Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [ 14 ] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52

должно быть обращено на чистоту применяемых ферросплавов, а также интенсивность продувки ванны кислородом высокой степени чистоты.

В сталях с высоким содержанием хрома и марганца азот используется в качестве легирующего элемента. В этом случае особо важно обеспечить оптимальные условия ввода азота в металл. По данным И. Ф. Владимирова, предельно растворимое содержание азота в твердой хромоникелемаргаицевой стали с ванадием составит:

[NJnpcA = 0,0334 [Сг + 0,0143 [Мп] + 0,15 [V] -

- 0,0042 [№] -0,500.

Таким образом, необходимо, чтобы ожидаемое содержание азота в марке стали не превышало предела его растворимости в твердом металле, так как в противном случае в слитке образуются при кристаллизации газовые пузыри.

Растворимость азота в жидкой стали в реальных условиях плавки зависит от химического состава и температуры металла и может быть рассчитана по формуле Н. Ф. Владимирова:

[N] = 1,97 + 0,0325 [Сг + 0,021 [Мп] + 0,097 [V] -

- 0,0236 [№1- 1,425-10-Г,

где Г -температура металла, °С.

Отсюда вытекает необходимость ввода в металл азотированных ферросплавов после легирования ванны хромом, марганцем и ванадием, а также при низкой температуре. Температурный режим восстановительного периода п-лавки должен определяться заданной минимальной температурой выпуска металла, обеспечивающей удовлетворительную разливку. Применение перемешивания позволяет избежать существенного местного перегрева металла в зоне горения электрических дуг и соответственно уменьшить потери азота при легировании. Более полно особенности выплавки сталей, легированных азотом, рассмотрены ниже.

Наиболее подробно поведение неметаллических включений при выплавке различных типов нержавеющих сталей изучено и освещено в монографии М. И. Виноград [59]. При выплавке хромистых сталей установлена прямая связь между величиной оксидных включений и ко-

личеством и протяженностью волосовин. Исследования, Проведенные на заводе «Днепроспецсталь», показали, что для повышения чистоты стали по неметаллическим включениям (в основном хромитам) необходимо обеспечить снижение в металле содержания кислорода. Это достигается выплавкой стали на свежей шихте в печи с нехромированной подиной, использованием вакуумнро-

0,1 О

t-153

о о

о о

0.1, -

0,095

3 0,1,57

о,ойд

0.191

0.228

0.1 О

Пробы 1

о О

0.167

0.323

0.202

0.191

0,228

0/67

Пробт 1

0.056 0.067 0069 0.06

0,281,

О о I

Проба 1

Пробы 1 2 3

Рис. 23. Изменение общего количества и видов включений по ходу плавки стали X18H10T, выплавленной методом переплава отходов с кислородом: а - хромиты; б - силикатные включения: в -окислы титана; г - всего кислородных включений; б -сульфиды; е - нитриды титана. Пробы:

/ - после полного расплавления; 2 - после продувки кислородом; . 3- после 5 мин раскисления шлака; 1 - после 20 мин раскисления перед вводом феррохрома; 5 -перед присадкой ферротнтана; 6 - перед выпуском

ванного феррохрома с низким содержанием кремния (до 0,7%), Jдитeльным раскислением металла через шлаки умеренной температурой металла в период рафинировки, а также отливкой стали с применением аргона в слитки массой не более 1,0 т.

В стали типа Х18Н9 основным видом включений яв-1яются оксиды и силикаты, а также глобули и мелкие сульфидные включения (0,5 балла). В нержавеющей стати с титаном и ниобием основную массу включений составляют нитриды и карбонитриды титана и ниобия. Изменение общего количества и видов включений по хо-ху плавки стали Х18Н10Т, выплавленной по типовой гехнологин методом переплава отходов, приведено по данным [59] на рис. 23. Эти данные показывают, что кислородные включения по ходу плавки претерпевают

существенные изменения: первоначально образовавшиеся хромиты и силикаты железа переходят после дачи раскислительной смесн в стекловидные силикаты, которые частично удаляются из ванны. Оставшиеся стекла после присадки ферротитана переходят в окислы и силикаты титана.

