Влияние водорода на свойства стали

В случае необходимости регулирование скорости окисления углерода и скорости нагрева металла осуществляют изменением интенсивности продувки и положения кислородных фурм.

При перегреве металла в печь присаживают агломерат или известняк, рекомендуется вводить их в соотношении 1:1. При этом учитывают, что при присадке 1 тонны агломерата температура металла снижается на 30єС, известняка - на 20єС, а подъем температуры металла составляет 10-15єС при выгорании 0,1% углерода.

При температуре металла 1580єС и более охлаждение ванны рекомендуется производить только известняком.

По ходу доводки через каждые 15-20 минут отбирают пробы металла для контроля массовой доли углерода, фосфора, серы, марганца, хрома, никеля, меди. Разрешается отбор меньшего количества проб, но не менее 2; при условии обеспечения заданного химического состава готовой стали. При необходимости принимают меры для обеспечения заданной массовой доли фосфора и серы в стали - спуск шлака им наводка нового присадками в ванну сухих извести, известняка, плавикового шпата. Присадка всех материалов в печь должна быть закончена не позднее, чем за 10 минут до выпуска плавки. При передувке металла разрешается во время выпуска плавки присадка сухого прокаленного доломита с порогов печи для снижения активности шлака.

При снижении массовой доли углерода по ходу продувки до 0,3%, объемный расход кислорода на продувку рекомендуется снижать до 3000 - 4000 м3/ч.

Контроль температуры металла производят с помощью установок непрерывного измерения температуры, при их наличии в цехе. Разрешается измерение температуры производить термопреобразователем кратковременного разового погружения не менее трех раз за период.

Температура металла перед выпуском должна быть при непрерывном измерении 1630єС. При разовом измерении температура должна быть на 10єС выше.

Продувку металла заканчивают не позднее, чем за 5 минут до выпуска плавки. Окончанием продувки считают подъем фурм над уровнем шлака на 1 - 1,5 м, интенсивность подачи кислорода при этом снижают до 3000 - 4000 м3/ч.

Массовая доля окислов железа в шлаке перед выпуском не регламентируется. Основность конечного шлака должна быть не менее 2,0.

2.2.6 Десульфурация стали с использованием ТШС

Существует целый ряд материалов и способов их введения в ковш, главными из которых являются: обработка расплава жидкими синтетическими шлаками, использование металлического кальция и сплавов на его основе, эжекция мелкодисперсных специальных шлаковых смесей, а также применение кусковых твердых шлакообразующих. Наиболее простым и сравнительно легко организуемым способом в условиях сложившейся технологии в существующих цехах является использование кусковых твердых шлакообразующих смесей (ТШС).

В процессе легирования сталь попадает в марочные пределы по всем элементам, кроме углерода и серы. Необходимо принять меры по десульфурации стали и вводу углерода.

Для десульфурации существует целый ряд материалов и способов их введения в ковш, главными из которых являются: обработка расплава жидкими синтетическими шлаками, использование металлического кальция и сплавов на его основе, эжекция мелкодисперсных специальных шлаковых смесей, а также применение кусковых твердых шлакообразующих.

Наиболее простым и сравнительно легко организуемым способом в условиях сложившейся технологии в существующих цехах является использование кусковых твердых шлакообразующих смесей (ТШС) /12/.

Расчет десульфурации стали с использованием ТШС проводится на 100 кг. стали. Для начала необходимо оценить массу и состав сформировавшегося в ковше шлака.

Масса стали в ковше 250 т.

Далее оцениваются составляющие, вносимые ТШС. Расход ТШС принимается 15 кг/т или 1,5 кг/100 кг. стали; состав - 75% извести; 25% плавикового шпата.

Следовательно, ТШС внесет извести: 1,5 · 0,75 = 1,125 кг.

Состав извести принимается следующий, масс. доли %: СаО - 85; MgO - 8; SiO2 - 2; п.п.п - 5.

Следовательно, известь внесет в шлак, кг:

- СаО………………………. 1,125 · 0,85 = 095;

- MgO ……………………... 1,125 · 0,08 = 0,09;

- SiO2 ……………………… 1,125 · 0,02 = 0,022.

Далее оцениваются составляющие, вносимые печным шлаком. Принимается, что в ковш попадает печной шлак в количестве 6 кг/т стали или 0,6 кг/100 кг. металла.

Состав печного шлака в печи на выпуске, массов. доли, %.

СаО - 47,9; SiO2 - 18,57; FeO - 12,9; MnO - 1,7; MgO - 8,5; P2O5 - 0,88; Al2O3 - 2,44.

Следовательно, печной шлак внесет, масс. доли, кг.

CaO - 0,28; SiO2 - 0,11; FeO - 0,07; MnO - 0,02; MgO - 0,05; P2O5 - 0,005; Al2O3 - 0,01.

