Таблица 6 – Плавки с завышенным содержанием азота в маркировочной пробе
| Период | Всего плавок в ДСП №2, шт | в том числе с регламентированной массовой долей азота не более 0,010 % | плавки с высокой массовой долей азота | ||
| шт | % | шт | % | ||
| Январь 2008 | 713 | 15 | 2,1 | 9 | 1,3 |
| Февраль 2008 | 457 | 20 | 4,4 | 3 | 0,7 |
| Март 2008 | 723 | 26 | 3,6 | 28 | 3,9 |
| Апрель 2008 | 745 | 136 | 18,3 | 22 | 2,9 |
Для наведения шлака в процессе выплавки стали в ДСП №2 часть шлакообразующих материалов загружается в загрузочную бадью с металлошихтой, другая часть – отдается в печь по ходу плавки через свод [18]. В качестве шлакообразующих материалов загружаемых в бадью с металлоломом применяются известь и известняк с расходом от 2,0 до 5,0 т на плавку. В ДСП по ходу плавки (в зависимости от расхода шлакообразующих в завалку) загружается известь массой 1,0-4,0 т. Использование известняка в завалку с металлошихтой позволяет за более короткий срок образовать в печи защитный слой жидкоподвижного шлака, что благоприятно сказывается на процессе дефосфорации металла, защите от насыщения азотом и снижает потери тепла от зеркала металла. Поэтому по действующей технологии допускается в завалку вместо извести использовать известняк.
Для определения оптимального (с точки зрения продолжительности плавки, расхода электроэнергии, содержания азота и фосфора в стали) расхода шлакообразующих материалов в завалку с металлошихтой и в печь по ходу плавки был проведен анализ технологических параметров плавок выплавленных в ДСП №2 с различным расходом извести и известняка на плавку [20]. Результаты анализа приведены в таблице 7.
Оптимизация режима шлакообразования представляет наибольший интерес в части повышения стабильности получения заданного содержания азота. Как видно из таблицы 7, наиболее оптимальным вариантом технологии шлакообразования для получения стали с массовой долей азота не более 0,010 %, является следующий:
- в завалку – 2,0 т известняка;
- в ДСП (по ходу плавки) – 3,0-3,5 т извести.
На плавках выплавленных по данному варианту шлакообразования доля плавок с массовой долей азота не более 0,010 % составила:
- при использовании в завалке 2,0 т извести – 69 %;
- при использовании в завалке 2,0 т известняка – 78 %.
| Расход в завалку, т | Кол-во плавок, шт | Расход извести в ДСП, кг | Содержание, % | Доля плавок с содержанием азота в маркир. пробе, % | |||
| Известь | Известняк | N марк | N ков | 0,010 и менее | 0,011 и более | ||
| 0 | 0 | 23 | 3874 | 0,010 | 0,010 | 43 | 57 |
| 2 | 0 | 401 | 3035 | 0,009 | 0,008 | 78 | 22 |
| 3 | 0 | 461 | 2436 | 0,010 | 0,009 | 69 | 31 |
| 4 | 0 | 39 | 1290 | 0,010 | н.д. | 67 | 33 |
| 5 | 0 | 190 | 937 | 0,010 | 0,009 | 64 | 36 |
| 0 | 0 | 23 | 3874 | 0,010 | 0,010 | 43 | 57 |
| 0 | 2 | 54 | 3211 | 0,009 | 0,009 | 69 | 31 |
| 0 | 3 | 63 | 2599 | 0,010 | 0,009 | 60 | 40 |
| 0 | 5 | 14 | 1067 | 0,010 | н.д. | 71 | 29 |
Рассмотрим другую, не менее важную проблему – прирост содержания азота в стали по ходу разливки на МНЛЗ №1 и МНЛЗ №2. Основной причиной получения плавок с завышенным содержанием азота при использовании технического кислорода является прирост содержания азота при разливке на МНЛЗ из-за неудовлетворительной защиты металла от контакта с воздухом. Несмотря на то, что имеющаяся на МНЛЗ система защиты разливаемой стали должна обеспечивать прирост содержания азота не более 0,001%, на практике получен прирост содержания азота от 0 до 0,004%.
Наличие такого значительного прироста содержания азота на МНЛЗ зачастую приводит к получению беззаказной продукции. Для выявления факторов влияющих на величину прироста содержания азота во время разливки и выработки конкретных рекомендаций по снижению прироста азота в период 20.10-05.11.2008 была проведена под контролем ЦЛК разливка трех серий плавок [21].
На подконтрольных плавках производили дополнительный отбор проб металла из сталеразливочного ковша во время доводки металла на УКП и из промежуточного ковша во время разливки металла на МНЛЗ, а также производили контроль основных технологических параметров производства стали в ЭСПЦ.
При разливке стали на МНЛЗ-2 расход аргона на защитную трубу установили равным 4-5 м3/ч, также контролировали состояние поверхности металла в промежуточном ковше (накрытие металла ТИС без появления «красных» пятен). При отсутствии расходомера аргона на защитную трубу на МНЛЗ-1 расход аргона устанавливали визуально, до появления бурления металла в промежуточном ковше. Прирост содержания азота на МНЛЗ определяли как разницу между содержанием азота в последней пробе на УКП и маркировочной пробе металла. В таблицах 8-10 представлены данные о содержании в металле азота на проведенных плавках, а также величина прироста содержания азота в стали по ходу разливки.
