» » Качество стали, выплавленной с использованием металлизованного сырья
04.02.2015

К настоящему времени, как было показано выше, во многих странах мира выплавлено довольно значительное количество стали с использованием в шихте металлизованного сырья. Однако сведения о качестве различных сталей, выплавленных по этой технологии в промышленных условиях за рубежом, почти отсутствуют. В Швеции в различных сталеплавильных агрегатах уже на протяжении десятков лет выплавляются многие стали на металлизованном сырье, однако опубликованы лишь не очень полные результаты отдельных исследований, относящиеся к легированным сталям.
В других странах Западной Европы и Америки с использованием металлизованного сырья выплавляют в основном углеродистые стали, по которым в литературе приводятся данные только о содержании газов и цветных примесей. Наиболее полные и интересные данные по свойствам легированных сталей получены и опубликованы советскими исследователями при использовании в качестве шихты металлизованного сырья, полученного на промышленной установке завода "Сибэлектросталь" и опытно-промышленных установках.
Влияние металлизованного сырья на качество и свойства стали может, как установлено в настоящее время, проявляться по-разному.
Прежде всего это - непосредственное влияние, обусловленное низким содержанием в металлизованном сырье, полученном в агрегате любого типа, примесей цветных металлов, которое подробно будет рассмотрено ниже.
Кроме того, в металлизованном сырье, получаемом по ряду технологий, прежде всего по приобретающим наибольшее распространение в последнее время технологиям Мидрекс, Пурофер и некоторым другим, содержится гораздо меньше серы, фосфора и газов. Это создает предпосылки получения низкого, а если необходимо, то и особо низкого содержания этих примесей в различных сталях, что при производстве металлоконструкций играет немаловажную роль.
Нет необходимости говорить об их вредном влиянии на свойства стали, так как это достаточно хорошо известно.
Ho вместе с тем применение металлизованного сырья повлекло за собой изменения в технологии выплавки стали, которые при соблюдении определенных условий обеспечивают получение в стали весьма низких содержаний прежде всего азота, а также и более низких содержаний водорода. Интенсивное кипение ванны под толстым слоем шлака пониженной основности позволяет в электропечах при использовании металлизованного сырья получать к моменту расплавления такое низкое содержание азота, которое раньше получали только в мартеновских печах или кислородных конверторах. При использовании технологии внепечного легирования и рафинирования соответственно гораздо более низкие содержания азота будут получены и в готовой стали.
Наконец, необходимо отметить, что низкое содержание серы в стали, обусловленное малым ее количеством в металлизованном сырье, существенно расширяет возможность внепечного вакуумирования, которое, как известно, наиболее эффективно при окисленном состоянии металла что в свою очередь обусловливает загрязненность его серой при использовании обычной шихты.
Немаловажным является однородность химического состава металлизованного сырья, что облегчает получение стали с колебаниями химического состава в узких пределах. А это позволяет в свою очередь более точно устанавливать и выдерживать температурные границы термообработки, сузить пределы колебаний свойств стали, приблизить их к верхним значениям, уменьшить возможность образования закалочных трещин, коробления металла и других дефектов, обусловливаемых неправильным режимом термообработки.
Кроме того, как будет показано ниже, влияние низкого содержания примесей на свойства ряда сталей настолько значительно, что в перспективе по мере накопления данных и отработки оптимальной технологии передела металлизованного сырья в сталь не исключено внесение изменений в химический состав некоторых сталей в направлении уменьшения степени их легированности или изменения режима термообработки с целью увеличения их прочности с сохранением заданной пластичности.
Совершенно очевидно, что по мере увеличения металлофонда страны и совершенствования металлургической технологии (внедрение непрерывного литья стали, теплоизолирующих и экзотермических брикетов при обычной разливке, более совершенной технологии прокатки) доля привозного лома в шихте будет постоянно увеличиваться, что повлечет за собой повышение содержания остаточных примесей в металле. Например, при выплавке стали в мартеновских печах, по данным работы, из введенных с шихтой сопутствующих элементов к выпуску плавки в металле остаются следующие их количества, %: Cr 25-75; Sn 90-100; As 90-100; Cu 95-100; №95-100; Co 95-100.
Следовательно, эти элементы имеют тенденцию к постепенному накоплению в скрапе, что приводит ко все большим и большим затруднениям в подборе чистого по примесям скрапа. Вызвано это следующими причинами: неоднородностью и перемешиванием по группам и маркам стали отходов машиностроения и металлообработки (в основном стружки); увеличением доли наиболее разнородного по химическому составу и загрязненности амортизационного лома, который содержит много легированных отходов, но сдается как углеродистый лом; отсутствием рассортировки легковесного лома перед прессованием, что вызывает загрязнение углеродистого лома цветными металлами; все большим вовлечением в используемый для переплава лом отходов с антикоррозионными (цинк, олово) покрытиями и антикоррозионных сталей, легированных цветными металлами; смешением поставщиками и на металлургических заводах легированных отходов различных групп. Например, при использовании в конверторной плавке фрагментированного скрапа, для которого применялись разнообразные исходные металлические отходы, в том числе листовые отходы с защитными покрытиями, было установлено, что в нем содержится в среднем 0,02 % Sn или примерно в два раза больше, чем в отходах сортированных металлоконструкций.
В конечном итоге происходит довольно быстрое увеличение остаточных примесей в стали, например никеля и хрома, на одном из заводов России за три года практически в два раза (рис. 88).
Качество стали, выплавленной с использованием металлизованного сырья

