Разработка технологии выплавки низко- и среднелегированных сталей с пониженным содержанием азота (стр. 4 из 18)

При выпуске расплава из печи и его продувке происходит значительное повышение концентрации азота на 0,002 - 0,004%. Это связано с взаимодействием расплава с атмосферой и увеличением интенсивности поступления азота из шлака в металл. Следует отметить, что при более низких температурах выпуска расплава из печи (< 1640 °С), средний прирост содержания азота 0,001 - 0,002% существенно ниже, чем при температурах выше 1640 °С 0,002 - 0,0035% [8].

В восстановительный период содержание азота в стали возрастает в результате прекращения окисления углерода и, следовательно, удаление азота при увеличении интенсивности поступления его из шлака в металл. Последнее является следствием значительного увеличения растворимости азота в шлаке при его раскислении. В белых шлаках растворимость азота согласно исследованиям Н.М.Чуйко, составляет 0,03-0,06%, а в карбидных шлаках достигает 0,2% [8].

Эффективным способом уменьшения количества азота, поступившего в сталь в восстановительный период, является уменьшение продолжительности восстановительного периода и отказ от работы под карбидным шлаком. В среднелегированных сталях, выплавляемых в дуговой электропечи, обычно содержится 0,006-0,012% N ( по сравнению с 0,004-0,008% N в мартеновской и 0,002-0,005% N в кислородно-конвертерной стали). В высоколегированной стали содержание азота выше и может достигать 0,02% в следствии увеличения растворимости азота в металле и внесения его ферросплавами ( содержание азота в феррохроме 0,004-0,05%, а в ферромарганце 0,01-0,06%).

При вакуумной обработке стабильно достигается низкая концентрация водорода, отвечающая близкому парциальному давлению водорода в газовой фазе. Снижение азота при его исходном содержании 0,003 - 0,006% незначительно и составляет в среднем 4%, а при более высоком содержании 0,015 - 0,028% составляет 15 - 29%. Таким образом, снижение азота зависит от его исходного содержания, а конечная концентрация не достигает расчётных значений, отвечающих закону Сивертса [9].

Снижение концентрации азота достигается на 10-20% лишь при вакуумировании частично или полностью раскисленного металла. Более высокое (до 40%) снижение концентрации азота наблюдали только при вакуумной обработке нераскисленного металла. Исследователи объясняют это удалением азота с оксидом углерода, образующегося при взаимодействии углерода и кислорода. В тоже время удаление азота из нераскисленного металла должно тормозиться наличием растворённого кислорода. Кислород, являясь поверхностно-активным элементом, защищает металл от насыщения азотом. Поэтому более позднее раскисление расплава алюминием способствует получению в металле низкой концентрации азота, что необходимо учитывать при выборе оптимального режима раскисления для снижения азотации металла в процессе внепечной обработки. В этой связи необходимо рассматривать процесс удаления азота из нераскисленного металла с пузырьками СО, а после раскисления с поверхности взаимодействия металл - газовая фаза [7].

Вывод

Получению металла с минимальным содержанием азота способствуют следующие мероприятия :

1) использование чистых по азоту шихтовых материалов;

2) предохранение металла от соприкосновения с азотосодержащей атмосферой в зоне очень высоких температур или искуственное охлаждение этой зоны;

3) организация по ходу плавки кипения ванны (удаление азота с пузырьками СО) ;

4) обработка металла вакуумом ;

5) продувка металла инертными газами;

6) связывание азота в прочные нитриды при введении в сталь нитридообразующих элементов (например, алюминия).

2 Анализ технологических параметров выплавки стали на различных предприятиях

2.1 Рафинирование расплавов от азота при внепечной обработке в условиях ОЭМК

Было исследовано поведение азота при различных вариантах технологии внепечной обработки стали, в том числе с применение агрегата комплексной обработки стали (АКОС) и установки порционного вакуумирования стали (УПВС). Показано, что содержание стали, выплавляемой по предложенным вариантам технологии, значительно ниже, чем по базовой. Предложенная технология внепечной обработки позволяет получить сталь с содержанием азота в прокате не более 0,008%.

Особенностью ОЭМК (Оскольский электро-металлургический комбинат) является использование в шихте сталеплавильного производства металлизованных окатышей. Схема плавки в ДСП состоит из плавления металлического лома (20-30%) или 10-15% жидкого металла, оставленного в печи от предыдущей плавки, и непрерывной загрузки и проплавлении (65-80%) металлизованных окатышей.

В настоящее время металл выплавляют по трем технологическим схемам:

1) ДСП- установка продувки аргоном (УПА) - установка непрерывной разливки стали (УНРС) (отдача алюминия на выпуске);

2) ДСП-УПА-АКОС-УНРС (отдача алюминия на выпуске);

3) ДСП-УПА-УПВС-УНРС (отдача алюминия на выпуске).

