книги из ГПНТБ / Пути улучшения качества сталей и сплавов

Применение внепечной обработки металла устра­ нило этот недостаток. За счет перечисленных выше факторов выход годного при производстве стали 08Х19Н9Ф2С2 повысился на 6 процентов; брак по во­ лосовинам был снижен с 2,24 до 0,18 процента; на за­ воде-потребителе выход годного увеличился на 2,6 процента; себестоимость стали за счет более полного использования легирующих элементов отходов снизи­ лась на 125,7 руб/т.

Рафинирование расплавов аргоном повышает плот­ ность литого и деформированного металла, что объяс­ няется пониженной газонасыщенностью стали и воз­ можностью ее разливки при пониженной температуре в изложницы и формы.

Внепечная дегазация аргоном позволила повысить плотность стали ЭИ 481 с 7,8619 до 7,8721 г/см3, стали

пластичность стали, ее ударную вязкость в литом сос­ тоянии и самым благоприятным образом сказывается на повышении механических свойств готового метал­ ла, главным образом пластических характеристик во время испытаний в поперечном направлении волокна при пониженных или высоких температурах. Повыше­ ние порога хладноломкости конструкционных марок стали особенно важно для машин и механизмов, ра­ ботающих в условиях Крайнего Севера.

Так, ударная вязкость дегазированной стали ЗОХГСНА возросла на 15 процентов в продольных об­ разцах и на 20—25 процентов в поперечных. Обработ­ ка стали ЗОХГСНА синтетическим шлаком и аргоном на ЧМЗ позволила повысить ударную вязкость попе­ речных образцов с 0,8 до 3,0 кгм/см2. При этом коэф­

фициент анизотропии снизился с 1,75—2,10 до 1,10— 1,40, что обеспечило высокую надежность изделий и повысило их ресурс.

1 1 0

Одна из самых ответственных задач качественной металлургии состоит в улучшении характеристик под­ шипниковых сталей. Обработка металла инертным га­ зом — крупный резерв повышения качества различных марок стали для подшипников.

Обработка металла аргоном в ковше полностью исключила глубинное раскисление стали. При продув­ ке нераскисленного металла аргоном в ковше проис­ ходит одновременное раскисление металла углеродом и шлаком и рафинирование от газов. В процессе об­ работки в ковше аргоном (через 5—6 минут) приса­ живают кусковой алюминий на штангах в количестве 1,3 кг/г (вместо 0,5 кг/т по ранее действующей техно­

логии). Через 2—3 минуты после алюминия присажи­ вают 45%-ный ферросилиций. Продолжительность об­ работки стали аргоном— 10— 15 минут. Перенесение операций рафинирования металла в ковш позволяет сократить продолжительность восстановительного пе­ риода плавки до 40—50 минут (вместо 1,5 часа).

Количество неметаллических включений в готовом сорте всех профилей стали ШХ15, выплавленной по новой технологии, существенно уменьшилось. О повы­ шении чистоты дегазированной стали ШХ15 свиде­ тельствует увеличение доли полей зрения на образцах

1,0 до 2,0 баллов уменьшилось в 15—20 раз, а вклю­ чения с баллом 2,0 отсутствовали. Достижение высо­ кой чистоты металла обеспечивается, кроме обработ­ ки аргоном, комплексом технологических мероприя­ тий: усовершенствованием технологии выплавки ста­ ли, защитой струи от вторичного окисления при раз­ ливке.

Повышение качества подшипниковой стали, обра­ ботанной в ковше инертным газом, отмечено и на Че­ лябинском металлургическом заводе [136, 137]. Здесь положительный эффект достигнут в сочетании с обра­ боткой стали жидким синтетическим шлаком в ковше

1 1 1

После продувки стали ШХ15 аргоном содержание

снизилось с 0,003—0,004 до 0,001—0,002 процента.

Сталь, рафинированная аргоном, характеризуется пониженной отбраковкой по рванинам при горячей де­ формации слитков, волосовинам, макроструктуре и другим дефектам. Например, на ЧМЗ за счет продув­ ки аргоном повысилась технологическая пластичность стали Р6М5 [138].

Дегазированный металл имеет повышенные качест­ венные характеристики у потребителя и в готовых из­ делиях.

ОСВОЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ОСОБОНИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

Низкоуглеродистые (с содержанием менее 0,03 процента С) нержавеющие стали, благодаря высокой коррозионной стойкости, находят все более широкое применение в химической промышленности.

Ранее эти стали выплавляли главным образом в индукционных печах методом сплавления материалов чистых по углероду, фосфору и сере. При этом себе­ стоимость металла была высокой, а имеющиеся мощ­ ности не могли полностью удовлетворить потребно­ сти в низкоуглеродистых сталях.

Выплавка низкоуглеродистых нержавеющих сталей в открытых дуговых печах затруднена потому, что длительное плавление легирующих добавок (ферро­ хрома) в восстановительный период плавки приводит к науглероживанию металла графитированными элек­ тродами. Поэтому для производства низкоуглероди­ стого металла в дуговых печах необходимо было до минимума сократить время пребывания металла в пе­ чи, обеспечив при этом его глубокое раскисление.

Высокая рафинирующая способность процесса внепечной обработки стали инертным газом в ковше позволила организовать массовое производство в от­ крытых дуговых печах особонизкоуглеродистых кор­

1 1 2

розионностойких сталей i[ 139]. Разработанная на ЗМЗ технология выплавки предусматривает использование дуговой печи, в основном, для расплавления твердой шихты; все процессы рафинирования расплава пере1 несены в сталеразливочный ковш, что позволяет по­ лучить стабильно низкое содержание углерода, кисло­ рода, титана и других элементов в готовом металле.

Сущность предложенной технологии в том, что же­ лезоуглеродистый расплав (с 15—25 процентами ни­ келя) подвергают глубокому обезуглероживанию про­ дувкой кислородом в печи, раскислению повышенным количеством алюминия при 1750— 1800° С и легиро­ ванию феррохромом без включения печи — с исполь­ зованием только избыточного тепла сталеплавильной ванны — или с кратковременным включением. Окис­ лительный шлак не снимают, а переводят в рафиниро­ вочный присадками порошкообразных раскислителей. Общая продолжительность восстановительного перио­ да не превышает 10—25 минут. После выпуска плавки

марок стали: 000Х18Н11, 000Х16Н15МЗ, 000Х17Н13М

и другие.

Продолжительность плавки по описанной техноло­ гии сокращена на 20—30 процентов (восстановитель­ ный период — на 70 процентов), а расход электроэнер­ гии — на 340—360 кет ч[т, по сравнению с соот­

ветствующими показателями выплавки обычными методами сталей типа 04Х19Н9.

Использование особонизкоуглеродистых нержаве­ ющих сталей на предприятиях химической промы­ шленности позволило значительно удлинить межре­ монтный период работы установок и агрегатов. В ре­ зультате сократился объем монтажно-демонтажных работ, выпуск продукции возрос на 19 процентов.

Повышение раскислительной способности углерода при продувке расплава инертным газом позволило применить разработанный метод для глубокого обе­

Опытные плавки проводили в 5-тонных дуговых электропечах. За исходные материалы брали хромо­ никелевые отходы типа 04Х19Н9, Х18Н9Т. По распла­ влении металл содержал 0,25—0,40 процента С

0,50— 1,00 процент Si, 17,0—22,0 процента Сг, 10,0— 12,0 процентов Ni. В печи жидкий металл продували кислородом до содержания углерода в ванне 0,06— 0,16 процента.

Продувка раскисленного и нераскисленного метал­ ла аргоно-кислородной смесью в вакууме при 1580— 1600° С не сопровождается обезуглероживанием. Про­ цесс обезуглероживания протекает только при тем­ пературе металла выше 1700° С и наличии в шлаке не менее 20 процентов окислов железа, марганца, хро­ ма. Содержание растворенного в металле кислорода в этот период — не менее 0,08 процента.

Продувка аргоном в вакууме позволяет растворить в жидком расплаве большое количество металлическо­ го хрома, что объясняется энергичным кипением ме­ талла на всех горизонтах ковша.

При продувке жидкой стали аргоно-кислородной смесью содержание углерода достигало менее 0,03 процента. Отмечено эффективное удаление водорода.

Продолжительность плавки и расход электроэнер­ гии сокращены на 40 процентов, по сравнению с их уровнем при обычной технологии выплавки стали Х18Н9Т. Кроме того, предложенный процесс позволил снизить угары хрома, железа и других элементов. Это значительно уменьшает расход дорогостоящих раскислителей и легирующих.

