Особенности образования неметаллических включений при производстве углеродистой электростали
Изложены результаты, полученных при реализации нового подхода к решению проблемы образования неметаллических включений (НВ), основанного на анализе генезиса и трансформации НВ в стали по всем этапам сталеплавильно–разливочного и прокатного (применительно к условиям сортопрокатно–проволочного с...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
|---|---|
| Datum: | 2004 |
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України
2004
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/21066 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Особенности образования неметаллических включений при производстве углеродистой электростали / Р.В. Старов, В.В. Парусов, Д.Н. Тогобицкая, И.В. Деревянченко, А.Б. Сычков, С.Ю. Жукова // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2004. — Вип. 8. — С. 334-339. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-21066 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Старов, Р.В. Парусов, В.В. Тогобицкая, В.В. Деревянченко, И.В. Сычков, А.Б. Жукова, С.Ю. 2011-06-14T20:01:22Z 2011-06-14T20:01:22Z 2004 Особенности образования неметаллических включений при производстве углеродистой электростали / Р.В. Старов, В.В. Парусов, Д.Н. Тогобицкая, И.В. Деревянченко, А.Б. Сычков, С.Ю. Жукова // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2004. — Вип. 8. — С. 334-339. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. XXXX-0070 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/21066 669.18.543.001.5 Изложены результаты, полученных при реализации нового подхода к решению проблемы образования неметаллических включений (НВ), основанного на анализе генезиса и трансформации НВ в стали по всем этапам сталеплавильно–разливочного и прокатного (применительно к условиям сортопрокатно–проволочного стана) переделов. ru Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии Металловедение и материаловедение Особенности образования неметаллических включений при производстве углеродистой электростали Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Особенности образования неметаллических включений при производстве углеродистой электростали |
| spellingShingle |
Особенности образования неметаллических включений при производстве углеродистой электростали Старов, Р.В. Парусов, В.В. Тогобицкая, В.В. Деревянченко, И.В. Сычков, А.Б. Жукова, С.Ю. Металловедение и материаловедение |
| title_short |
Особенности образования неметаллических включений при производстве углеродистой электростали |
| title_full |
Особенности образования неметаллических включений при производстве углеродистой электростали |
| title_fullStr |
Особенности образования неметаллических включений при производстве углеродистой электростали |
| title_full_unstemmed |
Особенности образования неметаллических включений при производстве углеродистой электростали |
| title_sort |
особенности образования неметаллических включений при производстве углеродистой электростали |
| author |
Старов, Р.В. Парусов, В.В. Тогобицкая, В.В. Деревянченко, И.В. Сычков, А.Б. Жукова, С.Ю. |
| author_facet |
Старов, Р.В. Парусов, В.В. Тогобицкая, В.В. Деревянченко, И.В. Сычков, А.Б. Жукова, С.Ю. |
| topic |
Металловедение и материаловедение |
| topic_facet |
Металловедение и материаловедение |
| publishDate |
2004 |
| language |
Russian |
| container_title |
Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
| publisher |
Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України |
| format |
Article |
| description |
Изложены результаты, полученных при реализации нового подхода к решению
проблемы образования неметаллических включений (НВ), основанного на анализе
генезиса и трансформации НВ в стали по всем этапам сталеплавильно–разливочного и
прокатного (применительно к условиям сортопрокатно–проволочного стана) переделов.
