Обработка металла под давлением (стр. 11 из 15)

Вводимый в металл алюминий расходуется на раскисление, легирование и угар. При определении количества алюминия, расходуемого на раскисление, считали, что образуются неметаллические включения стехиометрического состава, и расчёт проводили по изменению содержания растворённого в металле кислорода. Содержание кислорода определяли по величине измеренной его активности α[о] и табличных значений коэффициента активности f[o] в расплаве данного состава.

Количество алюминия, расходуемого на раскисление (qp, кг/т) представили в виде следующего уравнения:

qp= 11,25(α_[о]н/f_[_o_]н - α_[_o_]_k/f_[_o_]_k),(2)

где α_[_o_]н-активность кислорода до раскисления, определяемая по измерению э.д.с. и температуры; α_[о]к-активность кислорода после раскисления.

Известно, что количество алюминия, пошедшее на легирование (qл, кг/т) пропорционально его общему содержанию в стали после обработки в ковше:

qл=10[AL](3)

Остальное количество алюминия (qу, кг/т), расходуемое на взаимодействие со шлаком, атмосферой и футеровкой ковша, составляет:

(4)

Учитывая, что общий расход алюминия равен сумме q_л, qp и qу, и объединяя ypaвнения (2), (3) и (4), получим выражение для удельного расхода алюминия на плавку (кг/т):

(5)

Окончательные значения коэффициентов при изменяемых параметрах в этом уравнении были получены путём стандартного регрессионного анализа результатов опытных плавок, что позволило статистически учесть действие других технологических факторов.

Расход алюминия на плавку (кг):

GAL= qGст. (6)

где Gст - масса жидкой стали в ковше, тн.

Для прогноза содержания алюминия в стали после раскисления, усреднительной продувки и выдержки получили зависимость:

(7)

где q - расход алюминия на плавку, кг/т.

Таким образом, математическая модель позволила рассчитать теоретически необходимое количество гранулированного алюминия для раскисления при остаточной концентрации его в стали 0,03-0,04 % с целью обеспечения штампуемости холоднокатаных листов. На практике расход алюминия должен быть несколько больше. Для обеспечения достижения равновесия в системе FeO-AL2О3 и обеспечения оптимальной остаточной концентрации алюминия необходимо 0,650-0,750 кг/т расплава.

Нами представлена сравнительная оценка эффективности разных способов раскисления, а также приведены результаты экспериментальных исследований по разработке технологии раскисления стали с остаточной концентрацией алюминия в металле 0,03-0,04 %.

С помощью математической модели было определено теоретически необходимое количество алюминия, вводимого в сталь, для получения его концентрации 0,03-0,04% при различных способах раскисления. Установлено, что при вводе алюминия в виде гранул фракции 7-15 мм расход алюминия минимален и составляет 0,7 кг/т стали.

Экспериментально проводилось исследование ввода алюминия различного фракционного состава при раскислении стали во время выпуска металла из плавильного агрегата: I - куски размером 40-60 мм; II - фракции размером 0,5-3,0 мм; III - гранулы фракции 7-15 мм. Удельный расход алюминия во всех случаях составлял 0,7 кг/т стали.

Результаты исследования показали (табл. 13), что в первом варианте ввода алюминия разброс концентрации алюминия в готовом металле составлял 0,004-0,065 % (с менее 0,03 % [AL] - 56 % плавок; с более 0,04 % [AL] - 8 % плавок и только на 36 % плавок получено оптимальное остаточное содержание 0,03-0,04 % [AL]). При этом способе алюминий ошлаковывался, окислялся за счёт воздуха и шлака, поэтому среднее его усвоение по всем плавкам первого варианта составило всего 19 %.

