Производство стали на агрегате ковш-печь
Дюдкин Д.А., Бать С.Ю., Гринберг С.Е.
Донецк, 2003 г.
Комплексное воздействие кальция на свойства жидкой и твердой стали
На металлургических предприятиях обработкой расплава кальцием, прежде всего, решается важная задача разливаемости на МНЛЗ сталей, раскисленных алюминием. При этом устраняется отрицательное влияние глинозема в расплаве и готовой продукции, снижается содержание вредных примесей, оксидов и сульфидов, изменяется состав и форма неметаллических включений, что приводит к повышению качества металла.
Принимая во внимание, что на ряде предприятий кальций при его вводе в жидкую сталь используется не в полной мере, целесообразно напомнить, что кроме обеспечения разливаемости раскисленной алюминием стали, особенно в условиях непрерывной разливки, этот высокоактивный элемент предназначен для решения следующих задач [78]:
—снижение содержания кислорода, серы, неметаллических включений;
—модифицирование неметаллических включений с целью получения глобулярных, недеформируемых при прокатке включений или, наоборот, высокопластичных для глубокой вытяжки;
—улучшения качества поверхности и макроструктуры заготовок;
—повышения ударной вязкости, пластических свойств, хладостойкости, улучшения анизотропии свойств;
—снижения водородного растрескивания высокопрочной стали, улучшение коррозионной стойкости и обрабатываемости стали и др.
Количество усвоенного кальция, морфология и состав включений зависят, прежде всего, от изменения концентрации алюминия, кислорода и серы в расплаве.
Порошковые проволоки в СНГ активно начали использоваться на ряде предприятий в 1994-95 г.г. и за прошедшее время получены промышленные данные, подтверждающие теоретические предпосылки многофакторного воздействия кальция на физико-химическое состояние расплава и свойства металлопродукции.
При обработке кальцием раскисленной алюминием стали снижается содержание кислорода до значений, близких к равновесному с алюминием, что не достигается в обычных условиях. Уменьшение содержания кислорода на этапе внепечной обработки обеспечивает снижение количества неметаллических включений в период охлаждения и затвердевания стали вследствие смещения равновесий и растворимости элементов. На металлургическом комбинате им. Ильича при обработке сталей трубного сортамента кальцийсодержащей проволокой с расходом по кальцию 0,10-0,15 кг/т активность кислорода удается снизить до 0,0002% [93] (рис. 10.5).
При производстве практически безалюминиевой стали ([А1] < 0,005 %) с получением мелкосортных заготовок 0 120 мм, например, стали марок 1008, 1010 под катанку 0 6-12 мм на Белорусском металлургическом заводе, без агрегата «ковш-печь», решена задача снижения содержания серы — неболее 0,015-0,020 %, и активности кислорода — не более 25 ррт, что позволило устранить дефекты сталеплавильного происхождения (раскатанные пузыри, трещины). Основным фактором, наряду с другими технологическими приемами, явилось использование раскисляющей и десульфурирующей способности кальция. При обработке сталей, раскисленных Mn-Si, кальций способствует существенному снижению содержания кислорода до 10—15 ррт.
Более глубокое раскисление металла активизирует процесс удаления серы. При повышенном содержании серы в расплаве степень попутной десульфурации при вводе кальция может составлять, исходя из промышленных данных, 15—24 %. В отдельных случаях ввод кальцийсодержащих материалов порошковой проволокой используется целенаправленно для удаления серы. При этом расход кальция определяется исходя из конкретных условий, после его ввода необходимо активное перемешивание расплава. Такой прием позволяет увеличить степень десульфурации до 40—50 %. Ввод кальцийсодержащей проволоки для трансформации включений глинозема осуществляется на последней стадии с учетом содержания Al, S, О. На одном из предприятий Украины при производстве особо низкосернистой стали Х42, Х60 такая технология позволяет получать сталь с содержанием серы менее 0,0015—0,0010 %.
Вместе с тем при внепечном рафинировании следует учитывать, что процесс десульфурации при вводе в расплав кальцийсодержащей проволоки может сопровождаться непрерывным и, возможно, значительным обогащением расплава глиноземом .
При этом расчетного количества кальция, который предназначен для преобразования включений, оказывается недостаточно, что отражается на ухудшении разливаемости стали. Для устранения этого нежелательного эффекта следует либо корректировать ввод силикокальция с учетом процесса десульфурации, либо, в особых случаях, принять меры по стабилизации содержания серы [79]. Для этого в ковшевой шлак на определенном этапе процесса вводят, например, гранулированную огнеупорную глину, содержащую 60 % по массе кремнезема и 32 % глинозема. В результате содержание кремнезема в шлаке существенно возрастает (на 35 %), основность падает и десульфурация стали прекращается.
По данным работы [95] содержание неметаллических включений в стали за 6—8 мин продувки инертным газом с интенсивностью 0,3-0,4 м3/т-ч после ввода проволоки уменьшается примерно в два раза (рис. 10.6). Следует учитывать, что интенсивная длительная продувка способствует эффективному удалению неметаллических включений, а для влияния на заданные свойства готовой продукции важно обеспечить определенный уровень остаточных жидких алюмокальциевых включений и, соответственно, остаточного кальция. Здесь необходимо отметить, что иногда относительно низкое остаточное содержание кальция говорит о более высокой чистоте металла по неметаллическим включениям. Например, при одинаковом расходе кальция на обработку и одинаковом его содержании по вводу (проба через 3 мин.) в разливочной пробе содержание кальция и, следовательно, неметаллических включений, может различаться в 2-3 раза, что зависит от интенсивности, длительности и вида продувки. Таким технологическим приемом следует пользоваться в зависимости от целей внепечной обработки.
Такое же снижение кальцийсодержащих неметаллических включений (40—50 %) происходит во временном интервале от момента ввода проволоки и 2—3 мин. легкого перемешивания до начала подачи плавки на МНЛЗ. Это следует учитывать при нормированном содержании кальция в затвердевшей стали. Получение жидких включений, их коалесценция, приводит к значительной адгезии мелких, твердых и огнеупорных продуктов раскисления, к крупным каплям и к быстрому их удалению. Особенно это важно при раскислении стали кремнием, так как в этом случае удаление включений происходит в 4—5 раз медленнее, чем при раскислении алюминием [21].