ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения технологической разработки

В настоящее время на мировом и внутреннем рынках растет доля листового проката из малоуглеродистых сталей, причем требования к его качеству постоянно ужесточаются.

В сортаменте конвертерного цеха ОАО «ММК» доля производства малоуглеродистых сталей типа 08Ю и 08пс всегда была значительной, а сейчас она превышает 45%. Листовой прокат из этих сталей у потребителей, например, в автомобилестроении, подвергается глубокой вытяжке. Предел текучести такого металла зависит от содержания ряда примесей, особенно кремния - его массовую долю ограничивают 0,03%. Остаточное содержание кремния в металле на выпуске из конвертера составляет 0,006 - 0,008%. В течение всего времени пребывания металла в сталеразливочном ковше, в особенности в ходе ковшевой обработки, наблюдается прирост содержания кремния.

До июля 2000 г. весь металл в конвертерном цехе комбината подвергали обработке либо на одном из двух агрегатов доводки стали (АДС), либо на комбинированной установке вакуумирования стали (КУВС). Затем была введена в эксплуатацию установка ковш-печь (УКП). Она позволяет применять электродуговой нагрев металла, корректировать химический состав и проводить десульфурацию специально наведенным сильно раскисленным белым шла­ком. Поэтому в настоящее время установка работает в двух технологических режимах: доводка металла по химическому составу и температуре для дальнейшей разливки на МНЛЗ или с дополнительной десульфурацией стали белым шлаком.

Таким образом, в конвертерном цехе комбината применяют четыре технологических варианта:

1) АДС-МНЛЗ;

2) КУВС-МНЛЗ;

3) УПК-1 (нагрев и доводка состава металла без десульфурации) - МНЛЗ;

4) УПК-П (нагрев и доводка состава металла с десульфурацией) - МНЛЗ.

Кремний поступает в металл во время ковшевой обработки с применяемым для легирования ферромарганцем (содержит 1 - 2%si), с алюминием - чушковым для первичного раскисления при выпуске из конвертера (до 5% si) и алюминиевой катанкой для окончательного раскисления и легирования на агрегатах внепечной обработки (до 2%si), а также со шлаком, попадающим в ковш из конвертера (содержит 8-14%sio₂). Как видно из рисунка 1, заметный прирост содержания кремния происходит при обработке стали на установке ковш-печь (варианты 3 и 4). Электродуговой нагрев позволяет поддерживать шлак в ковше в жидкоподвижном, активном состоянии. Массо- и теплообменные процессы между шлаком и металлом протекают быстрее. При варианте 3 (без десульфурации) прирост содержания кремния составляет в среднем 0,005%, а в случае десульфурации (вариант 4) он намного значительнее - в среднем 0,017%. В ходе операции глубокой десульфурации на УКП шлак в ковше подвергают раскислению дробью алюминия со средним расходом около 0,7 кг/г, при этом наряду с восстановлением оксидов (feo) и (МnО) активизируется процесс восстановления (sio₂).

Рисунок 1 - Динамика изменения содержания кремния по ходу технологического процесса при четырех вариантах ковшевой обработки (см. в тексте): а - после выпуска; б и в - в начале и конце ковшевой обработки; г и д - в начале и конце разливки

В результате статистической обработки данных химического состава шлака и металла была выявлена некоторая зависимость коэффициента распределения кремния между шлаком и металлом (l= (sio₂)/[si]) от содержания суммы оксидов железа и марганца в шлаке (рисунок 2). При уменьшении этой суммы значение l снижается, т.е. происходит или уменьшение в шлаке концентрации (sio₂), или увеличение концентрации [si] в стали. Таким образом, при проведении десульфурации малоуглеродистой стали на установке ковш-печь с глубоким раскислением шлака кремний восстанавливается из шлака, и появляется вероятность получения в готовой стали содержания кремния более 0,03%.

