Исагулов А.З., Куликов В.Ю., Альсенова Г.Б.

Карагандинский государственный технический университет

Повышение качества стали при использовании

внепечного легирования и раскисления

Известно, что в мировой практике применение внепечного легирования и раскисления является необходимым элементом технологии производства металлопродукции, удовлетворяющих требованиям потребителя для самых разнообразных условий изготовления и службы изделий из этой металлопродукции.

В частности, применение внепечного легирования и раскисления позволяет получать равномерный состав как химический, так и фазовый. При этом происходит дополнительная очистка стали от растворенных газов, неметаллических примесей. В металлургии и литейном производстве широкое применение раскисления и легирования в ковше представляется актуальной задачей, решение которой обеспечит получение качественной и экономически выгодной, а, значит, и конкурентоспособной продукции.

Раскисление стали в печи требует больших затрат ферросплавов, чем удаление кислорода в ковше. Введение легирующих элементов в печь требует повышенного расхода вследствие повышенного угара, а также из-за продолжительности времени между введением ферросплавов и выпуском стали из печи. На растворение ферросплавов в ковше влияет их дисперсность и температура металла в ковше, которые необходимо оптимизировать в каждом конкретном случае.

Например, введение в ковш во время выпуска металла дозированных добавок феррованадия и ферромолибдена фракцией 10…20 мм в 1 т ковше позволяет полностью им раствориться в металле и получить требуемый химический состав стали 35ХМФЛ по этим элементам. Увеличение фракции этих ферросплавов увеличивает химическую ликвацию в отливке, значительное измельчение приводит к повышенному угару, а, следовательно, и расходу легирующих добавок.

Следует учитыват и тот факт, что помимо газов, содержащихся в металле, определенная их часть вносится в форму в процессе заливки. Это происходит из-за дискретности струи металла. Следовательно, газосодержание в отливке будет тем борльше, чем выше начинается струя истечения и площадь струи металла, а также, как известно, от времени и температуры заливки. С понижением температуры заливаемого металла, дискретность струи увеличивается и тем самым в форму вносится большее содержание газов из атмосферы. Содержание газовой фазы, вносимой с металлом будет

Из этого выражения следует вычесть чистый металл, попадающий в форму. Возьмем истинную плотность металла, соответствующую предельному состоянию и тогда количество вносимых с металлом газов в форму будет

Г=К··dt,

где К – температурный коэффициент, F_ст – полная площадь сечения струи, h –высота струи; ρ_мет – плотность металла.

Очевидно, что в реальных условиях надо учитывать не истинную, а кажущуюся плотность металла. Однако, количество газов, вносимых металлом, контролируется с помощью раскислителей, в то время как газы, захватываемые из атмосферы струей во время заливки, учитывать сложнее.

В связи с этим, для получения металла без газовых включений по всему телу отливки возникает необходимость некоторого введения раскислителей в форму.

Для проведения исследований по внепечному раскислению использовался ферромарганец марки ФМ75 и ферросилиций ФС75.

Исследования по зависимости повышения содержания компонента от его фракции показали, что наиболее оптимальной фракцией для внепечного легирования и раскисления стали 80ГСЛ кремнием является ~1-2 мм (рисунок 1), т.к. меньший размер вызывает повышенный угар, а значительное увеличение фракции вводимых ферросплавов не позволяет им полностью раствориться в ковше.

Рисунок 1 – Зависимость повышения содержания кремния от фракции вводимых в ковш ферросплавов

Несколько иная картина наблюдается у марганца (рисунок 2). Особенно плохо растворяется марганец крупных фракций. Заметный скачок для стали 80ГСЛ наблюдался при переходе от фракции 1 мм к фракции 2 мм.

Рисунок 2 – Зависимость повышения содержания марганца от фракции вводимых в ковш ферросплавов

Температура металла – 1560 ⁰С, объем металла, в который вводилась навеска 400 г ферросплавов различных фракции – 750 кг. Ферросплавы вводились на дно ковша. Вместе с тем более целесообразным способом введения этих ферросплавов является введение в струю металла, истекающей из печи.

Таким образом, легирование и раскисление в ковше позволяет значительно снизить расход ферросплавов, позволяет получать качественный металл с равномерной структурой и средним химическим составом по всему сечению отливки, а также с высокими механическими свойствами, удовлетворяющие требованиям потребителей для разнообразных условий изготовления и эксплуатируемых в различных условиях.

Введение в ковш ферросилиция ФС-60 показало, что рациональнее его вводить в ковш, тогда как при введении на желоб летки угар кремния значительнее, что свидетельствует о неполном растворении кремния большей фракции (таблица 1). В то же время высокодисперсные ферросплавы (менее 0,3 мм) имеют больший процент угара.

В данном случае целесообразнее применять ферросилиций фракции 0,5…1 см и вводить их на дно ковша. При этом будет происходить наиболее полное растворение кремния в чугуне.

Таблица 1 – Результаты экспериментальных исследований

Вес вводимых ферросплавов	Способ введения ферросплава в ковш	ΔSi, %	Примечание
0,7 кг	На желоб летки	-0,31	Масса металла – 250 кг. Фракция – 10…30 мм.
1,0 кг		-0,16
0,7 кг	В ковш	-0,14
1,0 кг		-0,02

Использование внепечного легирования и раскисления жидкого металла представляется одной из наиболее актуальных задач, решение которой не только позволит обеспечить потребителя качественной продукцией, но и положительно скажется на экономике машиностроения.