НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ВЫПЛАВКИ КАЧЕСТВЕННЫХ СТАЛЕЙ
(По материалам 13-го Международного конгресса сталеплавильщиков)
В конце 2014 года в г. Полевском (Свердловская область) на Северском трубном заводе (ОАО «СТЗ»), который входит в Трубную Металлургическую Компанию (ОАО «ТМК»), состоялся 13-й Международный конгресс сталеплавильщиков.
За четыре дня работы Конгресса было заслушано более 130 докладов и сообщений, авторы лучших из них были премированы памятными подарками. В программе работы каждой профильной секции была предусмотрена ознакомительная экскурсия на завод. Состоявшийся обмен передовым опытом, личное общение и публичное обсуждение профильных проблем обогатили участников конгресса, помогли сделать очередной шаг в определении путей развития научно-технической и производственной базы металлургической отрасли, понимании современных трендов, характеризующих особенности работы отраслевых предприятий в сегменте своих специализаций.
Выступившие с интересными докладами на пленарном заседании Конгресса управляющий директор Северского трубного завода М.В.Зуев и заместитель генерального директора-главный инженер ТМК А.А.Клачков, представили панораму системного развития и технического переоснащения сталеплавильных мощностей завода и Компании в целом, в том числе за счет перехода от мартеновского способа производства к электросталеплавильному, что определило высокий уровень обсуждения актуальных для сталеплавильной отрасли тем.
Устойчивый рост объемов потребляемой стали в промышленно развитых странах, проводимая системная работа по снижению затрат на технологию, операционный и вспомогательный персонал, а также на ремонты печных агрегатов, при одновременном общем повышении производительности и универсальности сквозной технологии выплавки и разливки, подтолкнули металлургов к постепенному повсеместному отходу от мартеновского производства и переходу на электросталеплавильные технологии.
Классические металлургические технологии, основанные на длительных диффузионных процессах, протекающих на межфазных границах систем: «шлак-металл», «металл-огнеупорная кладка», конденсированной и газообразной среды (с учетом законов тепломассопереноса) - хорошо работали в период ^ преобладания выплавки стали в мартеновских печах и ° в «медленных» дуговых агрегатах с классической технологией, где шихта расплавлялась, а затем следовали а периоды окислительный, восстановительный и доводки плавки. Для их успешного протекания были раз-| работаны технологии рудного и кислородного кипа, < позволяющие проводить глубокое рафинирование мег таллических расплавов от неметаллических и газовых
включений, отработаны технологии гомогенизации расплавов. Были разработаны специальные шлаки и технологии их применения, в том числе с целью глубокой дефосфорации и десульфурации металла, а также теоретические предпосылки и обоснования их использования.
С появлением в электросталеплавильных цехах (ЭСПЦ) сквозных технологий «конвейерного типа», при которых в дуговой печи производится только расплавление металлошихты и получение полупродукта с заданными технологическими параметрами с целью его дальнейшей доводки (по химическому составу, температуре, НВ, дегазации) на участке внепечной обработки жидкой стали (УВОС) в установках ковш-печь и вакууматорах с последующей разливкой на МНЛЗ, возникла необходимость отработки новых технологий внепечного рафинирования и их теоретического обоснования, в связи с необходимостью использования объемных «быстрых» рафинировочных процессов. В связи с этим УВОС занимает особое место в схеме сквозной технологии ЭСПЦ. В связи с этим секция «Ковшовая металлургия стали и чугуна» была одной из основных на Конгрессе: металлурги, ученые и практики представили около 50 профильных научных докладов, которые были объединены в группы по общей тематике. Первая группа - доклады, посвященные обработке металла в агрегатах типа ковш-печь и установках для вакуумирования, вторая была объединена темой обработки стали газами, шлаками и порошковой проволокой и третья (самая многочисленная), была посвящена проблемам, связанным с процессами раскисления, легирования, микролегирования и модифицирования жидкого металла.
Все вышеуказанные решения реальных задач характерны для участков внепечной обработки современного ЭСПЦ. Эти задачи решаются в формате современных действующих быстрых «конвейерных» электрометаллургических технологий с определенными трудностями для случаев, когда потребители предъявляют повышенные и все возрастающие требования по качеству металла, например, по содержанию серы, фосфора, углерода, содержанию неметаллических включений и газов (водород, азот), морфологии НВ, механическим свойствам.
В предыдущие периоды металлургической производственной истории амортизационный металлолом образовывался из отслуживших свой срок и демонтированных металлоконструкций и оборудования, для
которых сталь производили в мартеновских печах в больших объемах. Мартеновский металл, выплавленный по классической диффузионной технологии, обладал хорошей наследственностью, что позволяло получать качественное литье.
