Наукові конференції, Научные конференции » Питання сучасної науки і освіти (18-20.07.2013) » Синегін Є. В., Молчанов Л. С., д. т. н., Бойченко Б. М., д. т. н., Нізяєв К. Г., к. т. н., Стоянов О. М., к. т. н., Герасименко В. Г. ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ВИРОБНИЦТВА СТАЛЕВИХ ЗЛИВКІВ З ВИСОКИМ РІВНЕМ СЛУЖБОВИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ

Синегін Є. В., Молчанов Л. С., д. т. н., Бойченко Б. М., д. т. н., Нізяєв К. Г., к. т. н., Стоянов О. М., к. т. н., Герасименко В. Г. ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ВИРОБНИЦТВА СТАЛЕВИХ ЗЛИВКІВ З ВИСОКИМ РІВНЕМ СЛУЖБОВИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ

Категорія: Питання сучасної науки і освіти (18-20.07.2013), Технічні науки

Синегін Є. В., Молчанов Л. С., д. т. н., Бойченко Б. М., д. т. н., Нізяєв К. Г., к. т. н., Стоянов О. М., к. т. н., Герасименко В. Г.

Національна металургійна академія України

 

ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ВИРОБНИЦТВА СТАЛЕВИХ ЗЛИВКІВ З ВИСОКИМ РІВНЕМ СЛУЖБОВИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ

 

У третьому тисячолітті основним конструкційним матеріалом для промисловості залишається залізо та сплави на його основі. Найбільш поширеним серед них є сталь. Щорічно вводяться в дію нові світові стандарти якості в зв’язку з підвищенням вимог до службових властивостей сталевих виробів, що безпосередньо відображається на технологічних особливостях їх виробництва.

Сучасна технологія виробництва якісних сталей передбачає проведення комплексних заходів з підготовки металургійної сировини, виплавлення необхідної марки сталі у плавильному агрегаті, застосування заходів з позапічної обробки сталі (вакуумацію та обробку на установках ківш-піч), розливки сталі на машинах безперервного лиття заготівок (МБЛЗ) [1]. До найбільш значимих дефектів сталевого зливку, які спостерігаються у сучасних умовах, можна віднести хімічну та структурну неоднорідність.

Серед усіх шкідливих для якості металопродукції домішок найбільш небезпечною є сірка. Викликано це тим, що її видалення у плавильному агрегаті пов’язано з великими труднощами через відсутність термодинамічних умов (значний вміст оксиду заліза у пічному шлаці і кисню в металі, порівняно високі температури металевого розплаву тощо). Тому у світовій практиці видалення сірки зі сталі виноситься з плавильного агрегату безпосередньо до технологій позапічної обробки сталі. Проте при виробництві високоякісних марок сталі, з вмістом сірки менше 0,003 %, дані технології є мало дієвими та пов’язані зі значними ресурсо та енерговитратами [2]. У цьому випадку обов’язковим є застосування технологій з підготовки металургійної сировини, а саме позапічної десульфурації рідкого чавуну.

На сучасному етапі розвитку методів позапічної десульфурації чавуну розроблена значна кількість різноманітних технологій, проте найбільш дієвими з них є ті, що базуються на використанні активних реагентів (серед яких найбільше поширення отримав металевий магній [3]). Найбільш раціональними способами його введення у рідкий чавун є інжекція гранульованого магнію у потоці природного газу [4] та обробка магнієм відновленим з оксиду безпосередньо у об’ємі рідкого металевого розплаву за рахунок теплоти електричної дуги [5]. До суттєвих недоліків зазначених вище технологій можна віднести використання значної кількості допоміжного устаткування та значні витрати електроенергії.

Співробітниками кафедри металургії сталі Національної металургійної академії України розроблена технологія позаагрегатної десульфурації рідкого чавуна, яка відрізняється від попередніх високою ефективністю, простотою та енергоощадністю. Це досягається за рахунок введення екзотермічної суміші безпосередньо у об’єм рідкого металевого розплаву, що супроводжується відновленням оксиду магнію за рахунок тепла суміжних хімічних реакцій. У промисловому виконанні дана технологія реалізується за рахунок введення брикетів з екзотермічної суміші, що містить оксиди заліза, магнію та кальцію і металевий алюміній у кількості 1,5 – 2,0 кг / т рідкого чавуна. При застосуванні даної технології досягається ступінь десульфурації 78 – 85 %, що підтверджує ефективність розробленої технології у порівнянні з найліпшими існуючими [6].

