CC BY
255
УДК 669.141.245
Буданов Б.А., Колесников Ю.А.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТРЕБУЕМОГО СОДЕРЖАНИЯ АЗОТА В ТРАНСФОРМАТОРНОЙ СТАЛИ
Аннтотация Приведены возможные способы насыщения металла азотом при выплавке, ковшевой обработке и разливке трансформаторной стали. В качестве материалов использовали азотированные ферросплавы, карбамид, продувку металла азотом при выпуске его в сталеразливочный ковш и при обработке его на агрегате доводки стали, ввод порошковой проволоки с азотированным ферросилицием и обдув струи металла азотом при разливке. На основании полученных экспериментальных данных приведены рекомендации по обеспечению требуемого содержания азота в трансформаторной стали.
Ключевые слова: азот, карбамид, трансформаторная сталь, продувка азотом, азотированные ферросплавы, порошковая проволока.
Азот является основным фазообразующим элементом в трансформаторной стали с нитридным ин-гибированием структуры, а повышенные концентрации азота в металле существенно улучшают магнитные свойства стали [1, 2]. В условиях кислородно-конвертерного цеха ОАО «ММК» был опробован данный вариант выплавки трансформаторной стали. Одной из важных задач при освоении технологии выплавки такой стали в 370-тонных конвертерах, её ковшевой обработки на агрегате доводки стали (АДС) и разливки на машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) явилось обеспечение в ней содержания азота 80-120 ррт.
Получение такого содержания азота в металле потребовало опробования различных вариантов технологии его введения в трансформаторную сталь.
При выплавке первой серии плавок был опробован вариант введения азота в металл при раскислении присадкой в ковш азотированного феррохрома марки ФХН -1 ТУ 14-148-69-87 с содержанием азота около 6%. Расход азотированного феррохрома определяли из расчета получения в металле по прибытии ковша с металлом на участок ковшевой обработки 70-80 ррт азота.
Среднее содержание азота в маркировочных пробах стали составляло 76 ррт при среднем расходе азотированного феррохрома 200 кг на плавку.
Опробованная технология введения в металл азота при наличии азотированного феррохрома позволяла получать трансформаторную сталь, удовлетворяющую требованиям потребителя по содержанию в ней азота.
При проведении второй серии плавок в технологию раскисления металла внесли некоторые коррективы: из-за отсутствия азотированного феррохрома для получения содержания азота в трансформаторной стали в заданных пределах при выплавке данной серии использовали карбамид (мочевину), который присаживали во время выпуска металла в ковш. Содержание азота в мочевине составляло около 46%. При контакте с жидким металлом происходит полная диссоциация карбамида на следующие составляющие:
^ 2 )2 т = {Ш}+ {Ы2}+ 2\И 2}.
Содержание азота в маркировочных пробах стали составляло 50-90 ррт при среднем расходе карбамида 250 кг на плавку. С использованием карбамида было выплавлено 40 плавок. Расход карбамида изменялся от 50 до 250 кг на плавку. Изменение содержания азота в металле некоторых плавок при различном расходе его приведено в табл. 1.
Таблица 1
Результаты применения карбамида для азотирования трансформаторной стали
Номер плавки Расход карбамида в ковш, кг/плавку Содержание азота в металле, р рт
на по-валке (№ов) на АДС (Маяс) ДМ = [^АДС-[^пов в стали (Мгот)
1 150 20 50 30 30 80
2 250 10 50 40 80
3 250 20 50 30 90
4 250 20 40 20 90
5 100 20 30 10 20 80
6 100 20 40 20 80
7 100 20 50 30 нд.
8 50 30 40 10 16 нд.
9 50 30 60 30 нд.
10 50 30 40 10 нд.
Среднее содержание азота в маркировочной пробе составляло 80 ррт. С увеличением количества используемого карбамида возрастало содержание азота в стали и, по всей видимости, содержание водорода.
Во время проведения второй серии опытных плавок производилась дальнейшая отработка технологии получения требуемого содержания азота в металле: опробовали азотирование металла азотом, подаваемым в защитную трубу при разливке металла на МНЛЗ вместо аргона. Результаты использования азота в качестве защитного газа при разливке опытных плавок трансформаторной стали с целью насыщения её азотом приведены в табл.2.
Как следует из приведенных данных, замена аргона на азот в качестве защитного газа струи металла при разливке приводит к заметному повышению содержания азота в металле в среднем на 35 ррт.
