5.1.4.5. Выплавка стали в конвертерах дуплекс-процессом
На НТМК совместно с Уральским институтом металлов впервые в мировой практике был разработан и внедрен дуплекс-процесс производства природнолегированной чистой стали транспортного назначения (рис. 5.25).
Рис. 5.25. Схема технологического процесса производства стали
Транспортного назначения
На первой стадии происходит деванадация* чугуна с получением товарного ванадиевого шлака и углеродистого полупродукта с 3,0 % C, 0,04 % V и минимальным остаточным содержанием примесей. Коэффициент перехода ванадия из чугуна в шлак достигает 88 – 90 %. Полученный полупродукт перед сливом в ковш раскисляют чушковым алюминием (0,1 – 0,4 кг/т). На установке десульфурации (рис. 5.26) в полупродукт инжектируют мелкодисперсную флюидизированную известь и гранулированный магний. Сера из металла переходит в шлак, который по окончанию процесса сливается, а ее содержание в полупродукте (0,010 – 0,015 %) уменьшается до 0,002 % в стали.
Высокая чистота железорудного сырья, а также других материалов, применяемых в доменном и сталеплавильном производствах, обеспечивает в полученной дуплекс-процессом стали содержание примесей цветных металлов в пределах (%): 0,015 – 0,03 % Cu; 0,02 – 0,04 % Ni; менее 0,01 % (Sn + Sb + Pb + Bi + As).
Рис. 5.26 Установка десульфурации
а – установка для вдувания; б – стенд обработки
Уровень механических свойств стали зависят от неметаллических включений [1, с. 88]: оксидов (FeO, MnO, Al2O3, TiO, FeO∙MnO, TiO2), шпинелей (FeO ∙ Al2O3, MnO ∙ Al2O3), силикатов (FeO ∙ SiO2, MnO ∙ SiO2), сульфидов (FeS, MnS, TiS), двухфазных включений (оксид – сульфид) и др. Внедрение внепечной обработки сталей на агрегате ковш-печь (рис. 5.27) и в циркуляционном вакууматоре (рис. 5.28) обеспечило уменьшение количества всех видов неметаллических включений.
Кроме того, удалось исключить образование скоплений включений, а также малопластичных оксидов Al2O3, шпинелей FeO ∙ Al2O3 и MnO ∙ Al2O3, обладающих высоким сопротивлением деформации. Регламентация содержания углерода после продувки во втором конвертере и применение продувки аргоном при выпуске в ковш и во время внепечной обработки, а также обработка на циркуляционном вакууматоре способствовали уменьшению газонасыщенности стали: содержание водорода перед разливкой не превышает 1 – 1,6 ppm, кислорода – до 15 ppm, азота – до 50 ppm. Внедрение в конвертерном цехе безалюминиевого раскисления стали, обработки ее синтетическими шлаками, применение микролегирования и модифицирования позволили исключить появление алюминатов и алюмосиликатов кальция. Содержание алюминия в готовой стали не превышает 0,005 %.
Рис. 5.27. Схема установки «печь-ковш»
Рис. 5.28. Схема производства заготовок на МНЛЗ №1
На МНЛЗ (рис. 5.28) возможно вторичное окисление стали из-за неплотностей стыковки огнеупоров на участках сталеразливочный ковш – промежуточный ковш и промежуточные ковш – кристаллизатор.
Сравнение способов герметизации металлопровода путем подачи аргона и применение эластичных огнеупорных материалов (адаптеров) показали преимущество последних. Технология использования стартовых смесей для открытия сталеразливочного ковша и разливка с защитной трубой, исключающая применение кислорода, также способствовали уменьшению вторичного окисления стали. Создание благоприятных условий всплывания неметаллических включений в кристаллизаторе и внедрение системы автоматического контроля параметров разливки, в частности регламентация температурного интервала, предусматривающая перегрев металла в промежуточном ковше на 20° C выше температуры ликвидуса, также направлены на улучшение чистоты стали. Внедрение перечисленных технических решений способствовало уменьшению количества всех видов неметаллических включений и повышению их дисперсности.
Длину зоны вторичного охлаждения круглого слитка на МНЛЗ увеличили с 4,5 до 5,3 м. Плоскофакельные форсунки заменили на двухщелевые, формирующие объемный водовоздушный факел, и увеличили его размеры. Для равномерного теплоотвода по периметру заготовки использовали теплозащитные экраны. Вследствие этого удалось уменьшить в 2,5 раза зону столбчатых кристаллов со стороны малого радиуса слитка, исключить образование осевых трещин и улучшить качество макроструктуры заготовки.
Благодаря разработке и освоению технологии производства транспортного металла в полной мере был использован способ направленного воздействия на структуру и свойства стали – карбонитридное упрочнение высокодисперсными карбонитридами ванадия, измельчение зерна и образование заданной субзеренной структуры. Карбонитриды ванадия размером 4 – 5 нм выделяются в процессе охлаждения после прокатки и после термической обработки (закалка с отпуском).
Совершенствование технологии раскисления стали компонентами, содержащими кальций взамен алюминия, в сочетании с вакуумированием способствовало повышению чистоты по неметаллическим включениям.