Файл: Пути улучшения качества сталей и сплавов..pdf

Г Л А В А V

ВНЕПЕЧНАЯ ОБРАБОТКА ИНЕРТНЫМ ГАЗОМ В КОВШЕ

Директивы XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства предусматрива­ ют широкое внедрение процесса обработки металла в разливочных ковшах и при разливке инертным га­ зом (аргоном)— одного из наиболее перспективных процессов повышения качества стали массового про­ изводства. Наша страна держит приоритет в разра­ ботке технологии и применении инертных газов для внепечной обработки сталей и сплавов. Ведущее ме­ сто в решении этой проблемы принадлежит работни­ кам Златоустовского и Челябинского металлургиче­ ских заводов.

Теоретические основы процессов дегазации и за­ щиты металла при выпуске и разливке были заложе­ ны еще в 30-х и 40-х годах работами Самарина А. М., Чуйко Н. М., Ойкса Г. Н. и др.

Рафинирующее действие аргона объясняется тем, что водород и азот, содержащиеся в стали, переходят в пузыри инертного газа. Циркуляция металла в ков­ ше, возникающая при продувке аргоном, способству­ ет выносу неметаллических включений в шлак и усре­ днению температуры металла в объеме ковша.

Эти и последующие исследования позволили уже в 1950 году, то есть значительно раньше, чем за рубе­ жом, разработать и внедрить новую технологию про изводства высоколегированных жаропрочных сплавов, завершающуюся разливкой металла в атмосфере инертного газа аргона. Это резко повысило качество металла и выход годного проката,

107

В дальнейшем была, по существу, создана прин­ ципиально новая технология внепечного рафинирова­ ния стали и сплавов с использованием в качестве ре­ агента нейтрального газа аргона.

Впервые технология обработки стали инертным газом в ковше была разработана и внедрена в произ­ водство в 1967 году на Златоустовском металлургиче­ ском заводе. Теперь она применяется на ряде метал­ лургических заводов: Челябинском, «Электросталь» Ново-Липецком, Череповецком, «Красный Октябрь>: и др.

Установки для внепечной обработки сталей доста­ точно просты, не требуют больших затрат, позволяют обрабатывать жидкую сталь в ковшах любой емкости и могут работать в действующих сталеплавильных це­ хах, не имеющих свободных площадей в разливочном пролете.

Разработана и внедрена в производство техноло­ гия изготовления высокоэффективных огнеупорных га­ зопроводящих блоков, выдерживающих 12— 15 про­ дувок. Фурмы или блоки с газоподводящими канала­ ми устанавливают в кладку днища ковша.

В настоящее время рафинированию металла вне печи подвергают 60 различных марок стали и спла­ вов, в том числе конструкционные типа ЗОХГСА 40ХНМА, 38ХМЮА; подшипниковые типа ШХ15; не­ ржавеющие типа 0—4X13. 1Х18Н10Т, 000Х17Н13М2;

жаропрочные типа ЭИ 481, ЭИ 835, ЭИ 602; клапан­ ные типа ЭИ 69, ЭИ 72; трубные типа Х5М, 12Х1МФ и другие.

Внепечная дегазация осуществляется в ковшах ем­ костью 5— 10—20—40—60— 100—200 т, Длительность обработки 5— 15 мин., расход аргона 0,2—0,6 м3/т.

Технология выплавки стали при внепечной обра­ ботке отличается тем, что практически все рафиниро­ вочные процессы вынесены в разливочный ковш, что в значительной степени повышает эффективность про­ цесса и производительность труда в электросталепла­ вильных и конверторных цехах. Другой особенностью является широкая-возможность развития переплавных безокислительных методов в сочетании с внепечной об­ работкой металла инертным газом, что позволяет ис­

108

пользовать ранее немобильные легированные отходы, снизить себестоимость годных слитков и повысить про изводительность агрегатов.

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА МЕТАЛЛА

Анализ качества металла промышленных плавок

полно и быстро удаляются высокоглиноземистые неме­ таллические включения [134].

Степень удаления водорода зависит от химическо­ го состава и раскисленности металла. При обработке высоколегированной стали типа Х25Т она не превы­ шает 15 процентов. Из низколегированных и нераскисленных сталей удаляется до 50 процентов водорода [135]. Сопоставление полученных данных с рассчитан­ ными по формуле Геллера показывает, что коэффици­ ент полезного действия составляет для раскисленной стали 0,49—0,76 и 0,8—0,9 — для нераскисленной

Степень удаления азота не превышает 15 процен­ тов, но может доходить до 40 при обработке сталей, содержащих нитридообразующие элементы. Поэтому можно предположить, что деазотация металла в про цессе продувки аргоном достигается выносом нитри­ дов в шлак.

