CC BY
47
ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
УДК 621.74.94 https://doi.org/10.18503/1995-2732-2018-16-l-19-25
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СТАЛИ 110Г13Л, ВЫПЛАВЛЕННОЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ МОДИФИКАТОРОВ И РАСКИСЛИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ
Чайкин A.B.1, Чайкин В.А.1, Лозов B.C.2, Касимгазинов А.Д.3, Карман К).В.3, Быков П.О.4
1 ООО «Металлург», Смоленское региональное отделение Российской ассоциации литейщиков, Сафоново, Россия
2 ПАО « Михайловский ГОК», Железногорск, Россия
3 ПФ ТОО «Кастинг», Павлодар, Республика Казахстан
4 Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова, Павлодар, Республика Казахстан Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы). В статье описаны особенности и потенциальные преимущества разработанного диффузионного раскислителя алюмосодержагцеш РДА, применение которого позволяет достигнуть широкого дополнительного комплекса эксплуатационных характеристик отливок, а также уменьшить время восстановительного периода плавки стали 110Г13Л. На примере внедрения разработанной смеси в ПАО «Михайловский ГОК» с экономическим эффектом свыше 3 млн руб. показана актуальность работы. Цель работы. Совершенствование технологического процесса восстановительного периода плавки стали 110Г13Л. Используемые методы. В работе широко применяли статистическую обработку результатов с использованием компьютерной программы STATIS-TICS & ANATISIS. Уровень значимости для расчетов принимали равным 0,05. Определяли средние арифметические значения химического состава металла и шлаков, а также показатели вариаций средних величин, характеризующих их стабильность. Чем меньше вариации колеблются вокруг средней, тем она более надежна. О стабильности свойств судили по величине вариаций. Наиболее наглядно характеризует однородность свойств коэффициент вариации, так как показывает относительную меру колебаний признака. Последний рассчитывается как отношение среднего квадратичного отклонения к средней арифметической. Новизна. Особенность разработанной смеси заключается в том, что компоненты в ней находятся в высокодисперсном состоянии. Резкое увеличение удельной поверхности частиц смеси предполагает существенную интенсификацию процесса восстановления оксидов. Это позволяет резко снизить время восстановительного периода плавки при одновременном повышении эффективности процесса. Применен еще один путь интенсификации раскисления - быстрое покрытие поверхности шлака раскислительной смесью. Эту задачу решают соединения натрия и калия, которые делают смесь жидкоподвижной и способствуют ее быстрому растеканию по поверхности шлака. Результат: в статье приведено сравнение результатов эффективности рафинирования металла модификатором Г-Cast ® 5,3 и высокодисперсным диффузионным раскислигелем алюмосодержащим РДА, разработанным производителем ООО «Металлург» СРО РАЛ. Статистическая обработка результатов исследования показала высокую эффективность РДА по сравнению с модификатором Г-Cast ® 5,3. Наметилась тенденция к снижению содержания МпО и FeO в шлаках, выплавленных с применением диффузионного раскислителя алюмосодержащего РДА. Среднее содержание МпО при раскислении РДА снизилось на 5%: до 3,54 против 3,72% при применении L-Cast® 5,3. Средняя концентрация FeO понизилась более резко, на 18%: до 0,66 против 0,78% при раскислении металла F-Cast® 5,3, что очень важно, так как концентрации FeO в шлаке имеет решающее значение. Это связано с тем, что оксид марганца растворяет в себе FeO и создает прочные конгломераты, которые при термообработке трудно растворяются и уходят с границ зерен. Чем меньше FeO в шлаке, тем тоньше границы зерен и выше механические свойства стали. Таким образом РДА обладает более высокой эффективностью как раскислитель шлака по сравнению с F-Cast® 5,3. О более высокой раскисленности шлака, которая привела к снижению содержания кисло-рода в металле, свидетельствует увеличение концентрации остаточного алюминия в металле 0,04752 против 0,0044%. В результате заливщики отметили более высокую жидкотекучесть расплава и лучшую заполняемость форм. Практическая значимость. Результаты исследований дали возможность внедрить технологический процесс диффузионного раскисления стали 110Г13Л диффузионным раскислигелем РДА в сталелитейном цехе ПАО «Михайловский ГОК» с экономическим эффектом свыше 3 млн руб.
