3 (72), 2013 / 141 УДК 621 .74 Поступила 02.09.2013 А. В. чАйкиН, сРо РАл, А. В. колколоВА, А. и. ГуЩиН ооо «сзтл», В. А. чАйкиН, филиал МГоу соверШеНствоваНие техНологии выплавки сталеЙ в кислых и осНовНых дуговых электропечах в условиях ооо «самарскиЙ Завод техНического литЬя» с примеНеНием дисперсНых материалов Показана эффективность применения дисперсных материалов в качестве раскислительных смесей для диффузион- ного раскисления сталей в печах с кислой и основной футеровками. Efficiency of using particulate materials as deoxidazing mixtures for steel diffusive deoxidation in acid and basic furnaces is shown. В ООО «СЗТЛ» в сталелитейном цехе в дуго- вых печах ДСП-1,5, ДСП-3 с основной и кислой футеровками выплавляются углеродистые и леги- рованные стали . Для повышения качества выплав- ляемых сталей в производство внедрены дисперсные раскислительные смеси РД21П, РД19П и Алюмо- карб, а также рафинирующая смесь КСК (кальций- стронциевый карбонат) . При выплавке стали марки 110Г13Л в печах с основной футеровкой при заливке форм возника- ли проблемы, связанные с недостаточной жидко- текучестью стали и появлением в отливках дефек- тов, таких, как недолив, неспай, газовая порис- тость и раковины . Выплавка стали производится с использованием возвратных отходов производс- тва и покупного лома . Плавка ведется без окисле- ния, что позволяет сохранить значительную часть содержащихся в отходах и ломе ценных легирую- щих компонентов . На момент внедрения после расплавления шлак, как правило, не скачивали, сразу проводили восстановительный период . При этом раскисление и легирование металла произво- дили обычным способом . Диффузионное раскис- ление металла в печи не проводили . Для снижения брака приходилось повышать температуру залив- ки стали, что, в свою очередь, увеличивало коли- чество газовых дефектов, вызывало рост зерна в стали, а также повышенный пригар на отливках и трудоемкость его удаления . Несмотря на повы- шенную температуру заливки, металл не полно- стью сливали из ковшей, в результате в них часто образовывались «козлы» . Кроме того, при выплав- ке сталей получали густые шлаки, что способство- вало зарастанию стопоров и высокой трудоемкос- ти удаления из ковша остатков шлака после окон- чания разливки и уменьшения сроков службы ков- шей . Пробы шлака имели характерный черный цвет, что свидетельствовало о высоком содержа- нии в них FeO . При таком методе плавки металл при плавле- нии и нагреве до температуры выпуска насыщает- ся азотом и водородом примерно на 50–70% от ис- ходного их содержания в шихте . Загрязнения ших- ты и заправочные материалы увеличивают в ме- талле содержание неметаллических включений в 5–7 раз . Кроме того, во время плавления проис- ходит обильное окисление марганца и железа . В ре- зультате содержание оксидов этих металлов в шла- ке может достигать 40 и 10% соответственно, что еще больше увеличивает количество оксидов в ста- ли . Во время восстановительного периода не уда- ется провести качественное рафинирование и за- частую суммарное количество MnO и FeO в шлаке существенно превышает оптимальный уровень 5%, что снижает уровень механических свойств стали . Для устранения перечисленных выше недо- статков в технологический процесс плавок стали в печах с основной футеровкой ввели дополни- тельно диффузионное раскисление дисперсными раскислительными смесями РД19П и РД21П (ТУ 0826–003- 47647304–2001). При этом решали во- просы повышения жидкотекучести стали за счет снижения в ней количества неметаллических 3 (72), 2013 142 / включений и оксидных плен, снижения концентра- ции газа в расплаве, повышения механических свойств сталей, экономии ферросплавов и ряд дру- гих задач . С целью проведения качественного рафиниро- вания при выплавке стали марки 110Г13Л в завалку вместе с шихтой загружали рафинирующую смесь КСК (ТУ 171700–003–520446233–2006) в количес- тве 3,3 кг