Іншою вадою сталевого зливку є структурна неоднорідність, яка викликана неоднорідністю кристалічних структур через нерівномірну швидкість кристалізації у різних частинах зливку. Виникнення кристалічних структур з різним розміром зерен у різних частинах відливки призводить до виникнення напружень та у значній мірі погіршує механічні властивості зливка.

Для остаточного усунення хімічної та структурної неоднорідності розроблені технології обробки рідкої сталі в предкрісталлізаціонний період. До основних завдань цього методу слід віднести створення термодинамічних і теплофізичних умов, що сприяють формуванню металу з високою хімічною та структурної однорідністю. Найчастіше подібний вплив здійснюється в промковші, кристалізаторі або зоні вторинного охолодження машин безперервного лиття заготовок. З часу освоєння процесу безперервного розливання сталі розроблено широкий спектр методів і технологій впливу.

Існуючі технології обробки рідкої сталі в передкристалізаційний період можна класифікувати наступним чином: 1) інтенсифікація і зміна характеру циркуляції потоків в рідкій фазі; 2) руйнування фронту кристалізації концентрованими джерелами енергії; 3) інтенсифікація теплообміну рідкої фази з зовнішнім середовищем через тверду кірку; 4) введення в сталь інокуляторов.

Основними завданнями інтенсифікації та зміни характеру циркуляції потоків в рідкій фазі є гомогенізація сталевого розплаву, усереднення його температури, підвищення ефективності асиміляції неметалевих включень шлаковою фазою. Додатково може відбуватися подрібнення структури металу за рахунок об'ємної кристалізації, ініційованої уламками дендритів, які сколюються потоками розплаву з поверхні фронту кристалізації. До даного типу технологій відносять пульсаційну обробку розплаву [7] та електромагнітну [8,9].

Руйнування фронту кристалізації концентрованими джерелами енергії спрямовано, здебільшого, на руйнування гілок зростаючих дендритів шляхом наведення на заготовку, що кристалізується, коливань різної частоти й амплітуди. Так, обробка сталі ультразвуком призводить до зменшення розмірів зерен, протидіє винекнинню стовпчастих кристалів [10]. Застосування вібраційної обробки дозволяє досягти подрібнення зерен, забезпечує рівномірний розподіл неметалевих включень та істотно зменшує пористість [11,12]. Процес електрогідроімпульсного впливу на розплав характеризується високими енергетичними показниками (до 150 кДж в імпульсі), істотно зменшує осьову пористість і дозволяє знизити довжину рідкої фази на 11% при відносно невеликих енергетичних витрат, що забезпечує можливість обробки великої маси металу [13].

Можливості інтенсифікації теплообміну рідкої фази з зовнішнім середовищем через тверду кірку обмежуються теплофізичними властивостями та міцністю останньої. Зважаючи на це, дослідники обмежили чисельність технологій даного виду всього лише двома. Перша з них, що заснована на ефекті Пельтьє, дозволяє дещо прискорити процес тверднення заготовки [14]. Другим методом інтенсифікації теплообміну є збільшення витрати охолоджувача, яке здійснюється шляхом зрошення поверхні сляба великою кількістю води в перших секціях зони вторинного охолодження з метою зменшення температури поверхні до 700 °С і нижче та витримці її в цьому діапазоні. Цей метод дозволяє здійснювати безперервне розливання низьковуглецевих та інших проблемних марок сталей, а також підвищує продуктивність МБЛЗ при розливанні рядових марок сталі [15].

Введення в сталь інокуляторов або пізнє модифікування має на меті зміну структури заготовки та модифікування неметалевих включень, що дозволяє істотно підвищити механічні властивості литого металу. За характером впливу на металевий розплав інокулятори класифікують на 4 групи: фрігатори (охолоджувачі), модифікатори (домішки, що подрібнюють і модифікують структуру), лігатори (взаємодіють з компонентами розплаву, утворюючи нові форми) і армуючі інокулятори [16].

На сьогоднішній день існує широке розмаїття способів введення інокуляторов в рідку сталь в передкристалізаційний період [16]. Найбільш ефективним є введення дисперсних інокуляторов в рідку сталь через порожнистий стопор промковша в струмені газу-носія [17].

Технологія з введення інокуляторів має комплексну дію на процес безперервного розливання, забезпечую модифікування структури, об'ємну кристалізацію та гальмування струменя металу на виході з погружного стакану.