|
| issn |
XXXX-0070 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/21066 |
| citation_txt |
Особенности образования неметаллических включений при производстве углеродистой электростали / Р.В. Старов, В.В. Парусов, Д.Н. Тогобицкая, И.В. Деревянченко, А.Б. Сычков, С.Ю. Жукова // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2004. — Вип. 8. — С. 334-339. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT starovrv osobennostiobrazovaniânemetalličeskihvklûčeniipriproizvodstveuglerodistoiélektrostali AT parusovvv osobennostiobrazovaniânemetalličeskihvklûčeniipriproizvodstveuglerodistoiélektrostali AT togobickaâvv osobennostiobrazovaniânemetalličeskihvklûčeniipriproizvodstveuglerodistoiélektrostali AT derevânčenkoiv osobennostiobrazovaniânemetalličeskihvklûčeniipriproizvodstveuglerodistoiélektrostali AT syčkovab osobennostiobrazovaniânemetalličeskihvklûčeniipriproizvodstveuglerodistoiélektrostali AT žukovasû osobennostiobrazovaniânemetalličeskihvklûčeniipriproizvodstveuglerodistoiélektrostali |
| first_indexed |
2025-11-25T08:25:27Z |
| last_indexed |
2025-11-25T08:25:27Z |
| _version_ |
1850507843243868160 |
| fulltext |
334
УДК 669.18.543.001.5
Р.В. Старов*, В.В. Парусов*, Тогобицкая Д.Н.*
И.В. Деревянченко**, А.Б. Сычков**, С.Ю. Жукова**
*Институт черной металлургии НАН Украины
**СЗАО «Молдавский металлургический завод»
ОСОБЕННОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ
ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ УГЛЕРОДИСТОЙ ЭЛЕКТРОСТАЛИ
Изложены результаты, полученных при реализации нового подхода к решению
проблемы образования неметаллических включений (НВ), основанного на анализе
генезиса и трансформации НВ в стали по всем этапам сталеплавильно–разливочного и
прокатного (применительно к условиям сортопрокатно–проволочного стана) переделов.
Количество, состав и распределение неметаллических включений (НВ)
являются важными факторами качества сталей, определяющими их механиче-
ские свойства и служебные характеристики [1–3]. Среди всевозможных спо-
собов классификации НВ общепризнанными следует считать разделение их
по происхождению и по моменту образования [1,2]. По происхождению НВ
разделяются на две группы: эндогенные и экзогенные. Первые образуются при
фазово–структурных превращениях в жидкой и твердой стали, а вторые прив-
носятся в жидкость извне в результате разрушения футеровки сталеплавиль-
ного и разливочного оборудования, захвата частичек шихты, экзотермических
смесей и шлаков [1,2]. Согласно [3,4] по моменту образования НВ делятся на
первичные (ПНВ), образующиеся при выплавке, вторичные (ВНВ) – в процес-
се внепечной обработки до разливки, третичные (ТНВ), образующиеся при
кристаллизации, и четвертичные (ЧНВ) – в процессе деформации и термиче-
ской обработки в результате твердофазных превращений. В дальнейшем мы
будем придерживаться этой классификации. Существующие гипотезы относи-
тельно происхождения, образования и поведения неметаллических включений
(НВ) при производстве стали весьма разнообразны и противоречивы. В задачу
настоящей работы не входит анализ этих гипотез – это потребовало бы изло-
жения большого количества материалов, не укладывающегося в рамки жур-
нальной статьи. Поэтому для авторов более актуальным в научном и практи-
ческом аспектах представляется изложение собственных результатов, полу-
ченных при реализации нового подхода к решению рассматриваемой пробле-
мы, основанного на анализе генезиса и трансформации НВ в стали по всем
этапам сталеплавильно–разливочного и прокатного (применительно к услови-
ям сортопрокатно–проволочного стана) переделов.
В предыдущих работах [5, 6] нами были установлены количественные за-
висимости характеристик НВ: доли площади, занятой НВ, их количества на
единицу площади, доли глобулярных и строчечных НВ (на продольных об-
разцах), размеров (максимальных и средних) глобулярных и строчечных НВ
335
от технологических факторов, что, в конечном итоге, позволило
разработать и внедрить на Молдавском металлургическом заводе (МолМЗ)
оптимальную технологию производства стали, позволившую в несколько раз
уменьшить размеры и количество НВ и в результате улучшить качество стали.
