Реконструкція електросталеплавильного цеху ТОВ "Електросталь" з метою збільшення продуктивності до 1 мільйона тонн і підвищення якост

Рисунок 4.1 – Залежність lg [N] від елементів, що містяться в сталі 12ГС в концентраціях менше 0,10%

 

      На наступній діаграмі (рисунок 5.2) описана залежність lg [N] від елементів, що містяться в залозі в концентраціях більше 0,10% і мають можливість у більш значній мірі вплинути на розчинність азоту. Розчинності азоту в значній мірі сприяють хром і марганець, відповідно необхідно виключити їх введення в ківш під час випуску плавки. Вуглець і кремній (особливо вуглець) здатні своєю присутністю знизити азотування металу. Але при виплавці сталей з не високим вмістом вуглецю впливе на розчинність азоту незначний.

      Введення феросиліцію в ківш на початку зливу металу (після наливу перших 5 - 10т металу лотком або по тракту подачі феросплавів порціями під струмінь) дозволить різко знизити розчинність азоту. Склад шлакоутворюючих повинен забезпечувати їх легкоплавкість і високу рідкорухливість. Це пов'язано з тим, що рідко рухливий шлак легко розтікається по поверхні металу, не дозволяючи йому оголятися, а також з тим, що рідко рухливий шлак має високу газопроникність, легко пропускає крізь себе назовні повітря ежектіруемий струменем металу.

 

Рисунок 4.2 – Залежність lg [N] від елементів, що містяться в сталі 12ГС в концентраціях більш 0,10%

 

      Таким чином, для запобігання азотаціі розплаву в процесі випуску необхідне виконання наступних умов:

• випуск плавки виробляти компактним струменем;
• спочатку випуску плавки після сходу (або під час сходу) від 5 до 10 т металу в ківш вводиться ФС65, у кількості, що забезпечить одержання середньомарочного значення кремнію в сталі;
• на початку випуску плавки (після сходу від 5 до 10 т металу) в ківш вводити від 450 до 600 кг вапна і від 150 до 250 кг плавикового шпату;
• присадку алюмінію і феросплавів проводити після випуску близько 70 т металу або на агрегатах позапічної обробки сталі.

 
 

     4.1.2 Азотація при позапічній обробці сталі на установці ківш-піч

 

      Приріст масової частки азоту в процесі  обробки металу на установці «ківш - піч» (УКП) залежить в першу чергу  від масової частки азоту в  сталі перед обробкою. Так, при  вмісті азоту перед обробкою 0,008% азотація розплаву становить від 0,00 до 0,001%, в той час як при утриманні азоту від 0,005 до 0,006 азотація розплаву становить від 0,003 до 0,004% .

 

      Для запобігання азотаціі розплаву в процесі обробки на УКП необхідне виконання наступних умов:

• швидке наведення шлаку в кількості, що забезпечує повну екранівку електродуги;
• мати максимально можливу інтенсивність продувки металу аргоном.
• в якості додаткових технічних заходів необхідно провести реконструкцію УКП, мета якої полягає в ущільненні зазору між ковшом і склепінням УКП. Це дозволить виключити підсмоктування повітря і буде сприяти створенню нейтральної атмосфери в робочому просторі.

 

     4.1.3 Деазотація сталі при вакуумування

 

      Зниження вмісту азоту при вакуумуванні відбувається в результаті:

• спливання нітридних неметалічних включень (в сталях і сплавах при вмісту в них нітрідоутворюючих елементів);
• виділення бульбашок азоту, що зароджуються в ванні (в разі високого вмісту азоту в металі, при якому створюються умови, необхідні для подолання сил поверхневого натягу і феростатичного тиску) на поверхні футерівки або на неметалічних включеннях;
• десорбції газу з відкритою (або відкривається при перемішуванні) поверхнею, до якої атоми газу переміщуються внаслідок дифузії або конвекції;
• десорбції газу з поверхні бульбашок СО і видалення з ванни разом з цими бульбашками;
• десорбції газу з поверхні бульбашок всередину міхура в разі продувки металу аргоном.

 

     4.1.4 Використання порошкового дроту

 

      З різноманіття існуючих технологічних  процесів ковшевої металургії (вакуумування, рафінування газами, шлаками та інщі) досить ефективним є процес позапічної обробки сталі використання порошкового дроту (ПД), який не вимагає складного обладнання, додаткових виробничих площ і значних капіталовкладень.

      В даний час випускають за розробленими технічними умовами дріт з наступними наповнювачами: сілікокальцій, алюмокальцій, магній, магній з кальцієм, кальцій, графіт, титан, сірчаний колчедан та ін. Крім відомих, створені нові види наповнювачів порошкового дроту з оксидів ніобію або ванадію з відновниками, що дозволяють здійснювати пряме мікролегування сталі ніобієм або ванадієм в процесі позапічної обробки. Часткова заміна феросплавів на оксидно-відновлювальні суміші наповнювачів ПД забезпечує зниження енергетичних і матеріальних витрат у виробництві.

