Технология производства сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали в условиях ОАО "ММК" для изготовления низкоуглеродистой проволоки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.02, кандидат технических наук Сарычев, Александр Валентинович

• Сарычев, Александр Валентинович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сарычев, Александр Валентинович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I ПРОИЗВОДСТВО СОРТОВОЙ НЕПРЕРЫВНОЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ ИЗ «ПСЕВДОКИПЯЩЕЙ» СТАЛИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ КАТАНКИ.

1.1 Известный опыт производства непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали.

1.2 Анализ возможности применения калыдайсодержащих материалов при производстве "псевдокипящей" стали.

Выводы по главе.

ГЛАВА II РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВЫПЛАВКИ ПОЛУПРОДУКТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ «ПСЕВДОКИПЯЩЕЙ» СТАЖ В УСЛОВИЯХ ОАО «ММК».

2.1 Разработка технологии выплавки полупродукта с предварительным раскислением в реконструированных двухванных сталеплавильных агрегатах.

2.2 Разработка технологии выплавки полупродукта в новых дуговых сталеплавильных печах.

Выводы по главе.

ГЛАВА III РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КОВШЕВОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУПРОДУКТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ «ПСЕВДОКИПЯЩЕЙ» СТАЛИ НА АГРЕГАТЕ «ПЕЧЬ-КОВШ».

3.1 Краткая характеристика и описание агрегата "печь-ковш".

3.2 Особенности технологии ковшевой обработки полупродукта для получения "псевдокипящей" стали.

3.3 Результаты ковшевой обработки выплавленного в ДСА и ДСП полупродукта для получения "псевдокипящей"стали.

Выводы по главе.

ГЛАВА IV РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ

ПСЕВДОКИПЯЩЕЙ» СТАЛИ НА СОРТОВЫХ МНЛЗ.

4.1 Краткая характеристика и описание сортовой МНЛЗ.

4.2 Особенности технологии непрерывной разливки "псевдокипящей" стали закрытой струёй.

4.3 Результаты разливки "псевдокипящей" стали закрытой струёй.

4.4 Комбинированный способ разливки "псевдокипящей" стали.

Выводы по главе.

ГЛАВА V АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ПОЛУЧЕНИЯ СОРТОВОЙ

НЕПРЕРЫВНОЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ ИЗ «ПСЕВДОКИПЯЩЕЙ» СТАЛИ С ПЛОТНОЙ МАКРОСТРУКТУРОЙ.

5.1 Расчёт параметров, влияющих на образование внутренних пузырей в сортовой заготовке.

5.1.1 Алгоритм расчёта.

5.1.2 Результаты расчёта.

5.2 Использование результатов расчёта для анализа условий получения непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали с плотной макроструктурой.

Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология производства сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали в условиях ОАО "ММК" для изготовления низкоуглеродистой проволоки»

Стальная проволока в качестве конструкционного материала применяется практически во всех отраслях промышленности. Объём производства проволоки из низкоуглеродистой стали составляет около двух третей от общего объёма выпускаемой продукции [1]. Производство низкоуглеродистой проволоки является экономически достаточно выгодным, так как применяются большие единичные и суммарные (до 98 %) обжатия, высокие скорости волочения, несложная термообработка и высокая поточность производства [2, 3]. К разновидностям низкоуглеродистой проволоки относятся сварочная проволока для наплавки и телеграфная проволока для воздушных линий связи и проводов электропередачи, изготовление которых осуществляется на предприятиях метизно-металлургической отрасли. Сварочная и телеграфная проволока производятся из катанки, поставляемой металлургическими предприятиями. Низкоуглеродистый металл катанки должен обладать высокой деформируемостью при волочении. Для этого кроме содержания углерода в металле ограничивается и содержание кремния. Алюминий также является нежелательной примесью, так как входит в состав труднодеформируемых оксидных неметаллических включений. В катанке не допускается присутствие усадочных дефектов. Глубина распространения поверхностных дефектов ограничена [см. 1]. Традиционно для изготовления такой катанки на металлургических предприятиях как раньше, так и в настоящее время широко используют низкоуглеродистую кипящую сталь, обладающую высокой пластичностью [4, 5]. Одним из постоянных поставщиков катанки для изготовления сварочной и телеграфной проволоки является ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" (ММК). На этом предприятии в период до девяностых годов прошедшего столетия катанка для сварочной и телеграфной проволоки производилась из кипящей стали, выплавлявшейся в 400-т мартеновских печах с раскислением в сталеразливочном ковше низкокремнистым ферромарганцем. Разливка металла осуществлялась сверху в изложницы на слитки массой до Юте применением брикетов-интенсификаторов кипения. Для прекращения кипения металла производилось накрывание слитков стальными пластинами с последующей заливкой водой. В целом низкоуглеродистый кипящий металл полностью удовлетворял требованиям заказчиков.