Количество и состав шлака представлены в таблице 14.

Таблица 14 - Количество и состав шлака, кг.

Источники шлака	CaO	SiO2	FeO	MnO	MgO	Al2O3	СаF2	Итого
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Продукты раскисления						0,680
ТШС	0,95	0,022			0,09		0,375
Печной шлак	0,28	0,110	0,07	0,02	0,05	0,005	0,010
Всего внесено в ковш	1,23	0,132	0,07	0,02	0,14	0,685	0,385	2,66
Состав шлака в ковше, масс. доли, %	46,20	4,960	2,63	0,75	5,26	25,75	14,470	100,00

Коэффициент распределения серы определяется по уравнению (17):

, (17)

где а0 - активность кислорода в стали можно определить из следующего уравнения

lgfs = 0,11 · 0,04 + 0,063 · 0,36 + 0,29 · 0,014 - 0,026 · 0,58 - 0,028 · 0,032 = 0,055

(18)

где аAl - активность алюминия в стали

аAl2O3 - активность глинозема в образующейся шлаковой фазе

КAl · aAl2O3 = K'Al (19)

Константа K'Al приближенно определена и равна:

- для шамотной футеровки K'Al = 10-12;

- для высокоглиноземистой футеровки K'Al = 10-13

Допуская, что аAl ? [Al] = 0,025, получим выражение для определения аО

(20)

Принимая футеровку ковша высокоглиноземистую (К'Al = 10-13)

Ls = 57

Содержание серы в ковше определяется по уравнению:

(21)

где л - кратность шлака, л = 0,029

Степень десульфурации определяется по уравнению:

(22)

2.2.7 Раскисление и легирование стали

Предварительное раскисление металла производят в ковше, непосредственно при выпуске, присадкой алюминия для снятия переокисленности металла и производят науглероживание вдуванием коксовой мелочи под струю. Выпуск металла производится при достижении температуры не ниже 1630єС. При выпуске металла из печи производится отсечка шлака с помощью скриммерного желоба.

Присадка ферросплавов в ковш во время продувки позволяет достичь большей их экономии за счет более высокой степени усвоения легирующих элементов, достигающей для большинства элементов по многочисленным литературным данным величины более 90%.

При выпуске металла из печи содержание углерода в стали равно 0,04. По содержанию углерода по эмпирической формуле легко найти массовую долю растворенного кислорода в стали [О].

аО = \0,00252 + 0,0032/[С] (23)

где [С] - содержание углерода в металле перед выпуском из печи,

массов. доли, %

аО = [О] (24)

[О] = 0,00252 + 0,0032/0,4 = 0,011%

Раскисление стали алюминием проходит по реакции:

2[Al] + 3[O] = (Al2O3) (25)

K = a2Al · a3 o/aA1203 (26)

a2Al · a3o = K · aA1203 ? K'

где aAl и ao - активности алюминия и кислорода в металле;

К - константа равновесия реакции;

aA1203 - активность глинозема в шлаковой фазе.

При преобразовании чистого Al2O3 можно принять aA1203 = 1

Для связывания 0,011% кислорода потребуется алюминия 0,012%.

В процессе выпуска металла основная задача сводится к тому, чтобы раскислить сталь. Поэтому на выпуске вводим чушкового алюминия, с учетом угара 30% в количестве 0,017 кг/100 кг стали или 42,5 кг/плавку.

Для науглероживания будем применять коксик следующего состава:

S - 0,05%, C - 82%

Коксик = 1000 · (0,36 - 0,04)/82 · 0,5 = 7,8 кг/т.

На всю выплавку необходимо 1950 кг. Внесет S = 0,00039%

В процессе внепечной обработки легируем ферромарганцем ФМи75, ферросилицием ФС85, феррохром ФХ800 (химический состав ферросалавов приведен в таблице 15). Ферросилиций, феррохром и ферромарганец присаживаются в ковш во время продувки.

Таблица 15 - Химический состав ферросплавов

Ферросплав	Массовая доля элементов, %
	С	Mn	Si	Cr	S	P	H	N
1	2	3	4	5	6	7	8	9
ФC 75	0,1	-	65,0	-	0,03	0,05	0,0008	0,001
ФМн 75	7,0	76,0	2,0	-	0,03	0,45	0,0020	0,020
ФХ 800	0,5	2,0	2,0	65	0,05	0,08	0,0005	0,004

Содержание остаточной массовой доли легирующих и примесей в стали перед легированием составляет марганца - 0,088%, кремния - следы, углерода - 0,36%, серы - 0,012%, фосфора - 0,011%, хрома - 0,3%.

Требуемое количество массовых долей элементов в готовой стали: марганца -0,6%, кремния - 0,28%, углерода - 0,36%, серы - 0,015%, фосфора - 0,015%, хром - 0,9%.