При азотировании трансформаторной стали карбамидом были отмечены частые случаи появления дефекта «газовый пузырь» в непрерывно-литом слябе. На ряде плавок наблюдали «прорывы» корочки слитка во время разливки, а на многих отмечалось подви-сание слитка.
Таблица 2
Результаты опытов по применению азота в качестве защитного газа при разливке плавок трансформаторной стали
По этой причине был проведен анализ технологических параметров выплавки, ковшевой обработки и разливки 15 опытных плавок трансформаторной стали. Опытные плавки были разбиты на две группы: с появлением дефекта «газовый пузырь» в непрерывно-литом слябе (пять плавок) и без указанного дефекта (десять плавок).
Заметных отличий в технологии выплавки и ковшевой обработки металла указанных групп не наблюдалось. Однако следует отметить, что температура металла на выпуске из конвертера на плавках без дефекта была в среднем на 13°С выше, а при кошевой обработке на АДС в начале обработки она была еще выше и составила 17°С. Средний расход карбамида в ковш на плавках с дефектом составил 270 кг и был выше на 120 кг, чем на плавках без дефекта, что привело к повышению содержания азота в готовом металле на 10 ррт, которое составило 80 ррт.
С целью насыщения металла азотом, вместо карбамида при выплавке очередной серии опытных плавок трансформаторной стали была организована продувка металла газообразным азотом в ковше во время выпуска плавки. Продувку осуществляли через устройство, устанавливаемое в канале шиберного затвора. Кроме того, при последующей обработке металла на агрегате доводки стали вместо аргона использовали азот. Результаты опытных плавок трансформаторной стали с продувкой азотом приведены в табл.3.
Установлено, что одна минута продувки металла азотом на АДС увеличивает его содержание на 34 ррт. Продувка металла азотом в течение 6-8 мин и последующая продувка аргоном обеспечивает получение в готовом металле содержание азота 60-80 ррт.
Легирование стали азотом с помощью вдувания газообразного азота на АДС и последующей обработки его аргоном производится при отсутствии азотированных ферросплавов - феррохрома и ферросилиция. После вдувания азота - обязательное вакуумирование стали. Применение вакуумирования вызвано тем, что
в начале освоения данного способа насыщения металла азотом были отмечены случаи появления газовых пузырей в непрерывно-литых заготовках, что, вероятно, связано с выделением азота при кристаллизации стали и попаданием влаги во время продувки азотом. Высокое содержание кремния в трансформаторной стали очень сильно повышает растворимость азота в жидком металле. Такой металл становится склонен к образованию газовых пузырей.
Таблица 3
Результаты продувки металла опытных плавок азотом на содержание его в трансформаторной стали
Номер плавки Продолжительность Содержание азота в пробе металла,
продувки азотом на РРт
АДС, мин на повалке на АДС на разливке
50 110
23 24,3 30 60 120 100 120
24 47,3 40 60 70 110 210 220 200 260
90 80 110
25 16,0 (19,0)* 50 120 110
Примечание. На плавке № 25 после 16 мин продувки металла азотом дополнительно вели продувку аргоном в течение 19 мин.
Осмотр темплетов и корочек от непрерывно-литых слябов прорывных плавок показал наличие в металле газовых пузырей различных по диаметру и длине.
Из 12 плавок, в которых были газовые пузыри диаметром 1-5 мм, семь плавок разлиты с прорывами и на всех были подвисания корочки слитка. на плавках с диаметром газового пузыря менее 1 мм подви-сания и прорывы отсутствовали. При этом пузыри не имели выхода на поверхность и располагались на глубине 8 мм и более.
Пузыри, имеющие выход на поверхность сляба, то есть сообщающиеся с атмосферой, имеют окисленную поверхность, а у пузырей, не имеющих выхода, поверхность не окислена - блестящая.
Эти факты позволяют сделать вывод, что трансформаторная сталь в процессе производства была насыщена неокислительными газами до такой степени, что при разливке происходило образование газовых пузырей. Одни пузыри сообщаются с атмосферой и газы выделяются из металла, а другие - не имеют выхода на поверхность сляба и остаются внутри металла. Нормальный ход разливки затрудняется. Возникают «подвисания» и даже «прорывы» корочки слитка, приводящие к авариям.
Влияние способа азотирования на технологические параметры разливки представлено в табл.4.
