Разработка и внедрение технологии внепечной обработки стали с применением карбида кальция в условиях ЭСПЦ ЧерМК ОАО "Северсталь" тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.02, кандидат технических наук Попов, Олег Владимирович

• Попов, Олег Владимирович
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Попов, Олег Владимирович

Введение

1. Состояние вопроса и задачи исследования

2. Методика проведения исследования

3. Анализ действующей технологии внепечной обработки стали предназначенной для производства толстолистового проката

3.1. Действующая технология производства стали для толстого листа

3.2. Статистический анализ влияния технологических параметров на качество толстолистового проката

3.3. Металлографические исследования металла, произведенного по исходной технологии

3.3.1 Исследование структуры дефектов металла

3.3.2. Исследование загрязнённости металла неметаллическими включениями и распределения включений по размеру и по 51 сечению сляба в стали, выплавленной по действующей технологии

4. Разработка технологии внепечной обработки в условиях ЭСПЦ ЧерМК ОАО «Северсталь»

4.1 Разработка технологии производства, обеспечивающей снижение содержания вредных цветных примесей.

4.2 Разработка технологии внепечной обработки с применением карбида кальция.

4.2.1 Определение требуемого количества карбида кальция

4.2.2 Проведение опытно-промышленных плавок с исключением вакуумной обработки и исследование качества металла

5. Экономическая эффективность процесса

6. Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и внедрение технологии внепечной обработки стали с применением карбида кальция в условиях ЭСПЦ ЧерМК ОАО "Северсталь"»

Одним из важнейших направлений развития металлургии черных металлов является повышение качества выпускаемой металлопродукции при одновременном снижении ее себестоимости. '

Решение данной проблемы определяется совершенствованием процесса производства стали на каждом этапе металлургического передела.

Многочленными исследованиями показано, что одним из основных факторов, определяющих конечные свойства металлопродукции, является количество, морфология и распределение неметаллических включений в стали.

Поэтому присутствие в стали нежелательных включений может нивелировать все усилия, затраченные на разработку ее состава и технологию производства.

Опыт показывает, что регулирование состава, морфологии, количества и распределения включений в стали является важным резервом гарантии свойств металлопродукции.

Современные металлоконструкции и их элементы часто подвержены сложным режимам эксплуатации с широким интервалом нестационарных температурно-скоростных и баромеханических воздействий. Надежность работы изделий в таких условиях существенно зависят от структурного состояния, в том числе от природы, количества и распределения неметаллических включений, эволюции пластического течении и микроразрушений, связанных с неметаллическими включениями.

Рациональное раскисление металла и шлака является важнейшей операцией сталеплавильного производства и непосредственно влияет на количество неметаллических включений и их свойства. Выбор типа раскислителя и технологии раскисления каждое металлургическое предприятие решает по-своему. В настоящее время широкое применение нашли различные металлические и неметаллические материалы, используемые для раскисления металла. К ним относятся традиционные -чушковый и порошкообразный алюминий, ферросплавы и нашедшие применение в последнее время отходы металлургических производств: шлаки алюминиевого, ванадиевого и абразивного производств, карбид кремния. 1

В настоящее время стало совершенно очевидным, что использование различных видов и приемов технологии внепечной обработки металлического расплава позволяет решать многие проблемы, в каждом конкретном производстве, в том числе:

- регулировать количество и состав неметаллических включений;

- снижать себестоимость стали за счет оптимизации металлургических переделов, применительно к конкретным условиям производства;

- обеспечить требуемое качество получаемой продукции.

Поэтому работы направленные на дальнейшее совершенствование приемов внепечной обработки в каждом конкретном производстве являются безусловно перспективными и актуальными. Предпосылкой для выбора приемов внепечной обработки должно быть комплексное исследование металла на различных этапах металлургического передела.

Такая проблема в полной мере обозначилась на ОАО "Северсталь" применительно к производству толстого листа ответственного назначения, сталь для которого выплавляется в сверхмощной шахтной электропечи нового типа и разливается на слябовой УНРС вертикального типа. Побудительными причинами были, с одной стороны, не устранявшиеся при существующей технологии некоторые дефекты готового листа и, с другой стороны, возникшая по производственной необходимости ситуация, при которой приходилось отказаться от вакуумной обработки значительной части металла перед разливкой и разработать взамен новые приемы внепечной обработки.

