Предлагаемая технология

 

Общие требования к марке 08ГБФ-У

Чтобы наглядно показать все выше изложенные аспекты, рассмотрим производство марки 08ГБФ-У класса прочности К60 по ТУ 14-1-5521-2005г «прокат толстолистовой для электросварных труб класса прочности К52-К60 диаметром 530-1220 мм повышенной эксплуатационной надежности» с учетом выше изложенных выводов и рекомендаций.

Марка 08ГБФ-У–выбрана как наиболее перспективная и конкурентоспособная, требующая наиболее жестких условий внепечной обработки металла и использования дорогих ферросплавов. Химический состав указан в таблице 11 [22].

Таблица 11 - Химический состав марки 08ГБФ-У

Содержание, %
С	Si	Mn	V	Nb	Al	Ti	Не более
							Cu	Cr	Ni	S	P	N
0,08 0,10	0,16 0,35	1,0 1,1	0,05 0,06	0,02 0,08	0,02 0,05	0,01 0,035	0,20	0,20	0,20	0,002	0,012	0,009
Примечания 1 Сталь для листов должна быть раскислена алюминием с учетом его остаточной массовой доли в готовом прокате 0,02-0,05%, дополнительно модифицирована титаном и кальцием, массовая доля которых должна быть 0,01-0,035% и 0,001-0,005% соответственно. 2 В стали допускается остаточная массовая доля хрома, никеля и меди не более 0,3% каждого, при этом их суммарная массовая доля не должна превышать 0,6%.

 

Химический состав используемых ферросплавов приведен в таблице 12.

Таблица 12−Химический состав ферросплавов

Ферросплавы	Содержание, %
	C	Si	Mn	P	S	Al	др.
ФМн0,5	0,5	2,0	85	0,30	0,03	-	-
ФМн2,0	2,0	2,0	75	0,35	0,03	-	-
СМн17	1,7	17	65	0,1	-	-	-
ФС65	-	65	-	0,032	-	-	-
ФВд35C	1	3,5	-	0,2	0,1	-	V 35
ФН4	0,5	25	-	0,5	0,1	8	Nb 35
ФТи30А	0,25	5	-	0,04	0,04	8	Ti 30
СК25	1,0	70	-	0,02	0,05	1,5	Ca 25

 

В таблице 13 приведены значение усвоений элементов-раскислителей. Усвоение элементов, вводимыми кусковыми материалами и проволоками приняты равными реально существующим в условиях ОАО "Уральская Сталь" [23].

 

Таблица 13−Усвоение элементов

Элемент	Усвоение, %
	Кусковые материалы	Порошковая проволока
Mn	90	100
Si	85	100
Al	-	50
Ti	35	90
V	85	100
Nb	70	100
Ca	-	22

 

Технологическая схема производства стали

Для производства стали марки 08ГБФУ применим схему “ плавка в дуговой печи – внепечная обработка – непрерывная разливка “. Эта схема является наиболее оптимальной и высокопроизводительной, по сравнению с мартеновской и разливкой в изложницы.

Сталь марки 08ГБФУ выплавляется в электропечи с окислением, скачиванием шлака и раскислением металла во время выпуска в сталеразливочном ковше [18]. Вместе с раскислителями в ковш отдается навеска легирующих ферросплавов и шлакообразующих. После окончания выпуска, на установке «ковш-печь» металл подвергается продувке аргоном через донную пробку в течение не менее четырех [24], для усреднения металла по температуре и химическому составу по всему объему ковша. После окончания продувки производится отбор проб и замер температуры. Далее производится доводка металла до марочного состава, десульфурация и подогрев металла. После обработки на установке “ковш – печь” плавка подается на машину непрерывного литья заготовок с заданным химическим составом и температурой.

Выплавка стали в электропечи

Шихтовка печи производится ломом марки 3А и жидким чугуном, состав которых представлен в таблице 14.

