Технология производства особонизкоуглеродистой стали в кислородно-конверторном цехе с агрегатами большой вместимости тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.02, кандидат технических наук Изотов, Алексей Викторович

• Изотов, Алексей Викторович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Изотов, Алексей Викторович

Введение.

1. Технология производства особонизкоуглеродистой стали (1Р-стали) в зарубежной практике.

1.1. Свойства и химический состав Ш-стали.

1.2. Технология выплавки П7-стали.

2. Краткая характеристика кислородно-конвертерного цеха ОАО "ММК" и существующей технологии выплавки стали.

2.1. Основное технологическое оборудование.

2.2. Технология выплавки и ковшевой обработки.

3. Первая серия опытов по выплавке Настали.

3.1. Разработка технологии выплавки 1Р-стали в кислородно-конвертерном цехе ОАО "ММК" зарубежного опыта.

3.2. Проведение первой серии опытов.

3.3. Анализ результатов первой серии опытов.

4. Уточнение технологии выплавки Летали и проведение промышленных экспериментов.

5. Методика обсчета данных промышленных экспериментов.

6. Анализ промышленных экспериментов и уточнение химического состава особонизкоуглеродистой стали для ОАО "ММК".

7. Выплавка и ковшевая обработка стали марки ООб/П7.

7.1. Корректировка технологии для выплавки стали марки 006/П7.

7.2. Выплавка опытно-промышленной партии стали марки ООб/Н7.

Выводы.

Список используемых источников.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология производства особонизкоуглеродистой стали в кислородно-конверторном цехе с агрегатами большой вместимости»

Автомобилестроение является одним из самых крупных потребителей продукции металлургических предприятий. Важное место в продукции металлургических предприятий, поставляемой автомобилестроению, принадлежит тонкому холоднокатаному листу для глубокой и особо сложной вытяжки [1,2].

Магнитогорский металлургический комбинат (ММК) всегда был и продолжает оставаться крупнейшим отечественным производителем тонкого холоднокатаного листа для автомобилестроения. В течение многих десятилетий тонкий холоднокатаный лист на ММК производился в основном из стали марки 08кп, выплавляемой в мартеновских печах и разливаемой в изложницы. Технология выплавки и разливки такой стали, которая постоянно совершенствовалась, обеспечивала хорошую деформацию металла в холодном состоянии и требуемый комплекс механических и технологических свойств готовой металлопродукции. Высокое качество тонкого холоднокатаного листа ММК подтверждается тем, что он широко использовался для производства жести и даже кинескопной ленты толщиной ОД мм.

Высокие пластические свойства тонкого холоднокатаного листа из низкоуглеродистой кипящей стали связаны с тем, что при кипении металла в изложнице происходит интенсивное его обезуглероживание и на поверхности слитка формируется слой металла с низким (0,03.0,05 %) содержанием углерода, а также других химических элементов. Слой металла с пониженным содержание элементов сохраняется и в прокате, обеспечивая нужный комплекс механических и технологических свойств металлопродукции.

С вводом на ММК в эксплуатацию кислородно-конвертерного цеха (ККЦ) выплавка стали для тонкого холоднокатаного листа стала осуществляться в кислородных конвертерах вместимостью 350 т с последующей разливкой металла на машинах непрерывного литья заготовок (MHJI3) криволинейного типа. Так как надежную технологию непрерывной разливки кипящей стали в мировой практике создать не удалось, то на ММК перешли на производство холоднокатаного листа из стали марок 08пс и 08Ю. Технология производства стали этих марок в кислородно-конвертерном цехе ММК вполне освоена.

