Современные огнеупоры и эффективность их применения при производстве и разливке стали
  Доклад №16

Cовременные аспекты применения порошковых проволок для внепечной обработки металлургических расплавов

Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В.
Украинская ассоциация сталеплавильщиков

Рассмотрены вопросы внепечной обработки металлургических расплавов порошковыми проволоками с различными наполнителями на современном этапе. Показана высокая эффективность использования для внепечной обработки стали проволок с комплексными кальцийсодержащими наполнителями, содержащими механическую смесь металлического кальция и дополнительных компонентов: высокоосновного плавленого рафинирующего флюса, кремнийсодержащих материалов и др. Отмечается, что с учетом существующих в рассматриваемый период цен на кусковые материалы и порошковую проволоку снижение затрат при использовании последней с наполнением ванадий-, ниобий-, молибден-, титансодержащими материалами составляет 0,5-2,5 долл. США/т стали.

Ключевые слова: порошковая проволока, внепечная обработка, кальций, материалы, сталь, степень, усвоение, неметаллические включения, огнеупоры, расходы, эффективность.

Технология внепечной обработки металлургических расплавов порошковыми проволоками с различными наполнителями применяется в СНГ около 20 лет. Анализируя пройденный этап можно отметить следующее [1].

Порошковая проволока решает проблему дозированного ввода реагентов, обеспечивает высокое и стабильное их усвоение и, тем самым, является основой прецизионной обработки жидкого металла, включающей:

  • управление окисленностью расплава, составом, формой и количеством неметаллических включений (модифицирование);
  • удаление вредных примесей (рафинирование);
  • ввод легирующих и корректировку содержания химических элементов в узких заданных пределах (микролегирование);
  • обеспечение разливаемости стали;
  • обеспечение нормируемых технологических и служебных свойств металла;
  • улучшение качества готовой металлопродукции.

Применение порошковой проволоки с различными наполнителями становится одним из основных технологических инструментов получения стали с минимальными затратами на агрегате ковш-печь. При этом повышается общий уровень технологии в связи с возможностью более точно управлять процессом производства стали и обеспечивать повышенные требования к готовой металлопродукции. Активному использованию новой технологии способствует ее высокая эффективность, техническое перевооружение предприятий с вводом новых агрегатов ковш-печь и МНЛЗ. На некоторых металлургических предприятиях уже сейчас используется 6-7 видов проволоки.

В настоящее время в СНГ, как и во всем мире, применяются порошковые проволоки с наполнителями из SiCa, AlCa, FeCa, FeB, C, S, FeMn, FeTi, Ti, Al, FeV, FeNb, FeMo, РЗМ и др. для внепечной обработки стали, в различных вариантах проволоки с Mg для десульфурации и модифицирования чугуна. За последние 10 лет в странах СНГ обработано более 200 млн. т чугуна и стали для конструкций общего назначения, судостроения, сварных конструкций, трубных широкого сортамента, с повышенной обрабатываемостью, кордовой, сталей железнодорожного сортамента, малокремнистых, малоуглеродистых и др. Использование новой технологии внепечной обработки металла постоянно расширяется.

Эффективность применения порошковой проволоки в значительной степени зависит от разработанных параметров технологии, регламентирующих режим ее ввода в расплав. Это подтверждается существенным различием результатов, полученных на разных предприятиях при использовании одинаковых видов проволоки, что отражается во влиянии обработки на качество металла и на экономику производства. Так, бросается в глаза существенная разница в режимах ввода одних и тех же проволок на различных металлургических предприятиях. Например, скорость ввода кальцийсодержащих проволок в стальковш колеблется в пределах 1-8 м/с, а титансодержащих – 1-6 м/с, при этом наблюдается значительная разница в усвоении кальция (в 4 раза), титана (более чем в 2,0 раза), а также других элементов. Это приводит к повышенным и неоправданным затратам, и, в конечном счете, сдерживает дальнейшее внедрение эффективных технологий на многих предприятиях. В то же время на современном этапе многие технологии производства специальных качественных сталей просто не могут быть реализованы без использования внепечной обработки порошковыми проволоками с различными наполнителями и регламентированной их подачей в требуемом дозированном количестве в сочетании со всем комплексом мероприятий, проводимых в течение внепечной обработки [2].

