Современные процессы рафинирования стали
  11 Особенности производства стали для холоднокатанного листа

Важную роль в промышленности занимает сталь, изделия из которой получают глубокой вытяжкой при обработке давлением без нагрева. Прежде всего это относится к предназначенному для холодной штамповки тонкому листу из низкоуглеродистой стали, который производят методом холодной прокатки. Такой металл широко применяется в автомобилестроении, строительстве, производстве бытовых приборов и других отраслях промышленной и сельскохозяйственной деятельности.

Главными требованиями к качеству листовой стали являются высокая пластичность, обеспечивающая возможность холодной прокатки и штамповки без образования разрывов, трещин и других дефектов, хорошая свариваемость и низкая стоимость. Кроме того, не допускается наличие на поверхности слитка или непрерывнолитой заготовки плен и неметаллических включений, которые, имея размеры, сопоставимые с толщиной листа, вызывают образование в нем дефектов.

Пластичность стали зависит прежде всего от ее состава. Пластические свойства металла определяются, главным образом, содержанием углерода, серы, цветных металлов и кремния. Значительное влияние на пластичность стали оказывают также неметаллические включения.

Наличие в стали углерода приводит к появлению в ее структуре перлита, в результате чего пластические свойства металла ухудшаются. Поэтому в стали, предназначенной для глубокой вытяжки, содержание углерода желательно иметь как можно ниже. С учетом возможной и экономически обоснованной глубины обезуглероживания металла для производства листа широко используют сталь, содержащую 0,03 – 0,05% С. При этом непрерывно увеличивается потребность в стали, содержащей 0,01 – 0,02% С. Это является одной из причин, в силу которых сталь для холоднокатаного листа целесообразно выплавлять в кислородных конвертерах, где провести глубокое окислительное рафинирование проще, чем в дуговых сталеплавильных печах.

Выплавка стали для глубокой вытяжки в кислородных конвертерах предпочтительна еще и потому, что к стали для тонкого холоднокатаного листа предъявляются повышенные требования по содержанию меди. Медь понижает пластические свойства стали и вызывает образование дефектов на листах холодной прокатки. При выплавке стали в дуговых сталеплавильных печах всю или большую часть металлической шихты обычно составляет стальной лом. Как правило, металлический лом загрязнен медью и другими цветными металлами, которые при окислительном рафинировании практически не удаляются.

Содержание меди в стали для холоднокатаного листа не должно превышать 0,06%. Амортизационный лом обычно содержит 0,1 – 0,6% меди, в связи с чем в зарубежной практике при выплавке в электропечах стали для строительных конструкций допускается содержание меди до 0,48%. По этой причине производство листовой стали в дуговых сталеплавильных печах возможно только при использовании в шихте 70 – 80% металлизованного сырья, объемы производства которого в Европе и странах СНГ не велики. При выплавке стали для холоднокатаного листа в кислородных конвертерах 75 – 80% металлической шихты составляет жидкий чугун, не содержащий большого количества цветных металлов.

Зависимость содержания меди в кислородно-конвертерной стали от доли амортизационного лома в общем расходе ломаОднако и при выплавке стали для листа в кислородных конвертерах получение требуемого содержания меди не вызывает трудностей только при использовании в шихте большого количества оборотного лома. Широкое использование амортизационного лома не позволяет получить требуемое содержание меди и при производстве стали в кислородных конвертерах. В качестве примера на рисунке 11.1 показаны результаты исследования изменения содержания меди в кислородно-конвертерной стали, выплавленной на шихте, содержащей 25% металлического лома, в зависимости от доли амортизационного лома в нем. Из рисунка видно, что по мере увеличения доли амортизационного лома содержание меди в стали растет. При этом значительно увеличивается диапазон изменения возможного содержания меди в стали в результате попадания в шихту вместе с амортизационным ломом деталей из меди и ее сплавов.

Рисунок 11.1 – Зависимость содержания меди в кислородно-конвертерной стали от доли амортизационного лома в общем расходе лома

Для снижения содержания меди и других цветных металлов в металлическом ломе зарубежные предприятия, наряду с резкой, сортировкой и прессованием, широко используют способ его подготовки, названный шредингованием. Шрединг-машина измельчает металлический лом. После этого лом подвергают магнитной сепарации, в ходе которой из него выделяют немагнитные цветные металлы. Такой способ подготовки лома позволяет понизить содержание меди в стали до допустимых значений.

Выше уже говорилось о том, что в настоящее время увеличиваются объемы производства холоднокатаного листа из стали с содержанием углерода 0,01 – 0,02%. Выплавка такого металла в кислородных конвертерах верхнего дутья сопровождается необоснованно высокими потерями железа. В связи с этим для его производства целесообразно использовать конвертеры комбинированного дутья, в которых одновременно с продувкой кислородом сверху через продувочные устройства в днище конвертера в металл вводят малоактивный газ с расходом 0,01 – 0,25 м3/(т•мин).

Режим подачи донного дутьяОбычно в течение большей части продолжительности продувки металла кислородом интенсивность подачи газа через днище невелика и составляет 0,02 – 0,05 м3/(т•мин). При выплавке низкоуглеродистых марок стали в заключительном периоде продувки (за 3 – 7 минут до ее окончания) интенсивность подачи газа увеличивают до 0,1 – 0,3 м3/(т•мин). При этом для понижения концентрации азота в металле для продувки используют аргон (рисунок 11.2).