Выплавка стали марок 08пс и 08Ю в кислородно-конвертерном цехе ММК производится по классической технологии одно шлаковым процессом с верхней подачей кислорода. При выпуске металла в ковш производится его раскисление марганцем и алюминием. Окончательная доводка металла по химическому составу и температуре осуществляется на агрегате доводки стали (АДС), после чего ковш с металлом передается в отделение непрерывной разливки. Готовая сталь обычно содержит 0,03.0,06% С, не более 0,02 % Si, 0,25.0,30 % Мп, не более 0,022 % S, 0,015 % Р, 0,020.0,070 % А1, не более 0,0008 % N, и не более 0,03 % Сг, 0,06 % Ni 0,06 % Си. Тонкий холоднокатаный лист из нее достаточно хорошо реализуется на внутреннем рынке. Значительная часть металлопродукции идет на экспорт. Объем производства стали марок 08пс и 08Ю в настоящее время составляет 5,2 млн. т/год.

В последние годы в мировом автомобилестроении началось широкое использование оцинкованного холоднокатаного листа для изготовления кузовов автомобилей и других их деталей [3, 4, 5]. Для изготовления такого листа используется особый металл, получивший название IF-стали (Interstitial Free Steel - сталь свободная от атомов внедрения). IF-сталь - это металл, имеющий чисто ферритную структуру без атомов внедрения в кристаллической решетке а-железа. Допускается лишь небольшое содержание элементов, атомы которых могут замещать атомы железа в кристаллическое решетке железа (кремний, фосфор, никель, хром, медь).

Элементы, атомы которых внедряются в решетку железа (углерод, азот, сера) и которые не удается полностью удалить из металла в процессе его выплавки, должны быть связаны в прочные химические соединения, присутствующие в металле в виде неметаллических включений, причем содержание этих включений также должно быть минимальным.

Для повышения качества металлопродукции в соответствии с новыми требованиями рынка в ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" был построен и в 2002 г введен в эксплуатацию агрегат непрерывного горячего алюмо-оцинкования холоднокатаного листа. Производственная программа этого агрегата предусматривала выпуск оцинкованного автолиста из П7-стали. Выплавка Ш-стали должна была производиться в кислородно-конвертерном цехе. Поскольку металл такой степени чистоты в кислородно-конвертерном цехеММК не выплавлялся, то потребовалось разработать технологию выплавки стали, пригодной для производства автолиста на агрегате непрерывного горячего алюмо-оцинкования с использованием уже имеющегося в цехе технологического оборудования. Разработка технологии производства такой стали явилось объектом данной исследовательской работы.

Заключение диссертации по теме «Металлургия черных, цветных и редких металлов», Изотов, Алексей Викторович

ВЫВОДЫ

1. Процесс производства особонизкоуглеродистой стали для оцинкованного автолиста в кислородно-конвертерном цехе с агрегатами большой вместимости должен включать в себя плавку металла в конвертере с предварительным раскислением его ферромарганцем в ковше, глубокое обезуглероживание металла на установке циркуляционного вакуумирования, окончательное раскисление на агрегате усреднительной продувки и микролегирование титаном и ниобием на установке "печь-ковш".

2. Шихта конвертерной плавки должна состоять из обрези прокатных цехов и чугуна, прошедшего предварительную десульфурацию магнием. Такая шихта позволяет стабильно иметь в готовой стали низкое содержание остаточных металлов - хрома, меди и никеля (не более 0,03 % каждого), а также серы (не более 0,010 %).

3. Конечный шлак конвертерной плавки должен содержать не более 7 % 8Ю2, что позволит уменьшить до приемлемого уровня восстановление из него кремния при последующем микролегировании металла титаном. Для получения указанного содержания 8Ю2 в шлаке плавку стали в конвертере следует вести с удалением промежуточного шлака после введения примерно 1/3 от расчетного количества кислородного дутья.

4. Циркуляционное вакуумирование конвертерной стали в 370-тонном ковше позволяет получать металл, содержащий 0,003. 0,004 % С. Для этого необходимо иметь в металле перед обработкой 0,03.0,06 % С, коэффициент циркуляции - 8. 11, остаточное разрежение в конце вакуумной обработки менее 1 мм. рт. ст. проводить обработку металла вакуумом при таком разрежении не менее 10 мин.