В современный период количество амортизационного металлолома из такого литья существенно сокращается по объективным причинам. Доля амортизационного лома черных металлов классического мартеновского происхождения замещается металлоломом современных, в том числе электрометаллургических технологий с использованием УВОС для раскисления, легирования, модифицирования, дегазации, подогрева и др. Но при этом получение готового металла высокого качества с заданными свойствами в зависимости от его назначения остается одной из главных и непростых металлургических задач современного ЭСПЦ.
Кроме традиционных строительных, арматурных, рельсовых, колесных, трубных сталей в последнее время в ЭСПЦ освоено производство стали для толстого и тонкого листа, автолиста. Благодаря высокой производительности ДСП, развитию процессов прямого получения железа, увеличению объемов сбора и глубины переработки стального лома, сортамент сталей, выплавляемых в кислородных конвертерах и ЭСПЦ имеет тренд на сближение. Этот тренд является побудительным мотивом для электрометаллургов в поиске доступных обеспечительных технико-технологических средств с целью получения готового металла требуемого качества в сортаменте, считавшемся прежде исключительно конвертерным.
Глубину технологических задач можно проиллюстрировать следующим примером. Большое количество изделий в автомобилестроении, в производстве холодильников, газовых плит, посуды получают из тонкого стального листа методами штамповки и глубокой вытяжки без нагрева. Главные требования к листовым сталям для глубокой вытяжки - высокая деформируемость при изготовлении изделий сложной формы и высокое качество поверхности, которое необходимо для нанесения защитного покрытия.
Для получения изделий холодной штамповкой и глубокой холодной вытяжкой традиционно использовали низкоуглеродистые стали (0,03-0,08% С), которые имеют высокую пластичность и могут подвергаться значительной деформации без опасности разрушения и с минимальными энергетическими затратами. Главным недостатком простых углеродистых сталей является склонность к деформационному старению. При высокой степени холодной деформации она проявляется в образовании протяженных поверхностных дефектов -полос скольжения, появление которых связано с неоднородной деформацией стали на площадке текучести.
Причиной образования площадки текучести и деформационного старения является закрепление дислокаций, которые образуют атомы внедрения - в первую очередь углерод и азот. Особенно сильно эффект закрепления дислокаций проявляется в металлах с ОЦК-
Химический состав IF-сталей различных металлургических предприятий
Производитель Химический состав стали, мас. %
С МП P S Al N
Kawasaki Steel, Япония 0,0020 0,18 0,006 0,007 0,028 0,002
National Steel, США 0,0025 0,20 0,006 0,007 0,028 0,002
Sollac, Франция 0,0030 0,20 0,003 0,009 0,017 0,003
решеткой из-за несимметричности полей напряжений вокруг всех типов дислокаций в этой решетке и притяжения внедренных атомов к дислокациям с уменьшением энергии кристалла. При достижении напряжениями значений предела текучести дислокации отрываются, а образование большого числа легкоподвижных незакрепленных дислокаций приводит к появлению на поверхности множественных полос скольжения. В этих местах нанесенное покрытие легко отслаивается, а основной металл подвергается интенсивной коррозии.
Повышение требований к качеству готовых изделий привело к появлению нового класса сталей без элементов внедрения, точнее, с очень низким содержанием углерода и азота - IF-сталей (Interstitial Free Steel). В качестве примера в таблице приведен химический состав IF-сталей, производимых различными компаниями. Как следует из данных таблицы, стали содержат не более 0,006% (С+N). Содержание кремния в IF-сталях обычно не превышает 0,02-0,03%, в некоторых случаях - 0,01%. В последние годы получила распространение практика микролегирования IF-сталей сильными кар-бидо- и нитридообразующими элементами - титаном, ниобием. В результате IF-стали имеют высокую прочность в сочетании с хорошей штампуемостью, что позволяет сохранять высокую конструктивную стабильность изделий в аварийных ситуациях.
Сегодня трудно достичь эффективного улучшения специальных свойств стали без применения новых, в том числе прорывных технологий. Такая задача, по мнению авторов, решается, во-первых, путем развития способов внепечной обработки стали с использованием относительно недорогих материалов (различных комплексных сплавов, смесей, лигатур), которые позволяют целенаправленно управлять физико-химическим состоянием металлического расплава, и, во-вторых, за счет применения технологий двойного назначения и нового оборудования типа сдвоенных технологических модулей.
Таким образом, ресурс совершенствования и развития одного из основных технологических участков ЭСПЦ - участка внепечной обработки жидкой стали - далеко не исчерпан с точки зрения дальнейшей ° разработки и применения возможн
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.