В свою очередь это приводит к выводу, что наличия качественной проволоки и оборудования для ее подачи в расплав, используя общие технологические положения, еще недостаточно. Для достижения оптимальных результатов необходимо уточнение технологии с учетом специфических особенностей конкретного предприятия, марочного сортамента, требований потребителя. Поэтому одной из основных задач на ближайшую перспективу остается совершенствование технологии внепечной обработки порошковыми проволоками, включая подготовку расплава (жидкая сталь должна быть максимально подготовлена к процессам модифицирования и микролегирования, т.е. иметь определенный уровень окисленности, чистоту по неметаллическим включениям, газам, температуру), оперативную оценку состояния расплава, определение регламента ввода материалов и др. В зависимости от целей обработки и требуемых качественных показателей и служебных характеристик готовой продукции, выбирается вид и состав наполнителя проволок, при этом немаловажным фактором является обеспечение экономичности процесса производства обрабатываемой стали в целом.

Одним из важнейших вопросов использования порошковых проволок является выбор и подготовка материала, точное определение содержания основного элемента в ферросплаве. При использовании порошковой проволоки с наполнением 70% ферротитаном было отмечено колебание в усвоении титана от 60 до 97%, при этом в дальнейшем выяснилось, что, несмотря на содержание общего Ti в ферросплаве более 70%, в материале некоторых производителей более 10% Ti находится в виде оксидов и нитридов, что кроме снижения усвоения Ti, получения нерасчетного его содержания в металле, приводило к загрязнению стали включениями и ухудшению качества металлопродукции. Поэтому в требованиях к материалу FeTi70 необходимо оговаривать, кроме содержания основного элемента, еще и содержание азота, кислорода, железа и тщательно его контролировать. Похожая картина наблюдалась при использовании проволоки с силикокальцием СК30, когда при прочих равных условиях усвоение кальция из материала одних поставщиков было в 2-3 раза ниже, чем у других поставщиков, несмотря на общее содержание кальция в материале более 30%. Это говорит о нахождении значительного количества кальция в таком материале в виде оксидов, что подтверждает необходимость тщательного контроля материалов и работы с надежными, проверенными производителями ферросплавов. Здесь следует отметить, что в последнее время и некоторые производители порошковой проволоки, стремясь получить большую прибыль при меньших затратах, сознательно используют некачественные исходные материалы, дискредитируя при этом саму идею прецизионной обработки металлургических расплавов порошковыми проволоками [2].

Следует отметить, что изначально технология внепечной обработки стали порошковыми проволоками возникла при решении проблемы зарастания сталеразливочных стаканов при разливке на МНЛЗ сталей, раскисленных алюминием.

В современном сталеплавильном производстве внепечная обработка кальцийсодержащими порошковыми проволоками занимает ведущее положение в связи с многофакторностью влияния кальция на физико-химическое состояние расплава, макро- и микроструктуру заготовки, качество и свойства металлопродукции и является неотъемлемой частью технологии [1]. Около 75-80 % от всех видов порошковых проволок, используемых при внепечной обработке жидкой стали, составляют кальцийсодержащие проволоки. Среди кальцийсодержащих наибольшее распространение получила проволока с наполнением порошком силикокальция. В настоящее время в мировой металлургической практике силикокальций марки СК30 (этот термин используется в русскоязычной литературе, а в остальном мире просто – СаSi) является наиболее широко используемым сплавом для ввода кальция в сталь. Это обусловлено тем, что такое соотношение компонентов в сплаве (30 % Са и 60 % Si) обеспечивает оптимальное сочетание основных теплофизических параметров в ферросплавном производстве, влияющих на усвоение кальция. При производстве силикокальция с содержанием кальция более 30% резко возрастают расходы и при этом возникают трудности с отделением ферросплава от шлака, поэтому все мировые производители, как правило, ограничиваются изготовлением силикокальция марки СК30.

