научная статья по теме НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ВЫПЛАВКИ КАЧЕСТВЕННЫХ СТАЛЕЙ Металлургия

Текст научной статьи на тему «НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ВЫПЛАВКИ КАЧЕСТВЕННЫХ СТАЛЕЙ»

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.

Показать целиком