Обработка металла

Внепечная обработка чугуна и стали

Раздел:  Строительство. Ремонт

Настоящий период развития металлургии характеризуется коренным изменением масштаба производства качественной и высококачественной стали и ее доли от общего производства. Эти изменения меняют наши представления л о масштабах производства стали вообще.

Мировая выплавка стали в последние годы остается на неизменном уровне: 710-750 млн.т/год. Наблюдаемое во всем мире развитие машиностроения и других металлопотрсбляющнх отраслей обеспечивается мероприятиями, проводимыми металлургами с целью повышения степени чистоты стали (главным образом, в результате вмененной обработки) и повышения выхода годного (главным образом, в результате перехода на непрерывную разливку).

Имеющиеся данные позволяют считать, что продолжающиеся изменения организации сталеплавильного производства, начавшиеся 20-25 лет назад, продолжаются. Эти изменения связаны с успехами инженерных решений: 1) использованием технологий (и соответствующих конструкций) конвертерных процессов вначале с донным, а затем с комбинированным дутьем; 2) созданием высокомощных и высокопроизводительных электродуговых печей; 3) развитием методов внепечной обработки стали; 4) повсеместным переходом от разливки в изложницы к непрерывной разливке. В настоящее время к этим четырем основным направлениям постепенно добавляется пятое, находящееся в стадии активной разработки, - предварительная (внедоменная) обработка жидкого чугуна (обескремнивание, дефосфорация, десульфурация) и продувка такого рафинированного чугуна в конвертере с малым количеством шлака и, соответственно, с меньшим расходом материалов, меньшими потерями железа и тепла, с облегчением организации получения стали с минимальным содержанием Нежелательных примесей.

15-20 лет назад требования новых отраслей техники к качеству стали многих марок резко возросли и продолжают возрастать. Это привело к тому, что масштабы производства стали и сплавов, содержащих ничтожно малое количество газов, неметаллических включений и других нежелательных примесей, однородных по свойствам и т.д.,. заметно увеличились. Были разработаны новые способы обработки металла как в самом агрегате, так и вне его.

Возможность получения стали с гарантированно низким содержанием предных примесей, соответственно с минимальным развитием процессов ликвации и т.п. обеспечивает, в первую очередь. возможности роста промышленного производства без увеличения количества выплавляемой сталн. Это явилось причиной ноной ситуации в промышленности, при которой масштабы выплавки стали уже не характеризуют промышленную мошь, главным становится высокое качество, чистота и надежность металлопродукции. Неизбежное при этом усложнение технологии оправдывается достигаемым результатом. Поясним это следующим-расчетом. При работе по традиционном технологии, существовавшей 20-30 лег тому назад, из каждых 100 млн.т выплавленной и разлитой в слитки стали получают  60 млн.т изделий.

Не будучи уверенным в высоком качестве металла, отсутствии в нем вредных примесей, возможной их ликвации, местных нарушений сплошности металла (пузырей, включений, трещин и т.д.), конструктор учитывает в конструкцию запас прочности (в зависимости от характера нагрузки от 1,5 до 3,0). Если принять этот коэффициент равным 2, то оказывается, что полезную службу несут лишь 30 млн.т из каждых 100 млл.т выплавленной стали. При замене обычного способа разливки непрерывным повышается выход проката до 95 %; замена сортового проката и обработки на металлорежущих станках прокатом сложных профилей п листовым прокатом с последующей    сваркой    и    штамповкой    позволяет   донести    массу    изделий    до 80-85 %. Получение стали с гарантированно ничтожным количеством вредных примесей исключает основную причину ликвации, газовых пузырей, трещин, расслоя и т.п. и позволяет приблизить коэффициент запаса к I. В результате оказывается, что из каждых 100 млит полезную службу могут нести не 30 млн.т, а 60-70 мли.т. В связи с этим вопросы качества металла, а также получения стали, чистой от нежелательных включений и газов, приобретают первостепенное значение.

