Дослідження фізико-хімічних особливостей і розробка поліреагентних способів позапічної обробки конвертерної сталі поліпшеної якості

Обробка рідкої сталі порошкоподібними реагентами, що містять Са, дозволяє разом з рафінуванням змінювати морфологію НВ в штрипсовій сталі. З цією метою було створено устаткування для інжектування в сталь порошкоподібних реагентів, яке включає пневмокамерні насоси для SiCa, CaO + CaF2 продуктивністю від 40 до 110 кг порошку на хвилину. При розробці технології модифікування сталі з метою забезпечення серійного розливання металу на МБЛЗ було встановлено необхідну фракція порошкоподібного реагенту - не більше 1,0 мм.

Для поліпшення транспортування порошкоподібної суміші SiСа по трубопроводах була розроблена суміш SiСа нового складу з додаванням до 5 % плавикового шпату (СаF2). Суміш менш пожежонебезпечна, знижує знос металу трубопроводів і підвищує продуктивність системи інжектування на 20-30 %.

Розроблена в результаті досліджень технологія модифікування НВ і рафінування металу забезпечує вміст кальцію, який необхідний для отримання якісної сталі. Зіставлення концентрацій кальцію в сталі за розробленою і вживаною на МК «Азовсталь» технологією з даними деяких виробництв наведено на мал. 15. Дослідження мікроструктури сталі 09Г2ФБ виробництва МК «Азовсталь» і сталі Х70 австрійського виробництва показують, що основним типом НВ в цих сталях є карбонітриди Тi і сульфіди Fe і Mn в осьовій зоні штрипса. Електроно-мікроскопічне дослідження зламів осьової зони сталі 09Г2ФБ показує наявність по місцю зламу сульфідів пластинчастого типу. Забрудненість ними металу не перевищує 1,5 бала за шкалою ГОСТ 177-8-70. В краєвій і осьовій зонах деяких листів сталі 09Г2ФБ є крихкоруйновані силікати вищі за 5 бал, тоді як в сталі Х70 забрудненість силікатами не перевищує 1 бала.

Дослідження впливу лігатур, що містять Ba і Sr, на якість металу проводили з метою розробки технологій виробництва холодостійких сталей. При питомій витраті лігатур Ba і Sr від 1 до 3 кг/т сталі досягали потрібної глобуляризації НВ, а середній розмір сульфідів складав від 7,2 до 11,0 мкм, що в 1,2-1.5 разу більше, ніж при модифікуванні НВ в сталі SiCa. Результати вивчення макроструктури слябів методом зняття сірчаних відбитків по Бауману і після гарячого травлення в 50 % водному розчині соляної кислоти з оцінкою по ОСТ 14-4-73 показали деяке поліпшення якості досліджуваного металу. Так, тріщини, перпендикулярні широким граням, оцінили в 1,0-1,5 бала на порівняльному та 0-1,0 бал на досліджуваному металі. Разом з тим, за наслідками санітарно-гігієнічних досліджень рекомендується застосовувати SiBa спільно з обеззараженням токсичних шлаків, що містять Ва.

Разом з технологією вдування порошкоподібного SiCa (П) для модифікування НВ, поліпшення розливання сталі на МБЛЗ і підвищення службових властивостей металопродукції розробили способи рафінування і модифікування НВ сталі порошковими дротами (ПД) з введенням його в метал на пристроях доводки металу. Порівняння основних параметрів процесів присадки реагентів СК15, СК25, СК30 і суміші кальцію, що містять Ca з алюмінієм в співвідношеннях Аl /Са = 70/30 і 60/40 (табл.3) показує, що більш ефективним для отримання залишкового кальцію в сталі є варіант обробки сталі ПД із співвідношенням Аl/Са=60/40, який забезпечує вміст кальцію в сталі після обробки (1,74)10-3 %.

Таблиця 3. Зіставлення результатів обробки сталі реагентами, що містять Са, вдуванням порошків (П) і введенням порошкового дроту (ПД)

Алюмокальцієвий дріт випробуваний і застосовується при виробництві низькокремністих сталей, призначених для глибокої витяжки, з обмеженням концентрації кремнію в них не більше 0,03 %. Для макроструктури металу, обробленого матеріалами, що містять Са, характерна поява глобулярних комплексних НВ - сульфосилікатів, силікатів, сульфідів з одночасним зниженням кількості оксидів і зниженням балу по осьовій рихлості. Розміри НВ - від 2 до 5 мкм, окремі НВ досягають розмірів від 6 до 10 мкм. Сталь з позапічною обробкою ПД має кращі показники макроструктури.

Застосування технології позапічної обробки конвертерної сталі інжектуванням порошкоподібного SiСа разом з модифікуванням НВ забезпечило додаткове рафінування сталі. При цьому зниження концентрації сірки від початкового значення залежно від ступеню розкислення сталі склало від 0,001 до 0,008 %, а ступінь десульфурации- від 15 до 50 %.

