ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БАБАНІН Анатолій Якович

УДК 669.146+621.778

УДОСКОНАЛЮВАННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ОБРОБКИ СТАЛІ

ПОРОШКОВИМ ДРОТОМ У ПРОМІЖНОМУ КОВШІ МБЛЗ

Спеціальність 05.16.02

"Металургія чорних металів"

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Донецьк 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Донецькому національному технічному університеті, кафедра "Електрометалургія і конвертерне виробництво сталі", МОН України, м. Донецьк.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор,

Заслужений діяч науки та техніки України

Дюдкин Дмитро Олександрович,

заступник генерального директора

ВАТ "Завод "Універсальне устаткування"

(м. Донецьк)

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор, Заслужений діяч науки України Казачков Євген Олександрович, Приазовський державний технічний університет, завідувач кафедрою теорії металургійних процесів (м. Маріуполь);

кандидат технічних наук Овчинніков Микола Олексійович, фірма "Комплексна обробка металургійних розплавів", генеральний директор (м. Донецьк).

Провідна установа - Національна металургійна академія України, кафедра "Металургія сталі", МОН України (м. Дніпропетровськ).

Захист відбудеться "__10__" _березня__ 2005 року о _____ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д11.052.01 Донецького національного технічного університету за адресою:

83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, 1-й навчальний корпус університету, ВАЗ.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Донецького національного технічного університету за адресою: 83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, ІІ-й навчальний корпус.

Автореферат розісланий "_8__" _лютого_ 2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Д11.052.01,

доктор технічних наук, професор В.І. Алімов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У світовій металургійній практиці вже більш 15-20 років активно застосовуються порошкові дроти (ПД) з різними наповнювачами з метою впливу на фізико-хімічний стан розплаву, корегування хімічного складу у вузьких заданих межах, мікролегування, легування зі стабільно високим засвоєнням елементів, що введені, і в цілому для підвищення властивостей металопродукції, якості поверхні, внутрішньої структури і зниження виробничих витрат.

Найбільш широко використовуються порошкові дроти з кальційутримуючими наповнювачами. Це обумовлено необхідністю забезпечення розливаємості сталі, що розкислена алюмінієм, на МБЛЗ і можливістю багатофакторного впливу на властивості рідкої і твердої сталі. Традиційна технологія передбачає обробку розплаву порошковим дротом із сілікокальцієм у сталерозливному ковші на установці доведення металу або на агрегаті ківш-піч. У цьому напрямку досягнуті значні успіхи, що підтверджують ефективність використання цього виду дроту. При цьому відомо, що в тимчасовому інтервалі від обробки розплаву дротом до розливання металу на МБЛЗ зміст кальцію знижується на 40-50%, що завдає клопоту для забезпечення заданого його вмісту в рідкій і твердій сталі, збільшує витрати на виробництво металопродукції. У зв'язку з цим останнім часом усе більш широко досліджується можливість остаточного доведення і рафінування сталі безпосередньо в проміжному ковші (ПК) МБЛЗ. Така технологія має свої особливості, що не виключає можливість використання традиційної технології обробки розплаву в сталерозливному ковші.

Досвідчені дослідження, які проведені в цьому напрямку, дотепер не забезпечують відтворюваність і одержання стабільних заданих результатів. Цим обумовлена актуальність подальших досліджень у цій області і реалізації їхніх результатів у практиці сталеплавильного виробництва.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася в зв'язку з науково-технічною темою 9.08.24НТ НАН України "Розробити наукові основи і технологічні процеси виробництва економнолегованих сталей зі спеціальними службовими властивостями, видати вихідні дані для дослідно-промислового виробництва", а також госпдоговірних тем №945-91/2308 "Розробка і впровадження технології рафінування рідкої сталі при одержанні литої заготівки", № 174/884-95/894 "Розробити й освоїти технологію введення мікролегуючих добавок у промківш під час безперервного розливання", у яких автор був виконавцем і відповідальним виконавцем.

Мета і задачі дослідження. Метою дійсної роботи є удосконалювання технології обробки сталі порошковим дротом у проміжному ковші МБЛЗ шляхом розробки способу її введення, що дозволяє забезпечити заданий залишковий вміст елемента, що вводиться, у готовому металі при його рівномірному розподілі по струмках МБЛЗ і довжині безперервнолитих заготовок, що відливаються.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

1. Розробити математичну модель, що дозволяє досліджувати гідродинаміку циркуляційних потоків металу в прийомній секції проміжного ковша і визначити їхній вплив на розподіл елемента, що вводиться, по струмках МБЛЗ.

2. Досліджувати розподіл елемента, що вводиться порошковим дротом, по струмках МБЛЗ і довжині безперервнолитих заготовок, що відливаються.

3. Вивчити кінетику і визначити параметри розчинення порошкового дроту для малих швидкостей її введення в прийомну секцію проміжного ковша.

4. Визначити параметри спливання пузирів пару кальцію в рідкій сталі стосовно умов прийомної секції проміжного ковша.

5. Розробити спосіб введення і технологію обробки сталі порошковим дротом і алюмінієвою катанкою у проміжному ковші МБЛЗ.

Об'єкт дослідження - процеси розчинення порошкового дроту в прийомній секції проміжного ковша і розподілу наповнювача по струмках МБЛЗ і довжині заготовок, що відливаються.

