Технология производства в кислородно-конвертерном цехе ОАО "ММК" металла для получения анизотропной трансформаторной стали нитридным способом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.02, кандидат технических наук Носов, Алексей Дмитриевич

• Носов, Алексей Дмитриевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Носов, Алексей Дмитриевич

Введение.

1. Анализ мирового опыта производства трансформаторной стали.

1.1. Особенности процессов намагничивания материалов.

1.2. Физические основы магнитных свойств металлов и сплавов.

1.3. Влияние кристаллической ориентировки на магнитные свойства поликристаллических материалов.И

1.4. Роль внутренних напряжений и меры борьбы с ними.

1.5. Особенности ребровой и кубической текстуры трансформаторной стали.

1.6. Влияние химического состава на свойства трансформаторной стали.

1.7. Технологические схемы производства трансформаторной стали.

2. Технология выплавки трансформаторной стали в кислородных конвертерах ОАО "ММК"

2.1. Химический состав выплавляемого металла.

2.2. Разработка технологии конвертерной плавки.

3. Ковшевая обработка трансформаторной стали.

3.1. Обеспечение требуемого химического состава и содержания азота в трансформаторной стали.

3.2. Удаление водорода при вакуумировании трансформаторной стали.

4. Непрерывная разливка трансформаторной стали.

4.1. Освоение технологии разливки трансформаторной стали.

4.2. Шлакообразующие смеси для разливки трансформаторной стали.

4.3. Освоение серийной разливки трансформаторной стали.

4.4. Строение непрерывнолитого сляба из трансформаторной стали.

5. Промышленная реализация технологии производства анизотропной трансформаторной стали в ОАО "ММК".

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология производства в кислородно-конвертерном цехе ОАО "ММК" металла для получения анизотропной трансформаторной стали нитридным способом»

Электроэнергетика составляет важнейшую часть жизнедеятельности мирового сообщества. Выработка и преобразование электрической энергии являются основой современного технического прогресса. Одна из базовых отраслей промышленности - металлургия, особенно электрометаллургия, потребляет электрическую энергию в больших масштабах.

Разнообразие применения и массовость производства электрооборудования определяют потребность в магнитопроводящих материалах высокого качества и доступных для широкого использования. Распространенность и относительная простота изготовления железа в виде стали с разнообразными физико-механическими свойствами, в том числе и магнитными, побудило к изучению и использованию стали в качестве магнитопроводов в электротехнических изделиях. Ферромагнетизм - уже давно стало привычным понятием, а электротехнические стали - самым распространенным материалом электротехнической промышленности. Особенности магнитных свойств и стоимость электротехнических сталей определяют их широкую номенклатуру.

Ежегодно в мире производится 5-6 млн. т электротехнических сталей, из которых на долю анизотропной (трансформаторной) стали приходится 30 -35 %. На внешнем рынке существует устойчивый спрос на эту продукцию. В России также накоплен большой опыт производства и использования электротехнических сталей. Так же, как и в мировой практике, в нашей стране рост производства и потребления этих сталей определяется уровнем развития электроэнергетики.

В период реструктуризации российской экономики спрос на электротехнические стали на внутреннем рынке заметно снизился. Крупнейший производитель трансформаторной стали Верх-Исетский металлургический завод (ВИЗ) сократил производство до критического уровня, а его кооперация по производству горячекатаного подката с Челябинским металлургическим комбинатом практически прекратила свое существование (см. рисунок).

Годы

Динамика производства тонколистовой трансформаторной стали в ООО "ВИЗ-Сталь"

В это же время в ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" (ММК) осваивались производственные мощности кислородно-конвертерного цеха в комплексе с цехом горячей прокатки слябов ЛПЦ-10. Наращивание производства обуславливало поиск внутренних и внешних рынков сбыта продукции. В этих условиях совпали интересы ММК и ВИЗ. Кооперация ММК — ВИЗ поставила задачу восстановить уровень производства трансформаторной стали такого качества, которое удовлетворяло бы потребности не только внутреннего, но и внешнего рынков.