Таблица 14 – Химический состав металлошихты

Материал	Содержание, %
	С	Si	Mn	Cr	Ni	Cu	P	S	Fe
3А	0,25	0,30	0,50	0,15	0,10	0,10	0,040	0,030	98.8
Жидкий чугун	4,0	1,0	0,8	-	-	-	0,05	0,02	94.1

 

В процессе выплавки в печи кремний окисляется на 100%, марганец на 50%, фосфор на 90%, сера на 50% [23].

В таблице 15 представлен элементарный состав шихты.

Таблица 15 – Элементарный состав шихты

Материал		Содержание элементов
		C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Fe	всего
3А	%	0,25	0,30	0,50	0,04	0,03	0,15	0,10	0,10	98,8	100
	кг	162	195	325	26	19,5	97,5	65	65	64220	65000
Жидкий чугун	%	4,0	1,0	0,8	0,05	0,02	-	-	-	94,1	100
	кг	2200	550	440	27,2	11	-	-	-	51755	55000
Состав шихты	%	0,83	0,62	0,44	0,04	0,03	0,08	0,05	0,05	96,6	100
	кг	1002	745	765	53,2	30,5	97,5	65	65	115975	120000

 

Химический состав стали после расплавления указан в таблице 16.

Таблица 16 –Химический состав стали после расплавления

Материал		Содержание элементов
		C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Fe	всего
Масса стали после расплавления	кг	1002	745	765	53,2	30,5	97,5	65	65	115975	120000
Угар	кг	-	223,5	137,7	13,3	1,52	4,48	1,95	1,95	3479,25	3864,05
Состав стали после расплавления	%	0,83	0,45	0,54	0,034	0,025	0,08	0,08	0,08	96,8	100
	кг	1002	521,5	627,3	39,9	28,98	92,62	63	63	112495,75	116,135,95

 

Для получения заданного химического анализа производим продувку металла кислородом. В процессе выплавки для вспенивания шлака производим вдувание кокса в количестве 850 кг на плавку. Шлак удаляется из печи самотеком. Принимаем, что после отбора пробы, содержание углерода в металле составляет 0,05%.

Окисление элементов происходит по следующим реакциям:

 

;

;

;

;

;

;

;

;

.

 

В таблице 17 приведен состав стали в конце окислительного периода.

Таблица 17- Состав стали в конце окислительного периода

Баланс		Содержание, %
		С	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Fe	всего
Окисляется	%	94	100	70	90	50	30	10	10	2	6
	кг	941,88	521,5	439,11	35,91	14,49	27,79	6,3	6,3	2249,9	4243,18
Остается в металле	%	6	0	30	100	50	70	90	90	98	94
	кг	60,12	0	188,19	3,99	14,49	64,83	56,7	56,7	112245,85	112630,75
Состав металла	%	0,049	0	0,17	0,005	0,018	0,08	0,08	0,08	99,51	100

 

По данным таблицы 17, определяем массу окислов, переходящих из металла в шлак во время плавления и окислительного периода:

 кг;

кг.

85% железа окисляется до , и улетучивается в виде пыли, а 15% окисляется до  и переходит в шлак:

кг;

кг;

кг;

 кг.

Расход футеровки составляет 1-2 кг на тонну стали.

В таблице 18 показан состав шлака в конце окислительного периода.

 

Таблица 18 – Состав шлака в конце окислительного периода

Источник оксидов		Содержание, %
		CaO	MgO	SiO2	Al2O3	FeO	MnO	P2O5	Cr2O3	итого
Металл.кг		-	-	1117,5	119	433,74	566,85	164,49	81,23	2482,81
Известь.кг		4600	165	125	46	-	-	4,6	-	4940,6
Футеровка.кг		-	173,8	-	-	-	-	-	-	157,5
Всего	кг	4600	338,8	1242,5	165	433,74	566,85	169,09	81,23	7423,41
	%	42,9	5,5	19,7	3,2	9,8	10,5	2,2	1,1	100

 

Основность шлака составляет CaO/SiO2=42,9/19,7=2,1. Такая основность и высокая окисленность шлака препятствуют насыщению металла азотом.