Предмет дослідження - циркуляційні потоки металу і параметри спливання пузирів пару кальцію в прийомній секції ПК, кінетика і механізм розчинення порошкового дроту (стрічки) у рідкій сталі, динаміка і рівномірність розподілу елемента, що вводиться, за поперечним перерізом і довжині слябів, що відливаються.

Методи досліджень - математичне моделювання циркуляційних потоків металу і фізичне моделювання спливання пузирів пару кальцію в прийомній секції проміжного ковша, промислові експерименти по кінетиці розчинення порошкового дроту і рівномірності розподілу елемента, що вводиться, по струмках МБЛЗ і довжині слябів, що відливаються, сучасні методи спектрального та хімічного аналізу для визначення хімічного складу сталі, стандартні методи оцінки структури і якості металу.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. З використанням математичної моделі визначені три характерні області руху циркуляційних потоків металу в прийомній секції проміжного ковша, напрямки і швидкості їхнього руху в залежності від геометричних розмірів секції і фільтраційних каналів, а також від технологічних параметрів безперервного розливання сталі.

2. Встановлено, що для трисекційного проміжного ковша ємністю 40-43 тони оптимальною областю для вивільнення наповнювача порошкового дроту є нижня область прийомної секції з рівномірною інтенсивністю перемішування і приблизно однаковою швидкістю руху циркуляційних потоків у горизонтальному і вертикальному напрямках 0,10,3 м/с. Експериментально підтверджений рівномірний розподіл наповнювача по струмках МБЛЗ і довжині безперервнолитих заготовок, що відливаються, при його вивільненні в даній області.

3. У результаті промислових експериментів за кінетикою розчинення порошкового дроту (стрічки) у рідкій сталі визначена довжина її шляху і час до вивільнення наповнювача при швидкостях уведення 0,1-0,4 м/с з урахуванням температури металу, які для порошкового дроту діаметром 13 мм із сілікокальцієм складають 0,47-1,14 м і 4,7-2,7 с.

4. Уточнено механізм розчинення порошкового дроту, що включає деформування оболонки під намороженим шаром металу з перекручуванням форми поперечного переріза й утворенням ділянок порушення контакту оболонки з намороженим шаром і відсутності оболонки, що мають довжину 20-30% і 5-10% довжини периметра, і можуть привести до вивільнення частини наповнювача до його доставки в необхідну область.

5. Методом фізичного моделювання встановлено, що при введенні порошкового дроту із силікокальцієм у прийомну секцію зі швидкістю 0,4-0,5 м/с пузирі пару кальцію, що утворюються, затягуються спадними циркуляційними потоками металу в нижні шари, що підвищує ступінь засвоєння кальцію, що вводиться.

Практична значимість отриманих результатів:

- на підставі отриманих результатів математичного моделювання циркуляційних потоків металу і фізичного моделювання спливання міхурів пару кальцію визначена область прийомної секції трисекційного проміжного ковша, при вивільненні в якої наповнювач порошкового дроту має високий ступінь засвоєння і рівномірно розподіляється по струмках МБЛЗ;

- стосовно до криволінійної двохструмкової слябової МБЛЗ ВАТ "МК "Азовсталь" розроблений спосіб введення і технологія обробки сталі порошковим дротом у процесі безперервного розливання, що може також застосовуватися на проміжних ковшах аналогічної конструкції;

- використання даної технології дозволяє забезпечити ступінь засвоєння кальцію, що вводиться, 12-14% при рівномірному його розподілі по струмках МБЛЗ, підвищити якість металу, зокрема, знизити осьову і крапкову хімічну неоднорідність на 0,5-1,0 бала, кількість сульфідних неметалевих включень у 1,5-2,0 рази, а витрати на обробку сталі кальцієм зменшуються на 3,23 грн/т;

- технологія розкислення ливарної сталі порошковою стрічкою з алюмінієвою стружкою в розливних ковшах малої ємності (0,6-1,0 тонн) дозволяє підвищити ступінь засвоєння алюмінію в 1,5-2,0 рази.

Особистий внесок здобувача. Автором виконані, методом математичного моделювання, дослідження гідродинамічної структури і визначені параметри руху циркуляційних потоків металу. Методом фізичного моделювання визначені параметри спливання пузирів пару кальцію в прийомній секції. Досліджено кінетику розчинення порошкового дроту в рідкій сталі при малих швидкостях її введення, уточнений механізм вивільнення наповнювача і засвоєння матеріалу, що вводиться. Досліджено розподіл ПД, що вводиться, елемента по струмках МБЛЗ і довжині заготовок, що відливаються. На основі отриманих результатів розроблений спосіб обробки сталі ПД у прийомній секції проміжного ковша, що полягає в її введенні зі швидкістю 0,4-0,5 м/с під кутом 40-500 до струменя металу, що надходить, в область, яка розташована в центральній частині прийомної секції.

Апробація результатів дисертації. Основний зміст дисертаційної роботи доповідався й обговорювався на VІ міжнародній науково-технічній конференції "Тепло-масообмінні процеси в металургійних системах", присвяченої 70-річчю Приазовського державного технічного університету (Маріуполь, ПГТУ, 2000р.), міжнародній науково-технічній конференції "Виробництво сталі в ХХІ столітті: прогноз, процеси, технологія, екологія", присвяченої 90-річчю з дня народження проф. В.І. Явойського (Київ - Дніпродзержинськ, 2000р.), міжнародній науково-технічній конференції "Прогресивні технології безперервного розливання сталі: ХХІ століття" (Донецьк, 2002р.), наукових семінарах кафедри електрометалургії і конвертерного виробництва сталі ДонНТУ.

