УДК 621.746.58
ПОВЕДЕНИЕ УГЛЕРОДА И АЗОТА В ПРОЦЕССЕ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛЕЙ ТИПА 1Р ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ШОС РАЗЛИЧНЫХ СОСТАВОВ
©А.М.Лонгинов, И.А.Петушков, С.В.Ефимов, Ю.М.Айзин, А.В.Куклев, Д.И.Бородин, С.Д.Зинченко, М.В.Филатов
ООО «Корад», ЦНИИчермет им. И.П.Бардина, МИСиС, ОАО «Северетоль»
и
0,002 0,0018 -0,0016-0,0014 -0,0012 0,001 0,0008 -0,0006 -0,0004 -0,0002 0
При производстве сталей типа 1Р важной задачей является получение стабильного химического состава и, в первую очередь, содержания углерода и азота, в значительной степени определяющего пластические свойства сталей данного типа. Низкое содержание углерода в стали типа 1Р достигается за счет обезуглероживания стали в агрегатах вакуумирования. Содержание азота в готовой стали определяется, в первую очередь, его исходной концентрацией в расплаве перед выпуском из конвертера. Одной из важнейших задач, которую необходимо решить при выплавке этих сталей, является сохранение достигнутого минимального уровня содержания этих элементов. Следует отметить, что наибольшее увеличение концентрации углерода и азота в стали наблюдается в процессе непрерывной разливки. Прирост содержания углерода в процессе разливки может достигать 75%, азота - до 60%, поэтому разработка технологических приемов, позволяющих снизить прирост содержания азота и углерода в процессе разливки, является актуальной проблемой для конвертерного производства (КП) ОАО «Северсталь», в котором объем производства стали типа 1Р постоянно увеличивается. В связи с этим была проведена работа по определению влияния шлакооб-
0,00175
0,00155
1 - й сляб
2-й сляб
—ШОС=3+ШОС=4 —ш
Рис. 1. Изменение содержания углерода / в процессе разливки
Середина 2/3-3/4 плавки плавки
-LU005 —Д—ШОС=3+ШОС=4+ШОС=5
металле промежуточного ковша
разующих смесей (ШОС), применяемых в процессе разливки (табл. 1), и способа их ввода на изменение содержания углерода и азота в расплаве в процессе непрерывной разливки стали.
Для более детального исследования поведения углерода при применении ШОС различных составов анализ проводили на двух участках: сталеразливоч-ный ковш (СК) — промежуточный ковш (ПК) и промежуточный ковш — кристаллизатор. Использовали данные, полученные на первых плавках в сериях, так как именно на них происходит формирование по-
Таблица 1. Основные характеристики ШОС, используемых при непрерывной разливке сталей типа 1Р
Характеристика ШОС для защиты металла в кристаллизаторе ШОС для защиты металла в промежуточном ковше
ШОС-1 ШОС-2 ШОС-3 LUOC-4 LUOC-5
Содержание углерода, % 0,5-1,5 1,06-2,06 <0,3 <5,0 <2,5
Ca0/Si02 0,88-0,98 0,75-0,95 - - -
Температура плавления, °С 1050-1090 1020-1060 - - -
Вязкость, Па с, при температуре, "С: 1400 1300 1200 Состав, %: СаО МдО Si02 0,06 0,09 0,15 0,09 0,15 0,27 » 50 «40 Основа Основа
Таблица 2. Изменение содержания углерода при разливке стали с использованием ШОС различных составов в кристаллизаторе
Количество плавок ШОС в кристаллизаторе Номер плавки в серии Среднее содержание углерода, % Изменение содержания углерода (%) на участке Суммарное изменение содержания углерода в процессе разливки,%
вСК вПК в кристаллизаторе СК-ПК ПК-кристаллизатор
1 0,0024 0,0037 0,0041 0,0013 0,0004 0,0017
19 ШОС-1 Последующие 0,0023 0,0030 0,0034 0,0007 0,0004 0,0011
Все плавки 0,0024 0,0033 0,0037 0,0009 0,0004 0,0013
1 0,0025 0,0035 0,0043 0,0010 0,0008 0,0018
15 ШОС-2 Последующие 0,0026 0,0033 0,0043 0,0007 0,0010 0,0017
Все плавки 0,0026 0,0034 0,0043 0,0008 0,0009 0,0017
кровного шлака промежуточного ковша.