5. Нагрев особонизкоуглеродистой стали на установке "печь-ковш" сопровождается повышением содержания углерода со скоростью около 0,0001 %/мин. Основная причина науглероживания - поступление углерода от графитовых электродов во время электронагрева металла. С целью ограничения поступления углерода следует сократить длительность нагрева металла на установке "печь-ковш" до 10. 15 мин, для чего необходимо иметь по окончании продувки в конвертере металл с температурой 1700. 1720 а по окончании вакуумной обработки - 1600. 1610 £С.

6. Микролегирование металла титаном и ниобием должно осуществляться после глубокого раскисления алюминием (содержание алюминия в металле не менее 0,055 %) путем ввода порошковой проволоки. При этом усвоение титана составляет в среднем 56 %, а ниобия - 51 %. При микролегировании металла титаном и ниобием путем ввода кусковых материалов имеет место нестабильное усвоение микролегирующих элементов, что существенно осложняет получение заданного их содержания в готовой стали.

7. Разработанная технология обеспечивает получение стали марки 006/EF, содержащей не более 0,007% С, 0,02% Si, 0,010% S, 0,012 %Р, 0,03% Сг, 0,03% Ni, 0,05% Си, 0,007% N, содержание марганца и алюминия в пределах 0,010.0,018 % и 0,030.0,060 % соответственно и требуемое содержание титана и ниобия.

8. Из стали марки 006/IF на агрегате непрерывного горячего алюмооцинкования получается оцинкованный лист с хорошей поверхностью и требуемым комплексом механических свойств. В 2003 г на ОАО "ММК" произведено 11800 т оцинкованного листа из стали марки 006/IF . Экономический эффект составил 34,6 млн. руб.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Изотов, Алексей Викторович, 2004 год

1. Тихонов А.К. Современные стали для легковых автомобилей (Обзор)/А. К. Тихонов//Металловедение и термическая обработка. -1994,№ 10. -С.22-23.

2. Блек В., Боде Р., Фельд А. Разработка новой холоднокатаной стали для особо глубокой вытяжки. Черные металлы.-1994,№З.С. 19-27.

3. Каданников В. В., Тихонов А.К. Основные направления по созданию новых сталей для легковых автомобилей ВАЗ. Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке.-Том 5.-М.:Металлургия, 1994.-С. 101-103.

4. Костерс К., Пимменгер М. Стали с покрытием для автомобилестроения. Состояние вопроса и направления развития. Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке.-Том 5.-М. Металлургия, 1994.-С.10-17.

5. Блек В. Требования к материалам для автомобильных кузовов. Черные металлы. 1995, №3. С.55-64.

6. Высокопрочные Ш-стали: параметры производства и свойства. Пихлер А., Гриберинг Г., Пресслингер Г. и др. Пер. с англ. / АО ММК БНТИ.-Магнитогорск: АО ММК,БНТИ, 1997. С. 14.

7. Ниобийсодержащие низколегированные стали. Хайстеркамп Ф., Хулка К., Матросов Ю. И. и др./М.: "СП ИНТЕРМЕТ ИНЖИНИРИНГ", 1999.-С.94.

8. Перспективы применения стали для изготовления кузовов автомобилей. / Блюмель К.,Пранге В.,Пиль К.-Х., Шнайдер К. // Черные металлы. 1995, №3.-С65-71.

9. Линденберг Х.-У. Металлургические аспекты производства сталей для кузовов автомобилей//Черные металлы. 1995,№3.-С71-77.

10. Развитие технологии производства сталей для листа с покрытиями/Фирма "Ниппон стил'У/Новости черной металлургии за рубежом. -1995, №3.-С.53-56.

11. James A. EHas, Rollin Е. Hook. Interstitial Free Steels. Mechanical Working and Steel Processing IX, 1970, pp. 348-358.

12. Hiroshi Takechi. Development and Production of Interstitial Free Steel, Nippon Steel Corporation, April 1990, pp. 1-13.

13. G. Tither, M. Hua, С. I. Garcia and A. J. DeArdo. Precipitation Behavior and Solutes Effects in Interstitial-Free Steels. In: International Forum for Physical Metallurgy of IF Steels, Tokyo, 1994, pp. 293-322.