Публікації. Основний зміст роботи опублікований у 10-ти публікаціях, з яких 4 - у виданнях ВАК України.

Структура і склад дисертації. Дисертація складається із вступу, шести розділів і висновків, переліку посилань із 150 найменувань, 6-ти додатків і містить 148 сторінок машинописного тексту, в тому числі 135 сторінок основного, 42 рисунка і 22 таблиці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтована актуальність роботи, сформульовані мета і задачі досліджень, наукова новизна і практична цінність отриманих результатів, а також особистий внесок здобувача, результати апробації і впровадження.

У першому розділі теоретично обґрунтовані необхідність і доцільність обробки сталі кальцієм для її рафінування від сірки, кисню і неметалевих включень, трансформації неметалевих включень (зміни їхньої форми, морфології, складу і розмірів) і мікролегування (поліпшення мікроструктури за рахунок внутрішньої адсорбції), що в комплексі позитивно впливає на поліпшення якості готового металу.

Показано, що в даний час основним способом обробки сталі кальцієм є його введення порошковим дротом у сталерозливний ківш на УДМ і на агрегаті ківш-піч. У залежності від поставленої мети, дана технологія дозволяє забезпечити залишковий вміст кальцію в сталі, у діапазоні 0,0010-0,0050%. Разом з тим відомо, що в тимчасовому інтервалі від останньої проби на УДМ до проби металу з кристалізатора вміст кальцію знижується на 40-50%, що спричиняє збільшену витрату кальцію для одержання заданого його залишкового вмісту в готовому металі. Тому технологічно й економічно доцільно робити корегування сталі за кальцієм в проміжному ковші МБЛЗ безпосередньо перед охолодженням і затвердінням сталі.

Для умов проміжного ковша, у зв'язку з малою глибиною металу й інтенсивних циркуляційних потоків, значний вплив на ефективність корегування робить спосіб уведення дроту і технологія обробки сталі. Спроби рішення цієї проблеми не привели до розробки технології, що забезпечує стабільно високе засвоєння кальцію і рівномірний його розподіл по струмках МБЛЗ. Це визначило актуальність, мету і задачі дійсної роботи.

В другому розділі описані основні методи досліджень, що проведені в основному для умов ВАТ "МК "Азовсталь": математичне моделювання циркуляційних потоків металу і фізичне моделювання спливання пузирів пару кальцію в прийомній секції ПК, експерименти в промислових умовах за кінетикою розчинення ПД і стрічки (ПС) у рідкій сталі і розподілу елемента, що вводиться, по струмках МБЛЗ і довжині слябів, що відливаються, експерименти в промислових умовах по обробці сталі ПД й алюмінієвою катанкою (АК) у проміжному трисекційному ковші ємністю 43т двострумкової криволінійної слябової і проміжному ковші ємністю 0,8т однострумкової вертикальної сортової МБЛЗ. Об'єктом дослідження були низьколеговані й конструкційні марки вуглецю сталі 13Г1СУ, 17Г1СУ, STM490, 09Т2ФБ, 10Г2ФБ, Ст3сп і ін. Для визначення хімічного складу металу використовувалися сучасні методи спектрального і хімічного аналізу. Оцінка макро- і мікроструктури, забруднення металу неметалевими включеннями, їхнього складу і форми, а також механічних властивостей сталі вироблялася з використанням стандартних методик.

Третій розділ присвячений дослідженням циркуляційних потоків металу в прийомній секції проміжного ковша і їхньому впливу на розподіл елемента, що вводиться.

Дослідження циркуляційних потоків розплаву виконано методом математичного моделювання в лабораторії ДонНУ (науковий консультант професор Білоусов В.В.). В основу розробленої математичної моделі покладені рівняння Нав'є-Стокса і нерозривності, що описують гідродинамічні процеси, які мають вигляд:

(1)

, (2)

де - вектор швидкості плину розплаву, м/с;

t - поточний час, c;

- щільність розплаву, кг/м3;

Р - тиск, Н/м2;

- коефіцієнт кінематичної в'язкості, ;

x, y - поточні координати, м;

- оператор Гамильтона;

- оператор Лапласа.

Складності чисельного рішення системи рівнянь (1)-(2), що викликані труднощями визначення поля тиску, були спрощені за рахунок застосування методів їхнього рішення, що виключають тиск із числа залежних параметрів. Рішення здійснювалося в перемінних вихор () і функція струму (). Враховуючи, що для плоских задач має місце тільки одна (Z) складова вихру швидкості, будемо записувати її як:

. (3)

Зв'язок компонентів швидкості з функцією струму описується:

, (4)

. (5)

Тоді система рівнянь, що описує нестаціонарну двомірну змушену конвекцію в прийомній секції, має вигляд:

, (6) . (7)

Задача реалізувалася чисельно кінцево-різницевими методами на нерівномірній просторовій і тимчасовій сітках із залученням методів обуреного оператора, різниці проти потоку, інтегро-інтерполяційного методу і прогону. Встановлено, що на початку розливання першої плавки в серії в прийомній секції спостерігається нерівномірна структура руху потоків розплаву. При цьому горизонтальна складова швидкості міняється незначно і знаходиться на рівні 0,7 м/с, у той час як вертикальна складова змінює як напрямок, так і величину (знаходиться в межах -1,40 +1,00 м/с), піддаючи перемішуванню усі великі обсяги металу. Через 10-12 хвилин після початку витікання металу з ПК у кристалізатори практично весь обсяг металу в прийомній секції бере участь у процесі перемішування, при цьому вертикальна складова швидкості руху потоків розплаву значно стабілізується як за величиною так і за напрямком (рис.1). Представлені закономірності зміни горизонтальної і вертикальної складової швидкості руху потоків розплаву відповідають центральній подовжньої області прийомної секції у вертикальній площині на рівні середнього фільтраційного каналу.

