Навигация

Ссылки друзей

    Лес кругляк цена купить лес кругляк www.lestradespb.ru.
Металлургия » Электрометаллургия стали » Особенности выплавки нержавеющих сталей.

Особенности выплавки нержавеющих сталей.

 (голосов: 0)
Особенности выплавки нержавеющих сталей.Особенности выплавки нержавеющих сталей.
Для повышения стойкости хромоникелевых коррозионностойких сталей против межкристаллитной коррозии применяют следующие два способа:
1) Снижение содержания углерода в готовом металле до предела его растворимости в твердом растворе (0,02— 0,03 %),что обеспечивает однородную структуру стали при любой температуре.
2) Ввведение в сталь элементов, образующих с углеродом карбиды, более стойкие, чем карбиды хрома, снижающие содержание углерода в аустените (Ti, Nb). Но элементы-стабилизаторы снижают пластические свойства коррозионностойкой стали, повышают загрязненность металла неметаллическими включениями. Для повышения коррозионной стойкости стали легируют также молибденом и медью.
С целью экономии дефицитного и дорогого никеля в некоторых аустенитных сталях его заменяют другими аустенитообразующими элементами — марганцем и азотом. Такие стали имеют хорошие антикоррозионные свойства.
Коррозионностойкие стали, работающие длительное время при высоких температурах, должны иметь также высокие жаростойкость (окалиностойкость) и жаропрочность. Высокая стойкость против газовой коррозии при высоких температурах достигается увеличением содержания хрома в стали и дополнительным легированием алюминием и кремнием. Для получения высокой жаропрочности сталь легируют никелем, молибденом, вольфрамом, титаном, ниобием, ванадием, кобальтом.
Сложностью состава коррозионностойких сталей, высоким содержанием легирующих элементов, в частности хрома, и как правило, низким содержанием углерода объясняется ряд особенностей их выплавки в дуговых печах.
Основным способом производства коррозионностойких сталей в отечественных условиях является плавка в основной дуговой печи из легированной шихты с использованием газообразного кислорода в качестве окислителя. В основу его положено окисление углерода в расплаве с высоким содержанием хрома при повышенных температурах. При высоком содержании хрома в расплаве затрудняется его обезуглероживание. Хром понижает коэффициенты активности кислорода и углерода, вследствие чего произведение [С]-[0], достигаемое при обезуглероживании хромсодержащих расплавов, всегда выше, чем в железе. Растворимость кислорода в расплавах Fe - Cr ограничена выпадением оксидных фаз. Такими фазами при 1600°С в равновесии с расплавом Fe - Cr являются хромит (при 1900°С), отсутствуют. Для оценки взаимодействия оксидов хрома с углеродом и расчета предельных концентраций углерода, которые могут быть достигнуты в случае насыщаемого оксидами хрома шлака предложено выражение при > 9 % [С]:
В последнее время технология выплавки коррозионностойких сталей совершенствовалась в результате повышения температуры ванны во время продувки, что позволяло повышать содержание хрома в загружаемой шихте с использованием дешевых материалов.
Для уменьшения угара хрома во время продувки и улучшения условий обезуглероживания расплава содержание хрома в заваливаемой шихте ограничивали пределами 12-13,5 % при выплавке сталей 08Х18Н10Т-12Х18Н10Т. В связи с большим угаром хрома в случае раннего начала окислительной продувки продувку ванны кислородом обычно начинают после расплавления 80 % шихты и ведут при работающих дугах до появления над печью пламени горящего монооксида углерода. Показана целесообразность и эффективность ведения всего периода продувки при работающих дугах. В этом случае наблюдается уменьшение угара хрома за продувку вследствие более быстрого нагрева ванны; ведение плавки несколько осложняет высокое пламя горящего монооксида углерода над печью.
За время продувки вследствие протекания процесса окисления хрома содержание оксидов хрома в шлаке возрастает до 30-35 %, что приводит к повышению вязкости шлака даже при высоких температурах конца продувки (1920—1950°С). Благодаря высокой интенсивности подачи кислорода в ванну [0,5—1,2 м3/(тмин.)] длительность продувки сравнительно невелика (15—35 мин в зависимости от интенсивности подачи кислорода и вместимости печи), и футеровка печи удовлетворительно переносит повышенные, но кратковременные тепловые нагрузки.
Восстановительный период плавки начинают с охлаждения ванны, применяя для этого отходы коррозионностойкой стали, безуглеродистый феррохром, никель и другие материалы. С целью восстановления оксидов хрома, марганца и железа из шлака и снижения степени окисленности металла ванну раскисляют сплавами кремния и доводят сталь до заданного состава. Хорошо показала себя практика глубинного раскисления металла после продувки кислородом повышенным количеством алюминия, до 2,5 кг А1/т стали.
Вследствие низкого содержания хрома в исходной шихте, большого угара его в процессе плавления и продувки, а также невысокого извлечения хрома из шлака для доводки плавки расходуется большое количество дорогого рафинированного феррохрома (до 150 кг/т стали в зависимости от химического состава готовой стали).
