научная статья по теме ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ УДАЛЕНИЯ ВОДОРОДА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УСТАНОВКИ КОВШЕВОГО ВАКУУМИРОВАНИЯ СТАЛИ Металлургия

Текст научной статьи на тему «ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ УДАЛЕНИЯ ВОДОРОДА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УСТАНОВКИ КОВШЕВОГО ВАКУУМИРОВАНИЯ СТАЛИ»

_НАУКА, ТЕХНИКА, ПРОИЗВОДСТВО [ 41

■4«

о о

N

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ УДАЛЕНИЯ ВОДОРОДА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УСТАНОВКИ КОВШЕВОГО 1

ВАКУУМИРОВАНИЯ СТАЛИ

© С.Д.Зинченко, М.В.Филатов, С.В.Ефимов, ОАО "Северсталь"

С.В.Гошкадера, А.В.Дуб, Московский институт стали и сплавов (технологический университет)

Атомарный водород, благодаря высокой диффузионной подвижности, обычно скапливается в местах несплошностей матрицы: в микропорах, на границах неметаллических включений и т.п. [1]. Причем конструкционные стали, не склонные к образованию флокенов, например, низколегированные трубные, могут насыщаться водородом из сероводородсодержащей транспортируемой среды. Затем, в процессе молизации водорода и увеличения его давления, в местах скоплений ("ловушках") возникают дополнительные напряжения, которые могут привести к образованию микротрещин. С явлением водородного охрупчивания конструкционных сталей борются путем снижения содержания водорода и модифицированием НВ в металле [2].

При производстве металла для ответственных конструкций, таких как газопроводные трубы большого диаметра, толстые листы для буровых платформ, тяжелые профили, элементы рельсового пути, ведущие западные концерны, на пример British Steel, проводят дегазацию до содержания водорода 1-2,5 ррт. Это, по мнению зарубежных экспертов, позволяет значительно повысить эксплуатационную надежность и снизить риск отказа изделий для производства ответственных конструкций [3].

Влияние водорода начинает проявляться уже при содержании 1,0-2,0 ррт, при дальнейшем повышении его содержания пластичность и истинное сопротивление металла разрушению пропорционально снижаются. При содержании водорода 5 ррт пластичность металла минимальна и в дальнейшем не изменяется. Кроме того, с ростом содержания водорода изменяется и характер разрушения металла - от вязкого к хрупкому.

"Критическое" содержание водорода в стали, при котором она приобретает иммунитет к образованию

2000 4000 6000

Масса феросплавов, кг

8000 10000

флокенов, различно для разных сталей, однако близко к 2,0 ррт. В связи с этим при разработке технологии производства штрипсовых сталей категории прочности Х80 в условиях ОАО "Северсталь" ставилась задача изучить поведение водорода в процессе выпуска и определить параметры обработки металла на установке ковшевого вакуумирования (УВС), позволяющие получать содержание водорода в готовой стали не более 2,0 ррт. Для решения задачи была проведена серия из 12 плавок (стали типа 10Г2ФБ, 09Г2С, 22ГЮ, 20сп) по следующей технологической схеме:

- выпуск металла при температуре 1720-1760 °С;

- полное раскисление металла алюминием в процессе выпуска с обеспечением содержания его перед вакуумированием не менее 0,04%;

- присадка твердой шлакообразующей смеси (ТШС) для наведения рафинировочного шлака в процессе выпуска в количестве 1000-2500 кг и после окончания выпуска - присадка алюминиевой сечки на шлак;

- измерение содержания водорода (прибором НусИв) перед вакуумированием и после завершения обработки плавки на УВС;

- вакуумирование металла при минимальном давлении (менее 1 мм рт. ст.) в течение 5-30 мин (в среднем 18 мин) при общем времени вакуумирования 20-40 мин (в среднем 30 мин);

- в процессе вакуумирования обеспечение по возможности максимального перемешивания металла аргоном с расходом 1000-2500 л/мин, и определение поведения ванны (вспениванием шлака);

- в процессе разливки на пяти плавках отбор проб металла для определения содержания водорода.

Е а а

о

о а

о «

о

* а

41

Ч о о

1000 1500

2000

2500

Рис. 1. Зависимость содержания водорода до обработки от суммарной массы присадки ферросплавов

Расход ТШС, кг

Рис. 2. Зависимость содержания водорода перед вакуумированием от присадки ТШС на выпуске

НАУКА, ТЕХНИКА, ПРОИЗВОДСТВО _

——^— ■!■! Hi III

о X

10 15 20 25 30 35 Время вакуумирования ((), мин

Рис. 3. Зависимость степени удаления водорода от времени вакуумирования при давлении менее 1 мм рт.ст.

