книги из ГПНТБ / Квитко, М. П. Кислородно-конвертерный процесс

Экстраполируя растворимость водорода в жидком железе до 1450° С по формуле

lg [Н] = _ 1 ^ - 2 ,2 2 6 ,

получаем, для чугуна расчетные значения [Н], изменяющиеся

врассматриваемом случае в пределах 2,9—4,8 см3/100 г [106]. Содержание водорода в передельных чугунах изменяется в пре­

делах & — 6 см3/ 1 0 0 г и повышается с увеличением влажности. Значительное количество влаги может вноситься в ванну конвер­ теров известью, бокситом, железной рудой. Содержание водо­ рода в жидкой стали в процессе ее изготовления определяется

соотношением скоростей двух противоположно направленных процессов: удаление водорода из металла во время кипения сталь­ ной ванны и поступление его в ванну извне.

В основных кислородных конвертерах в связи с незначитель­ ной влажностью применяемого кислорода концентрация водорода к концу продувки зависит от расхода и влажности извести и вре­ мени ее загрузки. Последнее особенно важно, так как вносимый известью в шлак и металл водород в дальнейшем вымывается окисью углерода; парциальное давление водяных паров в объеме конвертера при этом понижается.

Показательна зависимость (рис. 120), характеризующая связь между содержанием водорода перед сливом плавки в ковш и отно­ шением количества выгоревшего после введения извести углерода

кколичеству внесенной с ней влаги.

Вкислородные конвертеры при переделе низкомарганцовистых

чугунов кусковую известь загружают в первой половине операции. В этом случае «вымывающий эффект» выделяющейся из ванны окиси углерода велик и содержание водорода в металле к концу

292

продувки составляет менее 2 , 0 см3/ 1 0 0 г, с повышением темпе­ ратуры металла оно несколько возрастает.

При использовании пылевидной извести, подаваемой через кислородную фурму, содержание водорода к концу продувки повышается в среднем до 2 , 1 см3/ 1 0 0 г против среднего значения 1,7 см3/100 г при применении кусковой извести. Это объясняется не только большим количеством влаги в порошкообразной извести, но и тем, что измельченную известь подают в конвертер на послед­ ней стадии продувки, когда скорость окисления углерода падает.

Содержание водорода в кислородно-конвертерной стали

(0,0002—0,0003%) ниже, чем в мартеновской (0,0004—0,0007%) [107].

Г л а в а IX

Качество конвертерного металла

Основная цель применения кислорода в конвертерном пере­ деле — улучшить качество металла. Повышенное содержание фосфора и особенно азота в мягкой кипящей стали приводит к уве­ личению ее склонности к старению и упрочнению и понижает способность' к холодной пластической деформации.

Способность к холодной пластической деформации мягкой ки­

Втабл. 81 приведены значения величины (Р + 5N) для раз­ личных способов конвертерного и мартеновского процессов.

Взависимости от состава применяемого дутья парциальное давление азота над металлической ванной изменяется. Для сни­

жения парциального давления азота, а следовательно, его содер­ жания в стали в практике применяют продувку чугуна технически чистым кислородом.

При продувке чугуна технически чистым кислородом сверху решающую роль в поглощении азота металлом играет высокая температура реакционной зоны. При недостаточной чистоте кисло­ рода в реакционной зоне растворяется значительное количество азота. По мере снижения содержания азота в дутье снижается содержание азота в стали:

Характер и форма неметаллических включений в стали связаны с содержанием кислорода в металле после продувки и с методом

раскисления. Количество кислорода в ванне конвертера зависит от содержания в ней' кремния, углерода, марганца и от темпера­ туры металла.

Содержание кислорода в конвертерном металле в значитель­ ной степени определяется также развитием реакции обезугле­ роживания и регулируется количеством углерода в ванне; при выплавке низкоуглеродистой стали « 0 ,1 0 % углерода) большое значение имеет окисленность шлака.

пературы величина т возрастает.

При продувке чугуна кислородом сверху важным фактором является большая активность углерода, благодаря чему проис­ ходит «самораскисление» ванны в период обезуглероживания, что приводит к уменьшению содержания в ней кислорода. Интен­ сивное перемешивание металла, связанное с более высокой ско­ ростью обезуглероживания, обеспечивает большую степень при­ ближения к равновесию, чем в мартеновских печах. Поскольку шлаки кислородно-конвертерного процесса и содержание углерода в металле перед выпуском аналогичны таковым для мартеновского процесса, нет оснований предполагать наличие более высокой концентрации кислорода в конвертерном металле.