Расход кислорода на окисление примесей составит:

Сшихты: 941,88∙32/12=2511,68 кг;

Скокса: 850∙32/12=2266,67 кг;

Si: 521,5∙32/28=596 кг;

Mn: 439,11∙16/55=127,74 кг;

S: 14,49∙32/32=14,49 кг;

P: 35,91∙32/124=9,27 кг;

Fe: 2249,9∙32/136=529,39 кг.

Общий расход кислорода составит 6055,24 кг.

Состав технического кислорода 99,5% кислорода и 0,5% азота. Расход технического кислорода составит 6055,24∙0,95=5752,48 кг.

В таблице 19 представлен материальный баланс плавки.

Таблица 19 – Материальный баланс плавки

Задано		Получено
Наименование	кг	Наименование	кг
Лом 3А Жидкий чугун Известь Футеровка	65000 55000 5000 158	Металл Шлак Пыль Газы	112630 7423 3864 77420
Технический кислород	5752
Кокс	850
Итого	129861	Итого	129438

 

Рассчитаем количество легирующих, раскислителей для отдачи в ковш на выпуске по формуле:

 

Х = ((Е гот − Е ост) ∙ Т ∙ 1000) / В∙ С, (9)

 

где Х - требуемое количество ферросплавов, кг;

Е гот - содержание элемента в готовой стали, %;

Е ост.- остаточное содержание элемента в металле перед раскислением, %;

Т – масса плавки, тонн;

В – содержание элемента в ферросплаве, %;

С – коэффициент усвоения элемента, вводимого в металл, %.

Рассчитаем необходимое количество кремния:

FeSi = (0,14∙113∙1000)/0,65∙67=385 кг.

Рассчитаем необходимое количество марганца металлического:

Mn(мет)=((1,0-0,17)∙113∙1000)/0,90∙85=1300 кг.

Рассчитаем необходимое количество феррованадия:

FeV=((0,05∙113∙1000)/0,85∙53=130 кг.

Рассчитаем необходимое количество никеля листового:

Niлист.=((0,20-0,07) 113∙1000)/0,95∙100=165 кг.

Общая масса ферросплавов:

кг.

Масса металла после выпуска составит:

112630+1980=114610 кг.

Выпуск плавки осуществляется в сталь ковш при температуре футеровки не менее 900 ◦С, оборудованный донной пробкой, очищенный от скрапа и шлака. В процессе выпуска в ковш присаживаются шлакообразующие – известь и плавиковый шпат. Навеску ферросплавов вводить в ковш после выпуска 50-70 т. металла. Температура металла на выпуске 1610-1640 ◦С.

 

Внепечная обработка

После выпуска плавки и отданной навески ферросплавов производят усреднительную продувку металла на УКП аргоном в течение 4 минут, после чего производят отбор пробы металла и шлака. Принимаемый химический состав стали перед обработкой, приведен в таблице 20.

Таблица 20 - Химический состав стали перед обработкой

Содержание, %
С	Si	Mn	V	Nb	Al	Ti	Cu	Cr	Ni	S	P	N
0,049	0,14	0,7	0,05	-	0,005	-	0,11	0,06	0,20	0,008	0,003	0,007

 

Обработка стали на УКП представлена в таблице 21 [26].