Но эти исследования относились к готовому прокату. Установление законо-
мерностей поведения НВ по всему ходу производства стали (от выплавки до
готового проката) позволит выработать еще более эффективные мероприятия
по повышению ее качества.
Для решения этой задачи на МолМЗ были проведены 3 плавки стали 70
КРД (для металлокорда) с отбором проб металла – УПК–1, УПК–2, УПК–3
(установка «печь–ковш»: в начале, середине и конце обработки), ВАК (после
окончания вакуумирования), ПрК (промежуточный ковш), НЛЗ (темплеты от
непрерывнолитой заготовки), ГП (готовый прокат). На каждом этапе для ис-
ключения элементов случайности отбирались одновременно две параллель-
ные пробы. Последующий анализ показал высокую сходимость результатов
как между каждой из трех плавок, так и между двумя параллельными пробами.
Анализ проб выполнялся на растровом электронном микроскопе VEGA
TS 5130 ММ и энергодисперсионном спектрометре INCA ENERGY 300 при
ускоряющем напряжении 20 кV. Анализировались 20 НВ по всей площади про-
бы, выбранные случайным образом. Результаты анализа представлены в таб-
лице и на рис. а, б, в, г, д, е. Ввиду высокой сходимости результатов трех пла-
вок сочли возможным привести усредненные данные.
Рассмотрим поведение отдельных компонентов НВ по ходу
производства металла.
SiО2 (рисунок, б). Источники SiО2 в НВ – продукты раскисления. Естест-
венно, максимальное значение SiO2 в начале обработки па УПК – проба УПК
1. По ходу процесса содержание SiO2 закономерно уменьшается, а в конце
жидкого периода доходит до нуля, причем на всех трех плавках.
В периоды кристаллизации и прокатки содержание SiО2 возрастает до
17,02 и 21,62% в результате взаимодействия кремния (0,17%) с кислородом,
растворимость которого уменьшается с понижением температуры стали при
кристаллизации.
СаО. Содержание СаО в НВ зависит от времени ввода кальций–
содержащих материалов – от 11,2% до ввода FeCa и до 36; 44,55; и 55,83%
после последовательного ввода FeCa. На участке ВАК–ПрК содержание СаО
снижается до 32,3%. На участке ПрК–НЛЗ содержание СаО возрастает до
45,3% в результате взаимодействия Са с кислородом. Уровень повышения –
13%, ниже чем уровень повышения SiО2. Хотя сродство Са к кислороду зна-
чительно выше, чем сродство Si, начальный уровень содержания Са
0,0001...0,003% значительно ниже начального содержания Si.
Следует отметить, что в пробах, отобранных сразу после ввода FeCa, об-
наружены НВ, состоящие на 100% из СаО. В ГП переходят ПНВ, ВНВ и ТНВ.
МnО. В пробах УПК–1 обнаружены единичные НВ, состоящие на 100%
336
из МпО. Следует отметить, что от момента окончания раскисления до
отбора пробы УПК–1 проходит по крайней мере 15 мин, поэтому следует
ожидать, что сразу после окончания раскисления таких НВ будет гораздо
больше. Тем не менее, и в случае СаО и МnО очевидно гомогенное образова-
ние НВ, МnО в жидкий период не удаляется полностью и часть МnО переходит
в ГП.
Следует также отметить возможность того, что МnО может быть доно-
ром кислорода для образования ТНВ и ЧНВ, т.к. сродство Мn к кислороду
ниже, чем сродство Са и Si.
Рисунок – Изменение содержания компонентов в НВ по ходу производства стали:
1, 2, 3 – соответственно пробы, отобранные на УПК в начале, середине и конце
обработки, 4 – проба, отобранная в конце вакуумирования, 5 – проба, отобранная
из ПрК, 6 – НЛЗ, 7 – ГП
MgO. – во время жидкого периода происходит как удаление MgO, так и
переход MgO из футеровки, так что содержание MgO в НВ практически не
изменяется по ходу процесса и MgO переходит в ГП.
