ІНСТИТУТ ЧОРНОЇ МЕТАЛУРГІЇ

ІМ. З. І. НЕКРАСОВА

НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ

ЛИТВІНОВ ЛЕОНІД ФЕДОРОВИЧ

УДК 669.184.28:669.787 001.5.083.133

Дослідження і розробка технології виробництва конвертерної сталі

з керуванням окисленістю металу і шлаку

Спеціальність 05.16.02“

Металургія чорних металів”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ - 2001 р.

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті чорної металургії Національної академії наук України.

Науковий керівник — доктор технічних наук, старший науковий співробітник Старов Ремуальд Вікторович.

Інститут чорної металургії, відділ фізико-технічних проблем виробництва сталі.

Старший науковий співробітник.

Офіційні опоненти:

Доктор технічних наук, професор Чернятевич Анатолій Григорович.

Дніпропетровський державний технічний університет. Завідуючий кафедрою рудно-термічних процесів.

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник ДУША Віктор Михайлович.

Національна металургійна академія України. Замісник завідуючого кафедрою металургії сталі з науки.

Провідна установа – Донецький національний технічний університет, кафедра електрометалургії і конвертерного виробництва сталі, Міністерство освіти України, м. Донецьк.

Захист відбудеться 14.12.2001 р. о 14 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради К.08.231.01 при Інституті чорної металургії НАН України (49050 ,м. Дніпропетровськ, пл. академіка Ста-родубова, 1).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту чорної металургії (49050, м. Дніпропетровськ, пл. академіка Стародубова, 1).

Автореферат розісланий 12.11.2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Левченко Г. В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Основними задачами чорної металургії України на сучасному етапі є технічне переозброєння, ресурсо- і енергозбереження, підвищення якості металопродукції і забезпечення її конкурентоспроможності на світовому ринку.

Актуальність роботи. Розглядаючи технологію виробництва конвертерної сталі, приходимо до висновку, що хід і основні показники конвертерного процесу в значній мірі визначаються окисленням шлаку і металу по ходу продувки, а якість сталі – окисленням металу на розливі. А втім, поки що немає робіт, в яких розглядалось би окислення металу і шлаку в комплексі на всіх етапах виробництва конвертерної сталі. Дана робота – спроба заповнити цю прогалину.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась відповідно з координаційними планами за напрямом “Сталеплавильне виробництво”, планами науково-технічних робіт Єнакіївського металургійного заводу, НАН України, дослідних і учбових інститутів.

Мета і задачі досліджень. Розробка технології, яка дозволить ефективно управляти окисленням шлаку і металу на всіх етапах виробництва конвертерної сталі для поліпшення її якості і підвищення техніко-економічних показників. Задачі досліджень: визначення впливу FeO і Fe2O3 на окислення конвертерних шлаків по ходу продувки, дослідження впливу дуттєвого режиму на окислення шлаків і розробка дуттєвого режиму, який дозволить знизити окислення шлаків; розробка складу і технології виробництва конвертерного флюсу для істотного поліпшення шлакоутворення без зниження частки брухту в шихті; розробка технологічних прийомів, для зниження окислення кінцевих шлаків в умовах вимушеного передуву; розробка технологічних прийомів, які дозволять ефективно регулювати окислення киплячих, напівспокійних і спокійних сталей на розливі; розробка технології виробництва низьколегованих сталей із зниженим вмістом кремнію.

Об'єкт досліджень — процеси виплавки, розкислення і розливу киснево-конвертерної сталі.

Предмет досліджень – окислення шлаку і металу на всіх етапах виробництва конвертерної сталі.

Методи досліджень — аналіз динаміки процесу за результатами 127 плавок з проміжними відборами проб металу і шлаку, проведення експериментів на промислових і лабораторних конвертерах, індукційних печах. Математична обробка результатів з використанням ПЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше проаналізовано вплив вмісту FeO і Fe2O3 в шлаках по ходу продувки на показники конвертерного процесу і параметрів плавки на вміст FeO і Fe 2O3 у шлаку, що дозволить однозначно встановити – вміст FeO в шлакові є мірою окислення шлаку, а вміст Fe2O3 – мірою успішного ходу шлакоутворення.

Вперше встановлено, що маса FeO у шлаку по ходу продувки спочатку росте, потім падає (тобто, FeO відновлюється), а маса Fe2O3 в шлаку по ходу продувки монотонно росте, отже FeO в шлаку знаходиться у вільному або дисоційованому стані, а Fe2O3 – в зв'язаному.

Подальший розвиток одержало дослідження впливу дуттєвого режиму на окислення шлаків по ходу продувки. Вперше встановлено, що при збереженні оптимального співвідношення висоти фурми над ванною і витрати кисню на сопло ні зміна висоти фурми при відповідній зміні витрати кисню, ні зміна витрати кисню при відповідній зміні висоти фурми не впливають на зміну окислення шлаку.