Ефективним засобом видалення водню із сталі є її вакуумування. Дослідження фізико-хімічних закономірностей дегазації металу проводили з метою розробки технології вакуумування сталі на пристрої порційного вакуумування сталі ППВС-350. Вакуумування сталі марок 08ГТ, 09Г2С, 17Г1СУ, 10ХСНД, Е36, 3сп, 08сп, 08Т, 20к і ін. здійснювали за двома технологічними варіантами: з повним і частковим розкислюванням металу. В першому варіанті розкислювання проводили присадкою в сталь на випуску всієї необхідної кількості алюмінію; в другому - в два прийоми: в ківш і у вакуумну камеру. В результаті досліджень були визначені вимоги до технологічних параметрів вакуумування: температури, розрідження у вакуумній камері, маси порції металу, коефіцієнту циркуляції. Так, коефіцієнт циркуляції металу визначався заданим ступенем дегазації і змінювався в межах від 1 до 7, основні значення маси порції металу змінювалися від 16 до 35 т, температура сталі перед вакуумуванням була 1590-1615 оС. При вакуумуванні досягнуто зниження концентрації водню в середньому з 5,3 до 3,2 ppm, кисню на 30-40 %: з 0,0074 до 0,0052 % для вуглецевих сталей і з 0,0100 до 0,0054 % - для низьколегованих. Другий варіант забезпечував більш ефективне зниження окисленості сталі і зменшення витрати розкислювача - алюмінію.

Ефективність вакуумування підвищується при використанні аргоно-вакуумного порційного рафінування сталі на ППВС-350 з подачею аргону в патрубок вакуумної камери. При цьому ступінь видалення водню збільшується на 10-15 абс. %.

Якість сталі, що вакуумувалася, залежить від ефективності дегазації і видалення з неї НВ. Аналіз макроструктури литої заготівки штрипсових сталей в товщині 250 і 300 мм після травлення і отримання сірчаних відбитків показує зниження осьової несуцільності заготівок сталі, що вакуумувалася, від 3 до 2-2,5 бала. Сталь, що вакуумувалася, характеризується більшою однорідністю і щільністю макроструктури. В прокаті сталі 17Г1СУ, що вакуумувалася, має місце зменшення кількості НВ і більш рівномірний їх розподіл в об'ємі металу. Встановлено, що середній максимальний бал точкових оксидів в металі без вакуумування 1,4, в вакуумованому - 0,7 бала, рядкових оксидів 2,3 і 1,3 бала, пластинчастих силікатів 1,5 і 0, відповідно. При вакуумуванні на ППВС-350 отримано зниження вмісту в сталі НВ - точкових оксидів (сталь 10Г2С1Д, 20к) на 0,2-0,5 бала; - рядкових оксидів (10Г2С1Д, 20к, 08сп) - на 0,4-2,0 бала; - крихоруйнованих силікатів (20, 20к) - на 0,7-2,3 бала. В результаті вакуумування сталь стає пластичнішою, підвищується її ударна в'язкість, у тому числі при негативних температурах. Вакуумування сталі покращує структуру металу і зменшує відсортовування за дефектами. Так, відсортовування по УЗК знижується в 3 рази (з 0,39 до 0,12 %), за осьовою несуцільністю - з 0,35 до 0,25 %, за сумою поверхневих дефектів - з 0,3 до 0,27 %. Вихід придатного металу сталі 3сп при вакуумуванні вище на 0,40 %(абс.) в порівнянні з металом за звичайною технологією з продуванням аргоном і десульфурацією в ковші.

На якість металу разом з газами чинять негативний вплив і неметалеві включення. Вміст НВ в сталі, який визначає ступінь її забрудненості НВ, різний при використанні різних способів позапічного рафінування сталі активними шлаками. З метою визначення впливу способів позапічного рафінування сталі досліджували низьколеговані сталі 09Г2БТ і 09Г2С за допомогою мікрорентгеноспектрального і металографічного методів. Забрудненість НВ оцінювали по ГОСТ 1778-70 метод Л (варіант 2) на більш ніж 700 шліфах. За загальніою забрудненістю сталі способи позапічного рафінування можна розташувати у порядку зниження ефективності рафінування таким чином:

ТШС+SiCa(ПД)>СШ+SiCa>СШ+ТШС>СШ+СаО>ТШС. (32)

При використанні для рафінування ТШС+ПД загальна забрудненість сталі НВ знижується приблизно в 1,7 раза, при рафінуванні СШ+SiCa - в 1,5 раза.

Виконано оцінку забрудненості сталі НВ за видами включень - силікатами, оксидами, сульфідами, нитридами на всіх переділах позапічної обробки і розливання сталі по розглянутих варіантах позапічного рафінування. З урахуванням отриманих даних розроблено комплексні процеси поліреагентного позапічного рафінування сталі, що забезпечують отримання металопродукції поліпшеної якості.