Ключевые слова: сталь, шлак, статистическая обработка, модифицирование, диффузионное раскисление.
© Чайкин A.B., Чайкин В.А., Лозов B.C., Касимгазинов А.Д., Карман Ю.В., Быков П.О., 2018 www.vestnik.magtu.ru -
Введение
В сталелитейном цехе ПАО «Михайловский ГОК» изготавливают отливки конусов дробилок, футеровочных плит мельниц, зубьев ковшей экскаваторов и другие отливки из стали 1 ЮГ 13Л. Анализ качественных показателей сталей, выплавленных с применением различных технологий восстановительного периода, проводился в условиях вышеуказанного цеха. В ПАО выплавляют стали 110Г13Л для отливок, химические составы которых приведены в табл. 1,2.
До внедрения новых раскислительных смесей окончательное рафинирование металла производили модификатором Ь-Саэ!® 5,3, который отдавали на шлак за 10-15 мин до выпуска плавки в количестве 4 кг на 1 т жидкой стали. Ь-Саэ1® 5,3 подавали после достижения удовлетворительной раскисленности металла. Массовая доля закиси железа в шлаке перед отдачей модификатора должна быть не более 1,5%, а закиси марганца - не более 9,0%.
Механизм действия Ь-Саэ!® 5,3 заключается в следующем [1]. Введение в расплав барий-стронций-кальциевых карбонатов, содержащихся в Ь-Сав!:, сопровождается интенсивным перемешиванием металла и шлака вследствие выделения пузырьков СО2. Это усиливает эффект рафинирования сталей от газов и неметаллических включений, особенно сульфидов. Ь-Сай® 5,3 по информации производителей обладает и модифицирующим действием, за счет чего должны достигаться улучшения структуры и свойств стали.
Постановка задачи
Работа посвящена совершенствованию технологического процесса восстановительного периода плавки стали 110Г13Л. С целью повышения эффективности рафинирования металла и
снижения себестоимости стали взамен модификатора Ь-Саэ! ® 5,3 применили диффузионный раскислитель алюмосодержащий (РДА) в таком же количестве: 4 кг на 1 тн жидкой стали. РДА разработан и производится ООО «Металлург» СРО РАЛ по ТУ 0826 - 003 - 47647304 - 2001.
Описание процесса
Известно, что диффузионное раскисление обеспечивает получение чистого металла за счет снижения содержания кислорода в стали без образования в расплаве неметаллической фазы [2]. Кроме того, этот метод препятствует поступлению кислорода из атмосферы печи в металл. Эффективность диффузионного раскисления тем выше, чем меньше концентрация и активность оксида железа в шлаке [3]. Эту задачу эффективно решает РДА, представляющий собой пакетированные смеси, состоящие в основном из порошков активированного высокотемпературной обработкой углерода и полученного физико-химическим путем металлического кремния. Кроме того, в составе РДА находятся алюминий и соединения натрия и калия. Очень важно, что количественный и фракционный состав компонентов в РДА оптимизирован [4], что способствует вспениванию шлака, повышению его температуры [5], разжижению и увеличению реакционной способности шлака [6]. Основная особенность разработанной смеси заключается в том, что компоненты в ней находятся в высокодисперсном состоянии. Резкое увеличение удельной поверхности частиц смеси предполагает существенную интенсификацию процесса восстановления окислов. Это позволяет резко снизить время восстановительного периода при одновременном повышении эффективности процесса. Применен еще один путь интенсификации раскисления - быстрое покрытие поверхности шлака раскислительной смесью. Эту задачу решают соединения натрия и калия, которые делают смесь жидкоподвижной и способствуют ее быстрому растеканию по поверхности шлака [7, 8].
В результате обработки шлака РДА и выдержки в течение 15 минут в шлаке, а соответственно и в металле, резко снижается содержание оксидов железа, марганца и хрома.