14. M. Hua, С. I. Garcia and A. J. DeArdo. Precipitation Behavior in Ultra-Low Carbon Steels Containing Titanium and Niobium, Metallurgical and Materials Transactions A, 1997, vol. 28A, pp. 1769-80.

15. Y. Ishiguro, T. Murayama, A. Chino, K. Sato. A precise Quantitative Analysis of Precipitates in Ti-bearing IF-Steel. In: 39th MWSP Conf. Proc., ISS, Vol. XXXV, 1998,pp.255-264.

16. Takehide Senuma. Physical Metallurgy for Producing Super Formable Deep Drawing Steel Sheets. In: Modem LC and ULC Sheet Steels for Cold Forming: Processing and Properties, Aachen, Germany, 30.03-1.04, 1998, pp. 157168.

17. Использование установки циркуляционного вакуумирования в производстве сталей для тонкого листа фирмой Voest-Alpine Stahl Linz GmbH/ X. Флессхольцер, К. Яндль, А. Юнграйтмайер//Черные металлы, №1, 1999.

18. Производство электротехнических листовых сталей и сталей IF на заводах фирмы Thyssen Krupp Stahl//4epHbie металлы, № 1, 1999.

19. Ввод в эксплуатацию устройства для продувки стали кислородом сверху на установке в циркуляционного вакуумирования в отделении "Грейт

20. Леке" фирмы "Нэшнл Стил". Новости черной металлургии за рубежом, 1996, № 3, 55-56 с.

21. Способ рафинирования жидкого чугуна / Заявка 3191016 Яп, с 21 с 1/02 Мугава Сусуму, Мудзуками Исинава, Сип ниппон сейтэцу к. к. N1-330620 //Кокай токке кохо. Сер 3(4) -1991- 51- С 69-74. Яп.

22. Тецу то хагана, 1983 N4, с. 188.

23. Тецу то хагана, 1983 N12, с.246.

24. Проспект фирмы «Кабота тэкко».

25. Itoh Y., Satok S., Kavauchi Y./Development of flag Minimum Process by Desilisonicftion of Hot Metal. Tetsu to Hagan, 1981, N16, p.22-27.

26. A lock at Nippon Steel Corporasion's New Optimising Refening Process / K. Sasaku, H. Nakashima, M. Noze fn fk.-Iron and Steelmaker, 1983, N 8 p. 60.

27. New «Clean Steel» Prosess./Texnocrat, 1982,N12 p. 53; Alow lost SpesialSteel Production Method.-Texnocrat, 1983, N 2 p. 60.

28. Nippon Steel Corporasion's.// Res. and Develop. Jap. Awarded Okochi Memorial Prize. 1986. p. 72-76.

29. Steek Times Internasional, 1982 N3 p.33-41

30. Тецу то хагана, 1982 N4, с. 11.30. Заявка 58- 104413 Яп

31. Тономура С. /Разработка способа дефосфорации и десульфурации жидкого чугуна флюсами на основе извести. // Тецу то хагана, 1982,- т68, N4, с.301.

32. Ямазе О. /Влияние состава флюса на удаление фосфора и серы при внедоменной обработке чугуна. //Тецу то хагана, 1984 т 70 N 12, с. 1011.

33. Схиоти С. Использование конверторных шлаков при внедоменной обработке чугуна. // Тецу то хагана, 1983 т 69 N 4, с. 147.

34. Накамура Н. /Сравнение металлургических характеристик известкового и содового шлаков при внедоменной обработке чугуна. //Тецу то хагана, 1983 т 69 N 4, с. 144.35. Заявка 59-50105 Яп36. Заявка 58-31008 Яп37. Заявка 58-16007 Яп38. Заявка 58-25412 Яп

35. Текисхита Н. /Способ обескремнивания жидкого чугуна. //Тецу то хагана, 1982 т 68 N 11, с.949.

36. Способ обескремнивания жидкого чугуна. / Заявка 3281714 Яп.//Кокай токке кохо. Сер 3(4) -1991.- 77- С 75-77. Яп.