Исследовали три варианта формирования шлака в ПК с использованием указанных ШОС и их сочетаний: ШОС-5; ШОС-3 + ШОС-4; ШОС-3 + ШОС-4 + ШОС-2. В первом варианте изучалось поведение однослойного шлака. Во втором варианте ставилась цель формирования двухслойного покровного шлака, состоящего из низкоуглеродистого нижнего слоя, образованного за счет ШОС-3, и верхнего теплоизолирующего слоя из ШОС-4. В третьем варианте для ускорения процесса формирования покровного шлака к предыдущей смеси добавлялась ШОС-2, содержащая фтористые соединения. Характер изменения содержания углерода в металле ПК по ходу разливки для трех указанных вариантов ШОС различен (рис. 1, [С] — содержание углерода в пробе из ПК в данный момент разливки за вычетом содержания углерода в пробе из СК перед разливкой, %).
Наименьшее значение прироста содержания углерода при разливке первого сляба, т.е. в период формирования покровного шлака в ПК, получено в случае применения ШОС-5. По ходу разливки под ШОС-5 прирост содержания углерода в ПК также снижается. Применение ШОС-4 в сочетании с ШОС-3 и ШОС-2 приводит к большему приросту углерода как в начале, так и в процессе разливки. Следует отметить, что применение ШОС-2 в ПК оказалось нежелательным ввиду наличия в ней фтористых соединений, отрицательно влияющих на стойкость защитной трубы и футеровки. Так, стойкость труб, применяемых при разливке с использованием ШОС-2, снизилась в 2 раза.
При разливке последней трети плавки было обнаружено увеличение содержания углерода в металле в ПК. Одной из причин этого может быть переход углерода из шлака СК в верхние
Таблица 3. Прирост содержания углерода в стали типа 1Р в процессе непрерывной разливки при использовании ШОС различных составов
Номер варианта Смеси Средний при-
в ПК в кристаллизаторе рост углерода, %
1 ШОС-5 ШОС-1 0,0009
2 ШОС-3 + ШОС-4 ШОС-2 0,0015
3 ШОС-3 + ШОС-4 + ШОС-2 ШОС-2 0,0021
может служить теплоизолирующая засыпка (600-900 кг/плавку), содержащая «1,7% углерода.
Оценка изменения содержания углерода на участке ПК — кристаллизатор при применении ШОС-1 и ШОС-2 показала (табл. 2), что применение ШОС-1 предпочтительнее — прирост содержания углерода составлял 0,0004% по сравнению с 0,0009% для ШОС-2.