Необходимое количество ферросплавов для легирования стали определяем по формуле:

ФСпл = М · ? [Эл] / з · с (27)

где ФСпл - количество вводимого ферросплава, кг/т стали;

М - масса металла, кг;

? [Эл] - массовая доля элемента, которую необходимо внести, %;

з - степень усвоения ферросплава;

с - содержание элемента в ферросплаве, масс. доли, %

Требуется внести с ферромарганцем 0,592% марганца. Степень усвоения ферромарганца в ковше составляет 95%. Необходимое количество ферромарганца

ФМн 75 = 1000 · 0,592/0,95 · 76 = 8,0 кг/т стали;

ФМн 75 = 8,0 кг/т жидкой стали или 2000 кг. на плавку.

Требуется внести с ферросилицием 0,28% кремния. Степень усвоения ферросилиция в ковше при пульсирующей продувке составляет 92%. Необходимое количество ферросилиция

ФС75 = 1000 · 0,28/0,92 · 80 = 3,9 кг/т стали;

ФС75 = 4,05 кг/т жидкой стали или 1012,5 кг. на плавку.

Требуется внести с феррохромом 0,6% хрома. Степень усвоения феррохрома в ковше при продувке составляет 98%. Необходимое количество феррохрома

ФХ800 = 1000 · 0,6/0,98 · 65 = 9,41 кг/т стали

ФХ800 = 9,41 кг/т жидкой стали или 2352 кг. на плавку.

Количество внесенных элементов с ферросплавами показаны в таблице 16.

Таблица 16 - Количество внесенных элементов с ферросплавами

Ферросплав	Содержание вносимых элементов, массов. доля, %
	С	Сr	Мn	Si	S	P
1	2	3	4	5	6	7
ФМн75	0,0570	-	0,59200	0,016	0,00020	0,0036
ФХ800	0,0090	0,6	-	0,019	0,00050	0,0003
ФС75	0,0008	-	0,0016	0,280	0,00008	0,0002

После легирования сталь будет иметь химический состав, который показан в таблице 17.

Таблица 17 - Химический состав стали после легирования и науглероживания

С	Mn	Si	P	S	Cr
0,42	0,68	0,315	0,015	0,0127	0,9

2.2.8 Изменение температуры в процессе внепечной обработки металла

В процессе производства стали без дополнительного подогрева на технологических стадиях между выпуском металла и разливки на МНЛЗ, температура металла все время уменьшается.

Температуру металла в печи перед выпуском можно найти из соотношения

Твып = ?Т1 + ?Т2 + ?Т3 + ?Т4 + ?Т5 (28)

где ?Т1 - падение температуры стали при выпуске из печи, єС;

?Т2 - падение температуры стали при транспортировке стальковша до стенда

продувки, єС;

?Т3 - падение температуры стали при продувке в ковше, єС;

?Т4 - падение температуры стали при транспортировке стальковша от стенда до

МНЛЗ, єС;

?Т5 - заданная температура в промковше, єС.

Падение температуры при выпуске стали из печи за счет излучения струи металла в атмосферу цеха и нагрев футеровки ковша и ввода ТШС составляет 60єС.

Падение температуры стали при транспортировке стальковша до стенда и от стенда до МНЛЗ можно принять равным 20єС.

При продувке и с учетом ввода ферросплавов температура металла падает на 20єС.

Необходимая температура металла в стальковше перед разливкой

Тс.к = Тлик + Тп.к. + Ткр + 20 (29)

где Тлик - температура ликвидус стали, єС;

Тп.к - температура стали в промковше, єС;

Ткр - температура в кристаллизаторе, єС.

Тлик = 1539 - 79[С] - 12[Si] - 5[Mn] - 25[S] - 30[P] + 2,7[Al] (30)

Тлик = 1539 - 79,0 · 0,17 - 12 · 0,5 - 5 · 1,38 - 25 · 0,04 - 30 · 0,035 + 2,7 · 0,03 =

= 1501єС

Тс.к = 1501 + 10 + 20 + 20 = 1551єС

Теперь легко подсчитать, что без принятия мер по дополнительному подогреву, температура стали на выпуске из ДПСА должна составлять

Твып = 60 + 20 + 20 + 1551 = 1650єС

При необходимости сталь подогревают перед разливкой на МНРС химическим подогревом. Химический нагрев - это нагрев металла тепловым эффектом экзотермических реакций окисления элементов, растворенных в расплаве. Основными такими элементами являются алюминий и кремний. При окислении алюминия температура расплава может повышаться с максимальной скоростью 2-4єС мин. Недостатками этого метода является значительное загрязнение стали неметаллическими включениями и невысоким коэффициентом полезного действия.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9