В последние годы в связи с меняющейся конъюнктурой на рынке ферросплавов, изменением качества сырья (появлением на рынке некачественного силикокальция некоторых китайских производителей) появи-лась тенденция использования в определенных условиях комплексного наполнителя, называемого иногда – силикокальций СК40 (смесь металлического кальция и силикокальция) [3, 4]. Такой марки силикокальция в ГОСТах нет и этот материал не производится, а получается механическим смешением порошков силикокальция и металлического кальция, при этом в процессе ввода проволоки образуется сплав и необходимое содержание кальция в ферросплаве достигается непосредственно при обработке жидкого железоуглеродистого расплава. Такая проволока различных произво-дителей использовалась на ряде предприятий – ОЭМК; Таганрогский, Белорусский, Молдавский метзаводы, ДЭМЗ (бывший "ИСТИЛ") и др. Высокая эффективность использования СК40 обусловлена тем, что сплав с содержанием 40% кальция образуется по мере вхождения порошковой проволоки в жидкий металл, при этом протекает комплекс процессов взаимодействия кальция, свободного кремния и их соединений (нагрев, растворение, испарение, диссоциация, фазовый переход и т.д.) как внутри проволоки, так и в локальном месте высвобождения наполнителя в расплав, что снижает температуру в зоне реакции. Новый вид проволоки с наполнителем СК40 отличается повышенным содержанием кальция в погонном метре проволоки и более высоким усвоением кальция – на 15-30 % по сравнению с силикокальцием СК30. Поэтому для достижения заданного содержания кальция в металле расход проволоки с СК40 меньше в 1,4-1,6 раза, чем с СК30. Это обуславливает значительную экономию затрат потребителя при закупке порошковой проволоки и целый ряд технологических преимуществ (снижение задолженности кранового времени, сокращение вспомогательных технологических операций, уменьшение времени обработки, потерь тепла и пр.). Эквивалентный коэффициент замены проволоки с СК30 на проволоку с СК40 составляет, в основном, 0,6-0,7 в зависимости от уровня применяемой технологии. Эффективное снижение затрат уже длительное время подтверждается на некоторых предприятиях.

При этом для достижения таких результатов должны выполняться ряд условий, в частности – использование в качестве шихтового компонента качественного силикокальция СК30 (с минимальным количеством СаО и максимальным Si свободного).

Как было отмечено выше, в силикокальции СК30 при общем содержании Са 30%, некоторая его часть может находиться в виде оксидов, в т.ч. комплексных (иногда до 10-15 % абс.), что возможно установить только при проведении специального фазового анализа в специализированных институтах. Это приводит к нестабильным показателям по усвоению Са при внепечной обработке металла порошковой проволокой как с наполнением СК30, так и СК40. Для устранения этого фактора, оптимизации усвоения Са и снижении затрат при внепечной обработке стали авторами были разработаны новые составы порошковых проволок, аналоги СК30 и СК40 – с наполнением кремнийсодержащим материалом и кальцием металлическим (содержание кальция металлического в наполнителе не менее 30 и 40 % соответственно) [5, 6].

Проведенные на ряде металлургических предприятий («Днепроспецсталь», ОЭМК, «Азовэлектросталь», «ТАГМЕТ», РЭМЗ и др.) сравнительные испытания подтвердили высокую эффективность новых видов проволоки, при этом усвоение кальция из нового вида проволоки носит более стабильный характер, проблем с разливаемостью в процессе непрерывной разливки не возникает. Одним из преимуществ такой проволоки является низкое содержание углерода (до 0,15 %), что дает возможность использовать ее при обработке специальных сталей. Так, на одном из предприятий, промышленное использование нового вида проволоки СК40, в сравнении с существующим наполнителем (обычным СК40 на базе металлического кальция и силикокальция СК30), показало стабильно повышенное усвое-ние кальция: перед отдачей ковша на разливку на 20-25 % отн., по готовому металлу на 15-20 % отн. при обработке стали 32Г2, 13ХФА, ст20 и др. Во время проведения опытно-промышленных плавок в ЭСПЦ ЗАО «Азовэлектросталь» было отмечено значительное увеличение скорости десульфурации стали при внепечной обработке – в среднем с 0,0005 до 0,0018 %/мин (более чем в 3 раза), при этом содержание серы в готовом металле (ст3сп) на опытно-промышленных плавках составило 0,016%, на сравнительных – 0,019%. Степень десульфурации на опытных плавках составила 78 %, на сравнительных – 61%, при этом остальные технологические параметры процесса десульфурации были аналогичными. Усвоение кальция на опытных плавках было на 53,6 % отн. выше, чем на сравнительных, а эквивалентный коэффициент замены порошковой проволоки с наполнителем СК40к по отношению к проволоке с наполнителе СК30 для модифицирования стали по результатам проведенных плавок составил 0,47 [5].

В связи с постоянно меняющейся конъюнктурой цен на материалы (в т.ч. на силикокальций) и их нестабильное качество, в последнее время наблюдается стремление снизить и стабилизировать затраты на внепечную обработку стали при обеспечении должного качества готовой металлопродукции. Одним из следствий этого процесса стал значительный рост использования гранулированного кальция в сталеплавильном производстве – за последние 10 лет эта величина выросла более чем в 3 раза.