37. Yamada K.,/Tetsu to Hagane. 1985.-vol 71,-N 14.-s. 1615-1522.

38. Конихи С. /Внедоменное обескремнивание чугуна. //Тецу то хагана, 1982 т 68 N 11, с.946.

39. Komofani N. Applicatiotof less slag blowing for low phosphorus steel //J. Iron and Steel Inst. Jap., 1987. vol. 73. N 4. P.220.

40. Сооружение и эксплуатация циркуляционного вакууматора с кислородной фурмой КТВ на заводе фирмы "Бритиш стил" в Порт-Толбот. Новости черной металлургии за рубежом, 1996, Ks 3, 57-61 с.

41. Модернизация 280-т установки для вакуумирования на заводе фирмы ВНР, Австралия. Новости черной металлургии за рубежом, 1998, № 4, 40-43 с.

42. Дедек В.И. Полосовая сталь для глубокой вытяжки. М. " Металлургия". 1970.

43. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. -М. Металлургия, 1997.368 с.

44. Хан Ф. Й., Хаастерт Г.П. Развитие циркуляционного вакуумирования сталей с низким содержанием углерода на заводе фирмы Тиссен шталь. Черные металлы. Май 1994.

45. Антлингер К. Янолд К. и др. Металлургические аспекты производства особонизкоуглеродистых сталей, VOEST ALPINE Stahl Linz GmbH, Linz, Австрия.

46. Усовершенствование технологии вакуумирования в сталеплавильном цехе Дортунд фирмы Крупп хеш шталь. Л.Гартен, 3. Грешупп, Р. Кесслер. Черные металлы Январь 1997 г.

47. Результаты и перспективы применения на металлургических заводах мира способа верхней кислородной продувки стали в циркуляционных вакууматорах (способ КТВ). Ehara Takeshi. Nakai Karuoshi. Kawasaki Steel Giho/1996. № 3 с 153-158.

48. Результаты и перспективы применения на металлургических заводах мира способа верхней кислородной продувки стали в циркуляционных вакууматорах (способ КТВ). Ehara Takeshi. Nakai Karuoshi. Kawasaki Steel Giho/1996. № 3 с 153-158.

49. Усовершенствование технологии вакуумирования в сталеплавильном цехе Дортунд фирмы Крупп хеш шталь. Л.Гартен, 3. Грешупп, Р. Кесслер. Черные металлы Январь 1997 г.

50. Выплавка стали в 370 т конвертерах. Технологическая инструкция ТИ 101 -СТ-ККЦ-2-2001. -Магнитогорск: ММК, 2001 -43 с.

51. Обработка стали на установке Печь-ковш. Технологическая инструкция ТИ 101 -СТ-ККЦ-83-2002. Магнитогорск: ММК, 2002 - 19 с.

52. Технология производства стали в современных конвертерных цехах /С. В. Колпаков, Р. В. Саров, В. В. Смоктий и др.; Под общей ред. С. В. Колпакова.- М.: Машиностроение, 1991,464 с.

53. Иванова Л.С., Долгова Л.И. Анализ взаимосвязей механических характеристик с процентным содержанием химических элементов вхолоднокатаной стали марки 08Ю. Сборник трудов ЦЛК, Выпуск 2. Магнитогорск, 1998, с.255-260.

54. Злов В.Е., Буданов А.П., Кочнева Т.М. и др. Совершенствование технологии производства холоднокатаного металла марки 08Ю с целью получения механических свойств категории вытяжки ВОСВ. Сборник трудов ЦЖ. Выпуск 2. Магнитогорск. 1998 с. 168-172.

55. Рябов В.В. Кириленко В.П. и др. Освоение технологии конвертерной плавки для производства сверхнизкоуглеродистой стали с ограниченным содержанием примесей и газов. Труды 2 конгресса сталеплавильщиков. Липецк, 1993 с. 56-57.

56. Чиграй И. Д. Подручный сталевара конвертерщика. М.: Металлургия. 1977.- 304 с.