Подальший розвиток одержало дослідження впливу якості, конвертерних флюсів на хід процесу і на окислення шлаків зокрема. Досліджений хід шлакоутворення при використанні розробленого в рамках даної роботи конвертерного флюсу. Показано, що хоч показники шлакоутворення при цьому дещо поступаються перед показниками при використанні високо-основних агломератів, але на відміну від них присадки флюсу не тільки не приводять до підвищення витрати чавуну, але навіть до його зниження.

Вперше встановлена закономірність газовиділення із киплячої сталі в залежності від вмісту в ній кремнію (плавка у вакуумній індукційній печі).

Вперше встановлено, що для кожного вмісту вуглецю існує своя строго визначена “критична” концентрація алюмінію, при якій міцнісні властивості спокійної сталі мають максимальні значення.

Практична цінність одержаних результатів. Розроблена і впроваджена у виробництво конструкція наконечника кисневої фурми, який дозволить знизити окислення шлаку і металу по ходу продувки. Роз-роблений і впроваджений спосіб зменшення окислення кінцевого конвертерного шлаку. Розроблений алгоритм розрахунку вмісту марганцю застосовується в АСУ ТП конвертерної плавки, що дозволило знизити витрати марганцевих сплавів. Розроблений ефективний спосіб виробництва киплячих сталей при високому вмісті кремнію в феромарганці з використанням окислювальної суміші. Використання встановленої залежності витрати алюмінію від вмісту вуглецю в готовій сталі і в металі перед випуском дозволило скоротити витрату алюмінію. Розроблена і впроваджена технологія виробництва арматурної малокремнистої сталі. Всі одержані результати впроваджені у виробництво на Єнакіївському металургійному заводі із загальним річним економічним эфектом 4558,525 тис. грн. (частка автора – 455,85 тис. грн.).

Особистий вклад здобувача. Здобувачем розроблена методика обробки даних, проведених під його керівництвом плавок; проведено аналіз одержаних результатів, зроблено висновки. Під безпосереднім керівництвом здобувача проведено практичне впровадження нових технологій.

В дисертації не використані ідеї і розробки співавторів, з якими опубліковано друковані роботи.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертації доповідались і обговорювались на координаційних нарадах з напрямку “Сталеплавильне виробництво”, IX Міжнародної науково-технічної конференції “Теорія і практика киснево-конвертерних процесів” в 1998 р., 5-му і 6-му конгресах Міжнародної асоціації сталеплавильників (1998 і 2000 рр.), наукових семінарах відділу металургії сталі ІЧМ НАН України, 1998-2001 рр.

Публікації. Результати дисертації опубліковані в одній монографії, 7 статтях; за темою дисертації одержано 2 авторських свідоцтва СРСР і 2 патенти України.

Структура дисертації. Дисертація складається із вступу, 5 розділів, висновків, додатку. Повний обсяг дисертації 132 сторінки; дисертація вміщує 19 рисунків, 25 таблиць, список використаних джерел із 126 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Аналіз впливу різноманітних факторів на окислення металу і шлаку на всіх етапах виробництва конвертерної сталі і шляхів керування окисленням

На основі узагальнення і аналізу літературних даних встановлено, що ще не існує єдиної думки про вплив (FeO) і (Fe2O3 ) на окислення шлаку і металу. Суперечливі дані і про вплив на окислення дуттєвого режиму. Критично проаналізовані різні варіанти дуттєвого режиму, показана неефективність таких прийомів, як застосування обертової фурми, пульсуючої продувки, циклічної зміни витрати кисню. Проаналізовано вплив різноманітних флюсів і охолоджувачів, найбільш ефективний високоосновний агломерат, але його використання виключає застосування металобрухту, що неприйнятно при існуючих цінах на чавун і брухт. Показана необхідність нових рішень по регулюванню окисленням кінцевих шлаків, показано істотний вплив окислення металу на якість киплячих і напівспокійних сталей. В результаті критичного аналізу встановлено мету і задачі досліджень, які коротко можна викласти як дослідження впливу різноманітних факторів на окислення металу і шлаку і розробка нових технологічних рішень, які дозволяють ефективно керувати окисленням металу і шлаку на всіх етапах виробництва конвертерної сталі.

2. Методика досліджень

При аналізі літературних даних встановлено, що більшість дослідників, розглядаючи окислення металу і шлаку, оперують кінцевими параметрами процесу, що приводить в багатьох випадках до некоректних висновків. Враховуючи це, основна увага була звернена на дослідження ходу процесу, для чого були проведені і проаналізовані 127 плавок з проміжними повалками. Ефективність нових технологічних рішень провірялась на представницьких серіях плавок.

