Технические науки/1. Металлургия

К.т.н. Ахметов А.Б., докторант Юдакова В.А.

Химико-металлургический институт им. Ж. Абишева,

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Определение оптимального расхода и состава ферросиликоалюминия при раскислении спокойной стали

Одним из приоритетных направлений Государственной программы индустриально-инновационного развития Казахстана на 2015-2019 годы является развитие черной металлургии, составляющей существенную часть экономики нашего государства. Для стабилизации ситуации на рынке черной металлургии необходимо решать задачи повышения качества металла и снижения его себестоимости, базируясь на сырье регионального происхождения, по качеству и эффективности применения не уступающем импортным аналогам. Одним из вариантов решения поставленных задач стал способ раскисления стали комплексными сплавами-раскислителями, выплавляемыми из углистых пород Экибастузских углей и заменяющими традиционные ферросилиций и алюминий, в частности, универсальным и перспективным сплавом – ферросиликоалюминием (ФСА).

В период разработки и освоения технологии раскисления стали комплексным сплавом ФСА проведены крупносерийные опытно-промышленные испытания на АО «АрселорМиллал Темиртау», целью которых было исследовать и обосновать эффективность применения комплексных сплавов с алюминием и кремнием в качестве ведущих элементов, разработать технологию их применения и освоить ее в кислородно-конвертерном цехе.

Отработаны варианты технологии раскисления спокойной конвертерной стали сплавами ФСА различных марок с выбором наиболее оптимальных составов ФСА [1].

В первой серии промышленных испытаний для раскисления стали использовали ФС55А20, содержащий в среднем по партиям 54,2% кремния и 19,7% алюминия. Во второй серии промышленных испытаний использовали ФС45А15 с содержанием кремния 44,1%, алюминия 17%, имеющий склонность к саморассыпанию до фракции 1-3 мм, занимающей в общем объеме сплава 80%. В третьей серии испытывался ферросиликоалюминий марки ФС60А20.

Все марки ФСА были использованы при ковшевом раскислении стали марки 3сп . Расчет необходимого количества вводимого кремния на плавку (302 тонны жидкого металла) производился с учетом его угара и меньшего на (5-20%) содержания в сплавах ФСА кремния. Недостающее по стехиометрии количество алюминия компенсировали присадкой чушкового алюминия.

Всего исследовано более 100 тыс. тонн опытной стали и такое же количество стали без ФСА. В таблице 1 приведены расходы раскислителей на одну тонну стали, использованных при выплавке спокойной марки стали в исследуемых пределах.

Таблица 1 – Удельный расход раскислителей и легирующих материалов

Марка стали	Вариант раскис- ления	Расход используемых раскислителей и легирующих, кг/т^*
		ФС55А15	ФС45А15	ФС60А20	ФС 65	СМн17	АВ87	ФТи35
3 сп	ФС55А15	4,21 3,11-5,20	-	-	-	4,96 4,07-6,99	0,75 0,26-1,30	0,31 0,01-0,92
	ФС45А15	-	4,72 4,16-6,53	-	-	5,766 4,96-6,93	0,76 0,13-1,07	0,31 0,01-0,96
	ФС60А20	-	-	3,2 2,8-4,6	-	4,65 4,78-6,71	0,73 0,24-1,30	0,31 0,01-0,96
	ФС 65	-	-	-	3,11 2,78-4,51	4,69 4,84-6,72	1,318 1,12-1,79	0,34 0,01-1,05

^* - в числителе приведены оптимальные значения, в знаменателе исследуемые пределы.

Из данных, представленных в таблице 1, видно, что расход сплава ФС55А15 при раскислении одной тонны спокойных марок стали выше на 1,1 кг и сплава ФС45А15 на 1,61 кг, чем расход сплава ФС65. Из полученной по результатам балансовых плавок зависимости видно (рисунок 1), что для получения заданного кремния в спокойном металле (0,2 - 0,25%), оптимальной маркой является ФС60А20. Расход его такой же как у ФС65 – 3,0-3,5 кг/т.

Исследовалось влияние замены ферросилиция ФС65 и части чушкового алюминия сплавами ФСА на степень усвоения кремния и алюминия [2]. На рисунке 2 приведена зависимость угара кремния при раскислении от суммы введенного кремния, с учетом кремния из СМн17, на примере стали марки 3сп.