Методика исследований
Материалом для исследований служили стали 110Г13Л, выплавленные в электродуговых печах ДСП 6 с применением модификатора Ь-Саэ!® 5,3 и раскислительной смеси РДА. В работе широко применялась статистическая обработка результатов исследова-
Таблица 1
Химический состав стали 110Г13Л 1 -й группы отливок
Массовая доля элементов,0 о Массовая доля элементов, 0 о, не более
Углерод Марганец Кремний Сера Фосфор Хром Никель
0,9-1,1 11,5-13 0,3-0,7 0,05 0,07 0,7 1,0
Таблица 2
Химический состав стали 110Г13Л для 2-й группы отливок
Массовая доля элементов,0 о Массовая доля элементов, 0 о, не более
Углерод Марганец Кремний Сера Фосфор Хром Никель
0,9-1,4 11,5-15 0,3-1,0 0,05 0,12 1,0 1,0
ний, которую производили с использованием компьютерной программы STATISTICS & ANALISIS. Уровень значимости для расчетов принимали равным 0,05 [9]. Определяли средние арифметические значения химического состава металла и шлаков, а также показатели вариаций средних величин, характеризующих их стабильность. Чем меньше вариации колеблются вокруг средней, тем она более надежна. О стабильности свойств судили по величине вариаций. Наиболее наглядно характеризует однородность свойств коэффициент вариации, так как показывает относительную меру колебаний признака [10]. Последний рассчитывается как отношение среднего квадратичного отклонения к средней арифметической. Образцы для определения физико-механических свойств сталей получали непосредственно из отливок. На прессе ломали отливки, металл которых раскислялся L-Cast® 5,3 и РДА. Затем из отливок вырезали заготовки для изготовления образцов на ударную вязкость, износостойкость, изучения микроструктуры в литом и термообработанном состоянии. Термообработка проводилась по серийному режиму: нагрев до 1050-1070°С, выдержка 2-2,5 ч и охлаждение в проточной воде с температурой 20°С.
Результаты исследований
Произвели статистическую обработку химического состава сталей 110Г13Л для отливок 1 и 2 групп, а также шлаков. Исследовали 251 плавку сталей, проведенных с использованием L-Cast® 5,3 и 109 плавок сталей с использованием диффузионного раскислителя алюмосодержащего РДА. Результаты статистической обработки сталей до и после внедрения представлены в табл. 3 и 4.
Как видно из данных табл. 3 и 4, среднее содержание углерода в сталях достаточно стабильно (Vc = 9,94-10,37), и концентрации его, равные 1,15 и 1,155, находятся в пределах, рекомендуемых исследователями (1,5-1,25) [11]. Превышение концентраций против указанных влечет за собой появление в микроструктуре избыточного количества карбидной фазы и ее укрупнения, что негативно сказывается на механических и эксплуатационных свойствах. Средние концентрации кремния в сталях составляют 0,56-0,59%.
Что касается содержаний кремния, то можно рекомендовать выплавлять сталь с содержанием этого элемента ближе к нижнему пределу, так как этот элемент существенно снижает предельную растворимость углерода в марганцевом аустените, создавая тем самым условия для выпадения значительного количества карбидной фазы при первичной кристаллизации металла. Vsi= 13,95-14,76% [11].