Дослідження проводились також на лабораторних установках – 300 кг конвертері і 50 кг вакуумних індукційних печах.

Одержані результати опрацьовувались методами математичної статистики з використанням ЕОМ.

3. Дослідження і керування окисленням металу і шлаку

по ходу продувки в конвертерах

Проаналізовано залежність (FeO), , (Fe2O3 ) від температури сталі, частки брухту в шихті, інтенсивності продувки, а також залежність основності шлаку, (MnО) і [Mn] ст від (FeO), , (Fe2O3) по ходу продувки . Криві залежності, зв'язані з (FeO) і симбатні, а криві залежності, зв'язані з (Fe2O3 ) антибатні кривим, зв'язаним з (FeO) і , тобто (FeO) і (Fe2O3 ) діють у протилежних напрямках – збільшення (FeO) приводить, наприклад, до збільшення (MnO), тобто збільшення ступеня окислювання Mn, а збільшення (Fe2O3 ) – до зменшення (MnO), тобто до зменшення ступеня окислювання Mn. Однозначно встановлено, що (FeO) – показник окислення шлаку, а (Fe2O3) – показник успішного ходу шлакоутворення.

Це підтверджено оцінкою впливу (FeO) і (Fe2O3) з використанням теорії спрямованого хімічного зв'язку:

(1)

Тобто, збільшення (FeO) приводить до збільшення негативного заряду кисню у шлаку () чи до збільшення окислення шлаку, а збільшення (Fe2O3 ) – до зменшення окислення.

Встановлено, що в середині продувки маса FeO у шлаку знижується, тобто FeO відновлюється , а маса Fe2O3 зростає монотонно, це свідчить про те, що FeO у шлаку знаходиться у вільному або дисоційованому стані, а Fe2O3 – у зв'язаному.

Аналізом результатів плавок, проведених із проміжним відбором проб по ходу продувки в промислових і лабораторних конвертерах встановлено, що при збереженні оптимального співвідношення між висотою фурми над ванною (НN) і витратою кисню на сопло (V мг/хв.)

, (2)

ні зміна Н при відповідній зміні V, ні зміна V при відповідній зміні Н, не приводить до зміни окислення шлаку.

При недотриманні умови (2) залежність (FeO) від Н і V виглядає таким чином:

(3)

Для зменшення окислення шлаку по ходу продувки була розроблена і впроваджена конструкція наконечника кисневої фурми з двома кутами нахилу ( – до вертикалі, – до горизонталі)*. Виведено рівняння для визначення тангенціальної складової імпульсу (im):

, (4)

де Н – висота фурми, м; r – максимальна відстань між осями сопла і фурми, м.

В умовах ЄМЗ дорівнює 0,26.

Додаткове перемішування за рахунок тангенціальної складової дозволило зменшити на 1 ... 1,5% (FeO) при деякім збільшенні (Fe2O3).

Додаткове перемішування металу і шлаку досягнуто також при циклічному переміщенні фурми. При нижньому положенні фурми (1м) питомий тиск струменя на ванну -- 1 МПа, глибина реакційної зони -- 0,75 м, при верхньому положенні (2м) ці значення рівні відповідно 0,06 МПа і 0,12 м. При підйомі фурми (за 2,7 с) швидкість підйому рівня металу – 0,23 м/с, при опусканні (за 5,7 с) швидкість підйому рівня – 0,11 м/с. Отже, при підйомі фурми

швидкість підйому рівня практично подвоюється (у порівнянні зі швидкістю циркуляції при звичайному дутті), при опусканні трохи сповільнюється, тобто порушується стабільність циркуляції, це і є необхідною умовою збільшення ступеня перемішування металу і шлаку, завдяки чому (FeO) знижується на 1%, а (Fe2O3) збільшується на 0,5%.

На Єнакіївському металургійному заводі розроблена технологія виробництва конвертерного флюсу, суть якої в тім, що в обертову вапновипалювальну піч паралельно з подачею палива вдувається окалина (концентрат), що, взаємодіючи з вапном при високій температурі, утворить на поверхні облямівку з феритів кальцію товщиною до 10 мм (табл. 1).

Таблиця 1

Склад вихідних матеріалів, флюсу і звичайного вапна

Матеріал Вміст, %

CaO Fe2O3 FeO ППП інші

Вапняк 54,8 0,30 – 43,46 1,44

Окалина – 29,38 68,5 – 2,12

флюс феритна облямівка 53,6 45,2 – – 1,2

серцевина 92,4 0,6 – 3,7 3,3

загальний склад 82 12,58 – 2,7 2,72

Звичайне вапно 86,24 0,87 – 9,7 3,19

Флюс відрізняється підвищеною твердістю і менше поглинає вологи (2% за першу добу, звичайне вапно 6...8%).

