Файл: Квитко, М. П. Кислородно-конвертерный процесс.pdf

Экстраполируя растворимость водорода в жидком железе до 1450° С по формуле

lg [Н] = _ 1 ^ - 2 ,2 2 6 ,

получаем, для чугуна расчетные значения [Н], изменяющиеся

врассматриваемом случае в пределах 2,9—4,8 см3/100 г [106]. Содержание водорода в передельных чугунах изменяется в пре­

делах & — 6 см3/ 1 0 0 г и повышается с увеличением влажности. Значительное количество влаги может вноситься в ванну конвер­ теров известью, бокситом, железной рудой. Содержание водо­ рода в жидкой стали в процессе ее изготовления определяется

соотношением скоростей двух противоположно направленных процессов: удаление водорода из металла во время кипения сталь­ ной ванны и поступление его в ванну извне.

В основных кислородных конвертерах в связи с незначитель­ ной влажностью применяемого кислорода концентрация водорода к концу продувки зависит от расхода и влажности извести и вре­ мени ее загрузки. Последнее особенно важно, так как вносимый известью в шлак и металл водород в дальнейшем вымывается окисью углерода; парциальное давление водяных паров в объеме конвертера при этом понижается.

Показательна зависимость (рис. 120), характеризующая связь между содержанием водорода перед сливом плавки в ковш и отно­ шением количества выгоревшего после введения извести углерода

кколичеству внесенной с ней влаги.

Вкислородные конвертеры при переделе низкомарганцовистых

чугунов кусковую известь загружают в первой половине операции. В этом случае «вымывающий эффект» выделяющейся из ванны окиси углерода велик и содержание водорода в металле к концу

292

продувки составляет менее 2 , 0 см3/ 1 0 0 г, с повышением темпе­ ратуры металла оно несколько возрастает.

При использовании пылевидной извести, подаваемой через кислородную фурму, содержание водорода к концу продувки повышается в среднем до 2 , 1 см3/ 1 0 0 г против среднего значения 1,7 см3/100 г при применении кусковой извести. Это объясняется не только большим количеством влаги в порошкообразной извести, но и тем, что измельченную известь подают в конвертер на послед­ ней стадии продувки, когда скорость окисления углерода падает.

Содержание водорода в кислородно-конвертерной стали

(0,0002—0,0003%) ниже, чем в мартеновской (0,0004—0,0007%) [107].

Г л а в а IX

Качество конвертерного металла

Основная цель применения кислорода в конвертерном пере­ деле — улучшить качество металла. Повышенное содержание фосфора и особенно азота в мягкой кипящей стали приводит к уве­ личению ее склонности к старению и упрочнению и понижает способность' к холодной пластической деформации.

Способность к холодной пластической деформации мягкой ки­

Втабл. 81 приведены значения величины (Р + 5N) для раз­ личных способов конвертерного и мартеновского процессов.

Взависимости от состава применяемого дутья парциальное давление азота над металлической ванной изменяется. Для сни­

жения парциального давления азота, а следовательно, его содер­ жания в стали в практике применяют продувку чугуна технически чистым кислородом.

При продувке чугуна технически чистым кислородом сверху решающую роль в поглощении азота металлом играет высокая температура реакционной зоны. При недостаточной чистоте кисло­ рода в реакционной зоне растворяется значительное количество азота. По мере снижения содержания азота в дутье снижается содержание азота в стали:

Характер и форма неметаллических включений в стали связаны с содержанием кислорода в металле после продувки и с методом

раскисления. Количество кислорода в ванне конвертера зависит от содержания в ней' кремния, углерода, марганца и от темпера­ туры металла.

Содержание кислорода в конвертерном металле в значитель­ ной степени определяется также развитием реакции обезугле­ роживания и регулируется количеством углерода в ванне; при выплавке низкоуглеродистой стали « 0 ,1 0 % углерода) большое значение имеет окисленность шлака.

пературы величина т возрастает.