Фізико-хімічні процеси тонкого коректування (доведення) вмісту елементів в сталі розроблялися і освоювалися з урахуванням можливості зниження надрівноважних значень кисню в металі по відношенню до рівноважної кривої

Вачера-Гамільтона і окисленості шлаку в результаті розкислювання, легування і мікролегування сталі в ковші, а також додаткової дегазації сталі в результаті усереднювального продування аргоном.

При цьому використовувалася концепція підвищення якості сталі стабілізацією заданого хімічного складу з вузькими межами вмісту основних елементів - Mn, Al, Si, С. З метою розробки технологічних процесів коректування хімічного складу сталей були проведені дослідження фізико-хімічних процесів в сталі після випуску металу з конвертера в сталерозливний ківш перед розливанням на МБЛЗ. Виходили з того, що зниження окисленості конвертерної сталі і, в першу чергу, зниження над рівноважного вмісту кисню в сталі після її розкислювання, легування Аl, Si, Мn і іншими елементами на випуску з конвертера, забезпечує можливість тонкого коректування хімічного складу сталі при подальшій позапічній обробці. Окисленість сталі вивчали на дослідних конвертерних плавках сталей марок 3сп, 09Г2ФБ, 17Г1СУ, 09Г2С, Е-32, Е-36 та ін. за допомогою пристроїв для контролю окисленості сталі УКОС-1. Активність кисню о в рідкій сталі визначали за формулою:

, (33)

де о - активність кисню в сталі %; t - температура, oС; E - е.р.с., що вимірюється за допомогою датчика окисленості, мВ.

Рівень окисленості конвертерної сталі на повалці конвертера становив 0,05-0,010 %, після розкислювання і легування сталі в ковші - від 0,0005 до 0,0020 %. Встановлено принципову можливість поліпшення якості сталі в результаті тонкого доведення її хімічного складу.

Технологія позапічного коректування вмісту в сталі Al, Mn і Si включає усереднювальне продування, відбір проби металу, вимірювання температури і товщини шару шлаку в ковші на ПДМ, отримання результатів експрес-аналізу проби, визначення порцій коректуючих добавок Al, FeMn або Мп металевого, FeSi і присадку їх в ківш, проведення остаточного продування, відбір останньої проби і її експрес-аналіз. Найбільш часто виникає потреба в коректуванні в сталі вмісту Al і Mn. Загальна маса досаджуваних в ківш порцій Al складала від 0,1 до 0,75, феросплавів, що містять Мп, - від 0,3 до 3,5 кг/т сталі. Технологію коректування розробляли і впроваджували на вуглецевих (3сп, 20сп, 20к, 08сп), низьколегованих (09Г2С, 09Г2, Е-32, Е-36, Д-32 та ін.), трубних (09Г2ФБ, 17Г1СУ та ін.) сталях. Встановлено, що середнє засвоєння Al складає 45 %, Мп - 95 %. Застосування при виробництві сталі технології позапічного доведення її хімічного складу за вмістом Мп і Al зменшило отримання беззаказного металу в 3-4 рази. Розроблена технологія позапічного доведення дозволила виробляти сталь з більш вузькими межами вмісту елементів С, Mn, Al і забезпечити економію феросплавів і зниження собівартості сталі, а також збільшення міцнисних властивостей металопродукції без додаткових витрат на легування та/або на термообробку прокату.

Позапічне коректування складу сталі присадкою в ківш легуючих з продуванням аргоном на ПДМ поєднується з процесом підготовки сталі до розливання на МБЛЗ. При цьому враховується, що позапічна обробка металу продуванням аргоном забезпечила середній час обробки 5-6 хвилин при середніх питомій витраті аргону 0,003 м3/тхв. і зменшенні температури 7 оС. Встановлено, що в результаті обробки сталі в 350-т ковші аргоном протягом 1 хв. температура сталі знижується на 1,5 оС. Охолоджуюча дія від присадки в сталь 1 т сталевого лому оцінена в 5-6 оС. Занурення в сталь сляба з одночасною обробкою аргоном в перші 5-6 хв. змінює швидкість охолодження сталі від 5 до 3 оС/хв. і залишається практично постійною (від 3 до 2,5 оС/хв.) при витримці сляба більше 6 хвилин, що пояснюється прогріванням сляба в рідкій сталі протягом перших 6 хвилин занурення. Технологія коректування температури розплаву у напрямі її підвищення передбачена на двох установках «ківш-піч» місткістю 350 т перед розливанням металу на МБЛЗ.

Отримано основні закономірності поведінки бору в сталі при мікролегуванні в ковші. Розроблена і впроваджена на ПДМ технологія дозволила забезпечити частку «ефективного» бору на рівні, який перевищує 50% загальної кількості бору в сталі.

