Введение к работе
Актуальность работы.
В последние годы четко проявляется тенденция повышения спроса металлоперерабатывающих отраслей на прокат из низколегированных и углеродистых сталей повышенного качества.Массовое потребление высококачественного металлопроката имеет место в газовой и нефтяной промышленности,автомобильном и транспортном машиностроении.строительстве и мостостроении,атомном и химическом машиностроении и т.д.На металлургическом комбинате "Азовсталь" за период с 1978 г. по настоящее время разработаны и освоены около 40 новых низколегированных и углеродистых марок стали повышенного качества,в том числе для магистральных газопроводов северного исполнения различных классов прочности, для оборудования и труб, стойких к сероводородному растрескиванию, строительных и мостовых конструкций повышенной сплошности и изотропности.для судостроения различных категорий по требованиям Регистра.химического машиностроения и др. [1,2]. Дол я сталей повышенного качества в сортаменте конвертерного и толстолистового цехов составляет более 50%.
^Существенное повышение качественных и эксплуатационных характеристик толстолистового проката может быть обеспечено за счет повышения степени рафинирования стали от вредных примесей, неметаллических включений и газов на стадии сталеплавильного передела. Особое значение придается вопросам глубокой десульфурации металла.
Об актуальности работ, направленных на разработку комплексных технологий получения особо чистых сталей для производства толстолистового проката , свидетельствуют комплексные межотраслевые Программы " Чистая сталь " и "Надежность", в соответствии с которыми проводились исследования по некоторым вопросам, представленным в настоящей работе.
Цель работы.
На основе исследований и теоретического анализа процессов рафинирования чугуна и стали разработать научные основы и технологию производства особо чистых конвертерных сталей для толстолистового проката.
Научная новизна»
Установлены основные термодинамические и кинетические закономерности десульфурации чугуна гранулированным магнием.Определены на основе современной теории массообмена лимитирующие звенья процессов усвоения магния чугуном и его взаимодействия с серой.Установлены механизм и факторы, определяющие влияние на усвоение магния чугуном.его температуры, типа газа - носителя, глубины ввода магния в металл и других параметров. Сформулированы научные основы технологии выплавки в конвертерах высококачественной стали для толстолистового проката ответственного назначения. Впервые в Украине в 350т конвертерах разработана рациональная комплексная технология получения особо чистой стали на основе использования в шихте метал-лизованных окатышей, специальных приемов шлакообразования. Установлены основные термодинамические и кинетические особенности десульфурации стали жидкими синтетическими шлаками и кусковыми твердыми шлакообразующими смесями (ТШС) при выпуске ее в большегрузные 350-тонные сталеразливочные ковши , а также на установках доводки металла в ковше.
Отработаны оптимальные режимы термодеформационной обработки низколегированных сталей,обеспечивающие структуру металла, которые в сочетании с высокой степенью рафинирования обеспечивают уникальный комплекс механических (прочность.пластичность, низкотемпературная вязкость) и служебных (свариваемость, коррозионная и сероводородная стойкость , хладостойкость , изотропность) свойств толстолистового проката.
Практическая ценность.
Разработана рациональная технология десульфурации чугуна гранулированным магнием , обеспечивающая в зависимости от расхода магния конечное содержание серы на уровне 0,002-0,005% и высокую степень усвоения магния-75-90%.Установлено,что наиболее целесообразно проводить десульфурацию чугуна магнием в заливочных ковшах непосредственно перед его заливкой в конвертер , а в качестве газа - носителя применять природный газ. В 350-тонных конвертерах получен металл с особо низким содержанием азота,фосфора, серы и примесей цветных металлов без использования методов ковшевой обработки стали.Разработана и освоена рациональная комбинированная технология десульфурации стали в сталеразливочных ковшах с муллито-корундовой и периклазо-известковой (смолодоломитовой) футеровкой уменьшенным количеством жидкого синтетического шлака с добавлением ТШС, обеспечивающая степень десульфурации не менее 70-75%.Применение разработанной технологии обеспечило условия для производства сталей с содержанием серы не более 0,004%.