Таблица 3
Результаты статистической обработки сталей до внедрения
Описательные статистики (Статистика 1-cast.sta)
Кол. набл Среднее Минимум Максимум Дисперсия Ср. кв. откл. Коэф. вар. V. %
С. % 251 1.15000 0.92000 1.55000 0.0131 0.11436 9.94472
Si. % 251 0.56801 0.34000 0.84000 0.0070 0.08387 14.76589
Мп. % 251 12.63124 11.20000 13.75000 0.1831 0.42789 3.38759
Cr. % 251 0.30936 0.06000 0.96000 0.0298 0.17265 55.80715
Ni. % 251 0.11143 0.05000 0.36000 0.0018 0.04281 38.41848
P. % 251 0.04284 0.02600 0.06800 0.0001 0.01073 25.05955
S. % 251 0.00561 0.00100 0.01500 0.0000 0.00356 63.34907
Ti. % 251 0.02714 0.00300 0.23000 0.0002 0.01551 57.14554
С п. % 251 0.12105 0.03700 0.29000 0.0008 0.02903 23.98461
Al. % 251 0.04437 0.01400 0.08400 0.0002 0.01264 28.47959
Sit );. % 251 35.20414 22.00000 48.60000 20.2567 4.50075 12.78471
CaO. % 251 32.54199 0.67000 58.50000 158.2432 12.57947 38.65613
MnO, % 251 3.72805 1.20000 9.06000 1.7040 1.30536 35.01459
FeO. % 251 0.78195 0.16000 2.60000 0.1541 0.39259 50.20640
основность 251 0.97810 0.01727 2.57965 0.2543 0.50432 51.56084
Таблица 4
Результаты статистической обработки сталей после внедрения
Описательные статистики (Статистика РДА)
Кол. наб л. Среднее Минимум Максимум Дисперсия Ср. кв. откл. Коэф. вар.. V. %
С. % 109 1.15578 0.96000 1.40000 0.0144 0.11986 10.37010
Si. % 109 0.59835 0.42000 0.93000 0.0070 0.08347 13.95044
Mn. % 109 12.69367 11.66000 14.40000 0.1726 0.41544 3.27281
Cr. % 109 0.35434 0.09000 1.70000 0.0492 0.22191 62.62580
Ni. % 109 0.11202 0.07000 0.30000 0.0011 0.03319 29.62730
P. % 109 0.04037 0.02600 0.06000 0.0001 0.00944 23.38187
S. % 109 0.00641 0.00200 0.02300 0.0000 0.00449 70.03392
Ti. % 109 0.02609 0.01200 0.04500 0.0000 0.00707 27.09347
С п. % 109 0.11862 0.07000 0.17000 0.0003 0.01766 14.88983
Al. % 109 0.04752 0.01300 0.09300 0.0002 0.01518 31.94664
Sit );. % 106 34.76604 22.00000 45.20000 21.4278 4.62902 13.31476
CaO. % 106 33.30943 3.70000 59.00000 199.5085 14.12475 42.40464
MnO. % 106 3.54887 1.45000 7.10000 1.3822 1.17565 33.12758
FeO. % 106 0.66085 0.16000 1.50000 0.0899 0.29987 45.37650
основность 106 1.02489 0.10482 2.67273 0.3341 0.57799 56.39576
Исследователи рекомендуют выдерживать концентрации марганца в расплаве 12-12,5% для обеспечения требуемого комплекса физико-механических свойств стали [12, 13]. Сталевары выдерживают концентрации этого элемента близко к этим требованиям, равными 12,63 и 12,69%, о чем свидетельствуют данные табл. 3,4. Следует отметить, что концентрации марганца, основного определяющего элемента стали, особенно однородны (V = 3,27-3,38). Наглядно это хорошо видно на гистограмме для 251 плавки, представленной на рис. 1.
-Ожидаемое нормальное распределение
140
120 Э. 100 | 80 I 60
л
| 40 20 0
10,5 11,0 11,5 12,0 12,5 13,0 13,5 14,0 Верхние границы, % (х <= граница)
Рис. 1. Гистограмма концентраций марганца
Как видно, распределение марганца стремится к нормальному, что свидетельствует о высокой однородности содержаний марганца в сталях. Таким образом, вышесказанное свидетельствует о высокой профессиональной подготовке сталеваров и удовлетворительной технологической дисциплине на участке плавки.
Концентрации элементов, не рассмотренных выше, менее стабильны, однако это определяется качеством шихтовых материалов. В целом шихта обеспечивает возможность выполнения требований нормативно-технической документации (НТД).
Восстановительный период плавки оказывает решающее значение на качество металла [14]. Велико влияние шлаков на конечный результат плавки [15]. Они должны быть высокоосновными и рассыпающимися в белый порошок с содержанием МпО<5% и ГеО< 1%. Чем меньше оксидов марганца и железа в шлаке, тем меньше их будет и в металле [14].