Сульфидные включения мало изменяются но ходу плавки, но резко уменьшаются после введения ферротитана. Нитриды отсутствуют в течение всей плавки до присадки титана, когда образуется значительное количество нитридов титана, а при кристаллизации - сетка карбидов и карбонитридов титана.

Выше указывалось об отрицательном влиянии карбонитридных включений на качество стали. В последние годы для стали специального назначения (электрополи-роваииые, тонкостенные трубы, приборная сталь с высокой гидроплотностью) введены ограничения по содержанию оксидных, глобулярных и сульфидных включений. На[более надежным способом улучшения качества металла в этом случае является переплав в электрошлаковых и других печах (ВДП, ЭЛП, ПДП).

Прн выплавке стали тина Х23Н18 методом переплава отходов с кислородом пластические свойства металла при горячей деформации существенно зависят от технологических параметров.

Исследования М. И. Виноград показали, что насыщение металла монооксидом кремния из кремнезема шлака с образованием стекловидных включений резко снижает горячую пластичность стали. В связи с этим при выплавке подобных сталей чрезвычайно важно тщательно раскислять металл, иметь преимущественно глиноземистые включения, а также применять микролегиро-ванне стали бором и церием.

Глава VI

ВЫПЛАВКА Н1]РЖА1ЕЮ111ЕЙ СТАЛИ И 0СН01ШЫХ ДУГОПЬГХ ПЕЧЛХ

Кислотостойкая хромоннкелевая нержавеющая сталь типа XI8H10T является в настоящее время наиболее расиространенным в промышленности представителем группы иержавею1цих сталей.

В задачу настоящей главы входит не только дать они-сание различных методов выплавки, но и показать, как в ряде случаев одна технология вытеснялась другой, более совершенной, и как воздействовал технический прогресс в выплавке стали вообще на усовершенствование технологии производства этой марки и улучшение ее качества.

Массовую выплавку нержавеющей стали производят как правило, в специализированных цехах на закрепленных за этой маркой электропечах. Естественно, что техническая вооруженность, обеспечение исходными материалами и методы выплавки сталн на разных заводах имели различия, особенно в первый период освоения.

1. ВЫП.Т1.\ВКА НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛН 1Х18Н9Т МЕТОДОМ ПОЛНОГО ОКИСЛЕНИЯ

Первоначальный технологический процесс выплавки , стали 1Х18Н9Т был аналогичен процессу плавок прочих легированных марок сталей. Он предусматривал проведение полного окисления примесей и рафинирования ванны под белым шлаком. Основные пoлoлveння этой технологии были разработаны в довоенное время для плавки сталн в небольших печах (5-6-г). Шихту составляли из чистого углеродистого лома, никеля и передельного чугуна из расчета получения в первой пробе 0.7- 0,8% С, 0,6-0,7% Мп и 13,0-14,0% Ni. Окислительный период проводили до получения в металле не более 0,04-0,05 %Хг-Носле чего шлак начисто скачивали. Содержание марганца в процессе кипения ванны поддер-л\ивалось не менее 0,20% систематическими присадками ферромарганца. Общая продолжительность окислительного периода составляла около 2 ч. После скачивания шлака давали металлический марганец, сухой речной песок для образования под электродами тонкой пленки шлака для предохранения металла от науглероживания, а затем известь и плавиковый шпат. Через 8-10 мин от включения печи давали около I кг/т А1, после чего в течение 30-40 мин жидконодвижный шлак раскисляли молотым 75%-ным ферросилицием до получения спокойного металла. Кокс в период рафинирования не давали. Безуглеродистый феррохром марки ФХ 005 присаживали в несколько приемов в хорошо нагретый металл. Расплавление феррохрома длилось 1,5-2 ч. После расплавления феррохрома продолжали раскисление ванны мода

лотым ферросилицием до получения светлого рассыпающегося в порошок шлака.

После нагрева металла до необходимой температуры за 20-25 мин до выпуска присаживали ферротитан, после расплавления которого плавку выпускали. Период рафинирования продолжался 3,5-4 ч. Основным недостатком этого метода была необходимость сильного нагрева металла перед присадкой феррохрома, а затем продолжительное плавление его и вновь нагревание ванны до необходимой при выпуске температуры. Это приводило к сильному износу футеровки печи и особенно свода, который в то время выкладывался только нз динасового кирпича и на плавке сильно оплавлялся.