Таблица 13

Количество плавок с остаточной концентрацией алюминия в готовой стали

Вариант	Количествоплавок	Остаточная концентрация алюминия, %			Среднеезначение, %
Вариант	Количествоплавок	менее 0,03	0,03-0,04	более 0,04	Среднеезначение, %
I	25	14	9	2	19
II	25	15	10	-	21
III	25	1	22	2	36

Исследование по второму варианту раскисления стали показало, что остаточная концентрация алюминия в готовой стали менее 0,03 % [AL] получилась на 60 % плавок; концентрация более 0,04 % [AL] не была достигнута. Оптимальное остаточное содержание алюминия 0,03-0,04 % [AL] -на 40 % плавок. Среднее усвоение алюминия на плавках второго варианта составило 21 %. Применение алюминия в виде фракции 0,5-3,0 мм сопровождается большим выгоранием вводимого раскислителя во время ввода его в ковш в период выпуска металла изпечи, в результате чего значительная его часть не поступает в реакционную зону взаимодействия алюминия с растворённым кислородом. Поэтому и усвоение активного элемента составляет 21 %. Остаточное содержание алюминия в готовом металле составило 0,002-0,034 %.

Результаты исследования по третьему варианту ввода алюминия при раскислении стали показали, что остаточное содержание алюминия в готовом металле колебалось в пределах 0,027-0,041 % (с менее 0,03 % [AL] - 4 % плавок; с более 0,04 % [AL] - 8 % плавок, с оптимальным остаточным содержанием 0,03-0,04 % [AL] - 88 % плавок). Среднее усвоение алюминия по всем плавкам третьего варианта составило 36 %.

Анализ проб металла, отобранных по ходу разливки установил разницу в содержании алюминия первых и последних проб на плавках первого варианта - в 2-3 раза; второго варианта - на 20-25 %; третьего варианта - на 7-16 %.

Результаты экспериментальных исследований различных методов раскисления стали подтвердили выводы, полученные с помощью математической модели, о том, что применение гранулированного алюминия фракции 7-15 мм приводит к повышению усвоения дорогостоящего металла до 36 % по сравнению с традиционным вводом, когда среднее усвоение составляет 15-20 %. Такое повышение объясняется увеличением контактной поверхности реакции активного элемента (алюминия) как раскислителя с кислородом, находящемся в металле. Контактная поверхность гранул, по сравнению с традиционно вводимой чушкой, такого же объёма больше в 6000 раз, вследствие чего значительно увеличивается скорость реакции взаимодействия алюминия с кислородом стали, и повышается его усвоение. Меньший расход на побочные реакции позволяет снизить расход дорогостоящего металла (алюминия) с одновременным повышением качества готовой продукции, что приводит к значительному экономическому эффекту.

Таким образом, по результатам расчетов и экспериментов определены технологические режимы раскисления стати гранулированным алюминием при
внепечной обработке расплава: количество 0,7 кг/т стали, фракция гранулированного алюминия 7-15 мм.

В исследованиях представлены результаты применения гранулированного алюминия при раскислении конструкционной высококачественной стали. Было выплавлено 80 плавок стали марки 08Ю.

Для подтверждения более высокой эффективности предложенной технологии (критерием являлась степень десульфурации) исследовали различные варианты присадки алюминия в металл на выпуске из конвертера. В I варианте в металл присаживали чушковый алюминий в количестве 1,49 кг/т стали. В варианте II присаживали алюминий кусковой в количестве 1,88 кг/т стали. В варианте III присаживали алюминий гранулированный фракцией 7-15 мм в количестве 0,75 кг/т стали.

Оптимальным явился 3 вариант, на котором была получена наибольшая степень десульфурации - в среднем 21,2 %., тогда как в первом и втором вариантах соответственно 9,5 и 10,7 % соответственно. Кроме того, он был более технологичным, чем вариант 1, так как присаживаемая порция алюминия в конце выпуска гарантированно исключала вскипание металла. В третьем варианте была достигнута степень десульфурации в два раза большая, чем в первом и втором вариантах.

Это объясняется тем, что, как показали расчеты, вводимая порция гранулированного алюминия растворялась практически сразу же после введения её в металл, что создавало благоприятные условия для десульфурации при выпуске металла из конвертера. Кроме того, здесь использовалась энергия перемешивания струи. Во втором варианте кусковой алюминий полностью растворялся только после перемешивания на УДМ, и в соответствии с физической моделью, кинетические условия для всплытия сульфидных включений были значительно хуже.