У сталому режимі в прийомній секції спостерігаються три характерні області руху потоків розплаву, які приблизно рівні по висоті й охоплюючі відповідно по 30-35% обсягу металу і характеризуються:

- верхня область - двоконтурною структурою циркуляційних потоків з високою інтенсивністю перемішування металу і зі швидкістю руху в горизонтальному і вертикальному напрямку, рівної відповідно 0,10,2 і 0,40,6 м/с;

- середня область - двоконтурною структурою циркуляційних потоків з більш рівномірною інтенсивністю перемішування металу і з приблизно рівною швидкістю руху в горизонтальному і вертикальному напрямку, рівної 0,2 0,4 м/с;

- нижня область - спрямованим рухом циркуляційних потоків із прийомної секції в розливні з рівномірною інтенсивністю перемішування металу й однаковою швидкістю його руху в горизонтальному і вертикальному напрямку, рівної 0,10,3 м/с.

Подача металу зі сталерозливного ковша наступної плавки, що вироблена через протилежно розташований шибер, приводить до повного загасання існуючих і формуванню нових циркуляційних потоків. Час формування сталої гідродинаміки складає 9-10 хв від відкриття шибера сталерозливого ковша наступної плавки.

Встановлено, що гідродинамічна структура металу в прийомній секції істотно міняється в процесі розливання серії плавок і має нестабільні періоди, що спостерігаються на початку розливання першої плавки в серії і при переході розли-

вання з плавки на плавку. Оптимальною для вивільнення наповнювача є нижня область, яка розташована під струменем металу, де циркуляційні потоки мають рівномірну інтенсивність перемішування і помірну швидкість руху в горизонтальному і вертикальному напрямку 0,10,3 м/с.

Результати математичного моделювання підтверджені на серії промислових плавок по розподілі елемента (вуглець), що вводиться, по струмках МБЛЗ і довжині слябів, що відливаються, при введенні порошкового дроту під кутом 40-700 до струменя металу, що надходить, в область, яка розташована протилежно їй.

При введенні дроту зі швидкістю 0,2-0,3 м/с (це відповідає питомій витраті вуглецю, що вводяться, 0,31-0,46 кг/т) циркуляційні потоки впливають на розподіл наповнювача по струмках МБЛЗ. Вуглець нерівномірно розподіляється по струмках МБЛЗ (0,02%) у залежності від розташування струменя металу, що надходить у проміжний ківш і визначає структуру потоків металу в прийомній секції. Це пояснюється тим, що вивільнення наповнювача відбувається в області циркуляційних потоків, що не забезпечує розподіл елемента, що вводиться, по обсягу металу проміжного ковша.

При швидкості введення 0,4- 0,5 м/с (питома витрата вуглецю складає 0,61-0,77 кг/т) знижується вплив розташування струменя металу, що надходить, у проміжний ківш на рівномірність розподілу вуглецю по струмках МБЛЗ.

Вплив розташування струменя металу, що надходить у проміжний ківш, на рівномірність розподілу елемента, що вводиться, по струмках МБЛЗ визначається симетричністю структури циркуляційних потоків, що утворюються, по довжині прийомної секції. Симетричність структури циркуляційних потоків забезпечується при розташуванні струменя металу по центру прийомної секції.

По довжині слябів, що відливаються, введення ПД супроводжується періодами приросту до заданого значення і зниження до існуючого значення елемента, що вводиться. Період приросту елемента, що вводиться, до заданого значення в безперервнолитій заготівці включає час досягнення заданого вмісту елемента, що вводиться, у проміжному ковші і час повного затвердіння безперервнолитої заготовки.

Експериментально підтверджено, що час перехідного періоду досягнення заданого вмісту вуглецю в слябах, що відливаються, не залежить від величини його приросту (0,04-0,06%) і складає 19-21 хв, що відповідає довжині сляба 14-15 м (рис. ).

Четвертий розділ присвячений дослідженню особливостей розчинення порошкового дроту в умовах прийомної секції.

При введенні порошкової стрічки з алюмінієвою стружкою поперечного перерізу 18,0 3,8 мм із температурою 250С в рідку сталь з температурою 15500С в початковий момент часу на її оболонці спостерігається наморожування шару металу, маса якого залежить від швидкості введення, і чим менше швидкість, тим більше металу і з більшою швидкістю наморожується на оболонку до початку процесу його розплавлювання. Процес наморожування протікає до визначеної критичної величини маси металу, що значно триваліше, ніж процес розплавлювання, і займає порядку 2/3 часу від початку введення до розплавлювання оболонки (рис.3).