57. Обработка металла на агрегатах доводки стали и установке усреднительной продувки металла в ковше. Технологическая инструкция ТИ 101 -СТ-ККЦ-22-2000. Магнитогорск: ММК, 2000 - 27 с.

58. Внепечное вакуумирование жидкой стали на комбинированной установке. Технологическая инструкция ТИ 101 -СТ-ККЦ-71 -200. -Магнитогорск: ММК, 2000 20 с.

59. Шахпазов Е.Х. Разработка основ ресурсосбергающей технологии выплавки, внепечной обработки конвертерной низкоуглеродистой стали высокой чистоты для листового проката. Диссертация на соискание ученой степени д.т.н. Днепропетровск. 1990.

60. Кнюппель Г. Раскисление и вакуумная обработка стали. Ч. 1. М. : Металлургия .1973. - 312 с.

61. Изотов А. В. Разработка технологии производства особонизкоуглеродистой стали класса П7 в кислородно-конвертерном цехе с агрегатами большой вместимости//Сборник научных докладов. ^Международная научно-практическая конференция.-М.: МГИУ, 2003.-122-123 с.

62. Совершенствование технологии выплавки особо низкоуглеродистых сталей: Пер.с яп. 19928. М.: А/О Черметинформация, 1995. - 4 с. - (Источник:Дзайре то пуросэсу.-1993.-т.6.-1.-С.167).

63. Селиванов В. Н., Колесников Ю. А. Концепция расчетов металлургических процессов многоцелевого назначения с использованием электронных таблиц//Вестник МГТУ им. Г. И. Носова 2004, №1.-Магнигогорск: МГТУ, 2004. 19-20 с.

64. Справочник конвертершика. Якушев А. М. Челябинск: Металлургия, Челябинское отделение, 1990. - 448 с.

65. Кудрин В. А. Металлургия стали//М.:"Металлургия", 1981 г. 488 с.

66. Бигеев А. М. Математическое описание и расчеты сталеплавильных процессов.- М.: Металлургия, 1982.-160 с.

67. Бигеев А. М. Металлургия стали. М.: Металлургия . 1988.- 480с.

68. Технология ускоренного сверхглубокого обезуглероживания и диазотирования в вакууматоре RN: Пер.№ 21781 с яп. / А/0 Черметинформация. М., 1999. - 11 с. - (Источник :Тэцу то хаганэ.-1999.-Т.85.-3.-С.216-220.).

69. Пути интенсификации вакуумного обезуглероживания расплава при выплавке стали типа IF / Стомахин А.Я., Балдаев Б.Я., Зайцев Д.В., Черных A.A. // Сталь.-2002,№9.-С.44-48.

70. Повторное окисление особо низкоуглеродистой стали в процессе выплавки и разливки: Пер. с яп.Ы 19933. М.: А/О "Черметинформация", 1993. - 20 с. - (Источник:Кавасаки стил nixo.-1993.-T.25.-Nl.-C.7-12).

71. Производство низкокремнистого низкосернистого металла в условиях ККЦ АО "Северсталь". / Казаков С.В.,Неретин A.A.,Чумаков С.М. // Труды Пятого конгресса сталеплавильщиков.

72. Высокопрочные 1Р-стали:параметры производства и свойства: Пер. с англ. / АО ММК БНТИ. Магнитогорск: АО ММК,БНТИ, 1997. - 14 с.

73. Изотов А. В. Опыт получения металла с низким содержанием углерода и серы в кислородно-конвертерном цехе ОАО «ММК»//Литейные процессы. Вып.2: Межрегион, сб. науч. тр.-Магнитогорск: МГТУ, 2002.-117-120 с.

74. Эффективность использования порошковой проволоки для внепечного легирования стали ниобием. / Каблуковский А.Ф., Ябуров С.И., Никулин А.Н. и др. // Сталь. 1995,№7.-С.26-29.

75. Селиванов В. Н., Изотов А. В. Выплавка Ш-стали в кислородно-конвертерном цехе с агрегатами большой вместимости // Вестник МГТУ, №2, 2004.- С. 10-12.86