Результатом проведенных работ явилось формирование достаточно четких представлений о природе имевшихся дефектов толстого листа и возможных путях их устранения и, в конечном итоге, разработка и внедрение новой технологии внепечной обработки при его производстве.

Заключение диссертации по теме «Металлургия черных, цветных и редких металлов», Попов, Олег Владимирович

ВЫВОДЫ

1. Впервые выявлена природа и источники образования дефектов в низколегированной толстолистовой стали, выплавляемой в сверхмощных электропечах нового типа.

2. Разработана и внедрена комплексная технология производства этой стали, обеспечивающая содержание неметаллических включений не более 0,001 объемных процентов, КАНВов не более 3 баллов и получение оптимального отношения СаО / А12Оз ~ 1 в составе неметаллических включений.

3. Статистическим анализом определено влияние содержания цинка, олова, свинца на качество металлопродукции и выявлена зависимость между трещиночувствительностью стали и содержанием этих элементов. Для получения качественного проката в зависимости от легирования требуется следующее содержание элементов:

- для низколегированных марок:

Ъъ< 0,010%, РЬ < 0,010 %, Бп< 0,010 %, гп+РЬ+8п< 0,030%,

- для среднелегированных марок:

Ъ\\ <0,017%, РЬ:<0,010%, Бп <0,015%, гп+РЬ+Бп <0,030%.

4. Проведено всестороннее комплексное металлографическое исследование неметаллических включений.

5. Выявлены параметры влияния неметаллических включений и технологии производства стали на качество металлопродукции, в том числе, показана взаимосвязь между морфологией неметаллических включений и качеством готового проката.

6. Разработаны, обоснованы и внедрены новые технологии микролегирования стали медью и диффузионного раскисления ее карбидом кальция в установке печь-ковш.

7. Научно обоснована возможность диффузионного раскисления карбидом кальция в установке печь-ковш и определение его необходимого количества.

8. Внедренная комплексная технология производства стали полностью обеспечивает показатели металлопродукции в соответствии с нормативно-технической документацией.

9. Промышленное внедрение комплексной технологии получения непрерывнолитых слябов для производства толстолистового проката обеспечило экономический эффект в размере 18,14 млн. рублей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Попов, Олег Владимирович, 2008 год

1. Поволоцкий Д.Я., Кудрин В.А., Вишкарев А.Ф. и др. Внепечная обработка стали: Учеб. для вузов по направлению "Металлургия" и спец. "Металлургия черных металлов". М.: МИСИС, 1995, 255с.: ил.

2. Самарин А.М. Физико-химические основы раскисления стали. М.: Академия наук СССР, 1956.

3. Аверин В.В., Самарин A.M. Изв. АН СССР. Металлургия и топливо, 1961, №5.

4. Под ред. Агеева Н.В. Процессы раскисления и образования неметаллических включений в стали. М.: Наука, 1977.

5. Лукашевич-Дуванова Ю.Т. Шлаковые включения в железе и стали. М.: Металлургиздат, 1952, 320с.

6. Клячко Ю.А. и др. Анализ газов и включений в стали. М.: Металлургиздат, 1953, 217с.

7. Червяков А.Н. и др. Металлографическое определение включений в стали. М.: Металлургиздат, 1962, 274с.

8. Литвинова Т.И., Пирожкова В.П., Петров А.К. Петрография неметаллических включений. М.: Металлургия, 1972, 172с.

9. Масленников С.Б. Применение микрорентгеноспектрального анализа. М.: Металлургия, 1968, 109с.

10. Виноград М.И. Включения в стали и ее свойства. М.: Металлургия, 1963,254с.

11. Scamarda A., Maccio G. Effect of calcium in Al-Ca killed «clean» steels // 7 European Electric Steelmaking Conference // Milano, 2002, VoL2, P. 101-110.

12. B.B. Климанчук и др. Внепечная обработка стали-этапы развития. // Металлургическая и горноруд. пром., №3,2003, 48-52с.

13. Лузгин В.П., Явойский В.И. Газы в стали и качество металла. М.: Металлургия, 1983, 169с.