Зроблено зіставлення ходу шлакоутворення при використанні флюсу з ходом шлакоутворення при використанні високоосновного агломерату, а також залізної руди. За всіма показниками шлакоутворення плавки з флюсом, хоча трохи і поступаються плавкам з агломератом, але помітно перевершують плавки з рудою (табл. 2).

Таблиця 2

Показники шлакоутворения

Плавки Середні значення по ходу продувки

(FeO), % (Fe2O3), % B, ед. Ls Lp

С високоосновним агломератом без металобрухту 4,43 5,34 2,2 7,5 89,6

С конвертерним флюсом, охолодження – металобрухтом 4,97 4,1 1,83 6,02 76,6

Зі звичайним вапном, охолодження залізною рудою 6,23 1,94 1,68 4,98 53,8

Витрата чавуну при використанні флюсу знижена на 15 кг/т ст. в результаті меншого вмісту ППП і вологи, а також зменшення витрати – ступінь засвоєння СаО, підвищений на 10,6%. Витрати металошихти знижені на 5,1 кг/ т cт.

Розроблено способи зменшення окислення кінцевих конвертерних шлаків в умовах змушеного “передуву”, які полягають у тому, що за 20...60 с до кінця передувки в конвертер осідає або антрацит, або шлак алюмінієвого виробництва. Вміст FeO у кінцевих шлаках знижувався на 2,5...3,6%, що дозволило знизити витрати феромарганцю і силікомарганцю.

Виведено рівняння для визначення вмісту марганцю в металі наприкінці продувки:

, (5)

де ,

де – маса марганцю шихти кг/т ст; – вміст кремнію у чавуні, %.

Показано хорошу збіжність розрахункових і фактичних концентрацій марганцю. Рівняння (5) використано в АСУ ТП конвертерної плавки, що дозволило знизити витрату марганцевмісних сплавів. Рівняння (5) може бути використане при проведенні розрахунків, зв'язаних із застосуванням різних марганцевмісних матеріалів. З використанням рівняння (5) визначе-но ступінь використання марганцю шихти в залежності від вмісту кремнію у чавуні і вуглецю перед випуском, чи від вмісту FeO у шлаку і в масі шлаку.

4. Розробка способів регулювання окислення металу на випуску і розливанні

Встановлено залежність характеристик поводження металу в виливницях киплячої (інтенсивність кипіння) і напівспокійної (тривалість іскріння) сталей і браку на першому переробі від активності кисню, виміряної активометром УКІС-1. Разом з тим, встановлена залежність не є безумовною, що вказує на необхідність регулювання окислення сталі по ходу розливання. Не виявлено зв'язку між активністю кисню в металі перед випуском з конвертера і в сталі-ковші.

Хоч технологічними інструкціями і передбачене обмеження вмісту кремнію у феромарганці для розкислення киплячої сталі, на практиці, особливо останнім часом, часті випадки, коли вміст кремнію досягає 3% і більше, а вміст кремнію в сталі досягає 0,04...0,05%. Між тим, як показали експерименти у вакуумній індукційній печі, інтенсивність газовиділення зі сталі монотонно знижувалася з підвищенням вмісту кремнію, а при вмісті кремнію 0,06% і більше сталь взагалі не “газила” при плавленні і витримці у вакуумі при 1600°С.

Тому було необхідно розробити способи видалення кремнію з киплячої сталі. Запропоновано обробку сталі в ковші при випуску плавки сумішшю прожареної окалини і плавикового шпату у співвідношенні 70...80% до 30...20%.Витрата суміші визначається з виразу:

, (6)

де – витрата суміші кг/пл; [Si] – вміст Si в FeMn, %; –витрата FeMn, кг/пл.

При використанні розробленої технології кількість заготовок, при-значених на холодне осідання виросло на 44% (абс.).

Для інтенсифікації кипіння сталі в виливниці запропоновано використовувати вуглець або у вигляді моноліту, або у вигляді напиленої на піддон маси. У процесі розливання вуглець взаємодіє з розчиненим у сталі киснем, викликаючи кипіння і перемішування всієї маси металу, інтенсифікуючи відрив пузирів від фронту кристалізації й одночасно знижуючи концентрацію кисню в металі. Використання технології дозволило скоротити брак з 0,7 до 0,3%, вихід придатних заготовок збільшений на 5%.