Для обработки сталей с низким содержанием Al и Si, а также с жесткими требованиями по неметаллическим включениям многие предприятия применяют порошковую проволоку с наполнителем FeCa. Как показала практика, использование такого сочетания компонентов обеспечивает спокойное протекание реакций даже при увеличении содержания кальция в проволоке на 25 % по сравнению с СКЗО (диаметр проволоки 13 мм). Вместе с тем следует отметить, что в FeCa проволоке, как правило, используется механическая смесь стальной дроби и гранулированного кальция (чаще всего в соотношении 60:40 % мас.). Считается, что дробь играет роль пассиватора кальция при его высвобождении из проволоки в глубине металлургического расплава. Нам представляется, что это не совсем так. Насыпные массы гранулированного кальция (0,9-1,0 г/см3) и дроби (4,0-4,5 г/см3) различаются в 4–5 раз. В FeCa (60:40) проволоке 13 мм содержится 86 г Са и 130 г дроби. С учетом насыпных масс ингредиентов, объем, занимаемый гранулированным кальцием внутри проволоки в 3 раза больше объема, занимаемого дробью. В таком случае дробь в большей степени играет роль балласта, чем пассиватора.

Следует отметить, что ведущие мировые производители стали про-изводить проволоку с наполнением чистым металлическим кальцием – РарСаl (внутри проволоки помещается специальная бумага для замедления начала процессов плавления и испарения кальция) и Hi-Cal (9 мм в оболочке толщиной 1 мм, изготавливается по типу сварочной проволоки) [7]. Использование такой проволоки на металлургических предприятиях позволяет снизить удельные затраты на внепечную обработку жидкой стали кальцием.

В этой связи интересен новый вид проволоки, разработанный авторами, – наполнитель из металлического (гранулированного) кальция в утолщённой оболочке (0,6-0,7 мм) [8]. Промышленные испытания этой проволоки диаметром 13 мм по сравнению с использованием проволоки с наполнителем FeCa с равнозначным содержанием кальция, показали следующее (ЕМЗ, ДЭМЗ, Днепроспецсталь). Ввод новой проволоки в расплав происходит более спокойно, с меньшим бурлением и пылегазовыделением. Это подтверждается более высоким усвоением кальция 10-20 % отн. (по сравнению с FeCa проволокой) по пробе после ввода проволоки на ковше-печи и по пробе на МНЛЗ [9].

Полученные результаты показывают перспективность нового вида проволоки как с технологической, так и с экономической точек зрения.

Если в мировой практике в большей степени используется проволока с чистым металлическим кальцием, то в странах СНГ в основном используется проволока с комплексными наполнителями гранулированный кальций + различные недефицитные (относительно дешевые) материалы (в т.ч. основные флюсы: обожженный доломит, доломитизированная известь, высокоосновная плавленая рафинирующая смесь и др.) [10-13]. Такая проволока может использоваться для обработки всех групп марок стали, причем ее использование позволяет одновременно осуществлять процессы микролегирования, модифицирования и рафинирования металла, включая удаление неметаллических включений.

В последние 2-3 года технология внепечной обработки стали указанными проволоками (содержание металлического кальция в проволоке 40-50 %) была опробована и освоена на ряде металлургических предприятий (Донецксталь-МЗ, ЕМЗ, АМК, Азовсталь и др.), при этом отмечается улучшение условий десульфурации металла (степень десульфурации повышается на 3-5 %), снижение удельного расхода проволоки на 5-10 % при обеспечении аналогичного модифицирующего эффекта и качественных показателей по структуре и свойствам металла, а также наблюдается снижение затрат на внепечную обработку кальцийсодержащими проволоками [14].

В странах СНГ в настоящее время наблюдается тенденция производства новых видов кальцийсодержащих порошковых проволок (двухкомпонентных и более) собственной разработки, обеспечивающих значительное повышение эффективности использования кальция, при этом эти проволоки защищены патентами и довольно часто между производителями проволоки ведутся судебные тяжбы.

Для достижения вышеприведенных результатов при использовании проволок с комплексными кальцийсодержащими наполнителями должны выполняться ряд условий:

  • использование качественных шихтовых компонентов;
  • технология изготовления проволоки должна обеспечивать стабильность химического состава комплексного наполнителя по длине проволоки, а также оптимальные условия растворения и физико-химического взаимодействия компонентов наполнителя;
  • технологический режим ввода порошковой проволоки должен обеспечивать расплавление оболочки и взаимодействие наполнителя с жидким металлом в нижней части ковша. Для определения содержания Са в многокомпонентных проволоках разрабатываются специальные методики [15].

