Современные процессы рафинирования стали
  12.2 Организация внепечной обработки и разливки IF-стали

Для производства IF-стали в кислородных конвертерах и дуговых сталеплавильных печах выплавляют полупродукт с содержанием углерода 0,03 – 0,06%. При этом металлическая шихта обычно состоит из передельного чугуна с содержанием серы 0,005 – 0,010% и оборотного металлического лома содержащего не более 0,015% S, а также не более 0,1% Cr, Ni и Cu. Прием лома в Екатеринбурге, а также иформация о расположении основных пунктов сбора представляет особую важность.

Обезуглероживание полупродукта проводят в агрегатах RH, RH-OB, RH-KTB, VD, VOD и VAD. При этом технология вакуумирования имеет ряд особенностей, обусловленных значительным понижением скорости обезуглероживания металла в заключительном периоде рафинирования.

При использовании агрегатов RH увеличение скорости обезуглероживания достигается за счет увеличения скорости циркуляции металла и площади поверхности раздела металл-газ внутри вакуумной камеры.

Изменение содержания углерода в металле при обработке на установке RH с различными расходами подаваемого в подводящий патрубок аргонаУвеличение скорости циркуляции расплава достигается путем увеличения расхода аргона, подаваемого в подводящий патрубок вакуумной камеры, и увеличением его диаметра. В качестве примера, подтверждающего эффективность этих мероприятий, на рисунке 12.1 показаны результаты исследования кинетики обезуглероживания металла на установке RH при работе с различными расходами подаваемого в подводящий патрубок аргона. На рисунке 12.2 приведены результаты исследования кинетики обезуглероживания металла на установке RH при использовании подводящих патрубков различного диаметра. Из рисунка видно, что увеличение диаметра подводящего патрубка с 600 до 780 мм привело к значительному росту скорости обезуглероживания (константа скорости в кинетическом уравнении реакции первого порядка относительно концентрации углерода в металле увеличилась с 0,218 до 0,254 мин–1).

Рисунок 12.1 – Изменение содержания углерода в металле при обработке на установке RH с различными расходами подаваемого в подводящий патрубок аргона

Изменение содержания углерода в металле при обработке на установке RH с подводящими патрубками разного диаметра

Рисунок 12.2 – Изменение содержания углерода в металле при обработке на установке RH с подводящими патрубками разного диаметра: 1 – 600 мм; 2 – 780 мм

Расположение фурм для вдувания аргона в придонной части вакуумной камеры установки RHЭффективным способом увеличения скорости обезуглероживания металла на установках RH является подача в вакуумную камеру дополнительного количества аргона через придонные фурмы (рисунок 12.3). Это подтверждается данными рисунка 12.4, на котором приведены сведения об изменении содержания углерода в металле при обработке на установке RH по обычной технологии с подачей в подводящий патрубок аргона в количестве 2,5 нм3/мин., а также при дополнительной подаче аргона в через боковые придонные фурмы с расходом 0,8 нм3/мин.

Рисунок 12.3 – Расположение фурм для вдувания аргона в придонной части вакуумной камеры установки RH

Имеются сведения о том, что на эффективность обезуглероживания металла на установках RH влияет также интенсивность образования настылей на стенках вакуумной камеры. На рисунке 12.5 приведены данные об изменении среднего за время разливки плавки содержании углерода в металле в промежуточном ковше до и после реконструкции установки, в ходе которой она была оборудована фурмой для продувки металла кислородом (технология RH-KTB). Наличие кислородной фурмы позволило организовать дожигание выделяющегося из металла СО до СО2 в рабочем пространстве вакуумной камеры. В результате этого повысилась температура футеровки камеры и уменьшилось количество образующихся на ней настылей.

Изменение содержания углерода в стали в процессе циркуляционного вакуумированияРисунок 12.4 – Изменение содержания углерода в стали в процессе циркуляционного вакуумирования: 1 – обычная технология; 2 – с продувкой аргоном через боковые придонные фурмы

Интенсивная продувка расплава аргоном используется для повышения скорости обезуглероживания и при вакуумировании металла в ковше.