При розливанні напівспокійної сталі застосована суміш з феросиліцію – 13,5%, плавикового шпату – 9%, кінцевого конвертерного шлаку – 77,5%, присаджена у виливниці перед початком розливання в кількості 1,5...3,5 кг/т ст. При звичайному розливанні активність кисню – в межах 0,012...0,020%, при розливанні із сумішами – 0,007...0,015%, причому залежить від вмісту Si%:

(7)

Вивчено макроструктуру зливків дослідних і порівняльних плавок. Товщина моста дослідних зливків 0,225 м, порівняльних – 0,095 м, протяжність зони щільникових пузирів відповідно 0,242 м і 0,407 м, довжина пузирів 0,0125 м і 0,024 м. Вміст кисню відповідно 0,0107% і 0,0143%, середній бал оксидів 2,45 і 3,0. Зниження вмісту кисню – результат захисту металу шлаком, що утвориться від вторинного окислювання.

Проаналізовано залежність механічних властивостей сталей з різним вмістом вуглецю від концентрації алюмінію. Встановлено, що для кожного вмісту вуглецю існує своя строго визначена концентрація алюмінію, при якій механічні властивості максимальні:

(8)

Також встановлений зв'язок ступеня засвоєння від вмісту вуглецю в металі на випуску , в готовій сталі .

(9)

Спільне рішення (7) і (8) дозволить визначити оптимальні витрати алюмінію (Р кг/ т ст.) у залежності від и .

(10)

Використання цього рівняння в АСУ ТП дозволило скоротити ви-трату алюмінію й у 1,5...2 рази знизити середньоквадратичне відхилення міцнісних властивостей спокійних сталей.

5. Розробка і впровадження технології виробництва

низькокремнистої арматурної сталі

Обробкою масиву плавок сталі 35 ГС (вміст кремнію 0,6...0,85%) отримані рівняння:

(11)

(12)

Екстраполяція рівнянь (11) і (12) на вміст кремнію 0,05...0,1 %, характерного для напівспокійної сталі, показує, що в цьому випадку вимоги НТД не виконуються. У низькокремнистій сталі, у порівнянні зі сталлю із звичайним вмістом кремнію, в гарячекатаному стані формується структура з більш високим співвідношенням фериту до перліту, що пояснює зниження міцнісних властивостей, які можуть бути доведені до нормативного рівня термічною обробкою – прискореним охолодженням (загартування із самовідпуском) після гарячої пластичної деформації в потоці прокатного стану.

На Єнакіївскому металургійному заводі розроблена і впроваджена комплексна технологія виплавки, розкислення, розливання металу, прокатки зливків і заготовок, прискореного охолодження арматурного прокату, яка стабільно забезпечує необхідний рівень фізико-механічних і службових властивостей арматури класу А4ОО при мінімальних витратах у сталеплавильному і прокатному виробництві.

Встановлена залежність браку на першому переробі (Б%) від вмісту кремнію [Si] % :

(13)

а також залежність угару кремнію (У%) від вмісту вуглецю на випуску ([С]в%):

(14)

Вирішуючи спільно (12) і (13), одержуємо рівняння для визначення витрати 65-процентного феросиліцію (Р кг/плавку):

(15)

У результаті середньоквадратичне відхилення вмісту кремнію знизилось із 0,02%, на початку освоєння, до 0,011%, а брак знижений з 2...3% до 0,51% і став нижчий, ніж на звичайній сталі 35 ГС.

Розроблений і запатентований склад низькокремнистої сталі 35 ГС, яка дозволяє посилити опірність металу руйнуванню при знакозмінних навантаженнях на 13...16% у порівнянні з відомою.

ВИСНОВКИ

На основі аналітичного огляду встановлено, що більшість показників конвертерного процесу і якість сталі багато в чому залежать від окисленості металу і шлаку. У звя'зку з цим, розробка технологій, які дозволять ефективно керувати окисленістю на всіх етапах виробництва є одним із перспективних напрямів. Критичний аналіз відомих способів цього завдання дозволив визначити подальші шляхи вдосконалення відомих і розробку нових технологій.

1. Аналіз взаємозв'язку між вмістом FeО і Fe2O3 в шлаках по ходу продувки і параметрами процесу, проведений по оригінальній методиці за результатами 127 плавок з проміжними відборами проб металу і шлаку і замірами температури, дозволив однозначно встановити, що (FeO) є мірою окисленості шлаку, а (Fe2O3 ) – мірою успішного ходу шлакоутворення.

1. Аналізом плавок в промислових і лабораторних конвертерах встановлено, що при оптимальному співвідношенні висоти фурми над ванною (, м) і витрати кисню на сопло (V, м3/хв.) – ні зміна V при відповідній зміні , ні зміна при відповідній зміні V не приводять до зміни окисленості шлаку.

3. Досліджено вплив конструкцій наконечників кисневої фурми на окисленість шлаку. Розроблена конструкція наконечника, яка забезпечує підсилення перемішування металу і шлаку, що приводить до зниження окисленості шлаку по ходу продувки. Зниження окисленості шлаку за рахунок підсилення перемішування досягнуто і при циклічному перемі-щенні фурми по вертикалі. В обох випадках – без погіршення інших показників плавки.