14. Явойский В.И., Лузгин В.П., Вишкарев А.Ф. Окисленность стали и методы ее контроля. М.: Металлургия, 1970, 288с.

15. Мясников В.В., Страхов В.М., Шнетер О.Н. и др. Внепечная обработка стали на установке «печь-ковш» // Бюл. «Черная металлургия», 1981, Вып.З, 46-48с.

16. Поволоцкий Д.Я., Кудрин В.А., Вишкарев А.Ф. Внепечная обработка стали. М.: МИСИС, 1995, 256с.

17. Явойский В.И., Блюзников С.А.,Вишкарев А.Ф.Включения и газы в стали. М.'.Металлургия, 1979, 272с.

18. Явойский В.И., Окенко А.П, Неметаллические включения и свойства. М.: Металлургия, 1980, 176с.

19. Губенко С.И. Трансформация неметаллических включений в стали. М.: Металлургия, 1991,225с.

20. Явойский В.И., Близнюков С.А., Горохов Л.С., Вишкарев А.Ф. Рафинирование и кристаллизация стали. М.: Наука, ч.1, 1974, 1-15с.

21. В.А.Григорян, Л.Н.Белянчиков, А.Я.Стомахин. Теоретические основы электросталеплавильных процессов. М.: Металлургия, 1987, 272с.

22. Шульте Ю.А. Неметаллические включения в электростали. М.: Металлургия, 1964,207с.

23. Виноград М.И., Громова Г.П. Включения в легированных сталях и сплавах. М.: Металлургия, 1972, 214с.

24. Кислинг Р., Ланге Н. Неметаллические включения в стали: Пер. с англ. М.: Металлургия, 1968, 123с.

25. Нарита Н. Кристаллическая структура неметаллических включений в стали: Пер. с яп. М.: Металлургия, 1969, 191с.

26. Литвинова Т.П., Пирожкова В.П., Петров А.К. Петрография неметаллических включений. М.: Металлургия, 1972, 184с.

27. Шпис Х.И. Поведение неметаллических включений в стали при кристаллизации и деформации: Пер. с нем. М.: Металлургия, 1971, 126с.

28. Еднерал Ф.П. Производство стали в электропечах. М.: Металлургия, 1969. 348 с.

29. Бигеев A.M., Бигеев В.А. Металлургия стали. Магнитогорск: МГТУ, 2000, 544с.

30. Явойский В.И., Рубенчик Ю.И., Окенко А.П. Неметаллические включения и свойства стали. М.: Металлургия, 1980, 176с.

31. Григорян В.А., Алеев P.A., Белянчиков JI.H, Буцкий Е.В., Стомахин А .Я., Уточкин Ю.А., Романов JI.M. Расчеты по кинетике металлургических процессов и поверхностным явлениям. М.: МИСИС, 1975, 143с.

32. Трубин К.Г., Ойкс Г.Н. Металлургия стали. М.: Металлургия, 1970, 621с.

33. Поволоцкий Д.Я. Раскисление стали. М.: Металлургия, 1972, 207с.

34. Стоянов А.Н. Ковшевая обработка стали на предприятиях отрасли // Металлургическая и горноруд. пром., №3, 2003, с.28-30.

35. Гизатулин P.A. и др. Комплексная обработка электростали кальцием, алюминием и титаном в ковше // Электрометаллургия, 2005, №11, 18-20с.

36. Кудрин В.А. Теория и технология производства стали: Учебник для вузов. М.: Мир; ACT, 2003, 528с.: ил. Библиогр., 507с.

37. Кац Я.Л. Внепечное рафинирование и микролегирование стали — реальный путь повышения эффективности сталеплавильного производства // И.П.Бардин и металлургическая наука. М.: Металлургиздат, 2003, 70-87с.

38. Кац Я.Л. и др. Внепечное рафинирование и микролегирование стали — реальный путь повышения эффективности сталеплавильного производства // Ресурсы. Технологии. Экономика, 2005, №10, 27-35с.

39. Виноградов C.B. Эффективность различных способов раскисления стали при внепечной обработке // Электрометаллургия, 2004, №6, 21-23 с.

40. Цгркин В.Н. Показатели успешности использования способов внепечной обработки // Металлургия машиностроения, 2004, №3, 10-14с.