Таблица 21 - Обработка на УКП

Параметры	Требования	Обработка на УКП
Толщина слоя шлака	Не более 50мм.	Ввод в ковш последовательно плавикового шпата и не менее 1200кг извести. После получения жидкоподвижного шлака ввод алюминиевой проволоки (на 0,040% алюминия), карбида кремния и (или) карбида кальция. Раскисление производить до получения белого шлака. После раскисление произвести доводку металла по химическому составу на нижнемарочное значение. Через 5 мин. после ввода последней порции ферросплавов отобрать пробу металла и по результатам хим.анализа произвести окончательную корректировку химического состава. В конце обработки произвести замер окисленности, ввести алюминиевую и силикокальцевую проволоку
Свободный борт	Не менее 400мм.
Химический состав стали после выпуска	Не должен превышать нижнемарочный предел. Содержание углерода должно быть меньше нижнемарочного предела не менее чем на 0,02%
Шлакообразующие материалы	Известь с массовой долей СаО не менее 85%. Шпат с массовой долей CaF2 не менее 70%
Готовая сталь	Химический состав стали и величина углеродного эквивалента должны соответствовать требованиям НТД.

 

Согласно таблице 21 в первой порции навески отдаем в ковш последовательно плавиковый шпат в количестве 500 кг, известь в количестве 1200 кг, карбид кальция в количестве 100 кг, алюминиевую проволоку с расчетом содержания массовой доли 0,040%.

Расчет необходимого количества алюминиевой проволоки для предварительного раскисления:

Alпров.=((0,040-0,005)×115×1000/0,50×100=77 кг.

Во второй порции ферросплавов рассчитаем необходимое количество феррокремния, силикомарганца:

FeSi=((0,20-0,14)∙115∙1000)/67∙0,75=130 кг;

%(Si)=(67∙0,75∙130)/115∙1000=0,06%.

Рассчитаем необходимое количество силикомарганца с учетом получения марганца в стали на нижнемарочное значение:

Mn=((1,0-0,7)∙115∙1000)/72∙0,90=509 кг.

Силикомарганец будем вводить в металл в два приема, первая порция будет составлять 350кг, что внесет массовую долю марганца и кремния в количестве:

%(Mn)=(72∙0,90∙350)/115∙1000=0,21%;

%(Si)=(17∙75∙350)/115∙1000=0,04%.

Во второй порции присадки в ковш необходимо ввести для дополнительного раскисления шлака известь в количестве 400 кг, плавиковый шпат в количестве 100 кг, карбид кальция в количестве 20-30 кг.

Через пять минут после отдачи второй порции навески ферросплавов и раскислителей необходимо отобрать вторую пробу металла. Химический состав металла с учетом всех введеных ферросплавов приведен в таблице 22.

Таблица 22 - Химический состав стали

Содержание, %
С	Si	Mn	V	Nb	Al	Ti	Cu	Cr	Ni	S	P	N
0,08	0,24	0,91	0,05	-	0,023	-	0,11	0,06	0,23	0,005	0,006	0,007

 

Для доводки до заданного химического анализа необходимо ввести силикомарганец, ниобий, алюминий, титан. Титан, а также проволока с силикокальциевым наполнителем будет применяться в качестве модификатора стали. Алюминий будет отдан после получения пробы химического состава стали и шлака, а также по результатам измерения замера окисленности металла и температуры стали.

Легирование ниобием будем производить путем ввода ниобийсодержащей проволоки.

Рассчитаем необходимое количество силикомарганца:

m(SiMn)=((1,0-0,91)∙115∙100)/72∙0,90=153 кг.

В результате ввода 150 кг силикокальция кремния будет внесено:

%(Si)=(17∙0,75∙150)/115∙1000=0,017%.

Рассчитаем необходимую навеску ниобий содержащей проволоки:

m пров = (0,02∙115∙1000) / 50∙0,84 = 53 кг.

Рассчитаем необходимую навеску титана:

m(Ti)=(0,011∙115∙1000)/0,32∙40=95 кг.

После отдачи последней порции ферросплавов отбирают пробу металла и шлака. В таблицах 23 и 24 представлен химический анализ полученного металла и шлака соответственно.