На некоторых предприятиях используют порошковую проволоку с наполнением А1Са (или А1FeCa). Применение алюмокальциевой проволоки позволяет совместить процессы модифицирования, микролегирования и корректировки содержания стали по алюминию.

При обработке стали кальцием превращение глинозема в жидкие (легкоплавкие) алюминаты и алюмосиликаты кальция типа 3СаО*Al2О3, 5СаО*3Al2О3, 12СаО*7Al2О3, 2СаО*Al2О3*SiO2 играет ключевую роль в воздействии на литейные свойства и обеспечение стабильной разливаемости металла на МНЛЗ. Для получения включений подобного типа необходимо согласовывать соотношение между расходами алюминия и кальция, обеспечивая смещение равновесия в сторону достижения благоприятных условий для образования указанных включений, при этом важно отметить, что при температурах непрерывной разливки стали (1540-1580 oС) алюминатные включения будут находиться в жидком виде при соотношении Са/Alокс = 0,8-1,6, что говорит о необходимости поддержания содержания Alокс в стали на низком уровне (0,002-0,003 %) в течение всей серии разливки, так как высокое содержание кальция в расплаве (необходимое для поддержания указанного соотношения в заданных пределах) приводит к повышенному износу огнеупоров [16].

Так, исследованиями, проведенными в работе [17], установлено, что реакции, характер которых зависит от материала огнеупоров и отношения общего содержанию кальция к содержанию оксидного алюминия и которые при определенных условиях могут приводить к размытию огнеупоров, в существенном объеме протекают при содержании кальция в расплаве выше 30 ppm. Поэтому при использовании высокоглиноземистых огнеупоров надо выстраивать технологический регламент внепечной обработки стали кальцийсодержащими материалами таким образом, чтобы не допускать содержание кальция в металле по ходу разливки выше 30 ppm. В таком случае также необходимо подбирать огнеупоры для проводок, длительно контактирующих с металлом, содержащим кальций, не подвергающиеся интенсивному химическому взаимодействию.

Для поддержания соотношении Са/Alокс в заданных пределах и обеспечения указанных значений содержания Alокс в стали в течение всей серии разливки должен проводиться комплекс технологических операций во время выплавки, выпуска, внепечной обработки и разливки стали. Одними из таких мероприятий могут быть отсечка шлака, предварительное раскисление металла карбидом кальция, диффузионное раскисление в период внепечной обработки, предотвращение вторичного окисления металла и др.

С помощью приведенных критериев, в зависимости от программы разливки, содержания кальция в металле, соотношения между содержаниями кальция и алюминия в расплаве, можно разработать необходимый технологический регламент внепечной обработки стали порошковыми проволоками и сделать предварительный выбор огнеупоров для разливочной проводки, чтобы достичь оптимального соотношения стойкости огнеупоров и их цены.

В последние годы возобновился интерес к модифицированию стали барием. На некоторых предприятиях были проведены исследования по внепечной обработке рельсовой и колесной стали порошковой проволокой с наполнением ферросиликобарием. В работе [18] отмечено, что изменение наностроения стали при модифицировании барием и кальцием приводит при кристаллизации к изменению микроструктуры и свойств металла, что может наследоваться и после операций термоупрочнения. Введение бария в рельсовую сталь приводит к повышению пластических свойств металлической матрицы и более благоприятному виду неметаллических включений, что способствует повышению эксплуатационной стойкости рельсов.

На многих металлургических предприятиях используются порошковые проволоки для микролегирования и доводки стали по содержанию в узких пределах углерода, титана, ванадия, бора, серы и др. элементов, а также технологии производства специальных сталей с использованием порошковых проволок, содержащих указанные элементы. В настоящее время технология производства сталей с повышенными требованиями по обрабатываемости (с нормированным содержанием серы) уже не мыслится без использования кальцийсодержащих и серосодержащих порошковых проволок. Впервые в СНГ такая технология с использованием проволоки с наполнением чистой серой была освоена с участием авторов на ОЭМК, а затем получила распространение на многих предприятиях [1].

