Поведение азота в кислой индукционной плавке (статья)

 Исследовали изменение содержания азота в процессе выплавки и разливки стали 25Л, предназначенной для производства отливок трубопроводной арматуры. По результатам проведенных работ пришли к выводу, что количество возврата при производстве отливок ответственного назначения должно быть <= 30%. Для нейтрализации отрицательного влияния азота и улучшения хладостойкости металла намечено опробовать новый модификатор производства НПП «Технология» - с РЗМ и повышенным содержанием Са и Ва. 
На Курганском заводе «Икар» исследовали изменение содержания азота в процессе выплавки и разливки стали 25Л, предназначенной для производства хладостойких отливок трубопроводной арматуры.
 Металл плавили в индукционной печи IFM фирмы АВВ (Германия) с кислой футеровкой в 2 этапа: на 1 этапе - плавили основную часть (~80%) металлошихты, состоящей из привозного низкоуглеродистого лома и возврата собственного производства (литников, брака и т.п.); после отбора технологической пробы для контроля состава расплава в него добавляли оставшуюся шихту, но уже только из возвратного лома. После полного расплавления частично удаляли шлак, проводили корректировку по углероду и раскисляли металл марганцесодержащими ферросплавами, а затем кусковым алюминием (1 кг/т стали). Перед выпуском остатки шлака полностью удаляли. Металл сливали в бесстопорные ковши с кислой футеровкой вместимостью 1...1,5 т. В начале выпуска в каждый ковш задавали модификаторы: силикокальций - 1,5 кг/т (иногда с ферротитаном - 0,6 кг/т) или силикокальций-бариевую лигатуру - 2,3 кг/т. Модификаторы - дробленые и фракционированные. Продолжительность наполнения ковша 50...80 с, время разливки одного ковша - 4...6 мин, всей плавки (3...4 ковша) - 25...30 мин.
Провели 9 опытных плавок. Содержание азота определяли методом вакуум-плавления стружки из проб, отобранных из печи перед выпуском, а также из первого, среднего и последнего по ходу разливки ковшей сразу после слива в них металла. Содержание азота в готовом металле оценили по результатам его контроля в 16 плавках случайной выборки при доле возврата ~30%. Полученные результаты приведены ниже.
Азот,% * 104
В печи перед выпуском………….. 140/108…162
В ковшах: первом………………… 164/135…194
среднем ……………………………. 164/136…180
последнем…………………………... 180/158…199
В готовом металле…………………. 143/118…174

В числителе - усредненная величина, знаменателе -диапазон изменения концентраций азота.

Учитывая, что в составе металлошихты всегда используют низкоуглеродистый нелегированный лом конвертерного и мартеновского происхождения с содержанием азота <=0,005...0,007%, приведенные данные говорят о том, что плавка в индукционной печи по действующей технологии приводит к повышению содержания азота в отливках. Повышенное содержание азота в ковшовых пробах по сравнению с готовым металлом, вероятно, связано с некоторым его поглощением из воздуха при заливке металла.
Поплавочный анализ полученных данных дает дополнительную информацию. В частности, установлено, что с повышением доли переплавляемого возвратного лома содержание азота в металле растет: при 21...30% возврата в пробах, отобранных перед выпуском плавки, было 0,0128% азота, а при 68...93% - 0,0155%. Указанный вывод подтверждается экспериментально. Так, при расплавлении основной части металлошихты с 10...12% возвратного лома в технологических пробах получают 0,0093.,.0,0098% азота; доплавление шихты, проведенное на одном возврате и повысившее его долю до 28...30%, увеличило концентрацию азота в расплаве до 0,0117...0,0120%. На этих же двух плавках было отмечено повышение содержания азота в металле при его раскислении: уже через 5…9 мин после полного расплавления шихты в пробах перед выпуском оно выросло до 0,0141...0,0150% (на 20...25%). Столь быстрый и существенный рост вызван, вероятно, усиленным поглощением азота воздуха раскисленным металлом в условиях открытой поверхности расплава и его интенсивного перемешивания в работающей индукционной печи. Прирост содержания азота при выпуске металла из печи составил в среднем 0,0024% и находился и пределах 0,0004-0,0048% (без последних ковшей). Наименьший прирост отмечен на плавках, модифицированных силикокальцием СК25), - 0,001%, в среднем по 6 ковшам. Дополнительная присадка 65%-го ферротитана повысила этот прирост до 0,003% (6 ковшей), а при использовании модификатора СК7Ба7 он был максимальным - 0,004% (4 ковша). По-видимому, в первом случае в полной мере проявилась защитная роль кальция, который, интенсивно сгорая в процессе выпуска, предохранял металл от поглощения азота.
Отбором дополнительных проб установлено, что за время выдержки расплава в печи содержание азота в металле перед сливом его в первый и средний ковши возрастает незначительно (<0,0006%). Однако в последних ковшах оно всегда больше по сравнению с первыми (см. выше). Эту особенность можно объяснить совместным действием нескольких факторов: ускоренным охлаждением металла в полупустой печи, его постоянным подогревом, сопровождающимся интенсивным перемешиванием расплава, и, соответственно, усиленным поглощением сталью азота из атмосферы.
Выводы. Выплавка стали в кислой индукционной печи сопровождается увеличением содержания азота в металле. Наибольший прирост отмечается при раскислении и выпуске стали в разливочные ковши, а также при подогреве металла перед его сливом в последний ковш. Во всех случаях основная причина повышения концентрации азота в металле - поглощение его из воздуха в условиях интенсивного перемешивания расплава и при наличии развитого контакта с атмосферой. Повышение доли возврата собственного производства в составе металлошихты приводит к увеличению содержания азота в металле. По результатам исследования количество возврата при производстве отливок ответственного назначения ограничено 30%.