У результаті промислових експериментів установлено, що при збільшенні швидкості введення ПС довжина її в рідкій сталі до розплавлювання збільшується, а час перебування - зменшується. Для порошкового дроту діаметром 13 мм із силікокальцієм при швидкості її введення 0,1-0,4 м/с довжина шляху і час до розплавлювання складають відповідно 0,47-1,14 м і 4,7-2,7 с. Уточнено механізм розчинення порошкового дроту, що полягає в тім, що під час наморажування шару металу оболонка в поперечному перерізі, у результаті температурного розширення, деформується з утворенням ділянок порушення її суцільності і ділянок її несплавки з намороженим шаром (рис. 4). Це приводить до прискорення розплавлювання порошкового дроту і вивільненню наповнювача до влучення в необхідну область. Для виключення цього експериментально визначену швидкість уведення дроту варто збільшити на 10-20%.

Дослідження спливання пузирів пар кальцію стосовно до глибини металу в прийомній секції проводили методом фізичного моделювання на прозорій барботажній колоні. Для реальних умов уведення ПД із силікокальцієм марки СК-15 зі швидкістю 0,2-0,5 м/с у прийомну секцію ПК (при глибині утворення пузирів 0,5 м) швидкість спливання і час перебування пузирів кальцію знаходяться в межах відповідно 0,42-0,59 м/с і 1,5-1,3 с.

П'ятий розділ присвячений дослідженням, розробці способу введення і технології обробки сталі дротом у проміжному ковші.

На підставі проведених досліджень розроблений спосіб уведення порошкового дроту в прийомну секцію ПК, що полягає в її введенні зі швидкістю 0,4-0,5 м/с під кутом 40-500 до струменя металу, що надходить, в область, яка розташована в центральній частині "дзеркала" металу в прийомній секції.

Введення дроту робили в трисекційний ПК ємністю 43 тони.

При введенні ПД із силікокальцієм марки СК-15 зі швидкістю 0,4-0,5 м/с досягається величина приросту кальцію в металі, яка дорівнює 0,0015-0,0020 % і ступінь його засвоєння – 11-13 % (рис. 5).

При зниженні швидкості введення порошкового дроту менш 0,4 м/с приріст кальцію в сталі і ступінь його засвоєння значно знижується. Це відбувається в результаті вивільнення наповнювача з порошкового дроту, не досягаючи нижньої області циркуляційних потоків, що приводить до додаткових утрат кальцію.

Для промислового використання даної технології розроблена номограма визначення швидкості введення ПД у залежності від необхідного приросту змісту кальцію і контролю приросту кремнію (рис. 6).

Технологія обробки сталі ПД у проміжному ковші має два варіанти реалізації:

- з початку розливання плавки,

- у процесі безперервного розливання.

При обробці сталі з початку розливання сталі, у проміжному ковші, до подачі металу в кристалізатори, забезпечується заданий вміст кальцію. Час уведення ПД у залежності від необхідної величини приросту кальцію і швидкості введення дроту визначається за формулою:

, с. (8)

При обробці сталі в процесі безперервного розливання величина приросту кальцію в слябах, що відливаються, визначається за формулою:

, (9)

а час уведення порошкового дроту, необхідний для забезпечення заданого вмісту кальцію в слябах, що відливаються, визначається як:

, с. (10)

Підтримка заданого вмісту кальцію в процесі безперервного розливання сталі в слябах, що відливаються, після забезпечення його приросту на задану величину за обома варіантами виконується введенням порошкового дроту зі швидкістю:

, м/с, (11)

де - час уведення порошкового дроту, з;

- швидкість уведення порошкового дроту, м/с;

- величина приросту кальцію в слябі, %;

- величина приросту кальцію в проміжному ковші, %;

- погонна маса кальцію в порошковому дроті, кг/м;

- ступінь засвоєння кальцію, %;

- маса металу в проміжному ковші, кг;

Q - масова швидкість розливання сталі, кг/хв.

Технологія обробки сталі порошковим дротом з початку розливання сталі дозволяє забезпечити приріст кальцію на величину до 0,0020-0,0025%, у процесі безперервного розливання - до 0,0010-0,0015%.

Вміст алюмінію в сталі на технологічному етапі її виробництва в період від закінчення позапічної обробки металу на УДМ і до надходження його в кристалізатор МБЛЗ помітно знижується і може привести до невідповідності хімічного складу за вмістом алюмінію вимогам ДСТ. Зниження вмісту алюмінію на перших трьох плавках серії, що розливається, знаходиться приблизно на одному рівні, рівному 20%, а на наступних плавках додатково знижується в середньому на 10-15% від плавки до плавки. Зниження вмісту алюмінію в сталі на початку і наприкінці розливання плавки щодо середини складає відповідно 7-10% і 5-7%.

Для корегування вмісту алюмінію у вузьких заданих межах у процесі безперервного розливання розроблена технологія введення АК зі швидкістю 0,2-0,3 м/с у прийомну секцію ПК на початку розливання 4-й і наступних плавок серії. Витрата АК діаметром 12 мм на плавках № 4-6 серії, що розливається, визначається по номограмі, що розроблена з розрахунку забезпечення вмісту алюмінію в готовому металі 0,040%.

Розроблено технологію корегування вмісту вуглецю в сталі в процесі її безперервного розливання у вузьких заданих межах 0,01-0,03% і її навуглецьовуванню на величину до 0,06% уведенням ПД із графітом у прийомну секцію ПК зі швидкістю 0,2-0,5 м/с. При прирості на величину 0,03% (швидкість уведення дорівнює 0,3 м/с) вуглець рівномірно розподіляється за поперечним перерізом сляба з нульовим відхиленням від середнього значення, при навуглецьовуванні на величину 0,06% (швидкість уведення дорівнює 0,5 м/с) відхилення складає 0,02%.