Технология получения таких сталей, как правило, предусматривает первоначальное проведение десульфурации жидкой стали до содержания серы 0,015-0,020 %, затем обработку кальцийсодержащей проволокой в два этапа (первый для рафинирования, второй – для модифицирования) и после этого легирование металла серой из проволоки до заданного содержания. Такая технология обеспечивает полное модифицирование и глобуляризацию неметаллических включений перед легированием металла серой, что приводит к значительному снижению загрязненности металла неметаллическими включениями, снижению поверхностных дефектов, обеспечению разливаемости стали при высоком содержании серы и алюминия и сокращению брака более чем в два раза.

Незаменимым средством корректировки содержания углерода в узких заданных пределах является порошковая проволока с углеродсодержащим наполнителем. Степень усвоения углерода при корректировке его содержания на 0,02 или 0,03% соответственно 92,4-100 и 93,5-100% [1].

Наибольшее распространение среди указанных получили проволоки с наполнением углеродсодержащими материалами (в т.ч. графитом) и серой, при этом следует отметить, что эти порошковые проволоки являются самыми дешевыми в номенклатуре проволок (~700-900 долл. США за 1 тонну продукции), при этом изготовление таких проволок является весьма трудоемким процессом, часто наблюдаются проблемы с качеством исходных сырьевых материалов, рентабельность продукции – низкая (или нулевая). Некоторые предприятия вынуждены производить такие проволоки, чтобы присутствовать на рынке и иметь возможность поставлять потребителю более дорогостоящую продукцию.

В последние 3-4 года существенно расширилась сфера использова-ния порошковых проволок с наполнением благородными ферросплавами – феррованадием, феррониобием и ферромолибденом, хотя на многих металлургических заводах до настоящего времени для легирования стали по содержанию ванадия, молибдена, ниобия используются кусковые ферросплавы. В технологической документации на различных предприятиях нормативная степень усвоения из кусковых материалов для приведенных элементов указана довольно высокая: для ванадия – 85-95%; для ниобия – 90-95%, для молибдена – 95-98%. Но как показала практика работы многих металлургических предприятий, при легировании стали средний уровень усвоения ведущих элементов из кусковых ферросплавов заметно ниже и в силу разных причин – крайне нестабилен (разбег значений в абсолютных и относительных величинах колеблется в пределах 50-150 %) [19].

Внедрение технологии ввода этих ферросплавов порошковой проволокой позволяет стабилизировать усвоение элементов на высоком уровне (97-100 %), что подтверждаются результатами использования этой технологии на многих предприятиях. Несмотря на относительно небольшую разницу в усвоении по сравнению с присадкой кусковых материалов, ввод в виде порошковой проволоки феррованадия, феррониобия и ферромолибдена экономически целесообразен, что объясняется высокой стоимостью этих материалов (стоимость проволоки, как правило, значительно ниже стоимости кускового материала) и большим коэффициентом заполнения проволоки порошком (около 70 % мас. у FeV80, 78-82 % у FeNb60-65 и FeMo60-70). При использовании проволоки обеспечивается стабильность дозировки ферросплавов, появляется возможность гарантированного получения заданного содержания указанных элементов в стали на нижнем пределе нормативных требований (на 0,002-0,003 % меньше по сравнению с кусковым материалом), что приводит к снижению расхода ферросплавов (снижению норм расхода материалов), исключению выпадений по содержанию элементов и, соответственно, уменьшению технологических и эксплуатационных затрат на дополнительную корректировку и в целом затрат на производство стали, при этом исключаются операции взвешивания материала, и механизируется операция ввода ферросплавов в металл [19]. Кроме того, исключается вероятность использования дорогостоящих ферросплавов не по прямому назначению.

Здесь следует отметить, что для получения вышеприведенных показателей при внепечной обработке стали порошковыми проволоками должны выполняться ряд условий:

  • обеспечение высокой точности изготовления проволоки по наполнению указанными ферросплавами (максимальный допуск 3-5 г/м по длине бухты);
  • при использовании проволоки в каждом конкретном случае (ем-кость ковша, расположение дутьевых устройств, наполнение проволоки, температура расплава и т.д.) должен быть подобран оптимальный режим массовой интенсивности подачи ведущего элемента в жидкую ванну (не допуская локального пересыщения или наоборот);
  • в соответствии с установленным режимом массовой интенсивности подачи ведущего элемента выбирается согласованная скорость ввода проволоки в расплав;
  • проволоку с феррованадием и ферромолибденом целесообразно вводить после усреднительной продувки (в период "мягкой" продувки – до 0,2-0,6 л/т•мин);
  • для более точного расчета усвоения, содержание вводимых эле-ментов в стали необходимо определять c точностью до 0,0001 %.