Встановлені закономірності поведінки мікролегуючих елементів дозволили розробити технологію позапічного мікролегування сталей, освоїти і успішно застосовувати технологічні процеси виробництва сталей за вимогами стандартів, у тому числі зарубіжних, таких як ASTM, JIS, DIN, BS та інших.

Застосування поліреагентних способів позапічної обробки металу дозволяє цілеспрямовано одержувати задані параметри металу і покращувати службові властивості конвертерної сталі. Використання різних способів позапічної обробки металу забезпечило розробку технології і виробництво понад 600 марок сталей відповідального призначення із заданими службовими властивостями, у тому числі суднових корпусних сталей і холодостійких сталей для зварних металоконструкцій льодостійких морських споруд, штрипсових сталей для газопровідних труб великого діаметру, високоміцних сталей відповідального призначення, сталей для хімічного машинобудування, низькокременистих сталей для глибокої витяжки, сталей для ЕШП.

Впровадження технологічних процесів виробництва сталі з позапічною обробкою дозволило сертифікувати продукцію МК «Азовсталь» міжнародними класифікаційними відомствами США, Японії, Німеччини та ін. Це, а також сертифікати відповідності міжнародних систем управління якістю ISO 9001:1994, ISO 9001:2000, API Spec Q1, підтверджує відповідність рівня якості металопродукції, виробленої з позапічною обробкою, світовому рівню, створюючи умови для просування металопродукції України на внутрішні і зовнішні ринки металу.

В розділі 6 «Економічна ефективність використання результатів роботи» розглядаються питання економічної ефективності процесів позапічної обробки сталі. В розділі наведені результати економічних розрахунків застосування способів позапічного рафінування конвертерної сталі, у тому числі з урахуванням постадійних і комплексних витрат на 1 т продукції і 0,001 % зниження вмісту сірки в металі, обгрунтовується економічна ефективність результатів дисертаційної роботи, що становить 18105,172 тис. грн./рік.

ВИСНОВКИ

1. На підставі теоретичних узагальнень і експериментальних досліджень процесів виробництва якісних сталей в рамках вирішення проблеми підвищення конкурентоспроможності металопродукції встановлено закономірності фізико-хімічних процесів в системі метал-шлак-газ, що дозволили розробити і впровадити поліреагентні процеси позапічної обробки сталі у великовантажних 350-т сталерозливних ковшах, які включають рафінування сталі активними шлаковими сумішами і обробкою інертним газом, мікролегування і модифікування сталі, вакуумування, підготовку сталі за хімічним складом і температурою до розливання на МБЛЗ.

2. Вперше за допомогою математичного моделювання із залученням концепції оптичної основності оксидних розплавів встановлено, що оксидні розплави на основі ТШС (СаO+CaF2) мають більш високу потенційну схильнисть для рафінування сталі в порівнянні з розплавами на основі СШ.

3. Теоретичним і експериментальним шляхами підтверджено, що збільшення десульфуруючої здатності активних шлаків для рафінування сталі супроводжується зростанням їх водної ємності і можливим збільшенням наводнювання металу при його позапічному рафінуванні.

4. Вперше на підставі встановлених закономірностей модифікуваня НВ в сталі при обробці силікокальцієм запропоновано показник глобуляризації

для характеристики завершеності зміни форми сульфідів. Встановлено, що для повної глобуляризації сульфідів показник повинен бути в межах = 18-20.

5. Методом вібротермографування на вібраційному віскозиметрі В.Н.Гладкого встановлено, що при заміні в рідкому вапняно-глиноземному синтетичному шлаці (СШ) частини Al2O3 на MgO в'язкість СШ знижується. При зміні температури СШ від 1450 до 1680°С його в'язкість зменшується від 52 до 5 Пас. Вперше методом диференціально-термічного аналізу показано, що в процесі охолодження СШ при температурах 1660, 1310 і 1230 °С в шлаковому розплаві починається випадання кристалічної твердої фази, відбувається кристалізація основної маси розплаву і остаточна кристалізація, відповідно. Це дозволяє затверджувати, що в процесі рафінування в сталерозливному ковші рафінувальний шлак знаходиться в гетерогенному стані.

6. Для сталі штрипсового сортаменту виконано термодинамічний аналіз впливу температури, парціального тиску водяної пари і відносної вологості повітря. Показано, що для сталі Х70 (API 5L) при збільшенні в даних умовах від 0 до 0,14 атм, вміст |Н| може досягти від 8,5 до 10,5 ррm, а при відносній вологості повітря = 90 % - 5 ppm.

7. На підставі встановлених фізико-хімічних закономірностей поведінки основних домішок сталі в умовах розрідження розроблено технологічні процеси порційного вакуумування частково і повністю розкисленої конвертерної сталі у великовантажних ковшах. При порційному вакуумуванні концентрація водню в сталі знижується на 40-50 %, кисню - до 40 %, зменшується кількість НВ.

