Файл: Пути улучшения качества сталей и сплавов..pdf

После продувки стали ШХ15 аргоном содержание

снизилось с 0,003—0,004 до 0,001—0,002 процента.

Сталь, рафинированная аргоном, характеризуется пониженной отбраковкой по рванинам при горячей де­ формации слитков, волосовинам, макроструктуре и другим дефектам. Например, на ЧМЗ за счет продув­ ки аргоном повысилась технологическая пластичность стали Р6М5 [138].

Дегазированный металл имеет повышенные качест­ венные характеристики у потребителя и в готовых из­ делиях.

ОСВОЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ОСОБОНИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

Низкоуглеродистые (с содержанием менее 0,03 процента С) нержавеющие стали, благодаря высокой коррозионной стойкости, находят все более широкое применение в химической промышленности.

Ранее эти стали выплавляли главным образом в индукционных печах методом сплавления материалов чистых по углероду, фосфору и сере. При этом себе­ стоимость металла была высокой, а имеющиеся мощ­ ности не могли полностью удовлетворить потребно­ сти в низкоуглеродистых сталях.

Выплавка низкоуглеродистых нержавеющих сталей в открытых дуговых печах затруднена потому, что длительное плавление легирующих добавок (ферро­ хрома) в восстановительный период плавки приводит к науглероживанию металла графитированными элек­ тродами. Поэтому для производства низкоуглероди­ стого металла в дуговых печах необходимо было до минимума сократить время пребывания металла в пе­ чи, обеспечив при этом его глубокое раскисление.

Высокая рафинирующая способность процесса внепечной обработки стали инертным газом в ковше позволила организовать массовое производство в от­ крытых дуговых печах особонизкоуглеродистых кор­

1 1 2

розионностойких сталей i[ 139]. Разработанная на ЗМЗ технология выплавки предусматривает использование дуговой печи, в основном, для расплавления твердой шихты; все процессы рафинирования расплава пере1 несены в сталеразливочный ковш, что позволяет по­ лучить стабильно низкое содержание углерода, кисло­ рода, титана и других элементов в готовом металле.

Сущность предложенной технологии в том, что же­ лезоуглеродистый расплав (с 15—25 процентами ни­ келя) подвергают глубокому обезуглероживанию про­ дувкой кислородом в печи, раскислению повышенным количеством алюминия при 1750— 1800° С и легиро­ ванию феррохромом без включения печи — с исполь­ зованием только избыточного тепла сталеплавильной ванны — или с кратковременным включением. Окис­ лительный шлак не снимают, а переводят в рафиниро­ вочный присадками порошкообразных раскислителей. Общая продолжительность восстановительного перио­ да не превышает 10—25 минут. После выпуска плавки

марок стали: 000Х18Н11, 000Х16Н15МЗ, 000Х17Н13М

и другие.

Продолжительность плавки по описанной техноло­ гии сокращена на 20—30 процентов (восстановитель­ ный период — на 70 процентов), а расход электроэнер­ гии — на 340—360 кет ч[т, по сравнению с соот­

ветствующими показателями выплавки обычными методами сталей типа 04Х19Н9.

Использование особонизкоуглеродистых нержаве­ ющих сталей на предприятиях химической промы­ шленности позволило значительно удлинить межре­ монтный период работы установок и агрегатов. В ре­ зультате сократился объем монтажно-демонтажных работ, выпуск продукции возрос на 19 процентов.

Повышение раскислительной способности углерода при продувке расплава инертным газом позволило применить разработанный метод для глубокого обе­

Опытные плавки проводили в 5-тонных дуговых электропечах. За исходные материалы брали хромо­ никелевые отходы типа 04Х19Н9, Х18Н9Т. По распла­ влении металл содержал 0,25—0,40 процента С

0,50— 1,00 процент Si, 17,0—22,0 процента Сг, 10,0— 12,0 процентов Ni. В печи жидкий металл продували кислородом до содержания углерода в ванне 0,06— 0,16 процента.

Продувка раскисленного и нераскисленного метал­ ла аргоно-кислородной смесью в вакууме при 1580— 1600° С не сопровождается обезуглероживанием. Про­ цесс обезуглероживания протекает только при тем­ пературе металла выше 1700° С и наличии в шлаке не менее 20 процентов окислов железа, марганца, хро­ ма. Содержание растворенного в металле кислорода в этот период — не менее 0,08 процента.

Продувка аргоном в вакууме позволяет растворить в жидком расплаве большое количество металлическо­ го хрома, что объясняется энергичным кипением ме­ талла на всех горизонтах ковша.

