иметь в пределах 1,3—1,8.
Анализ данных по химическому составу шлаков, образующихся из брикетов, показал, что наличие в шлаке М n О и SiO 2 может явиться причиной окисления алюминия металла, за счет чего его загрязненность включениями может возрасти. Например, более вы сокий уровень закиси марганца и кремнезема в шлаках, образую щихся из брикетов на основе силикокальция, приводит к повышенному содержанию в металле кислорода и неметаллических включе ний по сравнению с брикетами на основе алюминия. Это различие особенно заметно на стали 38ХМЮА, где благодаря высокому со держанию в стали алюминия процессы окисления последнего полу чают более существенное развитие.
Увеличение избытка восстановителя снижает вероятность проникновения в металл кислорода марганцевой руды, уменьшает со держание М n О и повышает основность шлака. При этом повышает ся содержание глинозема в шлаке и его вязкость, вследствие чего затрудняется поглощение включений. Действие этих процессов, по- видимому, уравновешивается, что проявляется в отсутствии зави симости загрязненности стали включениями от величины избытка восстановителя