Шостий розділ присвячений якості металу, результатам промислового використання і техніко-економічної ефективності технології.

Результати досліджень якості металу підтвердили позитивний вплив кальцію на властивості сталі як і при його введенні в сталерозливний ківш.

Якість безперервнолитої слябової заготовки оцінювали в умовах ВАТ "МК "Азовсталь" при розливанні сталі марки 09Г2ФБ на двострумковій слябовій МБЛЗ криволінійного типу з уведенням порошкового дроту із силікокальцієм. Метал у поперечному перерізі має поліпшену макро- і мікроструктуру, спостерігається збільшення його щільності в осьовій зоні (зменшення розмірів лікваційного шнура і його відсутність), зниження осьової і крапкової хімічної неоднорідності відповідно до 0,5-1,0 і 0,0 бала, здрібнювання сульфідних включень і більш рівномірний їхній розподіл, глобуляризація неметалевих включень, що залишилися. У катаному металі спостерігається зменшення забруднення осьової зони рядковими оксидами, пластичними силікатами, що поліпшує механічні властивості готового прокату, підвищує відносне звуження й ударну в'язкість.

Оцінку якості сортової заготовки робили в умовах НВО "Тулачермет" при розливанні сталі марки Ст3сп на однострумковій МБЛЗ вертикального типу в кристалізатор перетином 150150 мм із уведенням порошкової стрічки із силікокальцієм і РЗМ. Дана технологія дозволяє поліпшити макро- і мікроструктуру в поперечному перерізі заготовки, знизивши центральну пористість на 0,5-1,5 бала, осьову і крапкову хімічну неоднорідність на 0,5-1,0 бал, лікваційні порожнини на 0,5-1,0 бал. Питома кількість сульфідних неметалевих включень знижується в 1,5-2,0 рази, а наявні оксидні, сульфідні і складні оксисульфідні включення мають в основному глобулярну форму.

Промислове використання результатів роботи вироблялося в умовах ВАТ "МК "Азовсталь" при обробці конструкційних низьколегованих марок сталей порошковим дротом із сілікокальцієм і алюмінієвою катанкою у ПК МБЛЗ, в умовах ливарного виробництва при розкисленні сталі марок 30Л, 35Л, 40Л и 40Х в розливних ковшах малої ємності ПС із відсіваннями алюмінієвої стружки (ДВАТ "Моспинський РМЗ" і ДВАТ "Червоногвардійський РМЗ").

Очікуваний економічний ефект при обробці сталі ПД із силікокальцієм у проміжному ковші МБЛЗ складає 3,23 грн/т сталі.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ

У дисертації вирішена актуальна науково-технічна задача обробки сталі порошковим дротом у проміжному ковші МБЛЗ, що забезпечує заданий залишковий вміст елемента, що вводиться, у готовому металі при рівномірному його розподілі по струмках МБЛЗ і довжині безперервнолитих заготовок, що відливаються.

Основні наукові і практичні висновки роботи полягають у наступному.

1. Розроблено математичну модель і визначені гідродинамічна структура, швидкість і напрямок руху циркуляційних потоків металу в прийомній секції трисекційного проміжного ковша в залежності від геометричних розмірів секції і фільтраційних каналів, від зміни технологічних параметрів розливання протягом розливання однієї і серії плавок. Установлено три характерні області руху циркуляційних потоків у прийомній секції, що охоплюють приблизно рівні обсяги металу, але які відрізняються гідродинамічною структурою й інтенсивністю перемішування, напрямком і швидкістю їхнього руху. Результати математичного моделювання підтверджені на серії промислових плавок по розподілу наповнювача порошкового дроту (вуглець) по струмках МБЛЗ і довжині слябів, що відливаються, що дозволило визначити оптимальну область вивільнення наповнювача, розташовану в нижній частині прийомної секції під струменем металу, що надходить.

2. Шляхом промислового експерименту уточнений механізм розчинення порошкового дроту (стрічки), що включає деформування оболонки в результаті її теплового розширення під намерзлим шаром металу з утворенням ділянок часткового порушення її сплошности і ділянок її несплавки з намороженим шаром, визначена довжина шляху і час її перебування до вивільнення наповнювача для малих швидкостей уведення (0,2 0,5 м/с).

3. Методом фізичного моделювання визначені швидкість і час спливання пузирів пару кальцію в рідкій сталі стосовно до введення порошкового дроту із силікокальцієм у прийомну секцію проміжного ковша в залежності від швидкості введення для різної глибини утворення пару кальцію.

4. На підставі отриманих результатів розроблений спосіб уведення дроту в прийомну секцію, що полягає в її подачі зі швидкістю 0,4-0,5 м/с під кутом 40-500 до струменя металу, що надходить, в область, яка розташована на "дзеркалі" металу в центральній частині прийомної секції, що забезпечує доставку наповнювача в нижню область під струмінь металу, що надходить, і високий ступінь засвоєння при рівномірному його розподілі по струмках МБЛЗ і довжині слябів, що відливаються.

5. Розроблено технологію обробки сталі в проміжному ковші МБЛЗ кальцієм і алюмінієм при забезпеченні їхнього приросту на величину 0,0015-0,0020% і до 0,020% відповідно.

6. Розроблено технологію корегування сталі по вуглецю у вузьких заданих межах 0,01-0,03% і її навуглецьовуванню на величину до 0,06% у процесі безперервного розливання.