Мировой опыт настоящего периода характеризуется прежде всего интенсивным внедрением в практику различных методов внепечной обработки чугуна и стали, обеспечивающих гарантированное получение жидкой стали с минимальным содержанием нежелательных примесей, Интенсивное развитие методов внепечной обработки, в свою очередь, существенно влияет на масштабы производства ферросплавов и сортамент ферросплавов. Это объясняется следующим: 1) получение чистых но содержанию нежелательных примесей сталей позволяет п результате соответствующей термической обработки уменьшить (или вообще исключить) количество вводимых легирующих для обеспечении необходимых эксплуатационных характеристик; 2) современные методы внепечной обработки позволяют заменять (без ущерба для качества)дорогие и дефицитные чистые ферросплавы дешевыми и более доступными ферросплавами. В настоящий период в мировой практике методами внепечной металлургии обрабатывают сотии миллионов тони стали массового назначения, установки для внепечной обработки имеются практически на всех заводах качественной металлургии. Обработке подвергают металл, получаемый как в электросталеплавильных, так и в конвертерных и мартеновских цехах.

О масштабах распространения виенечной обработки стали может свидетельствовать опыт Японии, где более половины всей конвертерной стали проходит через операцию вакуумирования, а ежегодно более 5 млн.т/год проходит через агрегаты вакуум-кислородного ц аргоио-кислородного рафинирования и агрегаты типа ковш - печь.

Быстрое распространение в широких масштабах внепечиой обработки объясняется комплексом причин, в том числе следующими:

1.         В   электропечах   обычная   двухш лаковая   технология   при    использовании

методои внепечной металлургии может быть заменена одиошлаковым процессом

без скачивания шлака (при  этом уменьшается продолжительность плавки, расход

электроэнергии, трудовые затраты и т.д.).

2.         В  конвертерных   и   мартеновских   печах   упрошастся  технология   плавки   и

контроль   ja   ее   ходом,   так    как   появляется   возможность   продувать   металл

кислородом до низких содержаний углерода с последующим науглероживанием п

'Корректировкой температуры в ковше.

3.         Высокопроизводительная   работа   установок   непрерывной   разливки   стали

требует точной (и стандартной от планки к плавке) регулировки  температуры и

химического    состава    металла,    а    также    требует    для    разливки    в    металл

стандартно      высокого      качества.      В     результате      практически      вся      сталъ,

разливаемая    на    установках    непрерывной    разливки,    подвергается    впенечпон

обработке,

4.         Непрерывно увеличиваются  масштабы  производства сталей ответственного

назначения, которые трудно получить при обычной технологии плавки.

5.         Возрастают масштабы производства корроэионностойких и других сталей и

сплавов с особо низким содержанием углерода.

6.         Возможность   получения   в   конвертерных   и   мартеновских   цехах   сталей,

элсктропечного сортамента.

7.         Ваку ум-кислородное,    а ргоно-кисло родное    рафинирование,    использование

установок   тина   ковш -   печь   н   т.п.    позволяют   коренным   образом   изменить

структуру    и   тип v потребляемых   ферросплавов   и   раскнелителей    в   сторону существенного снижения требований . к их составу и соответствующего их удешевления. Переход на аргоно-кислородиое рафинирование позволяет полностью отказаться* от использования дорогих иизкоуглеродистых ферросплавов. Производство низколегированных сталей в дуговых печах с последующим рафинированием вне печи позволяет использовать сравнительно дешевые сорта ферроникеля с повышенным содержанием углерода (а иногда и кремния) и т.д.

8. Использование- современных методов внепечной обработки позволяет получать сталь прямым легированием, с использованием природио-легироваииых

РУД-

9.         Появляется  возможность более дешевыми  методами  получать  в больших

количествах сталь с меньшим количеством нежелательных примесей и лучшими свойствами. Так, например, получение стали с концентрацией серы, близкой к 0,002 % приводит к соответствующему возрастанию пластичности, снижению анизотропии свойств стали и т.д., т.е. к получению материала принципиально нового качества.