 

Таблица 23 - Химический состав стали после обработки

Содержание, %
С	Si	Mn	V	Nb	Al	Ti	Не более
							Cu	Cr	Ni	S	P	N
0,08	0,26	1,1	0,05	0,02	0,023	0,01	0,11	0,06	0,23	0,005	0,007	0,007

Таблица 24 - Состав шлака после обработки

Содержание, %
СаО	SiO2	FeO	MnO
52,6	23,5	0,61	<2,0

 

Завершение обработки в сталеразливочном ковше представлено в таблице 25.

Таблица 25 - Завершение обработки стали марки 08ГБФ-У

1) Перед окончательной корректировкой массовой доли алюминия в стали произвести замер активности кислорода в стали.
2) Замер активности кислорода производить при отключенной продувке металла аргоном. После проведения замера возобновить продувку металла.
3) Температура металла за 10-15 мин до конца обработки (перед вводом алюминия) должна быть на 10-15 ˚С выше заданной температуры разливки стали.
4) По результатам измерения активности кислорода и температуры стали произвести ввод алюминиевой проволоки.
5) Расчет массы, вводимой алюминиевой проволоки, для стали с массовой долей алюминия в Маркировочной пробе не менее 0,020%, производить на 0,010% выше нижнемарочного значения, с учетом остаточного содержания алюминия в стали и степени усвоения алюминия в зависимости от активности кислорода: m(Alпров)=((0,04-0,023) ×110×1000)/ 0,50×100=40 кг
Активность кислорода	до 5 ppm	5-10 ppm	более 10 ppm
Усвоение алюминия	70%	65%	60%
6) Продолжительность продувки металла от момента ввода алюминиевой проволоки до ввода силикокальциевой проволоки должна составлять 3-5 минут.
7) Количество вводимой в металл силикокальциевой проволоки при содержании алюминия более 0,020% соответствует количеству в размере 150 м.
8) После ввода силикокальциевой проволоки произвести "промывочную" продувку металла аргоном в течение 2-12 мин без оголения поверхности металла (рекомендуемая продолжительность продувки – 5-7 мин).
9) Нагрев металла во время и после ввода силикокальциевой проволоки не производить.
10) Произвести отдачу 300-500 кг извести на шлак, накрыть ковш крышкой и передать на разливку.

 

Используя установку ковш-печь, получили сталь марки К60(08ГБФУ).

Разливка

Разливку производим на слябовой МНЛЗ, сечение кристаллизатора 190×1200мм. Из сталеразливочного ковша в промежуточный металл подается через огнеупорную трубу, верх которой стыкуется с шиберным затвором сталеразливочного ковша, а низ погружен в металл в промежуточном ковше. С целью предотвращения подсоса воздуха в трубу подают аргон. В промежуточном ковше металл изолируют от атмосферы, засыпая на его поверхность защитную шлакообразующую смесь. Изоляцию струи подаваемого в кристаллизатор металла обеспечиваем с помощью погружных стаканов [27].

Выводы

Для обеспечения массовой доли азота в стали 0,008% и менее, необходимо:

1) производить продувку металла техническим кислородом с расходом не более 5500 м3/плавку;

2) общая масса металлошихты не должна превышать 125-128 т;

3) ограничить массу лома типа ШЭЛ и обрези ЛПЦ до уровня не более 10 т, за счет увеличения массы лома типа (3А и ШЭ);

4) расход жидкого чугуна на плавку должен составлять 55-65 т;

5) в завалку вводить 2 т известняка;

6) расход углеродсодержащего материала для вспенивания шлака должен составлять:

- для вдувания через инжектора – не более 1200 кг;

- для присадки сверху (через свод) – не более 400 кг.

7) температура металла перед выпуском должна составлять 1610-1640 ˚С;

8) качественная установка защитной трубы, подача аргона и очистка посадочного места трубы от настылей, брызг металла перед ее установкой. При невозможности полной очистки места стыка проводить замену защитной трубы;

9) накрытие поверхности металла теплоизоляционной смесью без появления «горячих» пятен на поверхности металла.