294

Ниже приводятся данные, характеризующие зависимость сред­ него содержания кислорода в конвертерной стали от количества углерода в ней перед раскислением:

шением скоростей подвода кислорода в металл и расхода на окисле­ ние углерода.

При низком содержании углерода концентрация кислорода в металле увеличивается пропорционально расходу дутья и про­ должительности передувки. В условиях конвертерного производ­ ства в ванне в этот период продувки обычно имеется избыток рас­ творенного кислорода и содержание кислорода в металле зависит от количества окислов железа в шлаке. При низком содержании углерода в металле (до 0,14%) количество кислорода в ванне возрастает с увеличением количества железа в шлаке. Таким об­ разом, основным фактором, регулирующим количество кисло­ рода в металле, является углерод.

Особенности технологии выплавки стали в кислородных кон­ вертерах создают предпосылки для получения стали массового производства высокого качества, а также легированной и высоко­ качественной сталей. Важнейшие из этих предпосылок следу­ ющие:

1 ) возможность получения низкого содержания азота в стали при применении технически чистого кислорода (99,5%);

2 ) возможность получения низких содержаний фосфора и серы в стали при остановке процесса практически при любом заданном содержании углерода;

3) большие резервы теплового баланса, позволяющие компен­ сировать тепло, необходимое для расплавления легирующих до­

(хрома, меди, никеля и др.), особенно при охлаждении плавки рудой.

В промышленном масштабе в конвертерах емкостью 35, 55, 130 и 250 т освоено производство кислородно-конвертерной стали

(для электродов), 08кп (для холоднокатаного листа); полуспокойных —‘Ст.ЗОС — Ст.бпс, стали для рудничных рельсов, для автоободов и лемехов; спокойных — Ст.Зсп—Ст.бсп, рельсовой, труб­ ной (стали 10—20), стали 45; низколегированных — 25Г2С, 35ГС, 10Г2С, 9Г2Т, 09Г2, 10Г2Б, Св-10Г2, Св-08Г2С, 12ХНЗА, 06НЗ,

ШХ-15, 15ХСНД, 10ХСНД, 40Х и др.

295

Вопытном порядке выплавлены трансформаторная, динамная

иканатная стали, а также высоколегированные стали 1X13, 1Х18Н9Т.

Втабл. 82 приведено среднее содержание газов в прокате из кислородно-конвертерного (к) и мартеновского (м) металла, най­ денное методом вакуум-плавления.

Т А Б Л И Ц А S 2 . С Р Е Д Н Е Е С О Д Е Р Ж А Н И Е ГА ЗО В В П РО К А Т Е

Водород

*Крановые рельсы завода нм. Петровского.

**Крановые рельсы КМК-

Состав стали Ст.Зкп конвертерной и мартеновской по углероду и марганцу практически одинаков, а содержание серы и фосфора в конвертерном металле несколько ниже, чем в мартеновском.

Химический состав спокойной конвертерной стали отвечает . требованиям соответствующих ГОСТов на мартеновскую сталь. В табл. 82 приведено среднее содержание газов в кипящей и спо­ койной сталях, определенное методом вакуум-плавления на образ­ цах из готового проката. Для продувки плавок применяли кис­ лород чистотой 98,5%.

Для определения механических свойств испытано большое число образцов, взятых от различных профилей проката: швелле­ ров 12, 20 и 22, балок 20, уголков 80Х90Х 10 мм, 75x75x8 мм, сутунки листа (различной толщины) и др.

На рис, 122 даны кривые, характеризующие частоту значений механических свойств конвертерной и мартеновской стали марки Ст.З. Конвертерная кипящая сталь по растяжению полностью удовлетворяет требованиям ГОСТа; относительное удлинение конвертерной стали выше, чем мартеновской.

Абсолютные значения глубины выдавливания для конвертер­ ного металла выше, чем для мартеновского (табл. 83).

Сравнительные данные механических и технологических испы­

296

Результаты исследований показали, что по механическим и технологическим свойствам Ст.Зкп, выплавленная в кислородном конвертере и в мартеновской печи, практически не различается, но кисЛородно-конвертерная имеет несколько лучшую пластичность.