В качестве примера рассмотрим технологию обезуглероживания IF-стали на установке VD-OB кислородно-конвертерного цеха ОАО «Северсталь». В кислородных конвертерах верхнего дуться выплавляют полупродукт, содержащий не более 0,05% углерода и не менее 0,06% кислорода. Такая окисленность металла при вакуумном обезуглероживании обеспечивает получение концентрации углерода не более 0,002% без дополнительной продувки кислородом. При температуре 1700 – 1730оС плавку массой до 330 т выпускают в ковш, оборудованный тремя щелевыми продувочными блоками. Во время выпуска проводят мероприятия, направленные на предотвращение попадания в ковш конвертерного шлака, шлакообразующие материалы в ковш не вводят, чтобы ослабить вспенивание шлака в процессе вакуумирования. Высота свободного борта ковша по окончанию выпуска составляет 1200 – 1300 мм.

Зависимость среднего за время разливки плавки содержания углерода в промежуточном ковше от номера плавки в серии при обезуглероживании IF-стали на установке RH

Рисунок 12.5 – Зависимость среднего за время разливки плавки содержания углерода в промежуточном ковше от номера плавки в серии при обезуглероживании IF-стали на установке RH: 1 – до реконструкции; 2 – после реконструкции

Ковш транспортируют на УДМ, где отбирают пробу металла для химического анализа, проводят замеры температуры и окисленности стали. После этого ковш транспортируют на установку вакуумирования стали.

Параметры обработки металла в вакууме поддерживают в следующих пределах (мин – макс (ср)):

Изменение содержания углерода в металле в ходе вакуумной обработкиВ этих условиях замедление обезуглероживания наблюдается при концентрации углерода около 0,005% (рисунок 12.6).

Рисунок 12.6 – Изменение содержания углерода в металле в ходе вакуумной обработки

При этом остаточное содержание углерода в металле определяется суммарным расходом аргона (рисунок 12.7).

Для получения металла с ультранизким содержанием углерода разработан также процесс VAD-PB (Powder Blowing – продувка порошком). Особенность этого процесса заключается в том, что в металл вдувают не газообразный кислород, а являющиеся источником кислорода дисперсные частицы железной руды (Fe2O3), на поверхности которых происходит зарождение образующихся при окислении углерода пузырьков СО. На этих частицах и в непосредственной близости от них возникает высокий окислительный потенциал, что, благодаря чрезвычайно большой поверхности частиц, вызывает интенсивное и глубокое обезуглероживание.

Зависимость остаточного содержания углерода в металле от расхода аргонаВ процессе VAD-PB ковш помещают в вакуумную камеру, давление в которой во время обработки поддерживают на уровне 13 – 50 Па. В днище ковша установлены пористые пробки для продувки металла аргоном. Порошок железной руды с расходом 0,4 – 0,7 кг/(т•мин) вдувают через фурму, торец которой расположен на высоте 600 мм над поверхностью металла, в потоке аргона.

Рисунок 12.7 – Зависимость остаточного содержания углерода в металле от расхода аргона

Сообщается, что при ультранизком содержании углерода продувка металла в вакууме порошком железной руды обеспечивает более быстрое и более глубокое обезуглероживание, чем продувка газообразным кислородом. В процессе VAD-PB содержание углерода в конце продувки понижается до 6•10–4%, тогда как в процессе VOD его не удается получить менее 10–3%.

В связи с малой эффективностью удаления азота при вакуумном обезуглероживании низкое содержание азота должно быть получено уже при выплавке полупродукта в конвертере. Основными факторами, определяющими содержание азота в металле на повалке конвертера, являются концентрация азота в технологическом кислороде и шихтовых материалах (ломе и чугуне).

Обычно максимальное содержание азота в ломе намного больше, чем в чугуне. Поэтому уменьшая долю лома в металлической шихте можно умень-шить количество азота в металле на выпуске. Эффективным приемом является также полная замена металлического лома твердым чугуном.