Таблица 4
Номер плавки Содержание азота в пробе металла, ррт
№ов №ДС Из кристаллизатора №р ДМ = №р-[^АДС Из-под струи при разливке №р Д№ №рт№дС
1 20 50 80 30 60 10
2 10 50 80 30 50 0
3 20 50 90 40 70 20
4 20 40 80 40 50 10
Среднее значение 17,5 47,5 82,5 35 57,5 10
Влияние способа азотирования трансформаторной стали на показатели разливки
Способ азотирования Количество плавок Разлито, плавок / %
с прорывами с подвисаниями
Без дополнительного азотирования 16 1/6,2 1/6,2
Азотированным феррохромом 26 1/3,8 1/3,8
Карбамидом 40 4/10,0 9/22,5
Продувка азотом на АДС 107 2/1,9 10/9,3
Из приведенных данных следует, что применение карбамида для азотирования трансформаторной стали приводит к существенному ухудшению показателей разливки, а именно увеличению доли плавок разлитых с прорывами и подвисаниями. По этой причине в дальнейшем были вынуждены отказаться от технологии введения азота в металл присадкой карбамида.
Анализ контроля проб газообразного азота, отобранных при продувке трансформаторной стали на АДС показал, что влажность его составляла 3,57 г/м3. С учетом изменения «точки росы» при различных температурах возможно появление конденсата в азотной магистрали и, как следствие, насыщение металла водородом. Кроме того, источниками поступления водорода могут быть ферросплавы и твердая шлако-образующая смесь (ТШС), присаживаемые в ковш при выплавке металла [3].
Для количественной оценки содержания водорода в 65-процентном ферросилиции и в металле (после присадки ферросилиция в ковш) на семи плавках произведен отбор проб ферросилиция и металла для определения в них содержания водорода. Содержание водорода в ферросилиции колебалось от 6,9 ррт (7,72 см3/100 г) до 10,6 ррт (11,87 см3/100 г), а в металле этих плавок - от 3 ррт (3,38 см3/100 г) до 6 ррт (6,75 см3/100 г). Такое высокое содержание водорода в ферросилиции и большое количество его (около 5%), присаживаемое в ковш, могло явиться причиной насыщения металла водородом и возможного появления газовых пузырей в непрерывно-литом слябе.
В связи с этим в дальнейшем для ограничения возможного поступления водорода в металл при выплавке трансформаторной стали были предложены следующие мероприятия:
- производится обязательное удаление образовавшегося конденсата влаги перед обработкой первой плавки в серии продувкой трассы подачи азота на АДС в течение 8-10 мин;
- для получения заданного содержания азота в трансформаторной стали металл продувают азотом на АДС в течение 6-8 мин с последующей обработкой аргоном;
- непосредственно перед выплавкой серии трансформаторной стали производится прокаливание ферросилиция при температуре 500-600оС;
- обязательная сушка шлакообразующих материалов, применяемых при выплавке стали.
Реализация предложенных мероприятий при выплавке очередной серии опытных плавок трансформаторной стали позволила существенно снизить вероятность аварийных ситуаций при разливке стали на
МНЛЗ. В то же время после вакуумной обработки иногда имели место случаи получения содержания азота в металле менее 80 ррт. Тогда корректировка массовой доли его проводилась после вакуумной обработки стали на АДС, установке усреднительной продувки металла (УУПМ) путем ввода в ковш порошковой проволоки с азотированным ферросилицием (Фси75Н). Порошковую проволоку с азотированным ферросилицием (25-27% [Ы]) вводили в ковш по направляющей трубе со скоростью 150-170 м/мин. Расход проволоки по наполнителю колебался от 11180 кг и в среднем составлял 58 кг. Расстояние между нижней частью направляющей трубы и уровнем металла в ковше составляло 300-400 мм. Такой режим ввода обеспечивал минимальный барботаж металла в месте ввода проволоки. Во время ввода проволоки продувку металла аргоном производили с минимальной интенсивностью, без оголения зеркала металла. Усвоение азота в среднем составило 19%.
Расход азотированного ферросилиция в виде порошковой проволоки для насыщения металла азотом составил:
расход порошковой проволоки, кг
увеличение содержания
азота в металле, ррт
50-60 80-90 110-120 140-150 170-180
10
20
30
40
50
После обработки металла на вакуумной установке, последующей корректировки температуры и химического состава на АДС или УУПМ ковш с металлом передается для разливки на МНЛЗ или на установку ковш-печь (в случае недостаточной температуры металла для проведения нормальной разливки плавки или повышенного содержания серы). Частотное распределение содержания азота в литом металле на МНЛЗ представлено на рисунке.