7. В обробленому кальцієм металі спостерігається глобуляризація і здрібнювання сульфідних неметалевих включень, більш рівномірний їхній розподіл, зменшення ступеня забруднення осьової зони рядковими оксидами і пластичними силікатами.

8. Очікуваний економічний ефект при спільній обробці сталі ПД із силікокальцієм у сталерозливному ковші й у проміжному ковші МБЛЗ складає 3,23 грн/т.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНИЙ У РОБОТАХ:

1. Обработка стали порошковой проволокой с силикокальцием в промежуточном ковше / А.Я. Бабанин, Л.С. Лепихов, О.В. Носоченко, И.Д. Буга // Сталь. – 1998. - № 1. – С. 21-22.

2. Технология корректировки содержания кальция и алюминия в стали при непрерывной разливке / А.И. Троцан, А.Я. Бабанин, И.Л. Бродецкий, Б.Ф. Белов, Д.А. Дюдкин, Л.С. Лепихов, О.В. Исаев // Металл и литье Украины. – 1999. - № 13-14. – С. 36-37.

3. Обработка стали порошковыми модификаторами при отливке непрерывнолитой сортовой заготовки/ А.Я. Бабанин, Б.Ф. Белов, Г.А. Дорофеев, М.П. Лоик, Ю.А. Данилович// Бюл. НТИ. Черная металлургия. – 1991. - № 8. – С.45-46.

4. Десульфурация жидкой стали шлаковыми смесями и порошковыми проволочными модификаторами / А.Я. Бабанин, Б.Ф. Белов, Ю.А. Данилович, Г.А. Дорофеев, И.П. Лещенко, А.А. Мазун // Бюл. НТИ. Черная металлургия. – 1992. - №11. – С.30-32.

5. Математическое моделирование потоков расплава в приемной секции промежуточного ковша слябовой МНЛЗ / Д.А. Дюдкин, А.Я. Бабанин, В.В. Белоусов // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Металургія. Випуск 66. – Донецк: ДонНТУ. – 2003. – С. 39-45.

6. Доводка стали порошковой проволокой в промежуточном ковше МНЛЗ/ Д.А Дюдкин., А.Я. Бабанин, О.В. Носоченко, Л.С. Лепихов// Тезисы докладов международной научно-технической конференции "Прогрессивные техологии непрерывной разливки стали: 21 век" (28-30 мая 2002г.), Донецк, 2002. – С .

7. Микролегирование стали высокоактивными элементами в процессе непрерывной разливки/ В.И. Трефилов, А.И. Троцан, Л.А. Позняк, А.Я. Бабанин, И.Л. Бродецкий// Материалы международной научно-технической конференции "Производство стали в 21 веке: прогноз, процессы, технол. экол.", посвященной 90-летию со дня рождения проф. В.И. Явойского (15-19 мая 2000г.), Киев-Днепродзержинск, 2000. - С. 288-290.

8. Особенности растворения порошковой ленты с алюминиевой стружкой в жидкой стали / В.В. Паренчук, А.Я. Бабанин, М.В. Манин, В.В. Белоусов, С.В. Гридин// Материалы VI международной научно-технической конференции "Тепло-массообменные процессы в металлургических системах", посвященной 70-летию Приазовского государственного технического университета (7-9 сентября 2000г.), Мариуполь. - 2000. – С. 214-217.

9. Ресурсосберегающая технология раскисления литейной стали алюминием / В.В. Паренчук, А.Я. Бабанин, М.В. Четыркин, В.Е. Саенко, В.А. Жариков, В.Х. Корабет// Материалы VI международной научно-технической конференции "Тепло-массообменные процессы в металлургических системах", посвященной 70-летию Приазовского государственного технического университета (7-9 сентября 2000г.), Мариуполь. - 2000. – С. 218-221.

10. А.с. № 1771869. Плакированный порошковый модификатор / Носоченко О.В., Николаев Г.А., Ленский В.Г., Белов Б.Ф., Данилович Ю.А., Троцан А.И., Крейденко Ф.С., Бабанин А.Я., Лоик В.П. // Опубл. Бюл. – 1992. - № 40.

У статтях автору належать:

[1] - розробка способу введення порошкового дроту;

[2] - технологія корегування сталі за кальцієм й алюмінієм;

[3] - промислове відпрацьовування способу введення порошкової стрічки;

[4] - технологія десульфурації сталі порошковою стрічкою;

[5] - формулювання фізичної і математичної моделі циркуляційних потоків металу;

[6] - технологія корегування сталі по вуглеці;

[7] - проведення промислових експериментів по визначенню оптимальної швидкості введення дроту;

[8] - параметри розчинення порошкової стрічки;

[9] - технологія розкислення ливарної сталі;

[10] - проведення промислових експериментів.

АНОТАЦІЯ

Бабанін А.Я. "Удосконалювання технології обробки сталі порошковим дротом у проміжному ковші МБЛЗ". – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.02 – Металургія чорних металів. – Донецький національний технічний університет, Донецьк, 2005.

Дисертація присвячена рішенню актуальної задачі удосконалювання технології обробки сталі порошковим дротом у проміжному ковші МБЛЗ.