на 1 т металлозавалки . Рафинирующая смесь КСК – кальций стронциевый карбонат (ТУ 171700–003–520446233–2006) предназначена для рафинирования сталей . Изготавливается она на ос- нове порошков карбонатов кальция и стронция с добавлением соединений ЩЗМ и Al2O3 . Рафини- рующая смесь отличается высокой дисперсностью частиц, что обеспечивает интенсификацию ее ре- акционной способности . Рафинирование осуществляется по флотацион- но-адсорбционному принципу . В первую очередь диссоциируют карбонаты, создавая поток высоко- дисперсных пузырьков рафинирующего газа, внутрь которых устремляется водород . Благодаря введен- ным в смесь КСК соединениям ЩЗМ и Al2O3 обра- зуется жидкоподвижный шлак, отличающийся высокой сульфидоемкостью и способностью акку- мулировать другие неметаллические включения . В итоге рафинирующая смесь решает задачи окис- лительного периода и очищает сталь от газов и не- металлических включений . Кроме того, образую- щиеся шлаки отличаются большей жидкоподвиж- ностью, что усиливает эффективность последую- щего диффузионного раскисления дисперсными РД19П и РД21П и алюмокарбом . Раскислитель диффузионный РД19П предна- значен для создания восстановительной атмосфе- ры и разжижения шлака качественных углеродис- тых и высоколегированных сталей, выплавляемых в дуговых электропечах с кислой и основной футе- ровкой . Материал присаживается на поверхность шлака перед раскислительной смесью РД21П . Ос- нову смеси РД19П составляют карбонаты кальция и стронция . Кроме того, в ее состав вводятся окси- ды алюминия и других ЩЗМ, а также углеродсо- держащий материал . За счет дисперсности смесь за короткий промежуток времени равномерно рас- пределяется по поверхности шлака, делает его жидкоподвижным и реакционноспособным. При этом в печи создается восстановительная атмосфе- ра . Затем в печь присаживается РД21П, в состав которой входят углерод-, кремний-и кальцийсодер- жащие материалы . За счет дисперсности эти эле- менты чрезвычайно реакционноспособны . Они восстанавливают оксиды железа, марганца и дру- гие и способствуют переходу восстановленных элементов в сталь . При этом в печи поддерживает- ся восстановительная атмосфера, вспенивается шлак . Восстановительная атмосфера и вспененный шлак экранируют дуги, уменьшают облучение от- косов и свода печи, улучшают усвоение тепла ван- ной, что дает возможность быстрее нагревать ме- талл, приводит к экономии электроэнергии, повы- шает срок службы свода . Диффузионное раскисле- ние позволяет экономить ферромарганец, повысить выход годного за счет перехода железа в металл . Кроме того, увеличивается жидкотекучесть стали за счет уменьшения в ней неметаллических вклю- чений, что, в свою очередь, позволяет снизить тем- пературу заливки на 10–20 градусов и повысить механические свойства . Расход смесей составляет по 2–3 кг на 1 т жидкого . Смеси фасуются в пакеты массой по 3 кг, что улучшает точность дозировки и позволяет вести контроль за рациональным рас- ходом материалов . Внедренная комплексная рафинирующая обра- ботка стали 110Г13Л позволила повысить гомоген- ность расплава, измельчить микроструктуру, уве- личить механические свойства стали . Кроме того, использование смесей позволило снизить долю де- фектов по пористости отливок, значительно повы- сить жидкотекучесть стали за счет уменьшения доли неметаллических включений и, как следс- твие, несколько снизить температуру заливки, уст- ранить образование наростов и «козлов» в литей- ных ковшах, повысить срок их службы . Расход раскислительных смесей РД19П и РД21П для печей с основной футеровкой составил 4 кг на 1 т загруженной шихты, Алюмокарба – 2 кг/т, ра- финирующей смеси КСК – 3,3 кг/т . Микроструктуры стали марки 110Г13Л, вы- плавленных различными способами, приведены в табл . 