Однако наибольшее значение имеет чистота используемого для продувки металла в конвертере кислорода. Это особенно явно проявляется при содержании углерода в металле менее 0,03%, когда количество выделяющегося из ванны СО незначительно. Концентрация азота в дутье не более 0,01% позволяет получить в конвертере металл с содержанием азота 0,0015%. Наряду с получением ультранизкого содержания углерода и азота в металле не менее важной задачей при производстве IF-стали является сохранение низких концентраций этих элементов при выпуске, раскислении и разливке стали на МНЛЗ.

Увеличению содержания углерода в металле способствует поступление его из ферросплавов, футеровки ковша и шлакообразующих смесей, подаваемых в промежуточный ковш и кристаллизатор.

В условиях ОАО «Северсталь» металл раскисляют алюминием, после чего проводят микролегирование титаном и ниобием. При этом приращение содержания углерода за счет поступления его из ферросплавов обычно составляет 0,0003 – 0,0004%. Использование ферросплавов с содержанием углерода не более 0,1% позволяет уменьшить прирост содержания углерода до 0,0002%.

Количество углерода, переходящего в металл из футеровки ковша, определяется его содержанием в огнеупорах и интенсивностью их износа, зависящей от гидродинамического состояния системы, продолжительности контакта металла и шлака с огнеупорными материалами, а также химическим составом и температурой металла и шлака. В условиях ОАО «Северсталь» при содержании углерода в огнеупорах рабочего слоя и шлакового пояса ковша соответственно 2 и 5% количество поступающего в металл углерода составляет 0,0003 – 0,0004%. При увеличении содержания углерода в футеровке соответственно до 5 и 8% стойкость футеровки ковша выросла с 30 до 50 плавок без увеличения прироста содержания углерода в металле. Для уменьшения интенсивности износа футеровки ковша операции раскисления и легирования рекомендуется выполнять при умеренных расходах аргона (1 – 3 нл/(т•мин)). При непрерывной разливке стали возможно поступление углерода в металл из шлакообразующих смесей. Так, например, в кислородно-конвертерном цехе ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» для разливки на МНЛЗ подается сталь, содержащая не более 0,005% углерода. Однако, при использовании обычных шлакообразующих смесей с содержанием углерода 6 – 10% содержание углерода в металле за время разливки увеличивалось до 0,008 – 0,012%. При использовании шлакообразующих смесей с содержанием углерода не более 3% до 96% увеличилась доля плавок с приращением содержания углерода не более 0,001%. Причем на половине из них приращение содержания углерода вообще не наблюдалось.

В условиях ОАО «Северсталь» при использовании для защиты металла от вторичного окисления в промежуточном ковше и кристаллизаторе шлакообразующих смесей с содержанием углерода соответственно 0,3 и 2,0% содержание углерода в металле при разливке увеличивалось в среднем на 0,001% (из них 0,0007% в кристаллизаторе, остальное – в промежуточном ковше).

В условиях ОАО «Северсталь» при выпуске металла из конвертера приращение содержания азота может достигать 0,0007%. При работе с новым сталевыпускным отверстием, когда струя имеет меньшую площадь контакта с атмосферой, наблюдали уменьшение приращения содержания азота в металле.

sПри раскислении и легировании азот поступает в металл вместе с ферросплавами, в первую очередь с ферротитаном, содержащим около 0,3% азота, а также из атмосферного воздуха. Поэтому некоторому уменьшению приращения концентрации азота способствует проведение этих операций в вакууме.

В ходе разливки на МНЛЗ содержание азота в IF-стали увеличивается в среднем на 0,001%. Исследованиями установлено, что поглощение металлом азота является следствием подсоса его из атмосферы в местах стыковки сталеразливочного ковша и защитной трубы, а также промежуточного ковша и погружного стакана. Увеличения содержания азота непосредственно в промежуточном ковше не наблюдали, что свидетельствует об удовлетворительной защите зеркала металла. При этом основное приращение содержания азота (до 70% относительных) происходит при передаче металла из сталеразливочного ковша в промежуточный ковш.

  12.2 Организация внепечной обработки и разливки IF-стали
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