Для выполнения поставленной задачи необходимо было решить ряд научных и технических проблем. Во-первых, на базе углубленного изучения электромагнитных свойств трансформаторной стали и существующих технологических схем ее производства выбрать наилучший вариант технологии. Во-вторых, определить химический состав и разработать технологию выплавки стали в конвертерах большой вместимости, установить рациональные режимы ковшевой обработки стали и ее разливки на криволинейных машинах непрерывного литья заготовок. В-третьих, в комплексе технологического оборудования для горячей и холодной прокатки ММК - ВИЗ разработать технологические режимы текстурообразования, обеспечивающие мировой уровень потребительских свойств трансформаторной стали.

Металлургическая часть этой большой и многоплановой работы является объектом исследования данной диссертации.

Заключение диссертации по теме «Металлургия черных, цветных и редких металлов», Носов, Алексей Дмитриевич

выводы

1. Наилучшее сочетание качества трансформаторной стали и показателей ее производства достигается при использовании нитридной технологии получения трансформаторной ленты.

2. Для производства трансформаторной ленты по нитридной технологии следует выплавлять металл, содержащий 0,025-0,040 % С, 2,90-3,20 % Si, 0,15-0,30 %Мп, 0,40-0,55 % Си, 0,013-0,017 % А1 и 0,009-0,013 % N. Массовая доля серы, фосфора, хрома, никеля и титана не должна превышать 0,020, 0,025, 0,30, 0,30 и 0,007 % соответственно. Выплавка стали с таким содержанием элементов обеспечивает получение трансформаторной ленты, соответствующей требованиям мировых стандартов.

3. Применительно к условиям кислородно-конвертерного цеха ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" разработана технология выплавки, ковшевой обработки и непрерывной разливки анизотропной трансформаторной стали, которая включает следующие основные процессы:

- выплавку стали в кислородном конвертере вместимостью 400 т;

- легирование металла кремнием при сливе из конвертера в сталеразливочный ковш;

- дегазацию металла на установке циркуляционного вакуумирования;

- легирование азотом и доводку по химическому составу и температуре на одном из агрегатов ковшевой обработки;

- разливку стали на МНЛЗ с криволинейной технологической осью.

4. Выплавку трансформаторной стали в конвертерах вместимостью 350-400 т с продувкой кислородом сверху следует вести с промежуточным удалением части шлака после введения 85-90 % расчетного количества дутья. При сливе металла из конвертера содержание углерода не должно превышать 0,04%, а температура находиться в пределах 1660-1680 °С.

5. Легирование металла кремнием следует производить путем введения ферросилиция марки ФС-65 в сталеразливочный ковш при наполнении его на 1/5-1/4 часть высоты. Перед введением ферросилиция металл должен быть раскислен алюминием в количестве 500-700 г/т стали.

6. Повышенное содержание водорода в трансформаторной стали является одной из главных причин аварийных прорывов металла в процессе ее непрерывной разливки. Поэтому все ферросплавы, вводимые в металл, должны быть прокалены. После выпуска из конвертера металл следует наплавлять на вакуумную обработку. Коэффициент циркуляции металла при вакуумирова-нии должен быть не менее трех.

7. После вакуумной дегазации должно проводиться легирование металла азотом из расчета получения его содержания на уровне 0,009 %. Наилучшим способом введения азота в металл является добавка азотированного ферросилиция с порошковой проволокой или в кусковом виде. Допустимо введение азота путем продувки металла осушенным газом. Легирование металла азотом, а также корректировка содержания других элементов должны проводиться на агрегате доводки стали, установке усреднительной продувки или агрегате "печь-ковш".

8. Наиболее сложной технологической операцией при производстве трансформаторной стали является разливка ее на машинах непрерывного литья заготовок с криволинейной технологической осью. Для исключения аварийных прорывов в процессе разливки скорость вытягивания заготовок из кристаллизатора должна быть в пределах 0,4-0,5 м/мин, а температура металла в промежуточном ковше - 1520-1545 °С.