Как видно из сравнения данных табл. 3 и 4, наметилась тенденция к снижению содержания МпО и ГеО в шлаках, выплавленных с применением диффузионного раскислителя алюмо-содержащего РДА. Среднее содержание МпО при раскислении РДА снизилось на 5%: до 3,54 против 3,72% при применении Ь-Сав!® 5,3. Средняя концентрация ГеО понизилась более резко на 18%: до 0,66% против 0,78% при раскислении металла Ь-Сав!® 5,3, - что очень важно, так как концентрация ГеО в шлаке имеет решающее значение. Это связано с тем, что оксид марганца растворяет в себе ГеО и создает прочные конгломераты, которые при термообработке трудно растворяются и уходят с
границ зерен. Чем меньше ГеО в шлаке, тем тоньше границы зерен и выше механические свойства стали. Таким образом, РДА обладает более высокой эффективностью как раскисли-тель шлака по сравнению с Ь-Сав!® 5,3. О более высокой раскисленности шлака, которая привела к снижению содержания кислорода в металле, свидетельствует увеличение концентрации остаточного алюминия в металле: 0,04752 против 0,0044%. Кроме того, заливщики отметили более высокую жидкотекучесть расплава и лучшую заполняемость форм.
В дальнейшем проверяли эффективность раскисления стали на конкретной отливке 08.35505.29.00005У «Зуб ковша», изготавливаемой из стали 110Г13Л. Это массивная отливка, что позволило провести широкий спектр испытаний.
Результаты испытаний механических свойств, микроструктур, а также испытания на износостойкость приведены в табл. 5 и на рис. 2.
Таблица 5
Результаты испытаний отливок «Зуб ковша»
Состояние отливки Балл зерна аустенита ГОСТ 5639 Распределение карбидов ОСТ 23.1.165 кси. то МДж/м2 Износ.0 о ТО
Без ТО ТО Без ТО то 110Г13Л 38ХС
Обработанная Ь-Саэ® 5.3 2 2 7-9 1-2 2.01 0.61 1.02
Раскисленная РДА 3 3^1 6-8 1-2 2.80 0.40 0.84
После обработки стали РДА микроструктура отливки стала более благоприятной. Распределение карбидов не изменилось. Однако в микроструктуре измельчилось зерно (рис. 2, б), устранена разнозернистость, присущая отливке, обработанной Ь-Сав!® 5,3 (рис. 2, а). Как следствие, выросла ударная вязкость стали на 39,3% (см. табл. 3). Кроме того, как видно из данных табл. 3, триботехнические испытания образцов показали повышение износостойкости стали, обработанной РДА, по сравнению с металлом, обработанным Ь-Сав!® 5,3, на 34,4% и 17,6% на стали 38ХС. На образцах из стали 110Г13Л поверхность износа была ровная и гладкая, с серо-синими цветами побежалости. Поверхность износа контртела имела неровный рельеф, сине-фиолетовые цвета побежалости. Таким образом, прослеживается устойчивая тенденция увеличения износостойкости образцов из стали, обработанных РДА. Несмотря на то, что эти данные получены для условий абразивного износа, можно прогнозировать увеличение износостойкости стали и в условиях ударно-абразивного износа.
Рис. 2. Микроструктура отливок зуб ковша после термической обработки: отливка из стали, обработанной Ь-Саэ!® 5,3; б - отливка из стали, раскисленной РДА
Выводы
1. Разработанный диффузионный раскислитель алюмосодержащий РДА, отличающийся высокой дисперсностью частиц, эффективнее раскисляет металл по сравнению с модификатором L-Cast® 5,3.
2. Микроструктура отливок стала более благоприятной, повысились механические свойства и износостойкость стали.
3. Достигнута более высокая жидкотекучесть расплава и лучшая заполняемость форм.
4. Это дало возможность внедрить технологический процесс диффузионного раскисления стали 110Г13Л диффузионным раскислителем РДА с экономическим эффектом свыше 3 млн руб.
Список литературы
1. Пат. 2364649 РФ. Способ внепечной обработки стали /
Рашников В.Ф., Та-хаутдинов P.C., Колокольцев В.М. и
др. Опубл. 2003.10.27.
2. 2. Производство стальных отливок: учебник для вузов / Козлов Л.Я., Колокольцев В.М., Вдовин К.Н. и др.; под ред. Л.Я. Козлова. М.: МИСиС, 2003. 351 с.