Рисунок 2 - Зависимость коэффициента распределения кремния между шлаком и металлом (l) от содержания оксидов железа и марганца в шлаке; у=396,42exp(0,04q4x);r²=0,6508

Другой фактор, влияющий на процесс восстановления кремния, - длительность ковшевой обработки. Опыт эксплуатации установки ковш-печь показал, что для удаления одинакового количества серы из малоуглеродистой стали требуется практически в 1,5 - 2 раза больше времени, чем в случае сталей обычного сортамента (углеродистых, вы­сокоуглеродистых, низколегированных). Так, если при обработке белым шлаком низколегированных сталей удается удалить 60 - 70% серы в среднем за 60 мин, то за такое же время обработки стали типа 08Ю - не более 50% серы. Поэтому для получения требуемого ее содержания в малоуглеродистой стали плавку обрабатывают в течение более длительного времени, что приводит к увеличению содержания в ней кремния. Из рисунка 3 видно, что при десульфурации в течение 60 мин прирост кремния в металле составляет в среднем 0,010%. Проблема с получением малого содержания кремния в металле особенно остро проявилась, когда началось освоение технологии производства особо низкоуглеродистых сталей типаifдля автомобильной промышленности. Согласно требованиям нормативных документов, содержание углерода в таких сталях должно быть не более 0,007%, кремния - 0,02%, серы - 0,008%. Столь жесткие требования к химическому составу привели к необходимости обработки металла по новой технологической цепи: КУВС-УКП-МНЛЗ, причем на УКП наряду с десульфурацией легировали металл ниобием и титаном.

Рисунок 3 - Зависимость прироста содержания кремния от длительности обработки плавки на установке ковш-печь;y~ 0,0144in(x)-0,0486;r²= -0,5397

Первые опытные плавки показали, что при проведении десульфурации на УКП после вакуумного обезуглероживания на КУВС в процессе раскисления шлака наблюдается активное восстановление кремния с его переходом в сталь. Для раскисления шлака использовали дробь вторичного алюминия (до 1 кг/т). При этом содержание оксидов железа и марганца в шлаке уменьшалось от 20-30 до 2-5%. Кроме того, в такой стали необходимо получать содержание титана в пределах 0,02-0,10%. Титан первоначально вводили в ковш в кусковом виде (губчатый с > 97%ti). Из-за малой плотности материала (около 3,8 м ³/т) усвоение титана было недостаточно эффективным и нестабильным (от 30 до 60%, в среднем 39 %), он активно взаимодействовал с оксидами железа и марганца шлака, уменьшая их концентрацию до 1,5-2,0%. При этом сразу после ввода губчатого титана наблюдался заметный прирост содержания кремния в металле. Пример динамики изменения содержания отдельных компонентов шлака и содержания кремния при обработке сталиifприведен на рисунке 4.

Рисунок 4 - Динамика изменения содержания кремния в металле и состава шлака при обработке сталиif: 1 - (tio₂); 2 - (sio₂); 3 - (feo) + (Мno).

Результаты экспериментальных плавок показали, что проведение десульфурации мало- и особо низкоуглеродистых сталей на УКП может привести к повышенному содержанию кремния в маркировочной пробе. И если получение малоуглеродистых сталей 08Ю и 08пс с < 0,03%siвполне="" осуществимо,="" то="" производство="" сталей="" с="" низким="" содержанием="" серы="" и="" кремния="" (не="" более="" 0,01="" и="" 0,02%="" соответственно)="" представляет="" определенную="" сложность.="" по­этому="" при="" выплавке="" таких="" сталей="" с="" особо="" малым="" содержанием="" углерода="" и="" малым="" содержанием="" серы="" требуются="" дополнительные="" технологические="" меры,="" в="" частности="" мак­симальное="" ограничение="" попадания="" в="" ковш="" конвертерного="" шлака;="" после="" выпуска="" плавки="" из="" конвертера="" проведение="" по="" возможности="" скачивания="" ковшевого="" шлака.="" для="" предотвращения="" чрезмерного="" раскисления="" ковшевого="" шлака="" элементы="" с="" высоким="" сродством="" к="" кислороду="" (титан,="" ниобий="" и="" др.)="" следует="" вводить="" в="" виде="" порошковой="" проволоки="" в="" самом="" конце="" ковшевой="" обработки="" и="" максимально="" сократить="" длительность="" обработки,="" особенно="" на="">