8. Термодинамічним аналізом із застосуванням принципу зсуву рівноваг Ле-Шателье обгрунтовано збільшення ефективності дегазації сталі методом аргоно-вакуумного порційного рафінування АВПР. При розрідженні у вакуумній камері 1,5-2,8 мм рт. ст. і витраті аргону в патрубок 25-60 м3/год. забезпечується більш ефективне видалення водню, ніж при порівняльному варіанті порційного вакуумування сталі.

9. Мікрорентгеноспектральним і металографічним методами встановлено, що при позапічній обробці сталі 09Г2БТ і 09Г2С ТШС і порошковим дротом з SiCa (ПД) загальна забрудненість сталі НВ знижується приблизно в 1,7 раза. Встановлено, що найефективнішими для видалення НВ в сталі є способи рафінування ТШС+SiCa(ПП) і СШ+SiCa.

10. На підставі комплексного термодинамічного аналізу і результатів визначень окисленности сталі пристроєм УКОС-1 розроблено технологічні процеси позапічного мікролегування сталей Nb, Ti, V, B з обробкою аргоном. З врахуванням результатів термодинамічних розрахунків і припущення про зниження окисленості металу і шлаку розроблені і впроваджені технологічні процеси тонкого доведення хімічного складу сталі за концентраціями Mn, Al, Si та С в ковші. Впровадження цих технологій дозволило поліпшити пластичні властивості прокату із сталі і в 2-4 рази понизити кількість металу, що не відповідає вимогам.

11. З урахуванням закономірностей перемішування металу в ковші обробкою аргоном на основі I закону термодинаміки вперше запропоновано рівняння для визначення роботи і потужності перемішування сталі і у великовантажних ковшах. Розраховані за допомогою ЕОМ значення питомої потужності перемішування металу аргоном узгоджуються з відомими в літературі даними. Виконано оцінку охолоджуючого ефекту різних варіантів позапічної обробки сталі. На підставі отриманих даних розроблено і впроваджено технологію коректування температури металу перед розливанням на МБЛЗ, яка може бути застосована при розробці технології позапічної обробки сталі на установках «ківш-піч».

12. На підставі результатів досліджень розроблено технологічні процеси поліреагентної позапічної обробки сталі, що забезпечили стабільний випуск якісних суднових, трубних, конструкційних, мостових, котельних сталей, холодостійких сталей для будівництва плавучих бурових пристроїв, посудин спеціального призначення і інших морських конструкцій, сталей для хімічного машинобудування, легованих сталей відповідального призначення, низькокременистих сталей для глибокої витяжки, сталей для ЕШП.

13. Отримані результати теоретичних і експериментальних досліджень сприяли підвищенню якості металу і забезпечили сертифікацію металопродукції авторитетними класифікаційними організаціями: Lloyds Register Shipping (Великобританія), American Bureau Shipping (США), Nippon Kaiji Kyokai (Японія) та ін. Застосування сучасних процесів і устаткування позапічної обробки металу на МК «Азовсталь» сприяло впровадженню, сертифікації і функціонуванню загальновизнаних систем управління якістю продукції ISO 9001:1994, ISO 9001:2000, API Spec Q1.

14. Економічний ефект від впровадження розроблених з використанням результатів дослідження технологічних процесів, нових марок сталі, в основному за рахунок зниження витрат на їх виробництво, складає 18105,172 тис. грн./рік.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНИЙ В НАСТУПНИХ РОБОТАХ

1. Булянда А.А., Мельник С.Г. Внепечная обработка металла. - К.: общество «Знание», 1983. - 19 с.

2. Мельник С.Г. Производство стали улучшенного качества с применением внепечной обработки // Вестник ПГТУ. - 1999. - № 7. - С. 155-164.

3. Мельник С.Г. Комплексная внепечная десульфурация углеродистой конвертерной стали жидким конвертерным шлаком и твёрдой шлакообразующей смесью // Металл и литьё Украины. - 1998. - № 7-8. - С.18-21.

4. Мельник С.Г. Сульфидная ёмкость активных рафинировочных шлаков при производстве конвертерной стали с применением ТШС // Металл и литьё Украины. - 2000. - № 3-4. - С. 30-31.

5. Мельник С.Г. Эжекция газов струёй металла при выпуске из большегрузного конвертера // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1998. - №1(186). - С. 24.,

6. Мельник С.Г. Влияние внепечной обработки стали жидкими лигатурами на тепловые процессы при её производстве в большегрузных конвертерах // Вiсник ПДТУ. - 2000. - № 10. - С. 40-44.

7. Быков Е.И., Мельник С.Г. Термодинамический анализ процессов, протекающих при модифицировании конвертерной стали кальций-содержащими материалами // Металл и литье Украины. - 2003. - № 7-8. - С. 48-20.

8. Мельник С.Г. Водная ёмкость шлаков, как характеристика рафинирующей способности синтетических рафинировочных шлаков сталеплавильного производства // Fourth International Conference «НТМ-2004»: Proceedings. - Donetsk: DonNTU, 2004. - P. 469-471.