3. J. Guo, S. Cheng, Zi-jian. Characteristics of Deoxidation and Desuifurization during LF Refining Al-ki I led Steel by Highly Basic and Low Oxidizing Slag. Journal of Iron and Steel Research International. 2014, February. Vol. 21, iss. 2. P. 166-173
4. Совершенствование технологии выплавки сталей в ООО «Самарский завод технического литья» с применением дисперсных материалов / Чайкин В.А., Чайкин А.В., Колколова А.В. и др.// Труды XI съезда литейщиков России, Екатеринбург, 16-20 сентября 2013. Екатеринбург, 2013. С. 78-83.
5. Кожухов А.А. Оценка коэффициента использования тепла электрических дуг при плавке под вспененным шлаком в современных ДСП II Электрометаллургия. 2015. №6. С. 3-9.
6. Чайкин В.А., Чайкин А.В. Применение диффузионных раскислительных и рафинирующих смесей при выплавке сталей и чугунов в электродуговых печах II Литейное производство сегодня и завтра: тр. международной научно-практической конференции / под
<200
а-
ред. Косникова Г.А. СПб.: Культ-информ.-пресс, 2014. С. 161-164.
7. Флюсы для электрошлакового переплава конструкционных сталей / Вдовин К.Н., Феоктистов Н.А., Пи-воварова К.Г. и др. II Электрометаллургия. 2017. №4. С. 13-19.
8. Нери{ Т., Ardelean Е., Socalici A., Osaci М., Ardelean М. Steel deoxidation with synthetic slag. Metalurgia International. 2010. Vol. 15. Iss. 7. P. 22-28.
9. Сидняев, H. И. Теория вероятностей и математическая статистика: учебник для бакалавров. М.: Юрайт, 2015. 219 с. Серия: Бакалавр.
10. Сидняев Н.И. Теория планирования эксперимента и анализ статистических данных. М.: Юрайт, 2014. 495 с.
11. Давыдов Н.Г. Высокомарганцовистая сталь. М.: Метал-
лургия, 1979. 175 с.
12. Власов В.И., Комолова Е.Ф. Литая высомарганцовистая сталь. М.: Машгиз, 1987. 195 с.
13. G.C. Attila. Refining steel in an induction ladle furnfce. Annals of the Faculty of Engineering Hunedoara. 2015, Aug. Vol. 13. Iss. 3. P. 197-200.
14. V. Putan, A. Putan, E. Ardelean. Influence of the addition of a reducing mixture slag and duration of treatment on the desulphurization and deoxidation efficiency. Solid State Phenomena. 2016. Vol. 254. P. 144-148.
15. Чайкин В.А., Чайкин А.В. Рафинирование сталей и чугунов дисперсными модификаторами при выплавке в дуговых и индукционных электропечах II Тр. двенадцатого съезда литейщиков России. Н. Новгород, 2015. С. 155-159.
Поступила 19.12.17.
Принята в печать 18.01.18.
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
https://doi.org/! 0.18503/1995-2732-2018-16-1-19-25
COMPARATIVE ANALISYS OF THE QUALITY INDICES OF THE 110G13L STEEL PRODUCED WITH VARIOUS INOCULANTS AND DEOXIDIZING AGENTS
Andrey V. Chaykin - Ph.D. (Eng.)