Таблица 8 – Содержание азота в стали марки К60 по ходу производства стали в ЭСПЦ (МНЛЗ-2)
| Номер плавки | Плавка всерии | Содержание азота в металле, % | |||
| [N]первая ковшевая проба | [N]последняя ковшевая проба | [N] маркировочная проба | Прирост азота на МНЛЗ | ||
| Z86677 | 1 | 0,006 | 0,006 | 0 | |
| Z86678 | 2 | 0,006 | 0,007 | 0,007 | 0 |
| Z86679 | 3 | 0,007 | 0,007 | 0,009 | 0,002 |
| Z86680 | 4 | 0,006 | 0,006 | 0,008 | 0,002 |
| Z86681 | 5 | 0,006 | 0,006 | 0,008 | 0,002 |
Таблица 9 – Содержание азота в стали марки 12Г2СБ по ходу производства стали в ЭСПЦ (МНЛЗ-2)
| Номер плавки | Плавка в серии | Содержание азота в металле, % | ||
| [N] последняя ковшевая проба | [N] маркировочнаяпроба | Прирост азота на МНЛЗ | ||
| Z86767 | 1 | 0,006 | 0,006 | 0 |
| Z86768 | 2 | 0,006 | 0,006 | 0 |
| Z86769 | 3 | 0,007 | 0,008 | 0,001 |
| Z86766 | 4 | 0,008 | 0,009 | 0,001 |
| Z86770 | 5 | 0,006 | 0,007 | 0,001 |
| Z86771 | 6 | 0,006 | 0,008 | 0,002 |
Таблица 10 – Содержание азота в стали марки 5сп по ходу производства стали в ЭСПЦ (МНЛЗ-2)
| Номер плавки | Плавка в серии | Содержание азота в металле, % | ||
| [N] последняя ковшевая проба | [N] маркировочнаяпроба | Прирост азота на МНЛЗ | ||
| V82296 | 1 | 0,014 | 0,014 | 0 |
| V82297 | 2 | 0,011 | 0,011 | 0 |
| V82298 | 3 | 0,010 | 0,012 | 0,002 |
| V82299 | 4 | 0,008 | 0,012 | 0,004 |
Из представленных данных видно, что основной прирост азота на плавках наблюдается при разливке металла на МНЛЗ и составляет от 0 до 0,004%. При обработке стали на УКП прирост содержания азота не превышает 0,001%. Следует отметить, что на первых двух плавках трех опытных серий прироста содержания азота в металле не происходит, на последующих плавках наблюдается прирост содержания азота от 0,001% до 0,004%. Отсутствие прироста содержания азота на первых двух плавках обусловлено тем, что место соединения защитной трубы и стакана-коллектора чистое (без брызг и остатков металла) и их соединение полностью герметично.
Было установлено, что при разливке плавок с приростом содержания азота наблюдается бурление металла в промежуточном ковше, что свидетельствует о затягивании аргона, а с ним и воздуха, в защитную трубу. Это происходит из-за негерметичного крепления защитной трубы к стакану-коллектору стальковша. После окончания разливки металла из сталеразливочного ковша производят снятие трубы и ее очистку кислородом от остатков металла. Неполная очистка трубы от остатков подмерзшего металла и (или) попадание брызг металла на «юбку» защитной трубы при обработке кислородом, приводит к невозможности установки защитной трубы на стакан-коллектор без образования зазоров. Это приводит к нарушению герметичности стыка трубы со стаканом-коллектором, затягиванию в защитную трубу аргона и воздуха и как следствие – повышение содержания азота в стали.
Для снижения разбрызгивания металла при очистке защитной трубы кислородом рекомендуется сначала очистку производить с минимальным расходом кислорода.
Чтобы наглядно показать все выше изложенные аспекты, рассмотрим производство марки 08ГБФ-У класса прочности К60 по ТУ 14-1-5521-2005г «прокат толстолистовой для электросварных труб класса прочности К52-К60 диаметром 530-1220 мм повышенной эксплуатационной надежности» с учетом выше изложенных выводов и рекомендаций.
Марка 08ГБФ-У–выбрана как наиболее перспективная и конкурентоспособная, требующая наиболее жестких условий внепечной обработки металла и использования дорогих ферросплавов. Химический состав указан в таблице 11 [22].
Таблица 11 - Химический состав марки 08ГБФ-У
| Содержание, % | ||||||||||||
| С | Si | Mn | V | Nb | Al | Ti | Не более | |||||
| Cu | Cr | Ni | S | P | N | |||||||
| 0,080,10 | 0,160,35 | 1,01,1 | 0,050,06 | 0,020,08 | 0,020,05 | 0,010,035 | 0,20 | 0,20 | 0,20 | 0,002 | 0,012 | 0,009 |
| Примечания1 Сталь для листов должна быть раскислена алюминием с учетом его остаточной массовой доли в готовом прокате 0,02-0,05%, дополнительно модифицирована титаном и кальцием, массовая доля которых должна быть 0,01-0,035% и 0,001-0,005% соответственно.2 В стали допускается остаточная массовая доля хрома, никеля и меди не более 0,3% каждого, при этом их суммарная массовая доля не должна превышать 0,6%. | ||||||||||||
Химический состав используемых ферросплавов приведен в таблице 12.