ФСА ФС65 ФС60А20 ФС55А15 ФС65 ФС45А15 Рисунок 1 – Зависимость [SI]гот.от количества раскислителей (марка стали 3сп)

Рисунок 2 – Зависимость угара кремния от внесенного кремния (марка стали 3сп)

Как видно из графика на рисунке 2, увеличение расхода сплавов ФСА выше оптимума приводит к повышенному угару кремния. Примерно такая же динамика угара у кремния, внесенного из ферросилиция ФС65. Однако, угар кремния у сплавов с ФСА выше, чем у кремния внесенного ферросилицием, что возможно является следствием разности удельных весов ФСА и ФС, приводящим к активному взаимодействию ФСА со шлаком или, что более вероятно, это связано с повышением раскислительной способности кремния, вводимого в составе комплексного сплава совместно с алюминием [3]. Последнее подтверждается зависимостями на рисунке 3, 4 выведенными по уравнениям зависимости концентрации алюминия в готовом металле от введенного суммарного кремния.

Как видно из графиков, остаточное содержание алюминия в стали, раскисленной сплавами ФСА, выше, чем содержание алюминия в стали, раскисленной тем же количеством алюминия с ферросилицием. Угар алюминия на опытных плавках с применением сплавов ФСА снизился до 70%, по сравнению с 85% при раскислении ферросилицием.

Рисунок 3 - Зависимость [Al]гот от внесенного Si (марка стали 3сп)

Рисунок 4 – Зависимость угара Al от расхода ФСА (марки стали 3сп)

Тем самым, можно предполагать, что повышение раскислительной способности кремния способствовало уменьшению угара алюминия и получению на плавках, раскисленных ФСА, более высокого остаточного алюминия, свидетельствующего о более глубокой раскисленности стали, полученной с использованием сплава марок ФС55А20, ФС60А20, по сравнению со сталью, раскисленной ФС65 и АВ87.

Повышенный расход сплава марки ФС45А15 объясняется низким содержанием в нем кремния, а повышенный угар кремния допущенным снижением его качества, приведшим через чрезмерное закарбиживание к его рассыпанию с образованием до 80% мелочи фракции 1-3мм, которая, при внесении в ковш частью выносилась восходящими потоками горячего газа из наполняемого металлом сталеразливочного ковша, частью запутывалась в шлаке. Нами не исключается получение более высокой степени усвоения кремния из этой марки, в силу его высокого, по сравнению с остальными марками, удельного веса, при условии его кусковатости.

Вывод: Таким образом, проведенными опытно-промышленными плавками определены, как наиболее оптимальные, сплавы марки ФС60А20 и ФС55А15, позволяющие адекватно заменять сплав ФС65 (полностью) и наполовину сократить расход алюминия марки АВ87. При этом значительно снижается угар алюминия с повышением его концентрации в готовом металле в стабильных пределах – выше 0,02 %. Последнее свидетельствует о более глубокой раскисленности металла. Расход чушкового алюминия на опытных плавках с ФСА сокращался в среднем на 50%, с 1,4 до 0,7 кг/т стали.

Полученные данные по усвоению ведущих элементов в сравниваемых раскислителях указывают на имеющиеся значительные резервы сплавов ФСА по технико-экономическим показателям технологии перед сплавом ФС65 и вторичным алюминием АВ87, при условии достижения стабильности химического и фракционного состава комплексных сплавов.

Литература:

1. Толымбеков М.Ж., Ахметов А.Б., Берг А.А, Камылина Л.Н., Кусаинова Г.Д. Стабилизация расхода расплава ФСА при ковшевом раскислении спокойных марок стали // Тезисы докладов на научн. техн. конф. Физико-химические проблемы в химии и металлургии. – Караганда, 2002. -С.113-115.

2. Толымбеков М.Ж., Ахметов А.Б., Камылина Л.Н. Берг А.А., Огурцов Е.А. Пути повышения качества стали на ОАО «ИСПАТ-КАРМЕТ» // Сб. научн. тр. ХМИ. - Алматы, 2002. - С.258-261.

3. Ахметов А.Б., Толымбеков М.Ж., Байсанов С.О., Огурцов Е.А., Жиембаева Д.М. Некоторые аспекты производства и применения комплексных ферросплавов в металлургии// - М., Сталь, - 2009, №5, С. 34-37.