9. Мельник С.Г. Технология десульфурации конвертерной стали // Металл и литьё Украины. -1998. - № 7-8. - С. 13.

10. Мельник С.Г. Роль шлаковой фазы в процессе наводороживания металла при внепечной обработке жидкой конвертерной стали // Третья Междунар. Конф. “ВОМ-2001”: Сб. научн. трудов. - Донецк: ДонГТУ, 2001. - Ч.II. - С. 399-402.

11. Мельник С.Г. Внепечная обработка конвертерной стали, выплавляемой в соответствии с требованиями международных стандартов // Современные проблемы теории и практики производства качественной стали: Междунар. н.-т. конф. -Мариуполь, 8-10 сент. 2004г. - Мариуполь: ПГТУ,2004. - С. 152-153.

12. Мельник С.Г., Быков Е.И. Поведение водорода при производстве низколеги-рованной штрипсовой стали: термодинамический анализ // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2006. - № 7. - С. 48-51.

13. Мельник С.Г., Носоченко О.В. // Комплексное модифицирование углеродистой конвертерной стали редкоземельными металлами // IV международная конф. «БРМ-2003»:Сб. научн. трудов. - Донецк: ДонНТУ, 2003. - С. 455-458.

14. Мельник С.Г., Быков Е.И. Термодинамический анализ удаления водорода из штрипсовой стали по стандарту API 5L при её производстве в большегрузных конвертерах // Альтернативная энергетика и технология. - 2004. - №11. - С. 24-26.

15. Мельник С.Г., Носоченко О.В. Водород в конвертерной стали для газонефтепроводных труб // Третья Междунар. конф. «ВОМ-2001»: Сб. трудов.- Донецк: ДонГТУ, 2001.-Ч.II. - С. 307-309.

16. Мельник С.Г., Носоченко О.В., Кулик Н.Н. и др. Внепечная десульфурация стали жидким раскисленным конвертерным шлаком // Металлург. - 1985. - № 9. - С. 19-20.

17. Мельник С.Г., Носоченко О.В., Харахулах В.С. и др. Внепечная обработка конвертерной стали // Сталь. - 1993. - № 7. - С. 22-26.

18. Мельник С.Г., Носоченко О.В., Брызгунов К.А. и др. Производство стали, стойкой к воздействию сероводородной среды в большегрузных конвертерах с внепечной обработкой // Металлург. - 1993. - № 7. - С. 24-26.

19. Мельник С.Г., Носоченко О.В., Брызгунов К.А. и др. Комплексная внепечная обработка стали, выплавляемой в большегрузных конвертерах // I Конгресс сталеплавильщиков: Сб. трудов. - М.: «Черметинформация», 1993. - С. 198-200.

20. Мельник С.Г., Чепель С.Н., Брызгунов К.А. и др. Повышение качества конвертерной стали 09Г2С путём рафинирования в ковше жидкой лигатурой // Сталь.-1993. - № 8. - С. 24-25.

21. Мельник С.Г., Бродецкий И.Л., Носоченко О.В. и др. Исследование влияния способов внепечной обработки на загрязнённость стали неметаллическими включениями // Сталь. - 1996. - № 9. - С. 35-37.

22. Мельник С.Г., Носоченко О.В., Быков Е.И. Воздействие технологических факторов на насыщение металла водородом в сталеразливочном ковше при внепечном рафинировании и модифицировании стали // Fifth International Conf. «HTM-2007»: Proceedings. - Donetsk: DonNTU, 2007. - V. 2. - P. 830-832.

23. Носоченко А.О., Багмет О.А., Мельник С.Г. Водородное разрушение и сероводородное растрескивание непрерывнолитых трубных сталей // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2004. - № 8. - С. 48-50.

24. Бобылёв М.В., Петровский В.А., Мельник С.Г. Прогнозирование формы присутствия бора при кристаллизации непрерывнолитого слитка стали типа 16ХГНМФР с различным содержанием азота, алюминия и бора // Электрометаллургия. - 1999. - № 9. - С. 37-43.

25. Быков Е.И., Мельник С.Г. Термодинамический анализ процессов, протекающих при модифицировании конвертерной стали Са-содержащими материалами и РЗЭ // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2006. - № 7. - С. 296-300.

26. Гладкий В.Н., Носоченко О.В., Мельник С.Г. Свойства и рафинирующая способность известково-глинозёмистого шлака с повышенным содержанием MgО // Теоретические основы процессов выплавки сталей и сплавов: Сб. научн. трудов.-М.: «Металлургия»,1987. - С. 4-8.

27. Воробьёв А.В., Носоченко О.В., Мельник С.Г., и др. Внепечная обработка и непрерывная разливка стали на комбинате „Азовсталь” при производстве штрипсовой стали по требованиям стандарта API 5L // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2003. - № 8. - С. 83-86.