4. Розроблена технологія виробництва конвертерного флюсу в обертових вапновипалювальних печах, яка дозволить одержати вапно в облямівці феритів кальцію. Флюс в порівнянні із звичайним вапном більш міцний, менш гігроскопічний, характеризується більш високим ступенем випалювання. Використання флюсу дозволило істотно поліпшити шлакоутворення – більш високі значення В, (Fe2O3 ), Ls і Lp при більш низьких значеннях (FeO), при цьому витрата чавуну не збільшилася (як у випадку високоосновного агломерату), а знизилась на 15 кг/т сталі.

5. Розроблено алгоритм визначення кінцевого вмісту Mn в металі, враховуючий окисленість шлаку, вміст Si у чавуні, температуру металу, реалізований в АСУ ТП конвертерної плавки, що дозволило скоротити витрату марганцевих сплавів.

6. Визначено залежність поводження киплячої (інтенсивність кипіння) і напівспокійної (тривалість іскріння) сталі, а також браку на першому переробі від активності кисню в металі. Визначені оптимальні рівні активності кисню для сталі різної розкисленості.

7. На вакуумній індукційній печі встановлена залежність газовиділення із киплячої сталі від вмісту кремнію. З урахуванням цього розроблена технологія виробництва киплячих сталей при використанні марганцю з підвищеним вмістом кремнію, яка передбачає присадку окисних сумішей, що забеспечить підвищення якості поверхні заготовок.

8. Для зменшення повторного окислення напівспокійної сталі розроблено технологію із уведенням на розливанні суміші (феросиліцій, плавиковий шпат, конвертерний шлак), яка дозволить поліпшити макроструктуру зливка і знизити бал неметалічних включень.

9. Встановлено, що для кожної концентрації вуглецю в спокійній сталі існує певна концентрація алюмінію, при якій міцністі властивості металу максимальні. З урахуванням цих залежностей і ступеня засвоєння алюмінію, що визначається окисленістю металу і шлаку, виведено рівняння для визначення кількості уведеного алюмінію, використання якого дозволило скоротити витрату алюмінію і знизити розкидання механічних властивостей прокату.

10. Розроблено технологію виробництва низькокремнистої арматурної сталі, яка дозволить скоротити витрати в сталеплавільному і прокатному виробництві. Виведено рівняння для визначення оптимальної витрати феросиліцію, яке враховує окисленість металу і шлаку.

11. В результаті впровадження нових технологій одержано річний економічний ефект 4558,525 тис. грн. (частка автора – 455,85 тис. грн.).

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИССЕРТАЦІЇ

ВИКЛАДЕНІ В НАСТУПНИХ РОБОТАХ

1. "Математические модели и системы управления конвертерной плавкой / Богушевский В.С., Литвинов Л.Ф., Рюмшин Н.А., Сорокин В.В. - Киев: НПК "Киевский институт автоматики", 1998. - 304 с.

2. Снижение расхода алюминия при раскислении конструкционной стали / Лебедев Е.Н., Азарова Л.В., Жук В.Л., Арцев Ю.Д., Литвинов Л.Ф., Борнацкий И.И. // Металлург. - 1984. - №7. - С. 22-23.

3. Эффективность использования конвертерных фурм с двойным углом наклона сопел / Казаков А.А., Перегудов А.С., Литвинов Л.Ф., Оробцев Ю.В., Заруднев О.Е. // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1986. - №1. - С. 17-18.

4. Технологическая линия производства ожелезненной извести для кислородных конвертеров / Роговцев Н.К., Литвинов Л.Ф., Дидковский В.К., Дымченко Е.Н., Зуй М.Г. // Бюллетень "Черная металлургия". - 1986. - №13. - С. 39-40.

5. Оценки влияния FeO и Fe2O3 на окислительную способность конвертерных шлаков по ходу продувки / Литвинов Л.Ф., Дымченко Е.Н., Старов Р.В., Тогобицкая Д.Н. // Металургическая и горнорудная промышленность. - 1998. - №2. - С. 25-27.

6. Пути снижения расхода материалов при производстве стали для армирования железобетонных конструкций / Литвинов Л.Ф., Парусов В.В., Старов Р.В., Шишко Ю.В., Шевердин С.М. // Металл и литье Украины. - 1997. - №6-7. - С. 33-34.

7. Старов Р.В., Литвинов Л.Ф. Перспективные направления ресурсо- и энергосбережения в конвертерном производстве стали // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. трудов, выпуск 2. \ - К.: Наукова думка, 1998. - С. 178-185.

8. О равновесии марганца по ходу конвертерной плавки / Старов Р.В., Корченко В.П., Литвинов Л.Ф., Потапов А.В. // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. трудов, выпуск 3. - К.: Наукова думка, 1999. - С. 198-201.