Опробована технология десульфурации стали порошкообразными смесями на основе извести и плавикового шпата, инжектируемыми в металл в струе аргона через погружную футерованную фурму на УДМ.При вдувании порошкообразной смеси в количестве до 4 кг/т достигнута степень десульфурации 70%,что позволяет при широком освоении этой технологии полностью отказаться от применения дефицитного и дорогого синтетического шлака.
Предложены меры повышения эффективности обессеривания стали при выпуске плавки из конвертера и при обработке на УДМ.Определены и внедрены оптимальные параметры продувки металла инертным газом на УДМ .обеспечивающие необходимое усреднение металла и шлака по составу и температуре перед разливкой.
Разработаны оптимальные режимы термодеформационной обработки металла для листового проката толщиной 14-18 мм из низколегированных сталей различного назначения.которые в сочетании с высокой чистотой стали
обеспечивают уникальную хладостойкость и трещиностойкость стали при высоких показателях ее прочности.
Реализация результатов работы.
Предложенные на основе теоретических и экспериментальных исследований научно-технические решения обеспечили условия для разработки и освоения в промышленных условиях новых марок стали ответственного назначения , расширения сфер применения сталей массового назначения с новым комплексом механических и эксплуатационных свойств , увеличения объема производства качественных и особо качественных сталей в конвертерном и толстолистовом цехах комбината "Азовсталь",экономию материалов и металла.В результате промышленного внедрения результатов исследований получен экономический эффект за счет снижения себестоимости металлопроката (в ценах 1990 г.) в размере 17,865 млн руб.
Апробация работы.
Материалы работы доложены и обсуждены на 7-й Всесоюзной научно-технической конференции "Теория и практика кислородно-конвертерных процессов (г.Днепропетровск, 1987г.),9-й Всесоюзной конференции по физико-химическим основам процессов производства стали (г.Москва, 1989г.), Международной конференции "X.MEZINARODNI HUTNIKA CONFERENCE" (Trinec , Rigen , 1989г.), 11-й Всесоюзной конференции по проблемам слитка(г.Волгоград, 1990г), 10-й Всесоюзной конференции по физико-химическим основам металлургических процессов (г.Москва,1991г.), Всесоюзном совещании "Качество толстолистового проката (штрипса) из новых низколегированных сталей и труб для магистральных газопроводов" (г.Мариуполь,1989г.), 5-й Всесоюзной конференции " Тепло- и массообменные процессы в ваннах сталеплавильных агрегатов" (г.Мариуполь, 1991 г.), 10-й Всесоюзной конференции по физико-химическим основам
металлургических процессов (г.Москва, 1991г.),2-й Всесоюзной научно-технической конференции с участием иностранных специалистов "Совершенствование металлургической технологии в машиностроении" {г.Волгоград, 1991 г.),Всесоюзной конференции "Внепечная обработка металлов" (г.Киев,1991г.), 1-м конгрессе сталеплавильщиков (г.Москва, 1992г.).
Публикации.
По материалам исследований опубликовано 38 работ, получено 14 авторских свидетельств, 14 положительных решений по заявкам на изобретения, 1 патент Российской Федерации.
Экспериментальные и теоретические исследования, вошедшие в диссертацию.выполнены автором совместно с сотрудниками комбината "Азовсталь", Государственной металлургической Академии Украины , ИЧМ НАН Украины, МИСиС.ЦНИИЧМ и других организаций при активном участии автора или под его руководством.Основные идеи работы,методики их проведения принадлежат автору.
Объем работы.
Диссертация состоит из введения,5 глав и выводов, содержит 60 стр. машинописного текста, 2 таблицы, 15 рисунков, список литературы из 38 наименований.