По мере проведения коренной реконструкции сталеплавильного производства ММК все мартеновские печи были выведены из эксплуатации. Поэтому металл мартеновского сортамента стал выплавляться в двухван-ных сталеплавильных агрегатах (ДСА). Вместимость ванн ДСА была уменьшена с 285 до 175 т для обеспечения возможности разливки стали на строившихся сортовых машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). На первом этапе реконструкции были введены в эксплуатацию агрегат "печь - ковш" (АПК) и две сортовые МНЛЗ. Это означало переход от классического способа разливки стали в изложницы к современному непрерывному способу разливки. При этом возникла необходимость получения заменителя "кипящей" стали - её успокоенного варианта или, так называемой, "псевдокипящей" стали. Это объясняется тем, что разливка на МНЛЗ настоящей "кипящей" стали сопряжена с рядом трудностей, заключающихся в нестабильности процесса разливки и повышенной её аварийности. Причиной этих трудностей являются колебания уровня металла в кристаллизаторе в результате высокой и непостоянной окисленности стали как в пределах одной плавки, так и смежных в серии плавок, а также наличие газовых пузырей в отливаемой заготовке близко от её поверхности [6]. На втором этапе реконструкции мартеновского цеха произведена замена двухванных сталеплавильных агрегатов современными дуговыми сталеплавильными печами (ДСП). После этого возникла необходимость освоения технологии выплавки "псевдокипящей" стали в новых агрегатах. Трудности получения более сильно раскисленной "псевдокипящей" стали, из которой производится катанка для сварочной и телеграфной проволоки, заключаются в том, что в таком металле ограничено содержание такого традиционного элемента-раскислителя, каким является алюминий. Поэтому необходимо при низком содержании в металле кремния и алюминия получать достаточно высокую степень раскисленности стали, которая гарантирует отсутствие газовых пузырей в отлитой сортовой заготовке. Производство "псевдокипящей" стали требовалось организовать в бывшем мартеновском, а ныне - электросталеплавильном цехе (ЭСПЦ) на реконструированных и новых агрегатах. Поэтому разработка технологии производства в условиях ОАО "ММК" сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали для получения сварочной и телеграфной проволоки являлась, несомненно, актуальной задачей.

Целью диссертационной работы являлось создание научно обоснованной технологии производства сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали для получения сварочной и телеграфной проволоки в условиях ОАО "ММК". Для достижения этой цели потребовалось решить следующие основные задачи:

- разработать технологию выплавки "псевдокипящей" стали в реконструированных двухванных сталеплавильных агрегатах;

- разработать технологию выплавки "псевдокипящей" стали в новых дуговых сталеплавильных печах;

- разработать технологию ковшевой обработки "псевдокипящей" стали на агрегате "печь-ковш";

- разработать технологию непрерывной разливки "псевдокипящей" стали на сортовых MHJI3;

- научно обосновать условия для получения плотной макроструктуры сортовой заготовки из "псевдокипящей" стали.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- выявлена доминирующая роль кремния во влиянии на окислен-ность "псевдокипящей" стали и величину дефекта "газовый пузырь" в отлитой заготовке в присутствии более сильных раскислителей - алюминия и кальция;

- установлены рациональные значения отношения содержания кальция к содержанию алюминия в металле в зависимости от содержания кремния и алюминия в "псевдокипящей" стали для обеспечения стабильного процесса разливки закрытой струёй;

- предложен комбинированный способ непрерывной разливки "псевдокипящей" стали для увеличения продолжительности использования промежуточного ковша, серийности разливки и производительности МНЛЗ;

- научно обоснованы условия для получения плотной макроструктуры сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали.

Практическая значимость работы состоит в том, при переходе от выплавки "псевдокипящей" стали из ДСА в ДСП производительность агрегата увеличилась в 3,1 раза, экономия силикомарганца и феррокальция составила соответственно 6,9 кг/т и 4,5 кг/т. Опробован комбинированный способ непрерывной разливки "псевдокипящей" стали, позволяющий увеличить производительность МНЛЗ. В ЭСПЦ ОАО "ММК" внедрена технология производства сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали для получения сварочной и телеграфной проволоки.

В результате замены кипящей стали на "псевдокипящую" получен годовой экономический эффект 22,69 млн. руб. вследствие увеличения выхода годного металла.