28. Мельник С.Г., Носоченко О.В., Лепихов Л.С. и др. Снижение содержания неметаллических включений в стали для толстолистового проката // Металлург.-2003. - №8. - С.42-43.

29. Носоченко О.В., Вожол Н.А., Мельник С.Г. и др.. Разработка технологии изготовления футеровки промежуточных ковшей с использованием в рабочем слое периклазового торкрет - покрытия // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2004. - № 8. - С. 154-157.

30. Троцан А.И., Бродецкий И.Л., Крейденко Ф.С., Мельник С.Г. и др. Природа разрушения толстолистовой стали в Z-направлении и разработка технологических рекомендаций, обеспечивающих повышение её качества // Наукові праці ДонНТУ.- Серія: Металургія. - Випуск 9 (122). - Донецьк, 2007. - С.176-187.

31. Анищенко Н.Ф., Галинков Д.А., Мельник С.Г. и др. Разработка технологии десульфурации стали плавлеными рафинировочными смесями в условиях ККЦ МК «Азовсталь» // Металл и литьё Украины. - 2006. - № 1. - С. 38-39.

32. Мельник С.Г., Носоченко О.В., Быков Е.И. Влияние внепечного рафинирования и модифицирования конвертерной стали на её наводороживание // Чёрная металлургия. Бюл. НТИ. - 2007. - Вып. 9 (1203). - С. 39-40,

а також:

- в патентах України 4649, 11857, 12935, 19580, 19581, 20340, 26046,

28779, 28780, 28781, 28782, 28783, 29631, 30639,

30640, 34586, 34588, 61606, 58324, 26217; 29631

- в патентах Росії 1774896, 2034047, 2316411;

- в авторських свідоцтвах 933725, 990830, 998530, 1002366, 1036759,

1051938, 1062273, 1119355, 1133298, 1158596,

1170000, 1289893, 1371980, 1450379, 1596793,

1696481, 1749295, 1786093, 1803453, 1804144.

АНОТАЦІЯ

Мельник С.Г. Дослідження фізико-хімічних особливостей і розробка поліреагентних способів позапічної обробки конвертерної сталі поліпшеної якості. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за фахом 05.16.02 - Металургія чорних і кольорових металів та спеціальних сплавів, Фізико-технологічний інститут металів і сплавів НАН України, Київ - 2009.

У дисертації наведено результати теоретичних і експериментальних досліджень фізико-хімічних процесів, одержані при розробці технологічних процесів виготовлення конвертерних сталей у великовантажних конвертерах з позапічною обробкою в ковшах місткістю 350 т для вирішення проблеми підвищення конкурентоспроможності і ресурсозбереження сталей у зв'язку з виходом на міжнародні ринки металу. Методами термодинамічного аналізу, математичного моделювання, лабораторного і промислового експерименту вивчено закономірності процесів рафінування металу від S, P, НВ, водню та інших газов, мікролегування сталі, модифікування Са і Ва, рафінування синтетичними шлаками (СШ), твердими шлаковими сумішами ТШС, вакуумування, коректування хімічного складу сталі за C, Mn, Si, Al та ін. Виконано оцінку позапічного рафінування сталі гомогенними активними шлаками базової системи CaO-Al2O3-SiO2 із застосуванням оптичної основності шлаків Л і їх сульфідної ємності CS. Встановлено, що активність іону кисню в шлаках і сульфідна ємність шлаків CS можуть служити характеристиками структури металургійних розплавів і відображати їх рафінуючу здатність. Наведено результати дослідження рафінування і модифікування сталі СШ, ТШС, SiCa та інш. Виконано оцінку ефективності рафінування сталі від НВ різними способами позапічної обробки.

На підставі теоретичних досліджень і експерименту розроблено технологічні ресурсосберегаючі процеси виробництва якісних сталей у великовантажних конвертерах із застосуванням позапічної обробки металу, що дозволило пройти сертифікацію провідними міжнародними класифікаційними організаціями і вийти на світові ринки металопродукції.

Ключові слова: сталь, позапічна обробка, термодинамічний аналіз, активність компонентів, шлакова фаза, рафінування, десульфурація, вакуумування, властивості, ефективність.

АННОТАЦИЯ

Мельник С.Г. Исследование физико-химических особенностей и разработка

полиреагентных способов внепечной обработки конвертерной стали улучшенного качества. - Рукопись. Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук по специальности 05.16.02 - Металлургия чёрных и цветных металлов и специальных сплавов, Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев - 2009.

В диссертации представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований физико-химических процессов при производстве стали улучшенного качества в большегрузных конвертерах с последующей внепечной обработкой в 350-т сталеразливочных ковшах для разработки технологических основ решения проблемы повышения конкурентоспособности и ресурсосбережения конструкцион-ных, трубных, судовых, мостовых, котельных и других сталей. Исследования осуще-ствлялись в соответствии с приоритетными направлениями развития ГМКУкраины.

