Введение к работе
Актуальность работы
В последние годы наблюдается тенденция увеличения спроса на стали с низким содержанием примесей, особенно фосфора в высоколегированных сталях (0,01% и ниже). Вредное влияние фосфора на свойства металла хорошо известно, поэтому всё большее внимание уделяется вопросу его удаления при выплавке стали.
Удаление фосфора из низколегированной стали осуществляется в окислительных условиях. Однако, если сплавы содержат элементы, имеющие высокое сродство к кислороду, например, хром, марганец и др., то требуемое окисление ванпы становится невозможным. При дефосфорации стали в окислительных условиях, угар хрома становится неизбежным. В связи с чем снижение доли фосфора в высоколегированной стали обеспечивается путём тщательного регулирования его содержания в исходных материалах, либо путём смешивания высокофосфористого легированного расплава и низколегированного расплава с низким содержанием фосфора после окислительной дефосфорации. Большой вклад в изучение вопросов удаления фосфора из легированного расплава внесли ведущие ученые металлурги России - В. А. Григорян, А. Я. Стомахин, О.И. Островский (МГИСиС) и другие.
Изучение дефосфорации легированных расплавов до настоящего момента представлено тремя основными направлениями:
Дсфосфорация в слабоокислительных условиях с помощью флюсов, например, содержащих соединения L12CO3, Na2C03, ВаО, которые обладают большей фосфидной емкостью и являются более основными, чем флюсы на основе СаО.
Восстановительная дефосфорация с помощью флюсов на основе металлического кальция или его карбида.
Дефосфорация, при которой удаление фосфора происходит в виде газообразных соединешш в газовую фазу.
Необходимо отметить, что предлагаемые способы удаления фосфора, имеют преимущества и недостатки, и не обеспечивают в полной мере основных требований, предъявляемых к процессу дефосфорации в современных условиях, таких как простота процесса, возможность относительно простого включения в технологическую схему, высокая степень дефосфорации, достаточно низкая стоимость применяемых материалов.
Таким образом, дефосфорация высоколегированных расплавов до сих пор остаётся нерешённой проблемой. Постоянное накопление фосфора в легировшшом ломе и широкое вовлечение в производство ранее неиспользуемых отходов металлургического и
\$0»
машиностроительного комплексов стимулируют поиск альтернативных и наиболее эффективных методов дефосфорации. Цель работы
Теоретическое и экспериментальное изучение альтернативных методов удаления фосфора из высоколегированного расплава - обработка карбид-содержащими шлаками, перевод фосфора в газовую фазу.
Разработка технологических приемов, обеспечивающих дефосфорацшо расплава, содержащего элементы с высоким сродством к кислороду. Обоснование условий процесса, обеспечивающих максимально эффективную дефосфорацию легированного металла.
Научная новизна
Получены количественные зависимости степени дефосфорации при обработке расплава карбидом кальция от содержания углерода в расплаве. Показано, что только при кратковременном воздействии карбида кальция на металлический расплав в течение 3-4 минут до насыщения ванны углеродом возможно значительное - до 50-70% снижение фосфора в легированном металле. Показано, что наряду с такими параметрами, как кратность флюса и температура процесса, определяющая роль в переводе фосфора из легированного расплава в шлак при обработке карбидом кальция принадлежит содержанию углерода в ванне.
Показано, что распределение фосфора между металлом и шлаком при обработке ванны карбидом кальция имеет сложный характер. Основное влияние на распределение фосфора оказывает содержание углерода в металле. Получена количественная зависимость коэффициента распределения фосфора от содержания углерода. Установлено, что на начальной стадии обработки расплава в первые 3-5 минут при содержании углерода не более 0,5-0,6% происходит рост коэффициента распределения до значения 5-6. При дальнейшей выдержке коэффициент распределения уменьшается, что связано с увеличением содержания углерода, и при содержании углерода 1-1,1% достигает своего минимального значения. При дальнейшем науглероживании коэффициент распределения становится ниже единицы, и шлак не имеет рафинирующих свойств по отношению к фосфору.
Подтверждено, что процесс перевода фосфора из металла в газовую фазу может быть осуществлён по двухстадийной схеме через шлаковую фазу. Установлено, что определяющей стадией в данной схеме можно считать испарение фосфора из шлака
из-за ограниченной, весьма низкой фосфатной емкости шлака (Сро,. менее 10"8).
4. Получены новые экспериментальные данные по переводу фосфора из высокохромистых шлаков в газовую фазу за счет обработки шлака графитовой смесью. Определены количественные зависимости степени дефосфорации от основных параметров плавки (время обработки, кратность углеродсодержащего материала, интенсивность перемешивания расплава и др.). Показано, что степень дефосфорации высокохромистого шлака может достигать 80% при соблюдении оптимальных условий. Практическая значимость
Результаты работы использованы при разработке технологических рекомендаций по производству коррозионностойкой стали в дуговых печах на ЗАО «ВМЗ «Красный Октябрь»», заключающихся в добавлении кокса с влажностью 4-5% в расплав перед продувкой ванны кислородом. Установлено, что предложенная технология позволяет достигать степени дефосфорации до 15-20%, в то время как традиционная технология в промышленных условиях сопровождается ростом фосфора в металле на 5-10%.
Разработана технологическая схема удаления фосфора из высоколегарованного расплава карбидом кальция, заключающаяся в совмещении процесса получения карбида в электродуговой печи и процесса дефосфорации легированных металлических отходов (ООО «НИИШПРОХИМ-НАУКА»). Показано, что при производстве карбида кальция без дополнительных затрат может быть осуществлена дефосфорация высоколегированных отходов (степень дефосфорации до 70%) без потерь легирующих элементов.
Предложена технологическая схема дефосфорации шлаков, содержащих оксиды легирующих элементов, которая позволяет с высокой эффективностью использовать шлаки от производства высоколегированных металлов повторно в металлургии, заменяя дорогостоящие шихтовые материалы.
Апробация
Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях:
XII Международной конференции металлургов. ЮУрГУ, октябрь 2004 г, Челябинск.
8 Конгресс сталеплавильщиков, Н. Тагил, 2004 г.
Технический совет ЗАО «ВМЗ Красный Октябрь», Волгоград, 2007 г.
Структура и объём работы
Диссертация состоит из введения, 8 глав, выводов, списка использованных источников и приложения. Работа содержит 1Z% страниц текстар рисунков, /3 таблиц. Список использованных источников из Sj_ наименований.