1 и показаны на рисунке . Т а б л и ц а 1 . Микроструктуры стали 110Г13Л Способ выплавки стали Балл зерна аустенита, ГОСТ 5639 Распределение карбидов, ОСТ 23 .1 .165 Без ТО ТО Без ТО ТО Метод переплава 2 2 7–9 3–5 Метод переплава с использованием КСК, РД19П и РД21П 3 3–4 6–8 1–3 Как видно из таблицы и рисунка, микрострук- тура стали, обработанной рафинирующей смесью КСК и диффузионными раскислителями, стала бо- лее благоприятной . В стали (см . рисунок, в, г), из- мельчилось зерно, устранена разнозернистость, присущая стали, выплавленной обычным способом (см . рисунок, а, б), уменьшилось количество карби- 3 (72), 2013 / 143 дов (табл . 1) . Это свидетельствует об эффективности внедренного комплексного технологического про- цесса рафинирования и диффузионного раскисления сталей при выплавке их переплавом в печах с основ- ной футеровкой . По мере внедрения новых материалов при вы- плавке сталей в печах с основной футеровкой и по- лучении положительной динамики внедрения было принято решение опробовать применение диспер- сных материалов при производстве сталей в печах с кислой футеровкой . При выплавке стали в печах с кислой футеровкой приходилось сталкиваться с проблемами повышенного содержания газа в рас- плаве, недостаточной жидкотекучестью металла, нестабильностью механических свойств стали . Для устранения этих недостатков была разработа- на технологическая схема применения рафиниру- ющей и раскислительных смесей для печей с кис- лой футеровкой . В ООО «СТЗЛ» при выплавке сталей в печах с кислой футеровкой после окончания окислитель- ного периода и доведения концентраций марганца и кремния в расплаве до нижних пределов на шлак отдаются раскислительные смеси из расчета по 2 кг на 1 т жидкого (по 2 пакета) . Вначале отдается РД19П, затем РД21П . Сразу же в печи создается восстановительная атмосфера, о чем свидетельс- твует интенсивное вытеснение кислорода из зава- лочного окна и экономайзеров . Шлак вспенивается и, как следствие, экранирует дуги, которые горят более устойчиво, а все их тепло расходуется на на- грев металла . При этом интенсивно проходят реак- ции восстановления оксидов железа, марганца, кремния и других и переход восстановленных эле- ментов в металл, а также обратный процесс пере- мещения оксидов из металла в шлак . По оконча- нии реакции в печь отдается Алюмокарб (ТУ 171700–003–520446233–2006), содержащий в сво- ем составе алюмосодержащий порошок . Шлак в печи становится жидким и успокаивается . Пробы шлака обычно плотные и имеют блестящий зеле- но-голубой цвет, что свидетельствует о содержа- нии в нем FeO и MnO меньше 1% . После выпуска металла шлак в ковше остается жидким . Во время опорожнения ковша шлак опускается вместе с ме- таллом, корку на поверхности ковша не образует . По окончанию разливки металл сливается в излож- ницу, а остатки шлака удаляются в шлаковню . Ковш под очередную разливку подается с чистыми стенками и дном . В табл . 2 приведены усредненные данные хи- мического состава и механических свойств стали 35ГЛ, выплавляемой в печах с кислой футеровкой за месяц работы цеха до и после внедрения . Как видно из таблицы, химический состав стали до и после внедрения практически не из- Микроструктура стали 110Г13Л после термической обработки: а, б – сталь, выплавленная методом переплава; в, г – сталь, выплавленная методом переплава с применением рафинирующей смеси КСК и диффузионных раскислителей РД19П и РД21П . а, в – ×50; б, г – ×200 3 (72), 2013 144 / менился, а механические свойства сплава вы- росли от 5 до 12%, что свидетельствует об эф- фективности внедренного технологического процесса диффузионного раскисления сталей, выплавляемых в дуговых печах с кислой футе- ровкой . Т а б л и ц а 2 . Качественные показатели стали 35ГЛ Химический состав, мас .% σВ, МПа σТ, МПа d, % Ψ, % КСU, кДж/м2C Si Mn S P ГОСТ 977–88 0,30–0,40 0,20–0,40 1,20–1,60 0,04 0,04 540 294 12 20 294 До внедрения 0,34 0,36 1,48 0,028 0,031 615 414 18,4 29 620 После внедрения 0,32 0,38 1,51 0,029 0,033 645 453 20 32 721