При продувке жидкой стали аргоно-кислородной смесью содержание углерода достигало менее 0,03 процента. Отмечено эффективное удаление водорода.

Продолжительность плавки и расход электроэнер­ гии сокращены на 40 процентов, по сравнению с их уровнем при обычной технологии выплавки стали Х18Н9Т. Кроме того, предложенный процесс позволил снизить угары хрома, железа и других элементов. Это значительно уменьшает расход дорогостоящих раскислителей и легирующих.

Высокая рафинирующая способность процесса об­ работки стали аргоном в ковше позволила для ряда марок стали (ЭИ654, 08Х19Н9Ф2С2, 08Х19Н10Б,

ЭИ388, ЭИ943 и др.) заменить выплавку на углероди­ стой шихте с окислением простым безокислительным переплавом, что значительно повысило производитель­ ность сталеплавильных агрегатов и снизило себесто­ имость годных слитков. Сокращение времени нахож­ дения расплавленного металла в печи благоприятно влияет на повышение стойкости огнеупорной футеров­ ки агрегата, снижение расхода электродов и электро­ энергии и повышение качества металла.

Внепечная дегазация стали продувкой аргоном —

114

средство дальнейшего повышения рафинирующей спо­ собности таких известных технологических процессов, как вакуумный дуговой (ВДП) и индукционный пере­ плавы (ВИП), электрошлаковый переплав (ЭШП) обработка металла жидкими синтетическими шлака­ ми и вакуумом в ковше.

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССА

Экономический эффект от внедрения процесса об­ работки жидкой стали аргоном в ковше обеспечивает­ ся следующими факторами:

—повышение производительности дуговых печей;

—снижение расхода электроэнергии;

■— повышение выхода годного проката;

—сокращение угара легирующих (при перенесе­ нии операций раскисления и легирования из печи в ковш и устранении продувки ванны кислородом);

—увеличение доли использования легированных отходов;

—повышение степени чистоты металла по неметал­ лическим включениям и газам.

При этом следует учитывать возможные затраты на сооружение и эксплуатацию блоков для получения ар­ гона и установок для внепечной обработки жидких рас­ плавов инертным газом.

С учетом последнего фактора, суммарный эффект экономии от обработки металла аргоном в ковше со­ ставляет 28—32 руб/т. В целом по народному хозяйст­

ву экономический эффект в 2 раза выше, благодаря повышению долговечности и надежности машин и ме­ ханизмов, изготовленных из металла повышенного ка­ чества с продувкой аргоном.

5*

Г Л А В А VI

ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ ПОДПИТКА СЛИТКОВ

На заводах качественных сталей и сплавов, вып­ лавляющих последние в открытых дуговых печах, об-

слитков, а на отдельных марках стали—28 процентов. Однако некоторые стали — нержавеющие, высокомар­ ганцовистые, сплавы на основе никеля — имеют повы­ шенную (15—20 процентов) отбраковку по дефекту макроструктуры — усадке, даже при столь высоком проценте обрези головной части слитка. Для улучше­ ния технико-экономических показателей работы ме­ таллургических заводов необходимо систематически изыскивать пути повышения качества макроструктуры и увеличения выхода годного металла на всех стадиях металлургического производства.

Одним из способов существенного повышения вы­ хода годного, с одновременным улучшением качества металла, является электрошлаковая подпитка слитков. Этот новый способ обогрева головной части слитка был впервые разработан в Институте электросварки имени Патона АН УССР [141— 144].

Верхняя часть слитка или отливки обогревается шлаковой ванной, которая поддерживается в жидком состоянии, благодаря пропусканию через нее электри­ ческого тока. Продолжительность обогрева может из­ меняться в широких пределах. Это обеспечивает хоро­ шую гибкость процесса.

Электрический ток подводится к шлаковой ванне электродом, диаметр которого выбирается в зависи-

116

мости от массы слитка и технологического режима электрошлаковой подпитки.

Выделяющееся в шлаковой ванне тепло расходует­ ся на плавление электрода, нагрев стенок флюсоудер­ живающего приспособления, на теплоизлучение и на­ грев верхней части слитка.

За счет подведения тепла извне, металл верхней части слитка длительное время пребывает в жидком состоянии, и это обеспечивает значительно лучшее питание тела слитка в процессе его кристаллизации. Кроме этого, жидкий металл поступает в верхнюю часть слитка за счет оплавления расходуемого элект­

Таким образом, при электрошлаковой подпитке го­ ловной части слитка в процессе кристаллизации жид­ кий металл поступает из двух источников: прибыльной части и электрода.