9. В результате освоения технологии выплавки, ковшевой обработки и непрерывной разливки трансформаторной стали в кислородно-конвертерном цехе ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" объем ее производства доведен до 200 тыс. т в год с экономическим эффектом 18 млн. руб.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Носов, Алексей Дмитриевич, 2005 год

1. Дубров Н.Ф., Лапкин Н.И. Электротехнические стали М.: Металлург-издат, 1963.-383 с.

2. Гудремон Э. Специальные стали. Перев. с нем.- М.: ГНТИ, 1959. Т1.— 952 с.

3. Goss N.P. New development in electrical strip steels characterized by fine grain structure approaching the properties of a single crystal TASM, 1935, VI, v. 23, №2, p. 511-544.

4. Технически чистое железо / Н.П. Жетвин, В.П. Тунков, М.А. Перцев и др.-М.: Металлургиздат. 1962 199 с.

5. Ванчиков В.А., Бочков Н.Г., Молотилов Б.В. Основы производства изотропных электротехнических сталей М.: Металлургия, 1985 — 272 с.

6. Walter J.L. Magnetic Properties of Cube Textured Transformer Sheet. Journal of Metals, 1958, v. 10, № 9, p.573.

7. Чуйко H.M., Мошкевич Е.И., Перевязко A.T., Галицкий Ю.П. Трансформаторная сталь.- М.: Металлургия, 1970 264 с.

8. Сера в электротехнических сталях /Молотилов Б.В., Петров А.К., Борев-ский В.М. и др. М.: Металлургия, 1973. - 176 с. Сера в электротехнических сталях /Молотилов Б.В., Петров А.К., Боревский В.М. и др.- М.: Металлургия, 1973 - 176 с.

9. Лившиц Б.Г., Новиков Ю.В. Структура и свойства текстурованных металлов и сплавов. Науч.тр. МГУ.- М.: Наука, 1969 С.56-61.

10. Яновская Т.Н. Влияние азота и серы на процессы рекристаллизации трансформаторной стали: Автореф. дис. канд. техн. наук М., 1970 — 24 с.

11. Синельников В.А., Иванов Б.С. Выплавка низкоуглеродистой электротехнической стали-М.: Металлургия, 1991.-144 с.

12. Франценюк И.В., Франценюк Л.И. Современные технологии производства металлопроката на Ново-Липецком металлургическом комбинате. — М.: ИКЦ "Академкнига", 2003.- 208 с.122

13. Тахаутдинов Р.С. Совершенствование технологии производства стали в высокопроизводительном кислородно — конветерном цехе в условиях реструктуризации экономики. Автореф. диссертации на соискание уч. степени докт. техн. наук Магнитогорск, 2003.— 42 с.

14. Разработка технологии и освоение производства электротехнических сталей в конвертерном цехе ОАО ММК /Тахаутдинов Р.С., Бодяев Ю.А., Носов А.Д. и др. // Труды Пятого конгресса сталеплавильщиков (Рыбница, 14-17 октября 1998 г.).-М., 1999.-С. 68-70.

15. Токарев А.В. Физико-химические особенности процессов производства конвертерной стали с низким и особонизким содержанием углерода и его влияние на технологию производства трансформаторной стали. Автореферат диссертации-Челябинск: ЧГТУ, 1991- 19 с.

16. Технология производства стали в современных конвертерных цехах / С.В. Колпаков, Р.В. Старов, В.В. Смоктий и др.- М.: Машиностроение, 1991.-464 с.

17. Разработка и освоение технологии выплавки релейной стали в кислородно-конвертерном цехе / Фролов В.И., Носов А.Д., Сборщик А.Д. и др. // Совершенствование технологии на ОАО «ММК». Сб. науч. тр. ЦЛК-Магнитогорск.- 1999-Вып. З.-С. 89-91.

18. Тахаутдинов Р.С. Производство стали в кислородно конвертерном цехе Магнитогорского металлургического комбината— Магнитогорск, 2001.-148 с.

19. Носов А.Д. Рафинирование металла при выплавке трансформаторной стали в 350-тонном конвертере // Вестник МГТУ. 2004. № 1 (5).— СЛ 2-13.