Таким чином визначено, що найбільш перспективною технологією позапічної десульфурації рідкого чавуну є обробка магнієм, що відновлено з оксиду безпосередньо у об’ємі рідкого розплаву за рахунок тепла суміжних хімічних реакцій, яка відрізняється високою ефективністю та простотою виконання. Серед технологій з обробки рідкої сталі в передкристалізаційний період найбільш перспективною є використання інокуляторів. Суміжне використання двох вищезазначених технологій на металургійному підприємстві дозволить виробляти високоякісні сталеві зливки, що відрізняються низьким ступенем хімічної та структурної неоднорідності.

Література:

1. Чернега Д.Ф., Богушевський В.С., Готвянський Ю.Я. Основи металургійного виробництва металів і сплавів: підруч. – К.: Вища школа, 2006. – 503с.

2. Величко О.Г., Бойченко Б.М., Стоянов О.М. Технології підвищення якості сталі: підруч. – Дніпропетровськ: Системні технології, 2009. – 234 с.

3. Выбор рациональной технологии внепечной десульфурации чугуна в условиях современного металлургического производства / Шевченко А.Ф., Двоскин Б.В., Быков Л.В. и др. // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1999. - № 5. - С. 23 – 27.

4. Рациональная технология десульфурации чугуна гранулированным магнием в большегрузных заливочных ковшах / А.Ф. Шевченко, Б.В. Двоскин, А.С. Вергун и др. // Бюллетень Института ”Черметинформация”. – 2001. – №1. – С. 12 – 14.

5. Технология обработки железоуглеродистого расплава погруженной электродугой / К.Г. Низяев, В.И. Пищида, А.В. Шибко и др. // Металл и литье Украины. - 2002. - №3 - 4. - С. 27 - 29.

6. К вопросу о десульфурации чугуна магнезитосодержащими брикетами / Л.С. Молчанов, К.Г. Низяев, Б.М. Бойченко и др. // Бюллетень НТИЭИ “Чёрная металлургия”. – 2012. - №12. – С. 47 – 49.

7. Гидродинамика жидкой фазы непрерывнолитого слитка при пульсационной обработке / Шиш Ю.И., Борисов Ю.Н., Бродский С.С., Рубин Л.В. и др. // Сталь. – 1995.– №3.– С. 22-26.

8. Дюдкин Д.А. Улучшение макроструктуры литого металла путём электрофизического воздействия на расплав. // Сталь.– 1998.– №8.– С. 28-30.

9. Effect of electromagnetic stirring at the final stage of solidification of continuous casting strand / Mizukai H., Komatsu M., Kitagau T., Kawakami K. // Tetsu-to-Hagane.– 1984.– V.70.– №2.– P. 194 - 200.

10. Применение ультразвука при непрерывной разливке стали / А.И. Манохин, Р.А. Уразаев, В.Е. Гращенков и др. // Непрерывная разливка стали: Сб. науч. тр.– К., 1973.– №1.– С 52 - 55.

11. Эльдарханов А.С. О механизме влияния вибрации на кристаллизующийся расплав // Сталь.– 1997.– №12.– С. 18 - 20.

12. Вибрационная обработка затвердевающей стали / Эльдарханов А.С., Ефимов В.А., Баталов М.А. // Сталь.– 1997.– №9.– С. 18 - 21.

13. Формирование непрерывнолитой заготовки при электрогидроимпульсном воздействии / Герасименко В.Г., Синегин Е.В. Чмырков К.Ф. и др. // Металлургическая и горнорудная промышленность.– 2012.– №7.– С. 124 - 126.

14. Трахтенберг Б.Ф., Якубович Е.А., Каверин С.Г., Гецелев З.Н., Черепок Г.В., Бабурин Г.Н. Способ обработки кристаллизующегося металла. А.с. CCCР №597494 от 10.11.1976 г. B 22 D 11/00. 3с.

15. Ю. Фрик, Р. Бойль. Новые системы и технологии втоичного охлаждения в слябовых машинах непрерывной разливки стали // 50 лет непрерывной разливке стали в Украине: Сб. науч. тр.: под ред. Дюдкина Д.А., Смирнова А.Н. – Донецк: «Ноулидж», 2010.– С. 307 - 323.

16. Затуловский С.С. Суспензионная разливка. – К.: «Наукова думка», 1981. – 260 с.

17. Расчёт параметров физического моделирования процессов распределения инокуляторов в кристаллизаторе МНЛЗ / Синегин Е.В., Бойченко Б.М., Герасименко В.Г. и др. // Металлургическая и горнорудная промышленность.– 2012.– №7.– С. 127 - 130.

 

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Добавление комментария

Имя:*
E-Mail:
Коментар:
Введите код: *

Карта сайту

^