Оплавление свода сказывалось на шлаках, они становились кислыми, что требовало больших присадок извести. Образовывалось большое количество шлака, что в свою очередь затягивало расплавление феррохрома и расстраивало нормальный ход рафинирования.

Чрезмерно большое количество присаживаемой во время рафинирования извести способствовало поглощению металлом водорода. В результате сталь получалась насыщенной газом, слитки были свищеватыми и не всегда могли быть пригодными для дальнейшего передела Были случаи, когда на плавке происходило проедание металлом подины или откосов и печь аварийно выходила нз строя. Вследствие этих недостатков выплавка стали 1Х18Н9Т (с 1962 г 1Х18Н10Т по ГОСТу 5632-61) с полным окислением не нашла широкого распространения

2. ВЫПЛАВКА НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ МЕТОДОМ ЧАСТИЧНОГО ОКИСЛЕНИЯ

Желание избежать длительного периода окисления привело к разработке метода частичного окисления. Сущность метода состоит в изготовлении низкоуглеродистого мягкого железа в самой электропечи в процессе плавки. Для этого в качестве шихты использовали низкоуглеро-днстое железо, содержащее 0,10-0,15% С.

Завалку начинали с загрузкой на подину извести (1,5-2% от массы шихты), поверх которой заваливали никель и шихтовое углеродистое железо.

За 15-20 мин до полного расплавления давали порцию железной руды (1,5-2% от массы шихты) и отбирали пробу металла на углерод. После полного расплав-

ления давали еще одну-двё порции руды в зависимости от содержания углерода. По достижении содержания 0,03-0,04% С окислительный шлак скачивали начисто. Далее плавку вели под глиноземистым или известковым шлаком. Выбор характера шлака зависел от содержания серы в исходной шихте и от требований к содержанию серы в готовой стали. Металл раскисляли 75%-иым ферросилицием через 25-30 мин от начала рафинирования. 3 хорошо нагретый и раскисленный металл давали подогретый до 800-900° С феррохром марки ФХ005 в два-три приема. Через 1 - 1,5 ч от конца дачи феррохрома при достижении нужной температуры скачивали около 75% шлака и вводили ферротитан, который топили ломами. После дачи титана через 15-20 мин плавку выпускали. Средняя продолжительность плавки составляла 6 ч.

Метод частичного окисления давал возможность получать нержавеющую сталь в 95% всех плавок с содержанием углерода в готовом металле не выше 0,12%. Металл получался вполне удовлетворительного качества. Угар хрома был минимальным и составлял всего 2-4%.

В качестве примера выплавки нержавеющей стали методом частичного окисления приведем хронометраж плавки в ЗО-т электропечи: у

Состав шихты, кг:

мягкое железо никель . . .

17 200 2 800

Итого

20 000

Состояние футеровки печи удовлетворительное. Свод динасовый. На гюдипу дано 500 кг извести.

16 ч 25 -включен ток на 160 в, мощность 4200 кет. 16 ч 35 ли« - напряжение переключено на 240 в, мощность 7000 кет. 18 ч 15 ли« -начало присадки железной руды, всего присажено 450 кг.

18 ч 30 мин -взята проба 1 : 0,05% С.

!8 ч 40 ли« -ванна расплавилась полностью, дано 500 кг руды.

18 ч 50 .««« - взята проба 2:0,04"/о С; Мп -следы; 0,011»/о Р;

0,020% S; 14,70% Ni.

19 ч 00 лш« - подкачали шлак. Напряжение понижено до 160 о,

мощность 4200 кет. 19 ч 15 жи« - скачали шлак начисто.

19 ч 20 ли« -дано 70 кг плавикового шпата, 200 кг шамотного боя, 48 кг молотого 757о-ного ферросилиция и 150 кг малоуглеродистого ферромарганца.

19 ч 35 взята проба 3: 0,05% С; 0,27% Мп; 14,62% Ni.