Сочетание двух источников питания слитка жид­ ким металлом обеспечиваем, как правило, полное уст­ ранение усадочной раковины в верхней части, заметно снижает развитие центральной и общей пористости в макроструктуре слитка и, при определенных условиях, химическую и структурную неоднородность.

Сравнение электрошлаковой подпитки с обогревом электродуговым и по американскому способу «Келогг Хот-Топ» [145] показывает, что электрошлаковая под­ питка имеет ряд преимуществ [146— 148]:

1. Достигается улучшение качества металла (уменьшение пористости в макроструктуре, снижение содержания неметаллических включений и газов, осо­ бенно, в верхней части слитков).

2.Обеспечивается более высокий выход годного металла.

3.Гибкость процесса достаточно высока (может применяться как для слиткоз, так и для отливок).

4.Более рационально используются отходы метал­ ла (литников, центровых стояков, бракованных прут­ ков И Т . д.ц

5.Тепло верхней части слитка может передавать­ ся не только шлаковой ванной, но и жидким металлом плавящегося электрода.

117

КОНСТРУКЦИЯ УСТАНОВКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ п о д п и тки сли тков

Первые опыты по электрошлаковой подпитке го­ ловной части слитка высоколегированных марок стали были проведены на однофазной опытной установке, питание которой осуществлялось переменным током

38—44 в и 1200—2000 а.

После изучения качества металла первых опытных слитков была смонтирована установка для электро­ шлаковой подпитки одновременно шести слитков ве­ сом (массой) 0,2—2,7 т. Питание производилось пере­

менным током от трансформатора ЭТМН 1600/10, мощностью 1200 ква. Электрической схемой установки

предусматривается ручное и автоматическое управле­ ние процессом электрошлаковой подпитки слитка.

ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ ПОДПИТКИ ГОЛОВНОЙ ЧАСТИ сли тков

Впроцессе производства легированных и высоко­ легированных марок стали и сплавов при сифонной разливке имеются отходы металла в виде литников и недолитков в количестве 1,5—5,0 процентов от общего выпуска металла. Так, в электросталеплавильном це­ хе ЗМЗ на литники расходуется 1,1— 1,4 процента ме­ талла, на недолитки —3,2—3,7 процента.

Впрокатных, термическом и кузнечном цехах есть отходы металла в виде бракованных прутков сечением 30— 150 мм различной длины, которые могут быть ис­

пользованы для изготовления электродов. При выборе электродов для электрошлаковой подпитки головной части слитков исходят из фактического наличия лит­ ников, центровых стояков в сталеплавильном цехе. Для утилизации остатков жидкого металла в ковше его сливали в специальную изложницу для получения литых электродов длиной 900 мм и сечением кв. 100x100 мм. Вес электродов должен быть таким, чтобы

обеспечить заполнение усадочной раковины жидким металлом в процессе кристаллизации слитка. Установ­ лено, что усадочная раковина в слитке отсутствует при

118

расходе электрода 1,5—2 процента от веса слитка. Увеличение расхода электрода более 2 процентов от веса слитка бесполезно.

Электроды для электрошлаковой подпитки голов­ ной части слитков должны удовлетворять следующим требованиям:

кривизна не выше 20 мм на один метр длины;

поверхность ровная; химический состав — в соответствии с марочным

химическим составом подпитываемой стали; достаточная механическая прочность после сварки

с держателем (пруток диаметром 60 мм и длиной

300—400 мм).

Всем этим требованиям, как правило, удовлетворя­ ют имеющиеся на каждом заводе литники, центровые стояки и бракованные прутки деформированного ме­ талла.

При проведении электрошлаковой подпитки обыч­ но используют литники диаметром 40—50 мм и длиной

ФЛЮСЫ (ШЛАКИ)

ДЛЯ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ п о д п и тк и

Одной из основных технологических и металлурги­ ческих проблем электрошлаковой подпитки головной части слитков является правильный выбор состава шлака (флюса). Флюс (шлак) должен удовлетворять следующим требованиям:

1) обеспечивать устойчивость электрошлакового процесса и удаление примесей из верхней части слитка;

2)не влиять на химический состав стали по содер­ жанию легирующих элементов;

3)не вступать в реакцию с материалом футеровки прибыльной надставки.

Наилучшими технологическими свойствами обла­ дает отработанный флюс АНФ-6, который имеется на заводе в достаточном количестве как отход электро­ шлакового процесса производства стали.

119