При продувке чугуна кислородом сверху важным фактором является большая активность углерода, благодаря чему проис­ ходит «самораскисление» ванны в период обезуглероживания, что приводит к уменьшению содержания в ней кислорода. Интен­ сивное перемешивание металла, связанное с более высокой ско­ ростью обезуглероживания, обеспечивает большую степень при­ ближения к равновесию, чем в мартеновских печах. Поскольку шлаки кислородно-конвертерного процесса и содержание углерода в металле перед выпуском аналогичны таковым для мартеновского процесса, нет оснований предполагать наличие более высокой концентрации кислорода в конвертерном металле.

294

Ниже приводятся данные, характеризующие зависимость сред­ него содержания кислорода в конвертерной стали от количества углерода в ней перед раскислением:

шением скоростей подвода кислорода в металл и расхода на окисле­ ние углерода.

При низком содержании углерода концентрация кислорода в металле увеличивается пропорционально расходу дутья и про­ должительности передувки. В условиях конвертерного производ­ ства в ванне в этот период продувки обычно имеется избыток рас­ творенного кислорода и содержание кислорода в металле зависит от количества окислов железа в шлаке. При низком содержании углерода в металле (до 0,14%) количество кислорода в ванне возрастает с увеличением количества железа в шлаке. Таким об­ разом, основным фактором, регулирующим количество кисло­ рода в металле, является углерод.

Особенности технологии выплавки стали в кислородных кон­ вертерах создают предпосылки для получения стали массового производства высокого качества, а также легированной и высоко­ качественной сталей. Важнейшие из этих предпосылок следу­ ющие:

1 ) возможность получения низкого содержания азота в стали при применении технически чистого кислорода (99,5%);

2 ) возможность получения низких содержаний фосфора и серы в стали при остановке процесса практически при любом заданном содержании углерода;

3) большие резервы теплового баланса, позволяющие компен­ сировать тепло, необходимое для расплавления легирующих до­

(хрома, меди, никеля и др.), особенно при охлаждении плавки рудой.

В промышленном масштабе в конвертерах емкостью 35, 55, 130 и 250 т освоено производство кислородно-конвертерной стали

(для электродов), 08кп (для холоднокатаного листа); полуспокойных —‘Ст.ЗОС — Ст.бпс, стали для рудничных рельсов, для автоободов и лемехов; спокойных — Ст.Зсп—Ст.бсп, рельсовой, труб­ ной (стали 10—20), стали 45; низколегированных — 25Г2С, 35ГС, 10Г2С, 9Г2Т, 09Г2, 10Г2Б, Св-10Г2, Св-08Г2С, 12ХНЗА, 06НЗ,

ШХ-15, 15ХСНД, 10ХСНД, 40Х и др.

295

Вопытном порядке выплавлены трансформаторная, динамная

иканатная стали, а также высоколегированные стали 1X13, 1Х18Н9Т.

Втабл. 82 приведено среднее содержание газов в прокате из кислородно-конвертерного (к) и мартеновского (м) металла, най­ денное методом вакуум-плавления.

Т А Б Л И Ц А S 2 . С Р Е Д Н Е Е С О Д Е Р Ж А Н И Е ГА ЗО В В П РО К А Т Е

Водород

*Крановые рельсы завода нм. Петровского.

**Крановые рельсы КМК-

Состав стали Ст.Зкп конвертерной и мартеновской по углероду и марганцу практически одинаков, а содержание серы и фосфора в конвертерном металле несколько ниже, чем в мартеновском.

Химический состав спокойной конвертерной стали отвечает . требованиям соответствующих ГОСТов на мартеновскую сталь. В табл. 82 приведено среднее содержание газов в кипящей и спо­ койной сталях, определенное методом вакуум-плавления на образ­ цах из готового проката. Для продувки плавок применяли кис­ лород чистотой 98,5%.

Для определения механических свойств испытано большое число образцов, взятых от различных профилей проката: швелле­ ров 12, 20 и 22, балок 20, уголков 80Х90Х 10 мм, 75x75x8 мм, сутунки листа (различной толщины) и др.

На рис, 122 даны кривые, характеризующие частоту значений механических свойств конвертерной и мартеновской стали марки Ст.З. Конвертерная кипящая сталь по растяжению полностью удовлетворяет требованиям ГОСТа; относительное удлинение конвертерной стали выше, чем мартеновской.

Абсолютные значения глубины выдавливания для конвертер­ ного металла выше, чем для мартеновского (табл. 83).

Сравнительные данные механических и технологических испы­

296