20. Выплавка стали с использованием шлакообразующих материалов, содержащих оксид магния / Степанова А.А., Сарычев А.В., Носов А.Д. и др. // Совершенствование технологии на ОАО «ММК». Сб. науч. тр. ЦЛК. Магнитогорск.- 2001.- Вып. 5.- С. 56-59.

21. Выплавка динамной стали в кислородных конвертерах с циркуляционным вакуумированием / Р. Вебер, Г. Шике, Г. Кицо и др. // Черные металлы.- 1972-№14 -С. 3-11.

22. Результаты освоения технологии вакуумирования стали на комбинированной установке / Р.С. Тахаутдинов, В.Ф. Коротких, Ю.А. Бодяев и др. // Труды пятого конгресса сталеплавильщиков М.: Черметинформа-ция, 1999.-С. 366-370.

23. У скова Е. и Клюев М. Зарубежный опыт выплавки ультранизкоугле-родистой стали // Национальная металлургия, № 3.- 2001 С. 67-70.

24. Лякишев Н. и Шалимов А. Развитие процессов циркуляционного вакуумирования // Национальная металлургия, № 5, 2002. С 66-70.

25. Опыт реконструкции КУВС в кислородно-конвертерном цехе ОАО "ММК'7 Р.С. Тахаутдинов, Ю.А. Бодяев, А.Д. Носов и др. // Сб.трудов ЦЖ. Магнитогорск, 2003. Вып. 7. С. 20-23.

26. О некоторых аспектах эксплуатации вакуумных установок ОАО "ММК" / А.Ф. Сарычев, В.Ф. Коротких, В.Н. Кунгурцев // Сталь.-2002.-№12-С. 11-15.

27. Сарычев А.Ф. Температурные условия работы устройства для продувки металла аргоном в сталеразливочном ковше // Сб.трудов ЦЛК. Магнитогорск, 1997. Вып. 1.-С. 74-80.

28. Технологические аспекты удаления водорода с использованием установки ковшевого вакуумирования стали / С.Д. Зинченко, М.Ф. Филатов, С.В. Ефимов и др.// Металлург. 2004. -№11. - С. 41-42.

29. Производство стали 08Ю с внепечным вакуумированием / Ю.В. Яковлев, А.Н. Морозов, В.Г. Антипин и др. // Черная металлургия: Бюл. инта "Черметинформация". 1976. - №7 — С. 39-41.

30. Внепечное вакуумирование стали / А.Н. Морозов, М.М. Стрекалов-ский, Г.И. Чернов, Я.Е. Кацнельсон. М.: Металлургия, 1975. - 288 с.

31. Исследование дегазации стали при электродуговой плавке и циркуляционном вакуумировании / А.Д. Чепурной, Б.И. Разинкин, А.Б. Церцек и др. // Современная электрометаллургия. 2004. - №3. - С. 46-49.

32. Опыт реконструкции комбинированной установки вакуумирования стали в конвертерном цехе / В.И. Фролов, Ю.А. Бодяев, О.А. Николаев и др. // Сталь. 2004. - №4. - С. 25-27.

33. Опыт освоения и перспективы развития непрерывной разливки стали в кислородно-конвертерном цехе ОАО "ММК"/ С.К. Носов, Р.С. Таха-утдинов, А.Д. Носов и др. // Черная металлургия. Бюл. НТИ — 1998.— №7.- С. 19-22.

34. Освоение и совершенствование технологии непрерывной разливки стали / Р.С. Тахаутдинов, В.Д. Киселев, А.В. Бояринцев и др. // Совершенствование технологии на ОАО "ММК". Сб. науч. трудов ЦЛК. Вып. 4. — Магнитогорск: Дом печати, 2000. С. 80 — 87.

35. Власов Н.Н., Корроль В.В., Радя B.C. Разливка чёрных металлов / Справочник. М.: Металлургия, 1987. - 272 с.

36. Поведение азота при выплавке кремнистых сталей / Б.С. Иванов, Ю.Е. Самардуков, В.А. Синельников и др. // Сталь- 1982- №12 — С. 49-51.