В случае соблюдения условий применения экономическая эффективность использования прецизионной обработки порошковыми проволоками с указанными ферросплавами на различных предприятиях составляет 0,5-2,5 дол. США/т стали.

Следует отметить, что для качественного наполнения проволоки указанными материалами должна быть выполнена специальная подготовка порошка. Так, для ферросплавов с одинаковым химическим составом (и удельным весом, соответственно), насыпная масса порошка в зависимости от размера и формы частиц может различаться на 20-30%, при этом коэффициент уплотнения при закатке, показывающий возможность уплотнения порошков различных материалов на конкретной линии по производству порошковой проволоки, для таких материалов (фракционный состав 0-2 мм) тоже будет значительно различаться – в 2-3 раза. Например, для проволоки 13 мм номинальное наполнение проволоки у различных производителей колеблется в следующих пределах: FeV80 – 380-460 г/м, FeNb60-65 – 550-680 г/м, FeMo60-70 – 620-750 г/м [20].

Отметим, что на современном этапе развития многие металлургические предприятия учитывают все выгоды от использования порошковой проволоки и, поэтому, в России в последние годы довольно высокий уровень потребления порошковой проволоки с наполнением благородными ферросплавами – количество использованного феррониобия в виде порошковой проволоки составляет ~ 60-65%), количество проволоки с наполнением феррованадием – 40 %, проволоки с ферромолибденом – 30 % от общего количества соответствующего ферросплава (в пересчете на 100 % содержания основного элемента).

Использование порошковых проволок весьма эффективно также для обеспечения специальных свойств стали, например, повышения прочностных характеристик за счет нитридного упрочнения (проволока с наполнением нитрованном (, азотированным ферромарганцем и др.).

В последние годы продолжает дальнейшее развитие технология внепечной обработки чугуна порошковыми магнийсодержащими проволоками, особенно в литейных цехах металлургических и машиностроительных заводов для обработки чугуна в ковшах и агрегатах малой вместимости, в том числе и там, где инжекционная технология не может быть применена. Проволока используется как для десульфурации, так и для получения высокопрочного чугуна, при этом коэффициент использования магния на удаление серы составляет 40-60%. Использование порошковой проволоки с ферросиликомагнием (и некоторыми комплексными наполнителями) возможно в условиях литейных цехов, не имеющих газоочистки, а использующих вытяжные зонты. Учитывая высокую стоимость литья из высокопрочного и других видов специального чугуна затраты на десульфурацию не имеют в данных условиях решающего значения.

Следует отметить, что в странах ЕС (а также в США, Японии и некоторых других странах) магнийсодержащая порошковая проволока широко используется с целью модифицирования и получения высокопрочного чугуна на многих литейных предприятиях, поэтому в ближайшие годы следует ожидать расширения применения такой технологии и в странах СНГ (соответственно, увеличения спроса на магнийсодержащую порошковую проволоку).

Технология внепечной десульфурации чугуна порошковыми проволоками чугуна не требует значительных капитальных и эксплуатационных затрат, обеспечивает высокую эффективность десульфурации, стабильность результатов в соответствии с требованиями массового производства, значительное снижение вредных выбросов и является вполне конкурентоспособным способом внепечной обработки металла, при этом в последние годы появились ряд новых технологий и видов проволоки, существенно повышающие экономическую привлекательность процесса [22]. Для металлургических предприятий СНГ в сложившихся экономических условиях применение порошковой проволоки при внепечной обработке металла создает возможности без значительных капитальных затрат решать задачи обеспечения требуемого качества металла, расширения сортамента и конкурентоспособности производимой продукции.