Легирование коррозионностойкой стали титаном обычно проводят под специально наведенным хорошо раскисленным шлаком (типа белого), поэтому в конце плавки восстановленный шлак периода продувки скачивают из печи, вместе со шлаком, теряя до 1—2 % от массы плавки легированного металла в виде корольков и значительное количество хрома в виде оксидов (16-20% Сг203).
Основными недостатками описанной традиционной технологии плавки коррозионностойкой стали в дуговой печи являются значительные потери хрома (усвоение хрома шихты 85-90 %) и высокий расход рафинированного феррохрома.
Эффективным способом улучшения технико-экономических показателей производства коррозионностойкой стали является повышение содержания хрома в шихте при использовании дешевых хромсодержащих материалов (отходов коррозионностойких сталей, углеродистого феррохрома, силикохрома), способствующее уменьшению расхода рафинированного феррохрома. Однако это мероприятие должно проводиться в сочетании с какими-либо технологическими приемами, ограничивающими или уменьшающими потери хрома в процессе обезуглероживания легированного расплава. В связи с этим важной является проблема совершенствования режима кислородной продувки во время обезуглероживания легированного расплава.
Большинство исследователей считают, что в условиях дуговой печи реакция окисления углерода не достигает равновесия, отношение [Сг] / [С] в металле не достигает равновесных значений и в конце продувки определяется не только температурой металла, но и составом печного шлака, в частности основностью печного шлака и содержанием в нем оксидов железа. На основании этого рекомендуется повышение основности печного шлака периода продувки.
Однако выполнение этих рекомендаций связано с некоторыми затруднениями. Повышение основности шлака в результате увеличения присадок извести приводит к увеличению общего количества шлака, возрастанию расхода энергии на плавление и нагрев шлака и может привести к увеличению потерь хрома со шлаком в виде оксидов хрома.
Результаты исследований процесса продувки ванны кислородом при выплавке коррозионностойкой стали в дуговых печах но четко выраженным внешним признакам позволяю? выделить три периода продувки, различающиеся по характер) поведения углерода и хрома в расплаве:
1) до плавление шихты и разогрев металла с образованием жидкоподвижного шлака;
2) интенсивное кипение поверхностного слоя металла с сохранением жидкоподвижного шлака и незначительным повышением температуры металла;
3) затухание кипения ванны, увеличение вязкости шлака и резкое повышение температуры металла (на 150—250°С).
Высокое химическое сродство кремния и некоторых других имеющихся в расплаве элементов (алюминия, титана) к кислороду обусловливает преимущественное их окисление вводимым кислородом в первый период продувки. Недостаток кислорода исключает возможность протекания в это время реакции окисления углерода. Температура металла в течение первого периода сильно повышается. В конце первого периода фактическое содержание углерода в расплаве заметно превышает его равновесную концентрацию в соответствии с уравнением: Сг304{т) + 4[С] = 3[Сг] + 4СО.
По мере окисления кремния и повышения температуры реализуются условия, при которых углерод начинает интенсивно окисляться, а ванна вспенивается. Этому соответствует второй период продувки, когда условия окисления в этот период определяются концентрацией углерода, а тормозящим звеном процесса является подвод кислорода к реакционной зоне, поэтому скорость обезуглероживания может быть увеличена благодаря улучшению перемешивания ванны и ускорению переноса взаимодействующих компонентов при повышении давления и увеличении расхода кислорода. Третий период начинается при достижении концентрации углерода [С], граничной. Дальнейшее обезуглероживание сопровождается заметным угаром хрома. С увеличением угара хрома значительно повышается температура ванны, увеличивается вязкость шлака. Скорость окисления углерода заметно уменьшается. Лимитирующим звеном процесса окисления углерода в этот период становится подвод углерода к реакционной зоне. Отмечается, что угар хрома зависит от величины [С], существенно изменяющейся в зависимости от условий процесса: температуры ванны, состава металла, расхода окислителя, интенсивности перемешивания ванны и т. д.
Увеличение давления кислорода и интенсивности подачи кислорода в ванну несколько усиливают перемешивание ванны и вследствие этого ускоряют процесс окисления углерода. Это приводит к уменьшению длительности продувки и в отдельных случаях к уменьшению угара хрома. Вместе с тем увеличение интенсивности подачи кислорода в ванну может привести к увеличению скорости окисления хрома и росту его угара, поэтому более перспективны другие способы усиления перемешивания ванны в конце обезуглероживания: сводовыми кислородными фурмами специальной конструкции, установками электромагнитного перемешивания, продувкой инертным газом.