37. Гранулированные шлакообразующие смеси для непрерывной разливки стали / В.Ф. Маркин, В.П. Ногтев, В.В. Гречишный и др. // Сталь — 1997.- №3.-С. 22-23.

38. Патент 2100131 РФ. Способ получения гранулированной шлакообра-зующей смеси / В.П. Ногтев, Ю.М. Цикарев, С.К. Носов, В.Ф. Маркин (РФ)//БИ.-1997-№36.

39. Патент 2165822 РФ. Шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали / В.П. Ногтев, А.Ф. Сарычев, В.Ф. Маркин и др. (РФ) // БИМП 2001 -№12.

40. Производство гранулированных шлакообразующих смесей и некоторые аспекты их использования при непрерывной разливке стали / В.П. Ногтев, А.Ф. Сарычев, А.Д. Носов и др. // Черные металлы.— 2001.-№8,-С. 14-16.

41. Ногтев В.П., Юречко Д.В., Сатосин М.В. Сопоставление эффективности шлакообразующих смесей путем измерения силы трения в кристаллизаторе // Сталь.- 1999 №11- С. 25-26.

42. Лейтес А.В. Защита стали в процессе непрерывной разливки.- М.: Металлургия, 1984-200 с.

43. Шлакообразующая смесь для разливки трансформаторной стали / В.В. Гречишный, В.А. Моренко, А.Д. Носов, В.П. Ногтев // Совершенствование технологии на ОАО "ММК". Сб. науч. трудов ЦЛК. Вып. 1.-Магнитогорск: Дом печати, 1997 С. 94-96.

44. Смирнов А.А., Старцев В.А. Состав и свойства шлаков, применяемых при непрерывной разливке стали // Труды третьего конгресса сталеплавильщиков / АО "Черметинформация". Ассоциация сталеплавильщиков.-М.: 1996.-С. 360-362.

45. Комплекс базовых систем автоматизации "Кристаллизатор 2000". Итого года эксплуатации на ОАО ММК / В.Ф. Рашников, Р.С. Тахаут-динов, А.Д. Носов и др. // Черные металлы.- 2001 №10 - С. 12-16.

46. Комплекс базовых систем автоматизации "Кристаллизатор 2000". Итого года эксплуатации на ОАО ММК / В.Ф. Рашников, Р.С. Тахаут-динов, А.Д. Носов и др. // Черные металлы 2001 - №10.- С. 12-16.

47. Модернизация МНЛЗ с использованием автоматических измерительных и регулирующих систем / Р.С. Тахаутдинов, А.Д. Носов, С.В. Го-росткин и др. // Сталь 2002 - №1.- С. 25-28.

48. Возможности автоматического предупреждения о прорывах на выходе из кристаллизатора / С.М. Чумаков, Б.А. Делекторский, А.Н. Сорокин и др. // Сталь.- 1998- №5.- С. 22-26.

49. Чумаков С.М., Сорокин А.Н. Опыт использования акселерометриче-ской системы технологического контроля кристаллизатора // Сталь — 1996.-№6.-С. 17-19.

50. Столяров A.M., Буданов Б.А., Селиванов В.Н. Определение температуры ликвидуса трансформаторной стали // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия 2003 - №4 - С. 54-55.

51. Выбор способов разделения плавок сталей, разливаемых в одной серии / Д.В. Юречко, Д.В. Чебыкин, В.М. Корнеев и др. // Сталь 1999-№11.-С. 22-23.

52. Мартынов О.В. Физико-химические процессы и теплофизические условия при формировании слитков, отливаемых на УНРС // Непрерывная разливка стали М.: Металлургия, 1970- С. 7-19.

53. Окимори М., Окамура X., Цутида М. Разработка технологии скоростной разливки высококремнистой стали // Тэцу то хаганэ 1995 — Т. 1 .-С.43-45.

54. Носов А.Д. Производство анизотропной трансформаторной стали в кислородно-конвертерном цехе ММК // Вестник МГТУ. 2005. -№ 1 (5). - С.9-12.