В углеродистой стали в США за последние 25 лет содержание меди увеличилось на 20 %, хрома и никеля - в 1,5 раза, олова - более чем в 2 раза.
Ниже при рассмотрении конкретных сталей будет показано, что повышение за последние годы содержания цветных примесей становится уже прямым препятствием для их выплавки или приближается к верхнему допустимому пределу
Применение металлизованного сырья — совершенно надежный способ координального уменьшения и регулирования в узких пределах содержания цветных примесей в стали.
Качество стали, выплавленной с использованием металлизованного сырья

В пружинной высокоуглеродистой стали содержание цветных примесей в зависимости от количества в шихте металлизованных окатышей, полученных на установке Мидрекс, было исследовано в США на заводе фирмы "Джорджтаун стил" (рис. 89). Сталь выплавляли в 75-т электропечах с трансформаторами мощностью 36 MB*А. Металлизованные окатыши имели степень металлизации около 96 % и содержание углерода 1,0-
1,8 %. Как видно, при увеличении количества окатышей в шихте от 0 до 100 % содержание олова в металле уменьшается примерно в 2 раза, в еще большей степени снижается содержание хрома и никеля и в особенности меди.
Резкое уменьшение содержания цветных примесей получено и при выплавке в промышленных электропечах углеродистой канатной стали с 0,9 % С при полной замене лома на губчатое железо, полученное методом Хоганес,%:
Качество стали, выплавленной с использованием металлизованного сырья

При выплавке в 3-т печи углеродистых сталей с использованием в шихте 100 % губчатого железа со степенью металлизации 84,8-85,9 % и содержанием углерода около 2,0 %, полученного путем восстановления в конвейерной печи рудно-угольных окатышей продуктами кислородной конверсии природного газа, содержание цветных примесей составило, %:
Качество стали, выплавленной с использованием металлизованного сырья

На заводе "Сибэлектросталь" при выплавке стали из горячих металлизованных окатышей, полученных во вращающейся печи (а), содержание цветных примесей в ванне по расплавлении по сравнению с содержанием их в тот же период на плавках с использованием обычного лома (б) было,%:
Качество стали, выплавленной с использованием металлизованного сырья

Ранее в тех же условиях, очевидно с использованием более чистой руды, были получены следующие, еще более низкие содержания цветных примесей в стали по расплавлении, %:
Качество стали, выплавленной с использованием металлизованного сырья

Изменение содержания азота в стали по расплавлении при использовании в шихте различного количества губчатого железа и различной продолжительности кипения было исследовано в работе. При переплаве в 35-т дуговой электропечи с трансформатором мощностью 15 MB*A 1044 т губчатого железа, полученного способом. Пурофер в Оберхаузене (ФРГ), со степенью металлизации от 913 до 95 % и более, с содержанием углерода от 0,4 до 1,81 % наблюдалась четкая зависимость снижения содержания азота в металле по расплавлении по мере увеличения доли губчатого железа в шихте (рис. 90).
Качество стали, выплавленной с использованием металлизованного сырья

Однако в работе отмечается, что после расплавления до выпуска плавки содержание азота в ванне вновь возрастало и становилось практически равным содержанию его в металле, выплавлявшемся на ломе.
При выплавке углеродистой стали в 0,5- и 10-т электропечах с непрерывной загрузкой горячих окатышей (1000 °C), полученных во вращающейся печи, в готовом металле получали содержание водорода, равное 0,0004 % и менее и азота 0,006-0,009 % (содержание азота в металлизованных окатышах 0,02 %).
При выплавке на губчатом железе, полученном методом Хоганес на Сулинском металлургическом заводе, содержавшем около 0,2 % С и 1 % O2, в электропечах углеродистой канатной стали с 0,9 % С, содержание по расплавлении составило: водорода 1,43-2,08 мл/100 г и азота 0,003-0,006 % против 3,5-5,5 мл/100 г и 0,007-0,016 % соответственно на обычных плавках.
Также в промышленных 22-т электропечи и 120-т мартеновской печи пои использовании до 50 и до 70 % соответственно брикетов процесса ФИОР со степенью металлизации 91,3-93,9 %, содержанием углерода 0,21-0,71 и азота 0,0027-0,0035 % были получены следующие содержания азота (%) по ходу плавки ка сталях с содержанием 0,15-0,60 % С:
Качество стали, выплавленной с использованием металлизованного сырья

Содержание азота на выпуске из 200-т печи составляло 0,003-0,004 %. За время выпуска и разливки оно повышалось до 0,006—0,007 % (при использовании в шихте 40-70 % окатышей со степенью металлизации 94,9 %). При этом выплавленная в электропечах на шихте из металлизованного сырья низкоуглеродистая сталь, раскисленная алюминием, не уступала по качеству поверхности полосы и механическим свойствам аналогичной стали, выплавленной в кислородном конверторе, и соответствовала классу для глубокой вытяжки.
Ниже приведены результаты исследований по изучению влияния цветных примесей и металлизованного сырья на свойства конкретных групп сталей, во многих случаях дополненные сведениями о содержании этих примесей в исследовавшихся сталях.