Внепечная обработка стали по схеме ДСП -УПА - УНРС

Были исследованы промышленные плавки среднеуглеродистой стали 2105. В процессе выплавки и внепечной обработки стали осуществляли отбор проб металла и измерение температуры.

Данные по изменению концентрации азота при выплавке стали 2105 представлены в таблице 1.

Таблица 1- Изменение содержания азота в металле в процессе выплавки и внепечной обработки стали 2105

Печь		Внепечная обработка па УПА						Маркировочный анализ
Последняя проба		Проба 1		Проба 2		Проба 3
[N],%10-4	Т, оС	[N],%10-4	Т, оС	[N],%10-4	Т, оС	[N],%10-4	T, oC	[N],%10-4
33	1714	48	1619	49	1619	54	1565	70
53	I688	78	1610	85	1609	66	1576	102
49	1675	71	1623	70	1583	76	1573	90
44	1693	69	1641	71	1570	71	1570	96
41	1720 .	63	1619	71	1610	69	1600	94
44	1714	67	1621	75	1570	73	1567	94
52	1704	83	1619	83	1597	85	1590	93
51	I6S7	45	1627	55	1568	61	1560	100
50	1722	55	1662	54	1618	87	1590	106

Из приведенных данных следует, что концентрация азота в жидком металле в конце периода расплавления шихты составляла 0,0033-0,0053%. Такая низкая концентрация азота обусловлена постоянным на протяжении всего процесса непрерывной подачи металлизованных окатышей кипением ванны. Отметим, что при плавке на металлическом ломе в конце окислительного периода содержание азота в жидком металле составляет 0,006-0,008%. а в восстановительный период - возрастает вследствие интенсивности поступления его из шлака в металл. Последнее является следствием значительного увеличения растворимости азота в шлаке при его раскислении [9].

В белых шлаках растворимость азота составляет 0,03-0,06%, а в карбидных достигает 0,2% [8]. Таким образом, технология плавки в ДСП с использованием окатышей обеспечивает получение более низких концентраций азота в жидком металле, чем при обычной плавке в ДСП с использованием лома (0,006-0,008%).

Химический состав сталей опытных плавок приведен в таблице 2.

Таблица 2 - Химический состав стали опытных плавок

Маркастали	Содержание, %
	С	Мn	Si	Р	S	С г	V
20	0.17-0,24	0,35-0,65	0,17-0,37	0,035	0,04	0,25	-
20 ПВ	0,18-0,24	0,35-0,65	0,17-0,37	0,015	0,002-0.015	0,15	-
2055	0,25-0,3	1,0-1,4	0,17-0,35	0.035	0,045	0,30	0.04-0.06
2105	0,35-0,42	1,2-1,5	0,17-0.35	0.04	0,05	0.3

Анализ представленных данных показал, что при выпуске расплава из печи и его продувке происходит значительное повышение концентрации азота (на 0,002-0,004%). Это связано с взаимодействием расплава с атмосферой, внесением азота ферросплавами, коксиком и увеличением интенсивности его поступления из шлака в металл. Снижения концентрации азота за время продувки обнаружено не было.

В процессе разливки опытных плавок на УНРС концентрация азота возрастала на 0,002-0,004%. Таким образом, существующая технология выплавки стали позволяет получать в период плавления окатышей достаточно низкое содержание азота в металле (0,0033-0,0053%). Однако на последующих стадиях процесса, начиная с выпуска в ковш и заканчивая разливкой металла, происходит значительное увеличение содержания азота в сталях (0,010-0,0120%).

Внепечная обработка стали по схеме ДСП - УПА - АКОС - УНРС

Были исследованы промышленные плавки низкоуглеродистых (20, 20ПВ) и среднеуглеродистых (2055, 2105) сталей. В процессе выплавки и внепечной обработки сталей осуществляли отбор проб металла и замер температуры. В опытном металле исследовали химический состав, содержание азота (рисунки 4 и 5) и технологические параметры процесса выплавки.

Рисунок 4 - Изменение содержания азота в процессе выплавки и внепечной обработки низкоуглеродистых марок стали с применением АКОС

Рисунок 5 - Изменение содержания азота в процессе выплавки и внепечной обработки среднеуглеродистых марок стали с применением АКОС

Анализ экспериментальных данных по изменению концентрации азота по периодам внепечной обработки показал, что после продувки аргоном на УПА содержание азота в металле составляло в среднем 0,0063-0,0065%.

Концентрация азота в металле в процессе обработки на АКОСе практически не изменялась и перед отдачей на разливку составляла в среднем 0,0067-0,0069%.В дальнейшем концентрация азота в расплаве до маркировочного анализа возрастала в среднем на 0,0028% и достигала среднего значения 0,0096%.