Проверку достоверности оценки перемешивания металла при различных условиях провели при выплавке стали 12Х18Н10Т в 40 т печи. При практически одинаковых содержаниях в металле углерода и хрома в начале и особенно в конце продувки кислородом через шестисопловую фурму наблюдали значительное различие содержаний кислорода в металле в под фурменной и циркуляционной зонах, Следовательно, при значительной переокисленности металла в зоне поступления струи кислорода кислород сравнительно медленно распространяется в объеме ванны, возникает градиент его концентраций, что может привести к замедлению окисления углерода в ванне.
Аналогично изменяется и состав шлака в печи (наблюдается более высокое содержание оксидов железа и хрома в шлаке подфурменной зоны, особенно на заключительной стадии продувки). Это свидетельствует о недостаточно интенсивном перемешивании ванны 40 т печи в конце продувки при подаче кислорода шестисопловой сводовой фурмой.
На плавках с раздельной продувкой ванны кислородом через фурму и аргоном, вводимым в ванну футерованной трубкой через рабочее окно на заключительной стадии обезуглероживания, различие окисленности металла и шлака в подфурменной и циркуляционной зонах ванны незначительно, что свидетельствует об интенсивном перемешивании ванны в случае дополнительной продувки ее аргоном и хорошо согласуется с приведенными выше результатами моделирования процесса продувки и расчетов мощности перемешивания ванны.
Для изучения вопроса о возможности и целесообразности значительного увеличения расхода углеродистого феррохрома при выплавке коррозионностойкой стали провели серию плавок сталей 08Х18Н10Т-12Х18Н10Т в 100-т печи, изменяя содержание хрома в завалке от 14 до 17,5 % в результате увеличения расхода углеродистого феррохрома до 90 кг/т стали.
Обезуглероживание расплава на опытных плавках проводили двумя способами:
1) продувкой кислородом через сводовую фурму с интенсивностью 0,5 м3/(т-мин) или 1 м(т-мин);
2) продувкой кислородом через фурму с интенсивностью 0,5 м3/(тмин) и аргоном, вводимым в расплав трубкой через рабочее окно в течение последних 5—7 мин продувки с интенсивностью 0,10-0,15 м3/(т-мин).
Как показали результаты опытных плавок, увеличение содержания углерода в шихте по расплавлении вследствие повышения расхода углеродистого феррохрома приводит к возрастанию длительности продувки для обоих вариантов. Однако на плавках с продувкой ванны кислородом и аргоном длительность продувки меньше, чем на плавках с продувкой только кислородом, что вызвано увеличением скорости обезуглероживания в конце продувки. На плавках с продувкой ванны только кислородом увеличение содержания углерода и хрома в шихте приводило к некоторому увеличению угара хрома. Плавки с продувкой ванны кислородом и аргоном характеризовались примерно одинаковым угаром хрома за продувку независимо от содержания хрома и углерода в шихте.
Во всех случаях при использовании дополнительной продувки ванны аргоном наблюдали увеличение скорости обезуглероживания легированного расплава, уменьшение длительности заключительной стадии продувки на 4—6 мин в 40-т печи и 8—12 мин в 100-т печи, а также снижение температуры металла в конце продувки на 40-70°С.
На промышленных плавках коррозионностойких сталей с раздельной продувкой ванны кислородом и аргоном вследствие улучшения условий обезуглероживания расплава (интенсификация перемешивания, некоторое уменьшение парциального давления СО, увеличение реакционной поверхности) увеличилось отношение [Crj / [С] в конце продувки, повысилась скорость обезуглероживания расплава.
Как следует из приведенных ниже данных, продувка ванны кислородом и аргоном привела к уменьшению общей длительности продувки, снижению угара хрома во время продувки, несмотря на более высокое содержание его в расплаве, уменьшению на 40-50 % количества шлака периода продувки и содержания в нем оксидов хрома (Сг203) в среднем в 100-т печи с 31,9 до 25,8 % в конце продувки и с 10,8 до 7,3 % перед выпуском.
В результате плавки с продувкой ванны кислородом и аргоном характеризовались более высоким и стабильным усвоением хрома из шихты и уменьшением расхода рафинированного феррохрома. Несколько улучшилось качество готового металла, уменьшение количества шлака периода продувки при использовании продувки кислородом и аргоном создает возможность успешного применения одношлакового процесса.
В связи с трудностью глубокого обезуглероживания высокохромистого расплава в отечественной практике коррозионностойкие стали с содержанием 0,03—0,04 % С в значительных количествах выплавляют на свежей шихте в дуговых печах. Такая технология требует большого расхода свежих безуглеродистых легирующих материалов, что ограничивает производство низкоуглеродистых коррозионностойких сталей вследствие дефицита безуглеродистых легирующих материалов. Попытки организовать производство низкоуглеродистой коррозионностойкой стали на легированных отходах с обезуглероживанием расплава продувкой кислородом успеха не имели из-за большого угара хрома (5—6 % абс.) даже при сравнительно низкой концентрации хрома в шихте (8—9 %) и очень высокой температуре ванны в конце продувки (более 2000°С).
Печать

РЕКЛАМА

Видео металлургия

Счетчики