Technical Director at the Smolensk Regional Office of the Russian Foundry Association, Safonovo, Russia. E-mail: chaikal983i5Unbox.ru
Vladimir A. Chaykin - D.Sc. (Eng.), Professor
General Director at the Smolensk Regional Office of the Russian Foundry Association, Safonovo, Russia. E-mail: sro_ral@,mail.ru
Vitaly S. Lozov - Chief Metallurgist
Mikhailovsky GOK PJSC, Zheleznogorsk, Russia. E-mail: V_LozoviS,mgok.ru Aset D. Kasimgazinov - Chief Process Engineer
Casting LLC, Pavlodar, Republic of Kazakhstan. E-mail: kasimgazinoviS.pf.casting.kz Yury V. Karman - Director
Casting LLC, Pavlodar, Republic of Kazakhstan. E-mail: officeiS.pf.casting.kz Petr O. Bykov - Ph.D. (Eng.), Vice Pector for Academic Affairs
Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar, Republic of Kazakhstan. E-mail: bykov_petriS,mail.ru
property. The variation coefficient best describes the homo-
Abstract
Problem Statement (Relevance). This paper describes special characteristics and potential benefits of the aluminum-containing diffusion deoxidizer RDA, which was developed to deliver a broad range of additional performance properties in castings and help shorten the reduction time in the case of the 110G13L steel. The relevance of this research is demonstrated in the case study of Mikhailovsky GOK, for which the adoption of the diffusion deoxidizer resulted in the economic benefit of 3 million rubles. Objectives. The aim of this research was to find ways to optimize the reduction process of the 110G13L steel. Methods Applied. The research heavily relied on statistical analysis method. Thus, all the results were analysed with the help of the STATISTICS & ANALISIS computer programme. The tests were run with an alpha level of 0.5. There were determined arithmetic averages for the chemical composition of metal and slags, as well as their variation indices that characterize their stability. The less the variations fluctuate around an average, the more stable the average is. The range of variations defined the stability of the
geneity of characteristics because it indicates the relative measure of fluctuations. It can be defined as a ratio of the standard deviation to the arithmetic average. Originality. A special feature of the new deoxidizer is that all of its components are present in a finely dispersed state. A drastic increase in the specific surface of the particles contained in the deoxidizer would lead to a significantly more intense reduction process, which enables a dramatically shorter and more efficient reduction process. Another method was applied to intensify deoxidation, and namely - rapid application of the deoxidizer over the slag surface. This effect is achieved due to the sodium and potassium compounds, which make the mixture flowable and help it spread rapidly across the slag surface. Findings: The article contains a comparison between the L-Cast ® 5.3 inoculant and the aluminum-containing high-dispersion diffusion deoxidizer RDA (the latter was developed by Metallurg LLC, the Smolensk Regional Office of the Russian Foundry Association) and their refining efficiencies. The statistical analysis of experimental data showed a higher efficiency of RDA compared with L-
Cast ® 5.3. Lower concentrations of MnO and FeO were observed in the slags produced with the aluminum-containing high-dispersion diffusion deoxidizer RDA. The average MnO content decreased by 5% - to 3.54 when the RDA deoxidizer was applied versus a 3.72% concentration resulting from the application of L-Cast® 5.3. There was a more drastic decrease in the average concentration of FeO - by 18% to 0.66% versus a 0.78% concentration resulting from the use of L-Cast®5.3 as a deoxidizer, which is extremely important as the FeO concentration is critical for slags. It refers to the fact that MnO dissolves FeO creating very strong conglomerates, which, when heat is applied, are hard to dissolve and tend to stay at the grain boundaries. The less FeO concentration there is in the slag the thinner the grain boundaries are and the better the performance of steel is. Consequently, RDA is a more efficient deoxidizer for slag than L-Cast® 5.3. The increase of the residual aluminium in steel from 0.0044% to
0.04752. indicates a higher deoxidation degree of the slag, which led to a decrease in the oxygen content. As a result, pourers pointed out a better fluidity and moldability of molten steel. Practical Relevance. Due to the results of this research, the Mikhailovsky GOK foundry was able to adopt the RDA diffusion deoxidizer for application with the 110G13L steel seeing the economic benefit of 3 million rubles.
Keywords: Steel, slag, statistical analysis, inoculation, diffusion deoxidation.
References
1. Rashnikov V.F., Takhautdinov R.S., Kolokoltsev V.M. et al. Sposob vnepechnoy obrabotki stali [Method of steel ladle treatment]. Patent RF, no. 2002104454/02, 2003.
2. Kozlov L.Ya., Kolokoltsev V.M., Vdovin K.N. et al. Pro-izvodstvo stalnykh otlivok [Steel castings], Texbook for university students. Ed. by L.Ya. Kozlov. Moscow: MISIS, 2003, 351 p. (In Russ.)