Розроблено математичну модель і визначені гідродинамічна структура, швидкість і напрямок руху циркуляційних потоків металу в приймальній секції трисекційного проміжного ковша в залежності від геометричних розмірів секції і фільтраційних каналів, а також від зміни технологічних параметрів розливання протягом однієї та серії плавок. Результати математичного моделювання підтверджені на серії промислових плавок по розподілу наповнювача порошкового дроту (вуглець) по струмках МБЛЗ і довжині слябів, що відливаються.

Методом фізичного моделювання визначені швидкість і час спливання пузирів пару кальцію в рідкій сталі. Шляхом промислового експерименту визначено довжину шляху і час перебування порошкового дроту до вивільнення наповнювача для малих швидкостей уведення (0,2_,5 м/с). Розроблено спосіб уведення порошкового дроту в приймальну секцію проміжного ковша і технологія корегування сталі у вузьких заданих межах по кальцію, алюмінію і вуглецю. Результати роботи використовуються в умовах конвертерного цеху МК "Азовсталь", ливарного виробництва ДВАТ "Моспинський РМЗ", ДВАТ "Червоногвардійський РМЗ".

Ключові слова: проміжний ковш, приймальна секція, порошковий дріт, циркуляційні потоки, спосіб уведення дроту.

АННОТАЦИЯ

Бабанин А.Я. “Совершенствование технологии обработки стали порошковой проволокой в промежуточном ковше МНЛЗ”. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.16.02 – Металлургия черных металлов. – Донецкий национальный технический университет, Донецк, 2005.

Диссертация посвящена решению актуальной задачи совершенствования технологии обработки стали порошковой проволокой в промежуточном ковше МНЛЗ.

Разработана математическая модель и определены гидродинамическая структура, скорость и направление движения циркуляционных потоков металла в приемной секции трехсекционного промежуточного ковша в зависимости от геометрических размеров секции и фильтрационных каналов, а также от изменения технологических параметров непрерывной разливки стали. Результаты математического моделирования подтверждены на серии промышленных плавок по распределению наполнителя порошковой проволоки (углерод) по ручьям МНЛЗ и длине отливаемых слябов.

Методом физического моделирования определены скорость и время всплывания пузырей паров кальция в жидкой стали. На основании полученных результатов определена оптимальная область высвобождения наполнителя, расположенная в нижней части приемной секции под струей поступающего в промежуточный ковш металла.

Путем промышленного эксперимента определены длина пути и время пребывания порошковой проволоки до высвобождения наполнителя для малых скоростей ввода (0,2_,5 м/с). Уточнен механизм растворения порошковой проволоки (ленты) в жидкой стали, включающий деформирование оболочки в результате ее теплового расширения под намороженным слоем металла с образованием участков частичного нарушения ее сплошности и участков ее несплавления с намороженным слоем.

Разработан способ ввода порошковой проволоки в приемную секцию промежуточного ковша и технология корректировки стали в узких заданных пределах по кальцию, алюминию и углероду, обеспечивающие стабильные результаты. При вводе ПП с силикокальцием марки СК-15 со скоростью 0,4_,5 м/с достигается величина прироста кальция в металле, равная 0,0015_,0020 и степень его усвоения – 11_При снижении скорости ввода порошковой проволоки менее 0,4 м/с прирост кальция в стали и степень его усвоения значительно снижается. Для промышленного использования данной технологии разработана номограмма определения скорости ввода ПП в зависимости от требуемого прироста содержания каль-ция и контроля прироста кремния. Получены формулы для определения длительности ввода порошковой проволоки для обеспечения и поддержания заданного прироста вводимого элемента в отливаемых непрерывнолитых заготовках.

Для корректировки содержания алюминия в узких заданных пределах в процессе непрерывной разливки разработана технология ввода АК со скоростью 0,2-0,3 м/с в приемную секцию ПК в начале разливки 4-й и последующих плавок серии. Разработана технология корректировки содержания углерода в стали в процессе ее непрерывной разливки в узких заданных пределах 0,01-0,03% и ее науглероживание на величину до 0,06% вводом ПП с графитом в приемную секцию ПК со скоростью 0,2-0,5 м/с.

Качество непрерывнолитой слябовой заготовки оценивали в условиях ОАО "МК "Азовсталь" при разливке стали марки 09Г2ФБ на двухручьевой слябовой МНЛЗ криволинейного типа с вводом порошковой проволоки с силикокальцием. Металл в поперечном сечении имеет улучшенную макро- и микроструктуру, наблюдается увеличение его плотности в осевой зоне (уменьшение размеров ликвационного шнура и его отсутствие), снижение осевой и точечной химической неоднородности соответственно до 0,5-1,0 и 0,0 балла, измельчение сульфидных включений и более равномерное их распределение, глобуляризация оставшихся неметаллических включений. Оценку качества непрерывнолитой сортовой заготовки производили в условиях НПО "Тулачермет" при разливке стали марки Ст3сп на одноручьевой МНЛЗ вертикального типа в кристаллизатор сечением 150150 мм с вводом порошковой ленты с силикокальцием и РЗМ. Данная технология позволяет улучшить макро- и микроструктуру в поперечном сечении заготовки, снизив центральную пористость на 0,5-1,5 балла, осевую и точечную химическую неоднородность на 0,5-1,0 балл, ликвационные полости на 0,5-1,0 балл. Удельное количество сульфидных неметаллических включений снижается в 1,5-2,0 раза, а имеющиеся оксидные, сульфидные и сложные оксисульфидные включения имеют в основном глобулярную форму.

Результаты работы используются в условиях конвертерного цеха МК "Азовсталь", литейного производства ГОАО "Моспинский