yandex.metrica
Конвертерное производство

Качество кислородно-конвертерной стали

Качество стали определяется в значительной степени ее химическим составом и содержанием вредных примесей, газов и неметаллических включений. Особое внимание при производстве конвертерной стали уделяется получению металла с низким содержанием газов и прежде всего азота. Содержание азота в конвертерной стали определяется одновременным наложением ряда факторов: 1) содержанием азота в шихте; 2) чистотой кислорода, используемого для продувки ванны; 3) подсосом воздуха в полость конвертера.  Подсос воздуха в конвертер, в свою очередь, зависит от многих факторов, основными из которых являются:

  1. Положение фурмы. При высоком расположении фурмы количество воздуха, эжектируемого при продувке из атмосферы цеха, возрастает.
  2. Сечение горловины. Чем больше размер горловины, тем больше подсос воздуха. По ходу кампании размер горловины изменяется, по мере разгара футеровки горловины и увеличения
    ее сечения подсос воздуха в конвертер возрастает.
  3. Метод утилизации тепла конвертерных газов. При работе с дожиганием между верхом горловины конвертера и нижней кромкой накрывающего конвертер камина засасывается некоторое количество воздуха, который расходуется на дожигание СО до СО2.

Часть этого воздуха попадает в полость конвертера и увеличивает содержание в ней азота. При работе без дожигания имеется возможность создать в верхней части конвертера небольшое
положительное давление; подсос воздуха при этом практически исключается. Большое значение имеют чистота кислорода и условия ведения плавки.

На рисунке 1 представлены результаты исследований проф. Е. X. Шахпазова изменения содержания азота в металле по ходу продувки. Видно, что по характеру изменения содержания азота в металле время плавки можно разделить на два отрезка: 1) период деазотации и 2) период роста содержания азота в ванне.

Содержание азота в металле (НЛМК ) в зависимости от содержания в нем углерода при концентрации азота в кислороде

Рисунок 1 – Содержание азота в металле (НЛМК ) в зависимости от содержания в нем углерода при концентрации азота в кислороде

1. Содержание азота в металле начинает интенсивно снижаться уже вмомент слива чугуна в конвертер и в  первые минуты продувки, что связано в основном с выделением нитридов титана из жидкой части шихты. Затем по мере роста скорости окисления углерода решающим становится деазотация ванны пузырями СО. Содержание азота снижается до минимума примерно при достижении концентрации углерода в ванне < 1 % и далее остается почти постоянным до содержания углерода ~0,1 %. Минимальное содержание азота, достигаемое при содержании углерода 0,1 %, практически не зависит от чистоты дутья в интервале содержания азота в кислороде от 0,02 до 0,14 %. Видимо, в этот период минимальная концентрация азота определяется в основном развитием процессов обезуглероживания и десорбции азота в пузырях и исходным содержанием азота в шихте, т. е. в чугуне и ломе.

2. Рост содержания азота в металле начинается при снижении содержания углерода менее 0,1 %. В это время отмечено начало снижения скоростей обезуглероживания и количества азота, десорбированного пузырями СО. Постепенно, по мере снижения концентрации углерода в ванне и скорости его окисления, увеличивается скорость поступления азота в металл из    газовой фазы. В этот период решающее значение имеют содержание азота в дутье и подсосы атмосферного воздуха. Влияние чистоты дутья четко прослеживается на рисунке 2.

Зависимость содержания азота в металле от содержания азота в кислороде при количестве лома в шихте

Рисунок 2 – Зависимость содержания азота в металле от содержания азота в кислороде при количестве лома в шихте

Минимальная концентрация азота при [С] = 0,1% достигается в основном за счет регулирования содержания азота в шихте в зависимости от требуемого содержания азота путем изменения доли чугуна в шихте, замены части лома твердым чугуном, железорудными окатышами. Для уменьшения прироста содержания азота в заключительный период плавки нужно
прежде всего исключить или свести к минимуму поступление атмосферного азота в струю. При снижении высоты фурмы с 1,5 до 0,9 м (по данным НЛМК) содержание азота в полупродукте снижается в среднем на 0,0015 %. Наряду с заглублением фурмы для более полного уменьшения подсоса воздуха в струю за 2—3 мин до окончания продувки (после снижения количества отходящих газов) эффективны небольшое вспенивание ванны и увеличение газообразования путем присадки до 1 т известняка. В этом случае струя практически защищена от воздуха и поступление азота в металл определяется его содержанием в дутье, т. е. поддается контролю. Исследования показали также, что при выплавке содержащей не более 0,004—0,005 % N стали на обычной шихте, т. е. при обычном количестве лома и недеазотированном чугуне, содержание азота в кислороде не должно превышать 0,05 об. %.

Поглощение азота при выпуске металла в значительной степени зависит от его окисленности. При содержании кислорода более 0,05 % поглощение азота невелико. Чем выше скорость
слива металла из конвертера (чем меньше продолжительность выпуска плавки), тем меньше прирост концентрации азота за счет взаимодействия с воздухом.

Содержание кислорода в металле в момент окончания продувки определяется содержанием углерода. Однако в процессе продувки возможно переокисление металла, когда интенсивность подачи кислорода в ванну несколько превышает интенсивность его использования для окисления примесей. Степень этого переокисления невелика, и обычно за период времени от момента отключения подачи кислорода до момента выпуска (время, затрачиваемое на отключение кислорода и подъем фурмы, повалку конвертера, замер температуры, отбор пробы и
т. д.) окисленность металла в результате того, что реакция окисления углерода продолжает идти и после отключения подачи кислорода, снижается до значений, соответствующих данному содержанию углерода.

Содержание водорода в конвертерной стали обычно невелико, так как ограничены источники его поступления в металл. Помимо водорода, поступившего в ванну вместе с шихтовыми материалами, основным источником водорода является влага, содержащаяся в кислороде, а также влага воздуха, подсасываемого в полость конвертера. Обычно содержание водорода в металле в конце продувки редко превышает 3—4см3/100г металла.

Однако в процессе выпуска и разливки в результате контакта с атмосферным воздухом содержание водорода в стали может несколько возрасти. В случае прогара кислородной фурмы охлаждающая фурму вода начинает поступать непосредственно в реакционную зону и содержание водорода в ванне заметно возрастает.

Содержание неметаллических включений в конвертерной стали определяется в основном технологией раскисления. Поскольку к концу операции при правильно организованном процессе металл не содержит повышенных количеств серы, кислорода и азота, создаются условия получения стали, содержащей незначительные количества сульфидных, оксидных и нитридных неметаллических включений. Количество их, остающееся в готовом металле, определяется технологией обработки металла в ковше и разливки.