г

Рис. 122. Сопоставление предела прочности (а), предела текучести (б), относи­ тельного удлинения (в) и поперечного сужения (г) Ст. Зкп мартеновского (/) и конвертерного (2) производств

.. Качество телеграфной проволоки из конвертерного металла выгодно отличается от качества телеграфной проволоки из марте­ новской стали пониженным омическим сопротивлением, что по

297

зволяет потребителям при использовании конвертерной телеграф­ ной проволоки повысить к. п. д. линий телеграфной связи.

Показатели ударной вязкости конвертерной и мартеновской стали при различных температурах сопоставлены в табл. 85.

Т А Б Л И Ц А 85. У Д А Р Н А Я ВЯЗКОСТЬ КО НВЕРТЕРНО ГО (К)

ИМ АРТЕНОВСКОГО (М) М Е ТА Л Л А , кгс-м /см 2

Из табл. 85 видно, что ударная вязкость образцов, взятых из готового проката конвертерной стали, несколько выше ударной вязкости образцов из мартеновской стали. Практически ударная вязкость кислородно-конвертерной и мартеновской стали нахо­ дится на одном уровне.

Чувствительность к старению конвертерной и мартеновской стали одинакова, что объясняется практически одинаковым со­ держанием азота и кислорода (табл. 8 6 ).

298

Усталостная прочность

Результаты испытаний на усталость круглых образцов на машине типа «НУ» при чистом изгибе с вращением приведены в табл. 87 (средние для 3—5 образцов одной плавки).

Из табл. 87 следует, что предел усталости конвертерной и мар­ теновской сталей практически одинаков.

Механические свойства трубной конвертерной стали (К 10) отвечают' требованиям ГОСТ 1050—60 и отличаются от меха­ нических свойств мартеновского металла повышенными значе­ ниями прочностных характеристик (сгт и ав на 1 — 2 кгс/мм2 и по сужению на 4%).

Т А Б Л И Ц А 88. М Е Х А Н И Ч Е С К И Е СВОЙСТВА К О Н В ЕР ТЕР Н О Й (К)

ИМ АРТЕНО ВСКО Й (М) СТАЛИ

299

Ударная вязкость

Ударная вязкость конвертерной стали (КI0) не отличается от ударной вязкости мартеновского металла МЮ. Ударная вязкость конвертерной стали марки 25Г2С соответствует нормам ГОСТ 5058—65 на мартеновскую сталь (табл. 89).

П р и м е ч а н и е . Прн — 40° С ударная вязкость равна 3,2 кгс*м/см2 (по ГОСТ 5558 она равна 3 кгс*м/см2.

Сталь 45

Химический состав стали 45, полученной конвертерно-кисло- родным способом, в сравнении с химическим составом стали 45,

Механические свойства стали видны из табл. 91 При одинаковом химическом составе и одинаковой для обеих

и сужение также выше соответственно на 3 и 8 %.

300

Ударная вязкость при различных температурах характери­ зуется следующими данными:

По качеству кислородно-конвертерная сталь 45 не уступает мартеновской.

Сталь 10Г2С и 09Г2Т

Химический состав стали приведен в табл. 92.

Ударную вязкость определяли по ГОСТ 9454—60 при 20 и

иотносительном сужении Марка

также лучше показателей мар­ теновской стали этой же марки.

Результаты испытаний на ударную вязкость приведены ниже; в числителе даны минимальная и максимальная ударная вязкость, а в знаменателе —-средняя ударная вязкость для четырех испы­ танных образцов:

Ударная вязкость кислородно-конвертерной стали соответствует наиболее высоким значениям ударной вязкости мартеновского металла; при +20° С она составляет 4,9—-7,6 кгс-м/см2, а марте­ новской стали 2,5—--6,4 кгс-м/см2.

Сталь 10ХСНД [СХЛ4)

Химический состав конвертерной и мартеновской стали 10ХСНД представлен в табл. 93. Содержание газов в металле при­ ведено в табл. 94. Кислород находили методом вакуум-плавле­ ния, азот —-методом отгонки аммиака. Как видно из табл. 94, содержание кислорода и азота в кислородно-конвертерной стали ниже, чем в мартеновском металле.

301