      Найбільшого поширення отримала обробка сталі  ПД з кальцій місткими наповнювачами  для модифікування, десульфурації  і поліпшення разливки сталі, підвищення її механічних властивостей і оброблюваності на верстатах.

      Ефективність  використання кальцію при обробці металу для десульфурації кальціймісткої ПД вище, ніж при продувці порошком SiCa в 1,5 - 2,0 рази . Меньша витрата кальцію при використанні порошкового дроту дозволяє отримати великий ступінь десульфурації, ніж при продувці порошком силікокальцію.

      Комбінована технологія обробки металу порошком силікокальцію і CaAl ПД помітно підвищує ступінь десульфурації рекомендована  для отримання (за необхідності) сталі  зі зниженим вмістом сірки (менше 0,006%) .

 

     4.1.5 Рафінування металу порошкоподібними матеріалами

 

      Одним з ефективних способів, що забезпечують високу поверхню взаємодії  метал - шлак, є вдування в рідкий метал  порошкоподібних матеріалів.

      Взаємодія металу зі шлаковою фазою при вдмухуванні  легкоплавких шлакових сумішей включає  наступні стадії:

      проникнення газопорошкового струменя в метал, під час якого відбувається розплавлення порошкової суміші і формування первинних  шлакових крапель; спливання шлакових крапель з металу на його поверхню; емульгування формуючого і попередньо сформованого шлаку вдмухуємого газопорошковим струменем з утворенням вторинних шлакових крапель; взаємодія металу з шлаковим шаром на його поверхні. Зазначені стадії протікають паралельно.

      Підвищення ефективності процесів дефосфораціі і десульфурації сталі, пов'язано, насамперед, з вибором шлакових сумішей, що формують добре емульговані шлаки з низькою в'язкістю і високим поверхневим натягом, при вдуванні яких в рідкому металі утворюються шлакові краплі малого розміру. Це підвищує ступінь завершеності дифузії домішки в шлакових краплях і, отже, збільшує повноту використання рафінуючої здатності шлаку, що призводить до досягнення високої швидкості і повноти процесів дефосфораціі або десульфурації.

      Загальновідомим фактом є те, що для успішної десульфурації необхідними умовами є висока основність шлаку і його низька окисненість. Але занадто висока основність шлаку веде до підвищення температури плавлення шлаку, аж до переходу його в гетерогенний стан. При цьому ступінь перемішування шлаку та металу знижується або зовсім припиняється. Підтримання низької окисненості шлаку та металу можливо тільки шляхом їх розкислення. Найбільш ефективним розкислювачем є алюміній. Але збілішення концентрації алюмінію в металі може негативно позначається на якості сталі.

 

      Аналізуючи дані таблиці 4.3, можна зробити висновок, що підвищення основності шлаку веде до підвищення коефіцієнта розподілу сірки і зниження рівноважної концентрації сірки в металі.

 

Таблиця 4.3 - Коефіцієнт розподілу і рівноважний вміст сірки при зміні основності

Шлак	Основність	LS	[S]р
1	4,0	1244	0,0009
2	3,4	1033	0,0011
3	2,9	590	0,0018
4	2,6	366	0,0028
5	2,3	243	0,0039
6	2,0	170	0,0052
7	1,8	124	0,0066
8	1,6	94	0,0080
9	1,4	73	0,0093
10	1,3	58	0,0106

 

      Концентрація  алюмінію в металі регламентує вміст кисню в металі і шлаку. У таблиці 4.4 представлені дані розрахунку які показують змінення коефіцієнту розподілу і рівноважний вміст сірки при постійній основності і різній концентрації алюмінію в металі.

      Як  видно з даних розрахунку алюміній сприяє значному підвищенню коефіцієнта розподілу сірки, тим самим знижуючи рівноважну концентрацію сірки в металі.

Таблиця 4.4 - Коефіцієнт розподілу і рівноважний вміст сірки при постійній основності і різної концентрації алюмінію в металі

Шлак	Основність	[Al]	LS	[S]р
1	2,0	0,005	31	0,0137
2	2,0	0,01	74	0,0093
3	2,0	0,015	96	0,0078
4	2,0	0,02	117	0,0069
5	2,0	0,025	136	0,0062
6	2,0	0,03	153	0,0057
7	2,0	0,035	170	0,0052
8	2,0	0,04	186	0,0049
9	2,0	0,045	201	0,0046
10	2,0	0,05	216	0,0043

 

      Аналогічним чином проявляється вплив підвищення концентрації (CaF₂). Але в тому і в іншому випадку зі збільшенням концентрації в шлаку (CaF₂) і (Al₂O₃) знижується температура плавління шлаку, тобто збільшується рудкорухливість шлаку. Цей фактор покращує масоперенесення сірки в шлак, що значно прискорює процес десульфурації.

      Оксид магнію міститься в шлаку будучи основним оксидом і сприяє підвищенню основності шлаку. Але враховуючи те, що MgO не приймає участь в процесі  десульфурації і з підвищенням  концентрації MgO в шлаку підвищується температура його плавління, збільшуючи в'язкість, зміст MgO повиннен бути обмеженим і не перевищувати 8%.