41. Кудрин В.А. Внепечная обработка чугуна и стали. М.: Металлургия, 1992, 336с.: ил.

42. Каблуковский А.Ф., Камалов А.Р., Вяткин Ю.Ф., Самойлов П.Г. Основные направления развития внепечной обработки металла. М.: Черметинформация, 1985, 26с.: ил.

43. Соколов Г.А. Внепечное рафинирование стали. М.: Металлургия, 1977, 206с.: ил.

44. Храпко С.А. и др. Оптимизация управления процессами раскисления, легирования и доводки стали //Сталь, 2005, №1, 13-17с.

45. Пименов А.Ф. и др. Влияние фракционного состава раскислителя на качество стали//Технология металлов, 2005, №3, 37-38с.

46. Голубцов В.А. и др. Происхождение неметаллических включений и пути снижения загрязненности ими металла//Металлург, 2005, №4, 73-77с.

47. Явойский В.И., Явойский A.B. Научные основы современных процессов производства стали. М.: Металлургия, 1987, 183с.

48. Шелгаев Ю.Н. и др. Технология раскисления электростали при использовании агрегатов внепечного рафинирования // Электрометаллургия, 2005, №7, 21-25с.

49. Шахпазов Е.Х., Зайцев А.И., Зинченко С.Д., Родионова И.Г., Ефимов C.B., Шапошников Н.Г. и др. К проблеме неметаллических включений в стали // Бюллетень НТИ. Черная металлургия, 2006, №6, 43-47с.

50. Ойкс Г.Н., Степанов A.B., Мелехов П.И. и др. Обработка металлов инертными газами. М.: Металлургия, 1969, 112с.

51. Хуснояров К.Б., Власов Н.И. // Науч. тр. НИИМ. М.: Металлургия, 1972, №16, 11-18с.

52. Еланский Г.Н., Кудрин В.А., Агеев Е.Е., Бабич В.К. // Изв. вузов, Черная металлургия, 1974, №5, 44-48с.

53. Шалимов А.Г.Анализ эффективности перемешивания металла в ковше на основе новых шведских разработок // Сталь, 2004, №1, 25-30с.

54. Хлопонин В.Н. и др. Способы APS и DPS интенсификации продувки жидкой стали газами во внепечных агрегатах // Металлург, 2004, №2, 29-31с.

55. Хлопонин В.Н. и др. Новые процессы продувки жидкой стали в установках вторичной металлургии // Черные металлы, 2004, №12, 18-22с.

56. Овсянников В.Г. и др. Освоение донной продувки металла аргоном в сталеразливочных ковшах ОАО ММК // Новые огнеупоры, 2004, №4, 103-106с.

57. Ефименко С.П., Пилюшенко B.JI., Смирнов А.Н. и др. Пульсационное перемешивание металлургических расплавов, М.: Металлургия, 1989, 167с.: ил.

58. Каблуковский А.Ф. и др. Рафинирование стали инертным газом, М.: Металлургия, 1975, 231с.: ил.

59. Гизатулин P.A. и др. Моделирование гидродинамики расплава в ковше при комбинированной продувке через верхнюю фурму и газопроницаемую вставку // Изв. вузов, Черная металлургия, 2004, №12, 9-12с.

60. Явойский A.B. и др. Применение пульсирующей подачи газа в процессах внепечной обработки стали // Электрометаллургия, 2005, №11, 20-27с.

61. Дегай A.C. и др. Обработка стали в ковше инертным газом // Металлургическая теплотехника: история, современное состояние, будущее. К столетию со дня рождения М.А.Глинкова, М., 2006, 264-268с.

62. Чичко А.Н. и др. Численное моделирование гидродинамики перемешивания сталей в промышленном ковше при различных временных режимах подачи аргона // Литье и металлургия, 2005, №4, 28-31с.

63. Старов Р.В., Деревянченко И.В. и др. Изменения химического состава неметаллических включений на всех этапах производства стали // Сталь, 2005, №1, 79-82с.

64. Приходько Э.В. Моделирование структуры при использовании связи между составом и свойствами оксидных расплавов // Изв. АН СССР, Неорганические материалы, 1980, т.16, №5, 900-906с.

65. Кнюппель Г. Раскисление и вакуумная обработка стали. Кн. 2. Основы и технология ковшовой металлургии // Пер. с нем. Г.Н. Еланского, М.: Металлургия, 1984, 413с.: ил.