Рисунок 11.2 – Режим подачи донного дутья: I – продувка кислородом; II – повалка, отбор проб; III – послепродувочное перемешивание; IV – выпуск стали

Увеличение интенсивности донного дутья частично компенсирует уменьшение объема оксида углерода, связанное с понижением скорости окисления углерода в заключительном периоде продувки, а также интенсифицирует обезуглероживание в результате понижения парциального давления оксида углерода во всплывающих в металле пузырьках. Это позволяет получать низкое содержание углерода в конце продувки (0,03 – 0,04%) без переокисления металла и шлака.

Для дальнейшего понижения концентрации углерода используют пере-мешивание, которое проводится после продувки ванны кислородом или совмещается во времени с ожиданием результатов анализа после отбора проб металла. Для послепродувочного перемешивания используют подачу аргона с интенсивностью 0,1 – 0,3 м3/(т•мин). Длительность перемешивания обычно составляет 2 – 6 минут, причем меньшие значения характерны для выплавки стали рядового сортамента, большие значения – для выплавки качественной низкоуглеродистой стали.

Низкое парциальное давление оксида углерода в поднимающихся в металле пузырях аргона способствует протеканию реакции

в направлении образования дополнительного количества СО. При этом концентрация кислорода в металле уменьшается по мере увеличения объема газа, подаваемого через днище конвертера.

Раскисление металла по реакции (11.1) способствует уменьшению количества оксидов железа в шлаке в результате поступления в металл дополнительного количества кислорода по реакции

При этом окисленность шлака понижается тем больше, чем выше расход газа, который подают через днище конвертера.

Результат одновременного протекания реакций (11.1) и (11.2) можно описать уравнением

Данная технология позволяет заканчивать продувку металла кислородом при содержании углерода выше требуемого и, продувая ванну инертным газом, понижать содержание углерода до необходимого уровня. За время послепродувочного перемешивания содержание углерода в металле дополнительно понижается на 0,01 – 0,015%, составляя в конце продувки 0,01 – 0,02%.

При послепродувочном перемешивании понижается температура металла (в 160-т конвертере на 3 – 4оС/мин), поэтому продувку кислородом необходимо заканчивать при более высокой температуре (на 15 – 20оС).

Необходимое содержание серы в стали обычно обеспечивается использованием внепечной десульфурации чугуна и выплавленной стали.

При выплавке в конвертерах комбинированного дутья низкоуглеродистой стали из чугуна с концентрацией фосфора < 0,3% получение в конце плавки требуемого содержания фосфора в обычно не вызывает трудностей. Однако, при попадании конвертерного шлака в ковш значительная рефосфорация металла наблюдается при раскислении и особенно при последующей обработке на УКП под шлаками с содержанием FeO < 1%. Поэтому необходимым условием получения низкого содержания фосфора в стали является максимально полное отделение конвертерного шлака от металла при сливе его в ковш.

Дополнительно понизить содержание фосфора в стали можно обработкой нераскисленного металла на выпуске смесью, содержащей 40 – 50% извести, 25 – 40% железной руды, 15 – 25% плавикового шпата. При расходе смеси 10 – 20 кг/т такая обработка позволяет понизить содержание фосфора в стали до 0,002 – 0,005 %. Однако, в этом случае перед обработкой на УКП требуется максимально полное скачивание окислительного шлака из сталеразливочного ковша или перелив металла в другой ковш.

При производстве листовой стали наличие в металле водорода обычно не приводит к появлению дефектов. Азот, образуя дисперсные нитриды, может вызывать ухудшение пластических свойств стали и ударной вязкости. Поступление азота в металл обычно наблюдается при содержании его в дутье > 0,3 – 1,0%. Поэтому для окислительного рафинирования рекомендуется применять кислород, содержащий < 0,1 % азота.

Широко применяемый в качестве раскислителя спокойной стали кремний ухудшает пластические свойства металла, вызывая образование дефектов при холодной обработке давлением. Поэтому ряд марок стали для производства тонкого листа раскисляют только алюминием, доводя его содержание в металле до 0,02 – 0,07%.

При глубоком раскислении алюминием без кремния оксидные неметаллические включения в стали представлены главным образом А12О3. Такие включения могут быть причиной появления в листах расслоений и других дефектов. Ввиду высокого межфазного натяжения на границе металл-включение включения А12О3 хорошо удаляются из металла при наличии перемешивания. Поэтому для их удаления рекомендуется внепечная обработка в вакууме или на УКП.

При производстве тонколистовой стали повышенные требования предъявляются к чистоте поверхности слитка или непрерывнолитой заготовки, так как при прокатке на тонкий лист дефекты поверхности, размеры которых соизмеримы с толщиной листа, вызывают образование в нем дефектов.

По этой причине для производства тонкого листа по технологии, которая предусматривает разливку металла в слитки, длительное время использовали кипящую сталь, отличающуюся от раскисленной кремнием и алюминием спокойной стали не только более высокой пластичностью, но и лучшим качеством поверхности. Однако, кипящая сталь склонна к старению. При глубоком раскислении стали в ковше алюминием склонность металла к старению устраняется, но одновременно ухудшается качество поверхности слитка. Хорошее качество поверхности непрерывнолитой заготовки достигается использованием внепечной обработки, существенно уменьшающей загрязненность стали неметаллическими включениями, и защиты струи металла от вторичного окисления.

  11 Особенности производства стали для холоднокатанного листа
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