Высокая рафинирующая способность процесса об­ работки стали аргоном в ковше позволила для ряда марок стали (ЭИ654, 08Х19Н9Ф2С2, 08Х19Н10Б,

ЭИ388, ЭИ943 и др.) заменить выплавку на углероди­ стой шихте с окислением простым безокислительным переплавом, что значительно повысило производитель­ ность сталеплавильных агрегатов и снизило себесто­ имость годных слитков. Сокращение времени нахож­ дения расплавленного металла в печи благоприятно влияет на повышение стойкости огнеупорной футеров­ ки агрегата, снижение расхода электродов и электро­ энергии и повышение качества металла.

Внепечная дегазация стали продувкой аргоном —

114

средство дальнейшего повышения рафинирующей спо­ собности таких известных технологических процессов, как вакуумный дуговой (ВДП) и индукционный пере­ плавы (ВИП), электрошлаковый переплав (ЭШП) обработка металла жидкими синтетическими шлака­ ми и вакуумом в ковше.

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССА

Экономический эффект от внедрения процесса об­ работки жидкой стали аргоном в ковше обеспечивает­ ся следующими факторами:

—повышение производительности дуговых печей;

—снижение расхода электроэнергии;

■— повышение выхода годного проката;

—сокращение угара легирующих (при перенесе­ нии операций раскисления и легирования из печи в ковш и устранении продувки ванны кислородом);

—увеличение доли использования легированных отходов;

—повышение степени чистоты металла по неметал­ лическим включениям и газам.

При этом следует учитывать возможные затраты на сооружение и эксплуатацию блоков для получения ар­ гона и установок для внепечной обработки жидких рас­ плавов инертным газом.

С учетом последнего фактора, суммарный эффект экономии от обработки металла аргоном в ковше со­ ставляет 28—32 руб/т. В целом по народному хозяйст­

ву экономический эффект в 2 раза выше, благодаря повышению долговечности и надежности машин и ме­ ханизмов, изготовленных из металла повышенного ка­ чества с продувкой аргоном.

5*

Г Л А В А VI

ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ ПОДПИТКА СЛИТКОВ

На заводах качественных сталей и сплавов, вып­ лавляющих последние в открытых дуговых печах, об-

слитков, а на отдельных марках стали—28 процентов. Однако некоторые стали — нержавеющие, высокомар­ ганцовистые, сплавы на основе никеля — имеют повы­ шенную (15—20 процентов) отбраковку по дефекту макроструктуры — усадке, даже при столь высоком проценте обрези головной части слитка. Для улучше­ ния технико-экономических показателей работы ме­ таллургических заводов необходимо систематически изыскивать пути повышения качества макроструктуры и увеличения выхода годного металла на всех стадиях металлургического производства.

Одним из способов существенного повышения вы­ хода годного, с одновременным улучшением качества металла, является электрошлаковая подпитка слитков. Этот новый способ обогрева головной части слитка был впервые разработан в Институте электросварки имени Патона АН УССР [141— 144].

Верхняя часть слитка или отливки обогревается шлаковой ванной, которая поддерживается в жидком состоянии, благодаря пропусканию через нее электри­ ческого тока. Продолжительность обогрева может из­ меняться в широких пределах. Это обеспечивает хоро­ шую гибкость процесса.

Электрический ток подводится к шлаковой ванне электродом, диаметр которого выбирается в зависи-

116

мости от массы слитка и технологического режима электрошлаковой подпитки.

Выделяющееся в шлаковой ванне тепло расходует­ ся на плавление электрода, нагрев стенок флюсоудер­ живающего приспособления, на теплоизлучение и на­ грев верхней части слитка.

За счет подведения тепла извне, металл верхней части слитка длительное время пребывает в жидком состоянии, и это обеспечивает значительно лучшее питание тела слитка в процессе его кристаллизации. Кроме этого, жидкий металл поступает в верхнюю часть слитка за счет оплавления расходуемого элект­

Таким образом, при электрошлаковой подпитке го­ ловной части слитка в процессе кристаллизации жид­ кий металл поступает из двух источников: прибыльной части и электрода.