Экспериментальная часть работы выполнена в ОАО "ММК".

Автор выражает глубокую признательность работникам ЭСПЦ, центральной лаборатории контроля ОАО "ММК", сотрудникам Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова, принимавшим участие с совместном проведении исследований.

Заключение диссертации по теме «Металлургия черных, цветных и редких металлов», Сарычев, Александр Валентинович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В дуговой сталеплавильной печи или двухванном сталеплавильном агрегате выплавляется полупродукт, предназначенный для получения "псевдокипящей" стали и имеющий перед выпуском из агрегата среднее содержание углерода 0,04.0,05 %, активность кислорода 1 ООО. 1100 ррт и температуру 1640. .1650 °С.

2. На агрегате "печь-ковш" производится предварительное раскисление металла с активностью кислорода 220.250 ррт расчётным количеством алюминиевой катанки - в среднем около 1 кг/т.

3. Окончательное раскисление металла до 10. 15 ррт активности кислорода производится расчётным количеством феррокальциевого наполнителя порошковой проволоки (в среднем около 5,5 кг/т) отдельными порциями с последующими продувкой аргоном и нагревом металла до 1605. 1610 °С. Отношение [Са]/[А1] в металле после его обработки на АПК должно составлять 0,65.0,95.

4. Основными причинами внепланового прекращения разливки "псевдокипящей" стали закрытой струёй являются затягивание погружных стаканов тугоплавкими неметаллическими включениями и размывание пробок стопоров промежуточного ковша жидким металлом с повышенной окисленностью.

5. Для устранения внеплановых прекращений разливки необходимо иметь в разливаемом металле содержание кремния 0,020.0,030 % и отношение [Са]/[А1], равное 0,4.0,7.

6. Выявлены статистически значимые зависимости величины внутреннего газового пузыря в сортовой заготовке от окисленности металла на АКП, содержания кремния и алюминия в разливаемом металле. Кремний оказывает доминирующее влияние на окисленность металла и величину газового пузыря в заготовке в присутствии более сильных раскислителей - алюминия и кальция.

7. Предложен и опробован комбинированный способ непрерывной разливки "псевдокипящей" стали, позволяющий существенно увеличить продолжительность использования промежуточного ковша, серийность разливки и производительность МНЛЗ.

8. Лучшее качество макроструктуры имеет сортовая заготовка из "псевдокипящей" стали, отлитая закрытой струёй в сравнении с разливкой открытой струёй и комбинированным способом.

9. Разработанная технология производства сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали для изготовления низкоуглеродистой проволоки внедрена в производство с годовым экономическим эффектом 22,69 млн. руб. в результате экономии металла при переходе от производства слитков кипящей стали к непрерывнолитой заготовке.

10. Для получения плотной макроструктуры сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали научно обоснованы значения критического уровня активности кислорода в металле в зависимости от содержания в нём углерода, азота и водорода.

И. Активность кислорода в металле на АПК перед передачей плавки на МНЛЗ не должна превышать 10 ррш, а максимальное содержание азота определяется в зависимости от содержания углерода и водорода в металле. Для облегчения условий получения бездефектной сортовой заготовки необходима вакуумная обработка электростали.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сарычев, Александр Валентинович, 2007 год

1. Ь Производство стальной проволоки / Х.Н. Белалов, Н.А. Клековкина,

2. A.А. Клековкин, Б.А. Никифоров, Г.С. Гун, А.Г. Корчунов, В.И. Зюзин,

3. Дубров Н.Ф., Кривко Е.М. Кипящая сталь. М.: Металлургия, 1984. - 96 с.

4. Коновалов Р.П. Слиток кипящей стали. М.: Металлургия, 1986. - 176 с.

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

6. Реконструкция блюмовой МНЛЗ №2 на ОЭМК в России / Н. Шляхов, Е. Гонтарук, С. Бокарев и др. // Труды восьмого конгресса сталеплавильщиков / АО "Черметинформация". Ассоциация сталеплавильщиков. М.: Черметинформация, 2005. - С. 507 - 512.

7. ВТИ 177-16-06-2004 Выплавка стали в дуговой сталеплавильной печи (ДСП-120). Ревда: ЗАО «НСММЗ». - 2004.1ЬВТИ 177-16-03-2003 Внепечная обработка стали на установке печь-ковш (УПК). Ревда: ЗАО «НСММЗ». - 2003.

8. ВТИ 177-16-02-2003 Разливка стали на машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Ревда: ЗАО «НСММЗ». - 2003.