9. Способ раскисления низкоуглеродистой спокойной стали: А.с. №1235926 СССР, МКИ С21С 7/06 / Литвинов Л.Ф., Лебедев Е.А., Рыженков А.А., Борнацкий И.И., Демидович Е.А., Азаров Л.В., Ковалев П.И., Тольский А.А., Оробцев Ю.В. - Заявка № 3774660; Заявлено 25.07.84; Опубл. 07.06.86, Бюл. №21. - 1 с.

10. Способ внепечной обработки кипящей стали: А.с. №1366538 СССР, МКИ С21С17/06 / Лебедев Е.Н., Борисов Ю.Н., Литвинов Л.Ф., Азарова А.В., Оробцев Ю.В., Подопригора К.Д., Борнацкий И.И., Ковалев П.И., Тольский А.А., Дымченко Е.Н., Киселев В.А., Аверьянов А.В., Черненков С.П. - Заявка №4126086, Заявлено 22.07.86; Опубл. 15.01.88, Бюл. №2. - 1 с.

11. Патент №820 України, МКІ С21С 7/06. Спосіб розкислювання напівспокійної сталі / Литвінов Л.Ф., Оробцев Ю.В., Димченко Є.М., Ермоленко Г.В., Авер'янов О.В., Куліш Г.І., Камчатний Г.А., Лебедєв Є.М., Дюдкін Д.О. - Заявка №93230161; Пріоритет від 17.06.91; Опубл. 1993, "Промислова власність", Бюл. №2. - 1 с.

12. Патент №8340 України, МКІ С22С 38/54 С22С 39/00. Арматурна сталь / Литвінов Л.Ф., Старов Р.В., Парусов В.В., Катель Л.М., Олейник В.А., Кузьмичов Г.М., Ємченко Ю.Б., Оробцев Ю.В., Димченко Є.М., Шишко Ю.Б., Черненков С.П. - Заявка №95083745; Пріоритет від 10.08.1995; Опубл. 29.03.1996, Бюл. №1. - 1с.

АНОТАЦІЯ

ЛИТВИНОВ Л.Ф. Исследование и разработка технологии производства конвертерной стали с управлением окисленностью металла и шлака. - Рукопись. Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.06.02 - "Металлургия черных металлов", - Институт черной металлургии им. З.И. Некрасова Национальной академии наук Украины, Днепропетровск, 2001.

Поскольку практически все основные показатели конвертерного процесса: выход годного, стойкость футеровки, степень удаления вредных примесей, а также качество металла зависят от окисленности металла и шлака, имеется необходимость исследования влияния раличных факторов на изменение окисленности металла и шлака и разработки технологий, позволяющих эффективно управлять окисленностью металла и шлака на всех этапах производства конвертерной стали. Решению этой задачи по-священа настоящая работа.

Между тем, до сего времени нет единого мнения о том, что определяет окисленность или окислительная способность шлака и как, в частности, на окисленность шлака влияет содержание FeO и Fe2O3. Для выяснения этого вопроса были проанализированы по оригинальной методике результаты 127 плавок, проведенных с промежуточными отборами проб металла и шлака и замерами температуры. Установлено, что (FeO), Fe2O3 действуют в противоположных направлениях - повышение температуры металла приводит к уменьшению (FeO) и увеличению Fe2O3, повышение доли лома - к увеличению (FeO) и снижению (Fe2O3). Увеличение (Fe2O3) приводит к росту основности, увеличение (FeO) - к снижению основности, рост (Fe2O3) приводит к уменьшению (MnO) в шлаке, рост (FeO) - к увеличению (MnO), т.е. к увеличению степени окисления марганца. Таким образом, однозначно установлено, что (FeO) - мера окисленности шлака, а (Fe2O3) - мера успешного хода шлакообразования , (т.е. максимальное значение отношения суммы индексов, характеризующих основность шлака, (Fe2O3) коэффициентов распределения серы и фосфора к индексу, характеризующему (FeO)).

Исследовано влияние дутьевого режима на окисленность шлаков по ходу продувки. Установлено, что при оптимальном соотношении расхода кислорода на сопло (V м3/мин) и высоты фурмы ни изменение V при соответствующем изменении Нф, ни изменение Нф при соответствующем изменении V не влияют на окисленность шлака.

Разработана и внедрена конструкция наконечника кислородной фурмы, позволяющая за счет улучшения перемешивания снизить окисленность шлаков по ходу продувки. Проведено широкомасштабное исследование технологии плавки при циклическом перемещении фурмы по вертикали, при этом уровень поверхности реакционной зоны колеблется - при опускании фурмы скорость опускания уровня - 0,11 м/с, при подъеме фурмы скорость подъема уровня - 0,23 м/с. За счет дополнительного перемешивания металла и шлака окисленность шлака снижается.