При сравнении плавок, разлитых в сериях первыми, и последующих установлено, что прирост содержания углерода выше на первых плавках. Это связано с про
0,002 0,0018-0,0016-0,0014 -0,0012 -0,001 0,0008 -| 0,0006 0,0004 -0,0002 -0
0,00178 0,00173
0,00 ^^¿£0,00135 0,00084 0,0009/ ^ЧцШ)015 / 0,00145
ЩШЮ55 ^ЖГУДКМИ? ^1(0,0004
1-й сляб 2-й сляб Середина 2/3-3/4 плавки
плавки
—♦—ШОС-З+ШОС-4 —Щ—ШОС-5 —Д— ШОС-3+ШОС-4+ШОС-2
слои металла. Источником углерода в шлаке
Рис. 2. Изменение содержания азота в металле промежуточного ковша в процессе разливки
44
НАУКА.ТЕХНИКА,ПРОИЗВОДСТВО
с к
«S
Таблица 4. Изменение содержания азота при разливке стали с использованием ШОС различных составов в кристаллизаторе
Количество плавок ШОС в кристаллизаторе Номер плавки в серии Среднее содержание азота, % Изменение содержания азота (%) на участке Суммарное изменение содержания азота в металле в процессе разливки,%
вСК ВПК в кристаллизаторе СК-ПК ПК-кристаллизатор
19 ШОС-1 1 0,0031 0,0040 0,0042 0,0009 0,0002 0,0011
Последующие 0,0028 0,0034 0,0037 0,0006 0,0003 0,0009
Все плавки 0,0029 0,0037 0,0039 0,0008 0,0002 0,0010
15 ШОС-2 1 0,0031 0,0040 0,0047 0,0009 0,0007 0,0016
Последующие 0,0036 0,0044 0,0050 0,0008 0,0006 0,0014
Все плавки 0,0033 0,0042 0,0048 0,0009 0,0006 0,0015
Таблица 5. Прирост содержания азота в стали типа 1Р в процессе непрерывной разливки при использовании ШОС различных составов
I Номер варианта | Смеси | Средний прирост содержания азота,%
вПК в кристаллизаторе
1 ШОС-5 ШОС-1 0,0008
2 ШОС-3 + ШОС-4 ШОС-2 0,0011
3 ШОС-3 + ШОС-4 + ШОС-2 ШОС-2 0,0021
цессом формирования покровного шлака в ПК на первой плавке в серии и, следовательно, с более существенным переходом углерода из шлака в расплав.
Анализ поведения углерода показал, что наименьший его прирост в процессе непрерывной разливки достигается при использовании ШОС-5 в ПК и ШОС-1 в кристаллизаторе (табл. 3).
Исследование поведения азота при разливке проводилось по той же схеме, что и для углерода, на участках СК—ПК и ПК—кристаллизатор. На опытных плавках контролировали изменение содержания азота в металле ПК при трех вариантах формирования покровного шлака (рис. 2).
Из представленных данных следует, что вид покровного шлака существенно влияет на насыщение расплава азотом в процессе разливки. Наименьший прирост содержания азота при разливке первого сляба наблюдается при использовании ШОС-5. Это обусловлено более быстрым формированием покровного шлака в случае применения ШОС-5 по сравнению с вариантами ШОС-4 + ШОС-3 и ШОС-4 + ШОС-3 + ШОС-2. Изменение содержания азота в металле в процессе разливки также свидетельствует о том, что ШОС-5 обладает меньшей газопроницаемостью и сохраняет свои свойства в процессе разливки.
Важно отметить, что независимо от состава приме-
няемых ШОС в последней трети плавки наблюдается значительное увеличение содержания азота в металле в ПК. По-видимому, это обусловлено эрозией защитной трубы и ухудшением ее защитных свойств, а также неоднородностью распределения азота по высоте СК (верхние слои металла содержат большее его количество).
Анализ влияния ШОС (ШОС-1 и ШОС-2), использованных в кристаллизаторе, показал, что применение ШОС-1 предпочтительнее с точки зрения снижения прироста содержания азота на участке ПК-кристаллизатор (табл. 4).
Таким образом, как и в случае снижения прироста углерода в процессе непрерывной разливки стали, с целью снижения содержания азота в расплаве более целесообразна разливка с применением ШОС-5 в ПК и ШОС-1 в кристаллизаторе (табл. 5).
Выводы. Проведенные исследования показали, что важными факторами для уменьшения прироста содержания углерода при разливке стали типа 1Р являются снижение содержания углерода в используемых материалах и оптимизация процессов формирования шлака в промежуточном ковше и кристаллизаторе, которая, в свою очередь, повышает эффективность защиты металла от вторичного окисления и ведет к снижению прироста содержания азота. За счет оптимизации использования ШОС было достигнуто уменьшение прироста содержания углерода и азота в процессе разливки на 20%.
Результаты исследования позволили усовершенствовать технологию производства стали типа 1Р на участке непрерывной разливки КП ОАО «
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.