66. Мчедлишвили В. А., Самарин A.M. Физико-химические основы производства стали. М.: Изд. АН СССР, 1964, 267с.

67. Доброхотов H.H. // Изв. вузов. М.: Металлургия, 1959, №10, 23с.

68. Реформаторская И.И., Родионова И.Г., Бейлин Ю.А. и др. Роль неметаллических включений и микроструктуры в процессе локализации коррозии углеродистых и низколегированных сталей // Защита металлов, 2004, т.40, №5, 498-504с.

69. Роль неметаллических включений при коррозии трубных сталей в нефтепромысловых средах // Реформаторская И.И., Бейлин Ю.А., Нисельсон JL, Родионова И.Г. // Научно-технический вестник, ЮКОС, 2003, №8, 3-бс.

70. Родионова И.Г., Бакланова О.Н., Зайцев А.И. О роли неметаллических включений в ускорении процессов локальной коррозии нефтепромысловых трубопроводов из углеродистых и низколегированных сталей // Металлы, 2004, №5, 13-18с.

71. Zaitsev A.I., Rorolyov N.V., Mogutnov В.М. // Journal of the Chemical Thermodynamics, 1990, V.22, P.531-543

72. Атлас шлаков // Пер. с нем., M.: Металлургия, 1985, 208с.

73. Гудремон Э. Специальные стали, М.: Металлургиздат, 1960.

74. Journal of the Chemical Society Faraday Transaction // Zaitsev A.I., Litvina A.D. Lyakishev N.P., Mogutnov B.M., 1997, V.93, №17, P.3089-3098.

75. Ohta H., Suito H. Metals and Materials Transaction, 1997, Y.28B, P.1131-1139.

76. Казаков C.B. и др. Влияние внепечной обработки на количество неметаллических включений в стали // Бюллетень НТИ, Черная металлургия, 2006, № 10, 37-40с.

77. Пеликани Ф., Бюран Б., Гессье А. Основы обработки стали кальцием и состояние усвоенного ею кальция. В сб. «Обработка стали кальцием» / под ред. Б.И. Медовара, 1999.

78. Шульте Ю.А. Электрометаллургия стального литья, М.: Металлургия, 1987, 169с.

79. Гудим Ю.А. Причины загрязнения металла сложными оксидными кальцийсодержащими включениями и способы получения чистой стали // Электрометаллургия, 1999, №12, 2-8с.

80. Пилюшенко B.JL, Смирнов А.Н., Еронысо С.П. Способы вдувания газа при внепечной обработке стали // Черные металлы, бюл. института «Черметинформация», 1988, Вып.20, 2-1 Зс.

81. Дюдкин Д.А. и др. Внепечная обработка расплава порошковыми проволоками, Донецк : Юго-Восток, 2002, 296с.: ил. Библиогр.: 271-292с.

82. Дюдкин Д.А. Влияние кальция на качество трубной стали // Электрометаллургия, 2003, №10, 42-45с.

83. Дюдкин Д. А., Гринберг С.Е. Технология обработки стали и конструкции агрегатов ковш-печь // Бюллетень НТИ. Черная металлургия, 2005, №4, ЗЗ-Збс.

84. Бать С.Ю. и др. Развитие технологии внепечной обработки стали порошковыми проволоками на РУП "БМЗ" // Литье и металлургия, 2004, №3, 68-69с.

85. Пишикин B.C. и др. Освоение технологии рафинирования стали порошкообразными материалами на агрегате "ковш-печь" // Литье и металлургия, 2005, №2, 4.2, 25-27с.

86. Шахназаров Е.Х. и др. К проблеме физико-химического прогнозирования типа неметаллических включений. Комплексное раскисление стали алюминием и кальцием // Металлы, 2006, №2, 3-13с.

87. Каблуковский А.Ф., Зинченко С.Д., Никулин А.Н., Ламухин A.M., Филатов М.В., Молчанов O.E., Стрелецкий В.В., Ябуров С.И. Впепечнаяобработка стали порошковой проволокой, М.: Металлургиздат, 2006, 279с.: ил. Библиогр.: 276-279с.