Сочетание двух источников питания слитка жид­ ким металлом обеспечиваем, как правило, полное уст­ ранение усадочной раковины в верхней части, заметно снижает развитие центральной и общей пористости в макроструктуре слитка и, при определенных условиях, химическую и структурную неоднородность.

Сравнение электрошлаковой подпитки с обогревом электродуговым и по американскому способу «Келогг Хот-Топ» [145] показывает, что электрошлаковая под­ питка имеет ряд преимуществ [146— 148]:

1. Достигается улучшение качества металла (уменьшение пористости в макроструктуре, снижение содержания неметаллических включений и газов, осо­ бенно, в верхней части слитков).

2.Обеспечивается более высокий выход годного металла.

3.Гибкость процесса достаточно высока (может применяться как для слиткоз, так и для отливок).

4.Более рационально используются отходы метал­ ла (литников, центровых стояков, бракованных прут­ ков И Т . д.ц

5.Тепло верхней части слитка может передавать­ ся не только шлаковой ванной, но и жидким металлом плавящегося электрода.

117

КОНСТРУКЦИЯ УСТАНОВКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ п о д п и тки сли тков

Первые опыты по электрошлаковой подпитке го­ ловной части слитка высоколегированных марок стали были проведены на однофазной опытной установке, питание которой осуществлялось переменным током

38—44 в и 1200—2000 а.

После изучения качества металла первых опытных слитков была смонтирована установка для электро­ шлаковой подпитки одновременно шести слитков ве­ сом (массой) 0,2—2,7 т. Питание производилось пере­

менным током от трансформатора ЭТМН 1600/10, мощностью 1200 ква. Электрической схемой установки

предусматривается ручное и автоматическое управле­ ние процессом электрошлаковой подпитки слитка.

ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ ПОДПИТКИ ГОЛОВНОЙ ЧАСТИ сли тков

Впроцессе производства легированных и высоко­ легированных марок стали и сплавов при сифонной разливке имеются отходы металла в виде литников и недолитков в количестве 1,5—5,0 процентов от общего выпуска металла. Так, в электросталеплавильном це­ хе ЗМЗ на литники расходуется 1,1— 1,4 процента ме­ талла, на недолитки —3,2—3,7 процента.

Впрокатных, термическом и кузнечном цехах есть отходы металла в виде бракованных прутков сечением 30— 150 мм различной длины, которые могут быть ис­

пользованы для изготовления электродов. При выборе электродов для электрошлаковой подпитки головной части слитков исходят из фактического наличия лит­ ников, центровых стояков в сталеплавильном цехе. Для утилизации остатков жидкого металла в ковше его сливали в специальную изложницу для получения литых электродов длиной 900 мм и сечением кв. 100x100 мм. Вес электродов должен быть таким, чтобы

обеспечить заполнение усадочной раковины жидким металлом в процессе кристаллизации слитка. Установ­ лено, что усадочная раковина в слитке отсутствует при

118

расходе электрода 1,5—2 процента от веса слитка. Увеличение расхода электрода более 2 процентов от веса слитка бесполезно.

Электроды для электрошлаковой подпитки голов­ ной части слитков должны удовлетворять следующим требованиям:

кривизна не выше 20 мм на один метр длины;

поверхность ровная; химический состав — в соответствии с марочным

химическим составом подпитываемой стали; достаточная механическая прочность после сварки

с держателем (пруток диаметром 60 мм и длиной

300—400 мм).

Всем этим требованиям, как правило, удовлетворя­ ют имеющиеся на каждом заводе литники, центровые стояки и бракованные прутки деформированного ме­ талла.

При проведении электрошлаковой подпитки обыч­ но используют литники диаметром 40—50 мм и длиной

ФЛЮСЫ (ШЛАКИ)

ДЛЯ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ п о д п и тк и

Одной из основных технологических и металлурги­ ческих проблем электрошлаковой подпитки головной части слитков является правильный выбор состава шлака (флюса). Флюс (шлак) должен удовлетворять следующим требованиям:

1) обеспечивать устойчивость электрошлакового процесса и удаление примесей из верхней части слитка;

2)не влиять на химический состав стали по содер­ жанию легирующих элементов;

3)не вступать в реакцию с материалом футеровки прибыльной надставки.

Наилучшими технологическими свойствами обла­ дает отработанный флюс АНФ-6, который имеется на заводе в достаточном количестве как отход электро­ шлакового процесса производства стали.

119