10.       Создаются   условия  для   ведения   конвертерной   плавки   с  очень   малым

количеством шлака ("бесиллаковая" технология), с малым расходом добавочных

материалов,     малыми    потерями    металла    и    т.д.,    поскольку    одновременно

разрабатываются и интенсивно внедряются методы внедоменной обработки чугуна

с целью его рафинирования от кремния, фосфора и серы.

Современные способы выплавки, виепечиой обработки, разливки и прокатки измеияют показатели эффективности производства и позволяют при неизменном обеспечении металлопродукцией (с необходимыми потребительскими свойствами) машиностроения и других потребляющих отраслей существенно снизить потребность в жидком металле.

Мировой опыт свидетельствует о том, что для выполнения всех требований к качеству металла необходимо в сталеплавильном цехе иметь комбинацию установок для виепечиой обработки, позволяющих проводить в ковше .дорпую продувку газом, вдувание реагентов, нагрев расплава и введение материалов в виде проволоки. В СССР вопросами внепечной обработки занимались многие научно-исследовательские институты и вузы: ЦНИИЧМ, ИЧМ, НИИМ, ЙИСиС, ДМЕтИ, МВМИ, ИМЕт АН СССР, ИЗС и ИПЛ АН УССР, ИМЕТ АН ГрССР, ВНИИЭ'ГО, НПО "Тулачермет", Стальпроект и др. Созданы и внедряются новые оригинальные методы обработки, такие, как струйно-каиптатюниос рафинирование стали аргоном, вакуумиропанне струн металла в потоке и процессе непрерывной разливки, ваку у м-шлаковое рафинирование и др. Успешно используются различные технологии внепечной обработки для решения конкретных производственных задач на многих предприятиях: НЛМК, ЗСМК, ММК, МКАЗ, ЧерМК, МКИ, "Красный Октябрь", ЧМК, МакМК, МКДз и др.

В результате в настоящее время отечественная металлургия располагает достаточно большим опытом использования различных методов внепечной обработки, однако, ряд проблем требует серьезной технологической и технико-экономической проработки. К их числу относится: 1) определение степени рациональности широкого использования различных методов внепечной обработки чугуна и i;pe вращение, соответственно, конвертерных цехов, 1 получающих рафинированный чугун и располагающих комплексом оборудования для виепечиой обработки, в основной источник производства чистой от примесей стали; 2) получение объективных и сопоставимых данных о различных методах вакуумирования (порционный, циркуляционный, непрерывный и др.); .3) сравнение различных методов ввода сильных реагентов в металл (вдувание порошкообразных материалов, использование порошков в виде проволоки и т.п.); 4) решение комплекса проблем, связанных с защитой металла от вторичного окисления и др.

 Решение этих проблем требует обмена мнениями самого широкого круга специалистов, а для этого, в свою очередь, желательно иметь возможно более широкую информацию. Имеющаяся по перечисленным выше проблемам техническая литература огромна, причем значительная часть наиболее интереевой информации поступила в последние 5-10 лет.

Основная задача, которая стояла перед автором в процессе подготовки данной книги, заключалась в том, чтобы попытаться в возможно сжатом, концентрированном виде дать читателю общее представление о сопременном положении мировой металлургии, и возможностях решения проблем повышения качества н надежности металлопродукции.

В масштабах данной книги трудно дан, подробные сведения о новых технологиях и конструктивных решениях, однако подробный библиографический список в известной мере  компенсирует эюг недостаток.

Поскольку издание, в котором н такой концентрированно сжатой форме было бы изложено состояние но существу повой подотрасли черной металлургии, подготовлено впервые, автор с благодарностью примет замечания и пожелания читателей.