Разработана технология производства и применения конвертерного флюса, представляющего собой известь в оторочке феррита кальция. Флюс более прочен и менее гигроскопичен в сравнении с обычной известью и характеризуется большей степенью обжига. Плавки с применением флюса по всем показателям шлакообразования (большие значения B, Lp, Ls, (Fe2O3) при меньшем (FeO)) превосходят плавки с обычной известью, при этом расход чугуна снижается на 15 кг/т стали, а расход металлошихты - на 5,1 кг/т стали.

Разработаны способы уменьшения окисленности конечных шлаков в условиях вынужденного передува - (FeO) снижалось на 2,5 ... 3,6% (абс.), что позволило снизить расход ферросплавов.

Выведено уравнение для определения содержания марганца в конце продувки, учитывающее окисленность шлаков, содержание Si в чугуне, температуру стали. Уравнение использовано в АСУ ТП конвертерной плавки, что позволило снизить расход марганцевых ферросплавов.

Установлена зависимость поведения кипящих и полуспокойных сталей и брака на первом переделе в зависимости от активности кислорода.

Лабораторными экспериментами установлена зависимость газовыделения из кипящей стали от содержания Si. Предложена и внедрена окислительная смесь при разливке кипящей стали, раскисленной ферромарганцем с высоким содержанием Si, позволившая заметно улучшить качество поверхности заготовок.

При разливке полуспокойной стали с целью защиты металла от вторичного окисления предложена смесь из ферросилиция, плавикового шпата и конвертерного шлака, что позволило снизить балл НВ, содержание кислорода и улучшить макроструктуру слитка.

Установлено, что для каждого содержания углерода в спокойной стали существует своя строго определенная концентрация алюминия, при которой прочностные свойства максимальны. С учетом этих зависимостей, а также зависимостей угара алюминия от окисленности стали выведено уравнение для определения расхода алюминия для каждой марки стали, что позволило сократить его расход и уменьшить разброс механических свойств.

Разработана и внедрена технология производства низкокремнистой арматурной стали, с учетом зависимости брака на первом переделе от [Si] и угара Si от окисленности стали перед выпуском выведено уравнение для определения оптимального расхода ферросилиция.

Ключевые слова: окисленность, металл, шлак, дутьевой режим. Раскисление, разливка, качество стали.

Литвінов Л. Ф. Дослідження та розробка технології виробництва конвертерної сталі з керуванням окисленістю металу і шлаку. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю “Металургія чорних металів”. Інститут чорної металургії НАН України, Дніпропетровськ, 2001.

Захищаються виявлені закономірності впливу різноманітних факторів на окисленість металу та шлаку. Розроблена та освоєна наскрізна технологія, що дозволяє ефективно керувати окисленістю металу та шлаку на всіх етапах виробництва конвертерної сталі за рахунок використання нових технологій. Показана їхня ефективність задля зниження витрат і підвищення якості сталі.

Вивчено, зокрема, вплив дуттєвого режиму і інших параметрів процесу. Розроблені варіанти дуттєвого режиму і флюси, які дозволять знизити окисленість шлаку без погіршення інших показників. Також визначені оптимальні окисленості киплячих і напівспокійних сталей і методи їх досягнення.

Ключові слова: окисленість, метал, шлак, дуттєвий режим, розкислення, розливання, якість сталі.

LITVINOV L.F.

Researching and technology development, with control of oxidabalaty of metal and slag of converter steel making. - Handwriting.

Dissertation for getting learned degree-candidate of technical sciences at the speciality - "Metallurgy of ferrous metals", Iron and Steel Institute named by Z. Nekrasov of National academy of sciences of Ukraine, Dnepropetrovsk, 2001.

Its defending had been found a regularities of influence of different reasons to the oxidability of metal and slag. It has already worked out mastered an opened technology, allowing to manage with the oxidability of metal and slag effectivly at the all stages of converter steel making owing to use of a new technologies. It has been shown their efficacy for decreasing the expenditures and raising the quality of steel.

Let's study particularly, the influence of blast conditions and other parameters of this process. Variants of blast conditions and fluxes had been elaborated, with the help of the latter we can reduce oxidability of slag and improve some other indices as well. Also, it had been defined the optimal oxidability of rimmer and balanced steel with the means for obtaining this given.

Keywords: oxidability, metal, slag, blast conditions,

Здано в набір 17.07.01 р. Підписано до друку 19.07.01 р.

Формат 60х841/16. Об'єм 1 ум. друк.арк. Тираж 120 екз. Зам. №4174.

ВАТ "Єнакіївський металургійний завод", ЦПіВ.

Проспект Металургів, 9.