т I I г

10 15 20 25 30 35 Время вакуумирования (*), мин

Рис. 4. Зависимость конечного содержания водорода от времени ва куумирования при давлении менее 1 мм рт. ст.

В результате анализа полученных данных были определены основные параметры технологии, определяющие содержание водорода перед вакуумированием (1), в процессе вакуумирования (2) и насыщение металла водородом в процессе разливки (3).

1. Основным источником поступления водорода в металл являются ферросплавы и ТШС. Так, содержание водорода на проводимых плавках перед вакуумированием составляло 3,4-5,9 ррт (в среднем 4,2 ррт) и определялось расходом ферросплавов (ферросилиция ФЦ65, ферромарганца и силикомарган-ца) (РеБ'|65, РеМп, БМп) и ТШС (рис. 1, 2).

Путем статистического анализа технологических параметров было получено обобщенное уравнение регрессии, позволяющее прогнозировать начальное содержание водорода [НО] в зависимости от массы расходуемых ферросплавов и ТШС:

[Н0] = 1,98+0,00018 Мтшс+0,0003 М£фер, ррм

где: Мтшс - масса ТШС, кг; М^фер - суммарная масса присаживаемых ферросплавов, кг.

2. В результате обработки технологических параметров вакуумирования металла по данным плавок было установлено, что конечное содержание водорода зависит в значительной степени от времени (0 вакуумирования при глубоком вакууме - менее 1 мм рт. ст. (рис. 3,4).

При анализе результатов было установлено, что на плавках, на которых присаживали шлакообразующие

вакуумирования (менее чем за 5 мин до окончания вакуумирования) наблюдаются существенные отклонения в положительную сторону по содержанию водорода. Следовательно, установлено характерное для конкретной технологической установки время, необходимое для удаления водорода, вносимого ферросплавами.

На основании полученных данных определено, что для обеспечения содержания водорода в металле после УВС не более 1,5 ррт вакуумиро-вание необходимо проводить не менее 18 мин при давлении менее 1 мм рт. ст. с расходом аргона не менее 3-5 л/т-мин . При корректировке химического состава металла необходимо присаживать материалы не позднее, чем за 5 минут до снятия вакуума.

3. В процессе разливки стали происходит насыщение металла водородом, поступающим с влагой ШОС в промковше и кристаллизаторе, а также из торкрет-массы промковша на первой плавке серии или после смены ковшей. Прирост содержания водорода составлял 0,3-0,5 ррт за исключением первой плавки серии, на которой он составил 0,9 ррт. Таким образом, для обеспечения уровня водорода в готовой стали не более 2,0 ррт, после обработки металла на УВС его содержание не должно превышать 1,5 ррт с учетом последующего прироста в процессе разливки. С целью опробования предлагаемых режимов было проведено 5 плавок. Результаты показали, что при выполнении изложенных рекомендаций содержание водорода в готовой стали опытных плавок не превышало заданного значения - 2 ррт (таблица).

Параметры плавок, проводимых с целью удаления водорода

Сталь Продолжительность, мин. Содержание водорода, ррт

общего времени При давлении до УВС после УВС на УНРС

вакуумирования < 1 мм рт.ст.

20cn 25 19 5,6 1,4 1,8

S235 30 18 2,2 1,5 1,8

09Г2С 28 25 4,4 1,3 1,7

SS400 26 15 4 1,2 1,7

Зсп 37 29 4,2 1 1,9

материалы и ферросплавы на завершающей стадии

Выводы. Определены основные источники поступления водорода в металл и значения технологических параметров для достижения необходимой степени его удаления. Разработана технология производства штрипсовых марок сталей с получением содержания водорода в готовой стали не более 2 ррт.

Библиографический список

1. Явойский В.И., Близнюков С.Д., Вишкарев А.Ф. и

др. Неметаллические включения и газы в стали (твоя книга) / -М.: Металлургия, 1972.

2. Морозов А.Н. Водород и азот в стали. - М.: Металлургия, 1968.

3. Millman M.S. Secondary steelmaking developments in British Steel / Ironmaking and Steelmaking 1999. 26. № 3. P. 169-175.

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