Библиографический список

  • 1. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В., Павлюченков И.А., Болотов В.Ю. Прецизионная обработка металлургических расплавов. – М.: Теплотехник, 2007. – 424 с.
  • 2. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В. Современное состояние технологии внепечной обработки стали порошковыми проволоками // Труды одиннадцатого конгресса сталеплавильщиков (г. Нижний Тагил, 3–8 октября 2010 г.). – Москва. – ОАО "Черметинформация".– 2011. – С. 297–303.
  • 3. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В. Особенности усвоения кальция из порошковой проволоки с комплексным наполнителем СК40 // Металл и литье Украины. – 2009. – № 1-2. – С. 20–23.
  • 4. Дюдкин Д. А., Бать С.Ю., Кисиленко В.В. // Патент України на винахід № 67016. Дріт для позапічної обробки металургійних розплавів. – Бюл. № 5. – 2005.
  • 5. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В. Эффективность процесса внепечной обработки стали кальцийсодержащими порошковыми проволоками с комбинированными наполнителями // Инновационные способы внепечной обработки чугуна и стали. Сборник научных трудов конференции (г. Донецк, 25–26 октября 2011 г.). – Донецк: ДонНТУ. – 2011. – С. 55–60.
  • 6. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В. // Патент України на корисну модель № 44822. Дріт для обробки рідких металів кальцієм. – Бюл. № 19. – 2009.
  • 7. Wouter K. Tiekink, Rob A. Kooter, Emiel Y. Bosma, Jan P. Brockhoff, Rainer Hackstein, Franck B.Villette. Improved Calcium Wire Properties Results in High Yields // Proceedings 5th European Oxygen Steelmaking Conference, April 26 – 28 June 2006, Aachen: EOSC, 2006. – pp 66 – 71.
  • 8. Кисиленко В.В., Дюдкин Д.А. // Патент України на корисну модель № 44819. Дріт для присадки кальцію у рідкий метал. – Бюл. № 19. – 2009.
  • 9. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В. Турунов Д.Н., Коваленко А.Г. Повышение эффективности использования металлического кальция при внепечной обработке стали // Труды одиннадцатого конгресса сталеплавильщиков (г. Нижний Тагил, 3–8 октября 2010 г.). – Москва. – ОАО "Черметинформация".– 2011. – С. 278–283.
  • 10. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В. // Патент України на корисну мо-дель № 52429. Дріт для позапічної обробки металургійних розплавів. – Бюл. № 21. – 2010.
  • 11. Горовой С.Е., Онищук В.П. // Патент України на винахід № 96470. Порощковий дріт для комплексної обробки рідкого металу. – Бюл. № 10. – 2011.
  • 12. Демин А.В., Маринцев С.Н. // Патент України на корисну модель № 70553. Порошковий дріт для присадки кальцію у металургійні розплави. – Бюл. № 11. – 2012.
  • 13. Кисиленко В.В., Дюдкин Д.А. // Патент України на корисну мо-дель № 77067. Дріт для комплексної обробки металургійних розплавів. – Бюл. № 2. – 2013.
  • 14. Переворочаев Н.М., Крикунов Б.П. Горовой С.Е., Онищук В.П. Технология модифицирования стали кальцием с использованием порошковой проволоки нового состава // Металл и литье Украины. – 2012. – № 9. – С. 10–15.
  • 15. Кисиленко В.В., Дюдкин Д.А., Левин Ю.С. Cравнение различных методов определения кальция в комплексном наполнителе порошковой проволоки // Инновационные способы внепечной обработки чугуна и стали. Сборник научных трудов конференции (г. Донецк, 25–26 октября 2011 г.). – Донецк: ДонНТУ. – 2011. – С. 158–163.
  • 16. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В. Влияние кальцийсодержащих материалов на износ огнеупоров при внепечной обработке и разливке стали // Металл и литье Украины. – 2012. – № 10. – С. 11–15.
  • 17. Карья Я., Невапи Х., Хицуен У. и др. Характеристика износа огнеупоров при разливке сталей, раскисленных кальцием // Металлургический завод и технология. 1994. – С. 24–28.
  • 18. Дерябин А.А., Могильный В.В., Годик Л.А. и др. Эффективность и механизм модифицирования рельсовой стали барием // Черная металлургия: Бюллетень научно-технической и экономической информации.- 2007.- Выпуск 6.- С. 43-46.
  • 19. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В., Рогаткин В.С. Некоторые особенности использования благородных ферросплавов для микролегирования стали при внепечной обработке расплава // Черная металлургия: Бюллетень научно-технической и экономической информации. – 2012. – Выпуск 2. – С. 46–49.
  • 20. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В., Рогаткин В.С. О влиянии некоторых физико-технических свойств материалов на качество порошковой проволоки и эффективность ее использования // Черная металлургия: Бюллетень научно-технической и экономической информации. – 2012. – Выпуск 1. – С. 46–48.
  • 21. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В. Смирнов А.Н. // Патент України на корисну модель № 74435. Дріт для позапічної обробки металургійних розплавів. – Бюл. № 20. – 2012.
  Доклад №16
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