С учётом обобщения литературных данных методами термодинамического анализа, математического моделирования, лабораторного и промышленного эксперимента изучены особенности процессов рафинирования металла от серы, фосфора, НВ, водорода и других газов, микролегирования стали Nb, V, Ti, B, модифицирования Са и Ва, разработаны и усовершенствованы комплексные процессы внепечной обработки металла жидкими известково-глинозёмистыми синтетическими шлаками (СШ), твёрдыми шлакообразующими смесями ТШС (CaO+CaF2), вакуумирования, корректировки химического состава стали по C, Mn, Si, Al и др. элементам с продувкой аргоном, модифицирования SiCa и SiBa, инжектируемых в металл в токе инертного газа или вводимых в виде порошковой проволоки, подготовки стали к разливке на МНЛЗ обработкой инертным газом.

На основе изучения влияния окисленности шлаковых и металлических расплавов на свойства шлаков установлено, что активность иона кислорода и сульфидная ёмкость активных шлаков базовой системы CaO-Al2O3-SiO2 могут служить характеристиками рафинирующей способности шлаков. Методом вибротермографирования, объединяющим вибрационный способ вискозиметрии и дифференциально-термический анализ, изучены вязкостные характеристики и установлены температуры начала и конца кристаллизации жидких известково-глинозёмистых СШ, соответственно 1660 и 12300С, что объясняет недостаточно эффективное рафинирование стали СШ в результате гетерогенности шлака.

Выполнена оценка эффективности рафинирования стали от НВ различными способами внепечной обработки.

Получены аналитические зависимости активности водорода в стали от парциального давления паров воды в газовой фазе , активности водорода в шлаковой фазе и температуры. На основании результатов исследования процессов порционного вакуумирования и аргоно-вакуумного порционного рафи-нирования стали разработаны технологические варианты вакуумирования частично и полностью раскисленной конвертерной стали, оценены кинетические параметры поведения основных примесей стали при рафинировании в условиях разрежения. С учётом концепции оптической основности Л получены значения водной ёмкости шлаков , установлено возрастание с увеличением сульфидной ёмкости шлаков и активности ионов кислорода в шлаковой фазе

На основании теоретических исследований и эксперимента разработаны технологические ресурсосберегающие процессы производства качественных сталей в большегрузных конвертерах с применением внепечной обработки металла, способствовавшие успешному сертифицированию, внедрению и функционированию систем управления качеством продукции ISO 9001:1994, ISO 9001:2000 и API Spec Q1 и позволившие пройти сертификацию ведущими международными классификационными обществами с выходом на мировые рынки металлопродукции.

Ключевые слова: сталь, внепечная обработка, термодинамический анализ, активность компонентов, шлаковая фаза, рафинирование, десульфурация, вакуумирование, свойства, эффективность.

ANNOTATION

Melnyk S.G. Researches of physical- chemical features and development of polyreagent processes of ladle treatment of metal of converter steel of the improved quality. It is Manuscript. Dissertation on competition of a Scientific degree of Doctor of Technical Sciences by Speciality 05.16.02 - Metallurgy of ferrous and colors metals and special alloys, Physical -technological institute of metals and alloys of NAS of Ukraine, Kiev, - 2009.

Dissertation is devoted to the ground of theoretical positions and development of technological processes of ladle treatment of metal at the decision of the issue of the day of steelmaking the improved quality in heavy converters.

The results of theoretical and experimental researches of physical and chemical processes, got at development of converters steels with treatment ladles by the capacity of 350т, for the decision of the issue of the day of increase of competitiveness and resources saving of steels in connection with going into the international markets of metal, are presented in dissertation. In-process through the methods of thermodynamics analysis, mathematical design laboratory and industrial experiment, conformities to the law of processes of affinage of metal are studied from S, P, НВ, microalloyings became, retrofittings of Са and Ва, affinages by synthetic slags (SS), slag mixtures, vacuumizing, treatments by liquid ligatures, adjustments of chemical composition became on C, Mn, Si, Al and other. The methods of estimation of ladle affinage are developed became the homogeneous active slags of the base system CaO-Al2O3-SiO2 with the use of optical basicity of slags of Л and their sulfide capacity CS. It is set that activity of ion of oxygen in slags and sulfide capacity of slags C(S) can serve as descriptions of structure of metallur-gical fusions and to reflect their refining ability. The results of research of affinage and retrofitting are resulted SS, slag mixtures, SiCa became and other. It maded estimation of efficiency of affinage became from inclusions by the different ways of ladle treatment.

On the basis of theoretical researches and experiment of the technological resources saving processes of production of high-quality steels in heavy converters with the use of ladle treatment of metal, allowing to pass the certification by leading international qualifying societies and to go out to the world markets of metals, are developed.

Keywords: steel, ladle treatment, thermodynamics analysis, activity of compjnents, slag phase, affinage, desulfurization, vacuumizing, properties, efficiency.

Размещено на Allbest.ru