9. Неймарк В. Модифицированный стальной слиток. М.: Металлургия, 1987.-200 с.

10. Кнюппель Г. Раскисление и вакуумная обработка стали. Ч. II. Перевод с нем. М.: Металлургия, 1984. - 414 с.1S Свойства элементов: Справочное издание под ред. Дрица М.Е. М.: Металлургия, 1985. - 672 с.

11. Свойства элементов. Ч. I. Физические свойства. Справочник. М.: Металлургия, 1976. - 600 с.

12. Голубцов В.А. Теория и практика введения добавок в сталь вне печи. -Челябинск, 2006.-403 с.

13. Рихтер Й., Фейнцке Г. Десульфурация и влияние на неметаллические включения в стали обработки кальцием // Neue Hiitte. 1989. - №10. - P. 361 -365.

14. ЗО'Лякишев Н.П., Литвиненко Д.А. Микролегирование и модифицирование -эффективный путь повышения качества стали // Вестник АН СССР. 1982. -№8.-С. 59-69.

15. Снижение микронеоднородности низколегированной стали путём модифицирования кальцием // Чёрная металлургия. Изв. вузов. 1986. - №6. - С. 86-88.

16. Китамура К., Такэноути Т., Иванами Е. Очистка жидкой стали от примесей с помощью карбида кальция // Тэцу то хаганэ. 1985. - Т.71. - №2. - С. 220 - 227 (Пер. ин-та Черметинформация № 16621).

17. Домуховский и др. // Сталь. 1987. - №1. - С. 31 - 34.

18. Голубцов В.А., Мизин В.Г., Кадарметов А.Х. Повышение качества стали с использованием способов микролегирования, модифицирования и инокули-рования // Чёрная металлургия. Бюлл. НТИ. -1990. №2. - С 19 - 27.

19. Пилюшенко B.JL, Вихлевщук В.А., Лепорский С.В. Технологические аспекты микролегирования и модифицирования стали массового назначения // Сталь. 1990. - №5. - С. 35 - 39.

20. Поволоцкий Д.Я., Кудрин В.А., Вишкарев А.Ф. Внепечная обработка стали. М.: МИСиС, 1995. - 256 с.

21. Внепечная обработка металла кальцийсодержащими материалами, вводимыми в виде ленты / В.Н. Новиков, Ю.Ф. Вяткин, B.C. Брежнева и др. // Сталь. 1987. - №11. - С. 31 - 34.

22. Ицкович Г.М. Формирование неметаллических включений в стали, раскисленной алюминием и кальцийсодержащими сплавами // Сталь и неметаллические включения: Тем. отр. сб. МЧМ СССР. М.: Металлургия, 1976. -№1.-С 134-144.

23. Коваленко B.C., Кучкин В.И. Модифицирование структуры углеродистой и низколегированной стали ЩЗМ // Усовершенствование процессов разливки стали в слитки. Киев: ИПЛ АН УССР, 1987. - С. 67 - 70.

24. Модифицирование стали кальцием и барием / B.C. Коваленко, В.И. Кучкин, В.З. Кисунько и др. // Сталь. 1985. - №7. - С. 19 - 23.

25. Брик С.Д. Применение кальция и редкоземельных металлов для улучшения технологических и эксплуатационных свойств стали // Чёрная металлургия. Бюлл. НТИ. 1980. - №12. - С 9 - 25.

26. Бор, кальций, ниобий и цирконий в чугуне и стали. Пер. с англ. - М.: Металлургиздат, 1961. - 459 с.

27. Свойства непрерывнолитой стали, обработанной кальцием / Н.И. Анненков, И.С. Котова, Б.Ф. Белов и др. // Технические достижения в области газотранспортного оборудования. М.: Металлургия, 1986. - С. 175 - 179 с.

28. Внепечная обработка стали с использованием порошковой проволоки /

29. B.Н. Новиков, Ю.Ф. Вяткин, B.C. Брежнева и др. // Чёрная металлургия. Бюлл. НТИ. -1988. №3. - С. 34 - 36.

30. Поволоцкий Д.Я. Основы технологии производства стали. Челябинск: ЮУрГУ, 2000. - 189 с.

31. Эффективность обработки стали кальцием при различных способах ввода силикокальция в металл / А.А. Казаков, Б.Ф. Ильяшенко, Н.А. Овчинников и др. // Разливка стали в слитки и их качество: Тем. отр.сб. МЧМ СССР. М.: Металлургия, 1979. - №8. - С. 47 - 51.