Резкое повышение однородности расплава в объе­ ме ковша и его чистоты по содержанию газов и: неме­ таллических включений в значительной степени улуч­ шает жидкотекучесть и разливаемое™ стали. Так, де­ газированная сталь разливается при температурах на 30—50° С ниже,-чем обычная, без ухудшения характе­ ристики разливки, что снижает отбраковку по пленам, волосовинам и другим поверхностным де­ фектам.

Например, основным затруднением при выплавке стали 08Х19Н9Ф2С2 методом смешения металла из двух печей в один ковш — единственным на заводе способом использования отходов этой марки стали —

109

Применение внепечной обработки металла устра­ нило этот недостаток. За счет перечисленных выше факторов выход годного при производстве стали 08Х19Н9Ф2С2 повысился на 6 процентов; брак по во­ лосовинам был снижен с 2,24 до 0,18 процента; на за­ воде-потребителе выход годного увеличился на 2,6 процента; себестоимость стали за счет более полного использования легирующих элементов отходов снизи­ лась на 125,7 руб/т.

Рафинирование расплавов аргоном повышает плот­ ность литого и деформированного металла, что объяс­ няется пониженной газонасыщенностью стали и воз­ можностью ее разливки при пониженной температуре в изложницы и формы.

Внепечная дегазация аргоном позволила повысить плотность стали ЭИ 481 с 7,8619 до 7,8721 г/см3, стали

пластичность стали, ее ударную вязкость в литом сос­ тоянии и самым благоприятным образом сказывается на повышении механических свойств готового метал­ ла, главным образом пластических характеристик во время испытаний в поперечном направлении волокна при пониженных или высоких температурах. Повыше­ ние порога хладноломкости конструкционных марок стали особенно важно для машин и механизмов, ра­ ботающих в условиях Крайнего Севера.

Так, ударная вязкость дегазированной стали ЗОХГСНА возросла на 15 процентов в продольных об­ разцах и на 20—25 процентов в поперечных. Обработ­ ка стали ЗОХГСНА синтетическим шлаком и аргоном на ЧМЗ позволила повысить ударную вязкость попе­ речных образцов с 0,8 до 3,0 кгм/см2. При этом коэф­

фициент анизотропии снизился с 1,75—2,10 до 1,10— 1,40, что обеспечило высокую надежность изделий и повысило их ресурс.

1 1 0

Одна из самых ответственных задач качественной металлургии состоит в улучшении характеристик под­ шипниковых сталей. Обработка металла инертным га­ зом — крупный резерв повышения качества различных марок стали для подшипников.

Обработка металла аргоном в ковше полностью исключила глубинное раскисление стали. При продув­ ке нераскисленного металла аргоном в ковше проис­ ходит одновременное раскисление металла углеродом и шлаком и рафинирование от газов. В процессе об­ работки в ковше аргоном (через 5—6 минут) приса­ живают кусковой алюминий на штангах в количестве 1,3 кг/г (вместо 0,5 кг/т по ранее действующей техно­

логии). Через 2—3 минуты после алюминия присажи­ вают 45%-ный ферросилиций. Продолжительность об­ работки стали аргоном— 10— 15 минут. Перенесение операций рафинирования металла в ковш позволяет сократить продолжительность восстановительного пе­ риода плавки до 40—50 минут (вместо 1,5 часа).

Количество неметаллических включений в готовом сорте всех профилей стали ШХ15, выплавленной по новой технологии, существенно уменьшилось. О повы­ шении чистоты дегазированной стали ШХ15 свиде­ тельствует увеличение доли полей зрения на образцах

1,0 до 2,0 баллов уменьшилось в 15—20 раз, а вклю­ чения с баллом 2,0 отсутствовали. Достижение высо­ кой чистоты металла обеспечивается, кроме обработ­ ки аргоном, комплексом технологических мероприя­ тий: усовершенствованием технологии выплавки ста­ ли, защитой струи от вторичного окисления при раз­ ливке.

Повышение качества подшипниковой стали, обра­ ботанной в ковше инертным газом, отмечено и на Че­ лябинском металлургическом заводе [136, 137]. Здесь положительный эффект достигнут в сочетании с обра­ боткой стали жидким синтетическим шлаком в ковше

1 1 1