Содержание азота, ррт Частотное распределение содержания азота в непрерывно-литых заготовках трансформаторной стали
Таким образом, при выполнении изложенных рекомендаций возможно получение в готовой транс-
0
форматорной стали требуемого содержания азота (например, 80-110 ррт для марки 0402Д).
Список литературы
1. Колесников Ю.А., Носов А.Д. Свойства и особенности производства трансформаторной стали // Теория и технология металлургического производства: межрегион. сб. науч. тр. / под ред. В.М. Колокольцева. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2005. Вып. 5. С. 6-13.
2. Колесников Ю.А., Носов А.Д. Особенности технологии производства металла в условиях ОАО «ММК» для получения трансформаторной стали // Литейные процессы: межрегион. сб. науч. тр. / под ред. В.М. Колокольцева. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2006. Вып. 6. С. 62-69.
3. Буданов Б.А., Носов А.Д. Исследование поведения водорода в трансформаторной стали при вакуумировании и обработке ее на установке «печь-ковш» // Литейные процессы: межрегион. сб. науч. тр. / под ред. В.М. Колокольцева. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2006. Вып. 6. С. 43-51.
Сведения об авторах
Буданов Борис Александрович - канд. техн. наук, доц. кафедры металлургии черных металлов ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: (3519) 29-84-49.
Колесников Юрий Алексеевич - канд. техн. наук, доц. кафедры металлургии черных металлов ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: (3519) 29-84-49.
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
PROVIDING OF THE DEMANDED CONTENT OF NITROGEN IN TRANSFORMER STEEL
Budanov Boris Aleksandrovich - Ph. D. (Eng.), Assoiciate Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University. Phone: 8(3519) 29-84-49.
Kolesnikov Jury Alekseevich - Ph. D. (Eng.), Assoiciate Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University. Phone: 8(3519) 29-84-49.
Abstract. Possible ways of metal saturation by nitrogen during melting, ladle working and casting of transformer steel are given. The nitrated ferroalloys, carbamide, blowing with nitrogen, adding of powder wire with the nitrated ferrosilicon were used for saturation of metal with nitrogen. According to obtained experimental data, recommendations about providing the demanded content of nitrogen in transformer steel are provided.
Keywords: nitrogen, a carbamide, transformer steel, a purge nitrogen, the nitrated ferroalloys, a powder wire.
References
1. Kolesnikov J.A., Nosov A.D. Properties and features of manufacture of transformer steel. Svojstva i osobennosti proizvodstva transformatornoj stali [Theory and technology of metallurgical manufacture: Inter-regional col. of scien. pap. Ed. V.M. Kolokoltsev]. Magnitogorsk: Nosov Magnitogorsk State Technical University, 2005, № 5, pp. 6-13.
2. Kolesnikov J.A., Nosov A.D. Feature's of the "know-how" of metal in conditions of OJSC "MMK" for reception of transformer steel. Osobennosti tekhnologii proizvodstva metalla v usloviyakh OAO «MMK» dlya polucheniya transformatornoj stali [Foundry processes: Inter-regional col. of scien. pap. Ed. V.M. Kolokoltsev]. Magnitogorsk: Nosov Magnitogorsk State Technical University, 2006, № 6, pp. 62-69.
3. Budanov B.A., Nosov A.D. Research's of behaviour of hydrogen in transformer steel at degasing out and its processing on "ladle-furnace". Issle-dovanie povedeniya vodoroda v transformatornoj stali pri vakuumirovanii i obrabotke ee na ustanovke «pech'-kovsh» [Foundry processes: Interregional col. of scien. pap. Ed. V.M. Kolokoltsev]. Magnitogorsk: Nosov Magnitogorsk State Technical University, 2006, № 6, pp. 43-51.
♦ ♦ ♦
УДК 659.162.221.2
Скобельцын М.А., Селиванов В.Н.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИЧИН ОТСОРТИРОВКИ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА ПО ДЕФЕКТАМ КИСЛОРОДНО-КОНВЕРТЕРНОГО ЦЕХА
Аннтотация. При разливке стали на машине непрерывного литья заготовок №6 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» отмечается значительное увеличение отсортировки проката, полученного из слябов «запускных» плавок и плавок, разлитых через новый промежуточный ковш. Проанализированы технологические факторы кислородно-конвертерного цеха, которые могут приводить к увеличению отсортировки проката: степень удаления неметаллических включений во время выплавки и доводки, содержание кислорода в готовом металле, футеровка промежуточного ковша, качество работы шлака в кристаллизаторе.