88. Чичко А.Н. и др. Моделирование гидродинамического перемешивания и растворения проволоки в ковше // Металлургия машиностроения, 2005, №5, 6-10с.

89. Лозовая Е.Ю. и др. Плавление силикокалыщя, вводимого в жидкую сталь различными способами // Сталь, 2005, №12, 21-23с.

90. Ровнушкин В.А. и др. Влияние фракционного состава силикокальция на усвоение кальция из порошковой проволоки // Сталь, 2005, №6, 64-65с.

91. Мельник С., Бородецкий И., Носоченко О. и др. Исследование влияния способов внепечной обработки на загрязненность стали неметаллическими включениями // Сталь, 1996, №9, 35-37с.

92. Гершгорн М.А. и др. // Сталь, 1961, №5.

93. Свяжин A.A., Крупнее Э., Свяжин А.Г. Применение карбида кальция при выплавке низкоуглеродистой стали // Металлург, 2004, №11, 43-45с.

94. Кузнецов Л.А. Производство карбида кальция, М.,1950.

95. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев A.M. Общая металлургия. М.: Академкнига, 2002, 168с.

96. ГОСТ 1460-81. Карбид кальция. Технические условия, 1982, 18с.

97. Явойский В.И. Теория процессов производства стали. М.: Металлургия, 1967, 169с.

98. Шмрга Л.Затвердевание и кристаллизация стальных слитков. М.: Металлургия, 1985, 342с.

99. Смирнов А.Н., Пилюшенко В.Л., Редько Г.А. Оценка эффекта роста частиц твердой фазы в переохлажденном расплаве на процессы формирования слитков //Процессы литья, 1999, №2, 14-20с.

100. Симе К., Форгенг В. Неметаллические включения // Производство стали в электропечах. Сб. статей. М.: Металлургия, 1965, 349-374с.

101. Малиночка Я.П., Федорова И.П., Павлова С.А. и др. // Сталь, 1972, №4, 345-349с.

102. Вейник А.И. Термодинамика литейной формы. М.: Металлургия, 1968, 6-73 с.

103. Куманин И.Б., Матвиенко JI.T. // Изв вузов. М.: Металлургия, 1966, №7,170с.

104. Пономаренко А.Г. ЖКФ, 1974, т.48, №7, 1668-1671с.

105. Кожеуров В.А. Термодинамика металлургических шлаков. Свердловск: Металлургиздат, 1955, 163 с.

106. Е.Х.Шахпазов, А.И.Зайцев, Н.Г.Шапошников, И.Г.Родионова, Н.А.Рыбкин. К проблеме физико-химического прогнозирования типа неметаллических включений. Комплексное раскисление стали алюминием и кальцием. // Металлы, 2006, №2, 3-13с.

107. Г.Г.Михайлов. Термодинамические принципы оптимизации процессов раскисления стали и модифицирования неметаллических включений: Дис. докт. техн. наук, Челябинск, 1985.

108. Miyashita Y., Nishikawa К. The deoxidation of liquid iron with calcium // Tetsuto Hagane, 1971,V.57, №13, P.1969-1975.

109. Gustaffson S.,Mellberg P.O. On the free energy interaction between some strong deoxidizers, especially calcium and oxygen in liquid iron // Scand. J. Met, 1980, №9, P.l 11-116.

110. SeoJ.D., KimS.H. // Bull. Ко. Inst. Met. Mater (Korea), 1999, V.l2, P.402-410.

111. Ototani Т., Kataura J., Degawa T. Deoxidation of liquid iron and its alloys by calcium contained in lime crucible // Trans. ISIJ, 1976, V.l6, P.275-282.

112. Han Q.,Zhang X., Chen D., Wang P. The calcium-phosphorus and simultaneous calcium-oxigen and calcium-sulfur equilibria in liquid iron // Met. Trans., 1988, Y.19B, P.617-622.

113. Ozawa M. The japan society for the promotion of science // 19th Committee paper no 987, Tokyo: Iron Steel Institute Jap., 1975, P.623.

114. Fujiwara H., Tano M., Yamamoto K., Ichise E.Solubility and activity of calcium in molten iron in equilibrium with lime and thermodynamics of calcium containing iron melts // ISIJ Int., 1996, V.35, №9, P. 1063-1071.