32. Внепечная обработка расплава порошковыми проволоками / Д.А. Дюдкин,

33. C.Ю. Бать, С.Е. Гринберг и др. Донецк: 2002. - 296 с.

34. Модифицирование стали редко- и щелочноземельными металлами в процессе разливки на МНЛЗ / В.И. Семенков, B.C. Есаулов, И.А. Леонов, А.И. Сопочкин // Металлургическая и горнорудная промышленность. 1986. - №3. - С. 14-15.

35. Влияние ввода кальция на свойства непрерывнолитой трубной заготовки / О.В. Носоченко, Б.Ф. Белов, В.В. Емельянов и др. // Сталь. 1985. - №6. -С.32-33.

36. Структура и свойства в направлении толщины проката непрерывнолитой стали, обработанной SiCa и РЗМ / И.Л. Бродецкий, В.П. Харчевников, Б.Ф. Белов и др. // Металловедение и термическая обработка металла. 1990. -№10.-С. 41-46.

37. Влияние комплексного микролегирования в кристаллизаторе МНЛЗ на свойства горячекатаной судовой стали 14Г2 / В.В. Акулов, A.M. Кондратюк, Б.Ф. Белов и др. // Металлургическая и горнорудная промышленность. -1984.- №4. -С. 13-14.

38. Влияние кальция на качество трубной стали / Д.А. Дюдкин, С.Е. Гринберг, С.Н. Маринцев и др. // Электрометаллургия. 2003. - №10. - С. 42 - 45.

39. Совершенствование производства конвертерной стали транспортного назначения на НТМК / А.В. Кушнарёв, В.И. Ильин, Е.В. Шеховцев и др. // Сталь. 2003. - №6. - С. 14 - 16.

40. Исследование основных дефектов структуры непрерывнолитых заготовок ванадийсодержащей рельсовой стали / Л.К. Фёдоров, А.В. Куклев, В.И. Ильин и др. // Электрометаллургия. 2000. - №11. - С. 8 - 15.

41. Опыт применения проволоки с наполнителем из силикокальция для вне-печной обработки стали / В. Карузо, А. Коперчини, А. Джиаконе и др. // Чёрные металлы. 1984. - №6. - С. 39 - 45.

42. Опыт подготовки металла для разливки на сортовых МНЛЗ / А.В. Сарычев, О.А. Николаев, Ю.А. Ивин и др. // Сталь. 2007. - №2. - С. 44 - 45.

43. Разливка стали на сортовых машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ №1 и 2) электросталеплавильного цеха. Технологическая инструкция ТИ 101-СТ-ЭСПЦ-58-2006. Магнитогорск, 2005. - 45 с.

44. Сарычев А.В. Производство сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали // Литейные процессы: Межрегион, сб. науч. тр. -Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2006. Вып. 6. С. 154 - 160.

45. Schlackenatlas / Herausgegeben vom Verein Deutscher Eisenhuttenleute. -Verlag Stahleisen M.B.H. Dusseldorf, 1981.

46. Сарычев А.В. Качество макроструктуры сортовой непрерывнолитой заготовки из "псевдокипящей" стали // Литейные процессы: Межрегион, сб. науч. тр. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2006. Вып. 6. - С. 129 - 134.

47. Устройства для снижения вторичного окисления металла при его разливке открытой струёй на сортовых МНЛЗ / А.В. Сарычев, Д.В. Юречко, С.Н. Ушаков, Ю.М. Желнин // Металлург. 2007. - №1. - С. 45 - 47.

48. Параметры, влияющие на чистоту стали в непрерывнолитых заготовках /

49. A. Пальмаерс, П. Дауби, П. Рюссе, Ф. Анселин // Чистая сталь: Сб. науч. тр. Пер. с англ. М.: Металлургия, 1987. - С. 109-127.

50. Сталеплавильное производство // Справочник. Под общ. ред. А.М. Самарина. Т.1. -М.: Металлургия, 1964. 527 с.

51. Металлургия стали / В.И. Явойский, C.JI. Левин, В.И. Баптизманский и др. М.: Металлургия, 1973. - 816 с.110« Физико-химические расчёты электросталеплавильных процессов /

52. B.А. Григорян, А.Я. Стомахин, А.Г. Пономаренко и др. М.: Металлургия, 1989.-288 с.

53. Морозов А.Н. Водород и азот в стали М.: Металлургия, 1968. - 283 с.

54. Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.Н. Теория металлургических процессов -М.: Металлургия, 1986.-463 с.

55. Попель С.И. Теория металлургических процессов М.: ВИНИТИ, 1971. -132 с.