3. J. Guo, S. Cheng, Zi-jian. Characteristics of Deoxidation and Desulfurization during LF Refining Al-kilied Steel by Highly Basic and Low Oxidizing Slag. Journal of Iron and Steel Research International. 2014, February, vol. 21, iss. 2, pp. 166-173
4. Chaykin V.A., Chaykin A.V., Kolokolova A.V. et al. Steel melting techology improvement in 000 «Samrskiy zavod tehnicheskogo litya» with the help of disperse materials. Trudi iodiinadtsogo zjezda liteishikov Rossii, [Preceedings of the 11th russian Foundry conference], Ecaterenburg, 2013, pp.78-83. (In Russ.)
5. Koghukhov A.A. Estimation of the heat coefficient of the electric arcs during the melting pprocess under foam slag in an electirc arc furnace. Electrometallurgiya [Electrometallurgy], 2015, no. 6, pp. 3-9. (In Russ.)
6. Chaykin V.A., Chaykin A.V. Diffusive, deoxidazing and refining mixtures explotation during steel and iron melting processes in elctric arc furnace. Liteynoe proizvodstvo segodnya / zavtra: tr. Megdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Casting Technologies today nd tomorrow: proceedings of the interentional scientific and technical conference], Ed. by Kosnikov G.A. S.Peterburg: Kult-lnform.-press, 2014, pp. 161-164. (In Russ.)
7. Vdovin K.N., Feoktistov N.A., Pivovarova K.G et al. Fluxes for electroslag remelting of construction steels. Electrometallurgiya [Electrometallurgy], 2017, no. 4, pp. 13-19. (In Russ.)
8. Heput T., Ardelean E., Socalici A., Osaci M., Ardelean M. Steel deoxidation with synthetic slag. Metalurgia International. 2010, vol. 15, iss. 7, pp. 22-28.
9. Sidnayev N.I. Probability Theory and mathematical statistics: textbook for bachelors' [Teoriya veeroyatnosti and ma-tematicheskaya statistica: uchebnik dlya bakalavrov], Moscow: Yurajit, 2015. 219 p. Serious: Bachelor. (In Russ.)
10. Sidnayev N.I. Theory of planning an experiment and analysis of statistical data [Teoriya planirovaniya experimenta i analis statisticheskih dannikh], Moscow: Yurajit, 2014. 495 p. (In Russ.)
11. Davidov H.G.Visokomargontstevaya steel [High-manganese steel], Moscow, Metallurgiya, 1979,175 p. (In Russ).
12. Vlasov V.I., Komolova E.F. Litaya visokomargantstevaya stal [Molten high-manganese steel], Moscow: Mashgiz, 1987, 195 p. (In Russ).
13. G.C. Attila. Refining steel in an induction ladle furnfce. Annals of the Faculty of Engineering Hunedoara. 2015, Aug, vol. 13, iss. 3, pp. 197-200.
14. V. Putan, A. Putan, E. Ardelean. Influence of the addition of a reducing mixture slag and duration of treatment on the desulphurization and deoxidation efficiency. Solid State Phenomena. 2016, vol. 254, pp. 144-148.
15. Chaykin V.A., Chaykin A.V. The use of dispersive inoculants to refine steel and cast produced in arc induction electric furnaces. Trudy dvenadzatogo syezda liteyshyikov Rossii [Proceedings of the 12th Russian Foundry Conference], N.Novgorod, 2015, pp. 155-159 (In Russ).
Received 19/12/17 Accepted 18/01/18
Образец дня цитирования
Сравнительный анализ качественных показателей стали 110Г13Л, выплавленной с применением различных модификаторов и раскислительных смесей / ЧайкинАВ., Чайкин В.А.. Лозов B.C.. Касимгазинов А.Д.. Карман Ю.В.. Быков П.О. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2018. Т.16. №1. С. 19-25. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2018-16-l-19-25
For citation
Chaykin А. V., Chaykin V.A., Lozov V.S., Kasimgazinov A.D., Karman Yu.V., Bykov P.O. Comparative analisys of the quality indices of the 110G13L steel produced with various inoculants and deoxidizing agents. Vestnik Magnitogorskogo Gosudctrstvermogo Tekhnicheskogo Universiteta im. G.I. Nosova [Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University], 2018. vol. 16. no. 1. pp. 19-25. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2018-16-1-19-25