Al2O3. Источники Аl2O3 в НВ – окисление Аl, вносимого на УПК, и глино-
земная футеровка днища стальковша, Аl2O3 переходит в ГП. Уменьшение
содержания Аl2O3 в НВ на участке ПрК–НЛЗ, ГП объясняется тем, что в со-
ставе НВ на этом участке увеличивается содержание СаО и SiO2.
Содержание Al в металле МолМЗ, как правило, составляет 0,002%, но тем
не менее Al обладает большим сродством к кислороду, чем Si и поэтому
возможно образование ТНВ глинозема. Экспериментально это установить
не удалось, т.к. в результате увеличения содержания кремнезема и СаО в
НВ содержание А12Оз в НВ НЛЗ заметно снизилось и на фоне этого сни-
а б в
г д е
337
жения обнаружить увеличение ТНВ глинозема невозможно.
Сера. Среднее содержание серы перед выпуском из ДСП – 0,052%,
УПК–1 – 0,015%, ГП –0,003%, т.е. сера удаляется во время выпуска из
ДСП и на УПК. Максимальное содержание серы в НВ в пробе УПК–1,
далее содержание серы в НВ уменьшается практически до нуля.
Таблица – Размеры и химический состав НВ по ходу производства металла
Содержание,% №
плавки
№
про-
бы*
Размер
НВ, мкм Al2O3 SiO2 CaO MnO MgO S**
1 4,9 5,29 16,79 6,72 68,78 2,43 12,57
2 2,55 6,68 25,16 44,26 20,12 3,84 7,07
3 2,06 1,08 15,92 69,12 8,85 5,05 2,79
5 2,12 48,35 0 36,98 9,73 5,37 4,17
НЛЗ 2,17 2,64 15,7 34,88 14,62 8,46 0,58
232205
ГП 1,87 23,85 21,07 42,42 8,48 3,53 0,57
1 4,09 8,0 17,8 4,10 67,66 2,46 12,9
2 2,19 0,95 18,88 59,65 13,49 7,02 4,32
3 1,82 2,06 13,1 9,34 12,77 3,08 1,84
4 2,0 7,76 20,24 55,83 12,10 3,08 2,87
5 2,25 54,22 0,37 25,03 14,56 5,81 1,24
НЛЗ 2,56 14,59 16,0 52,04 12,27 5,09 0,52
232206
ГП 1,8 20,70 25,12 45,18 7,35 4,3 0,54
1 6,0 12,25 29,73 22,99 20,87 14,16 11,1
2 2,04 31,9 2,28 4,02 54,87 3,4 3,97
3 1,83 1,67 4,23 55,19 22,43 6,57 5,81
5 1,79 50,76 0,53 34,86 8,11 5,58 2,8
НЛЗ 2,22 20,32 19,37 48,95 5,44 5,92 0,55
232207
ГП 1,8 24,37 18,67 43,74 7,01 6,57 0,6
1 5,0 8,51 21,44 11,27 52,44 6,35 12,2
2 2,26 13,2 15,44 36,0 29,49 5,81 5,12
3 1,9 1,6 11,08 44,55 14,68 4,9 3,48
4 2,0 7,76 10,24 55,83 12,10 3,08 2,87
5 2,05 51,1 0,3 32,3 10,8 5,59 2,74
НЛЗ 2,32 20,44 17,02 45,3 10,78 6,49 0,55
Сред-
нее
ГП 1,82 22,97 21,62 43,78 7,61 4,58 0,57
Примечание:* – 1, 2, 3 – соответственно пробы, отобранные на УПК в начале, в
середине и в конце обработки; 4 – проба, отобранная после вакуумирования; 5 –
проба, отобранная из промежуточного ковша; НЛЗ – непрерывно–литая заготов-
ка; ГП – готовый прокат.
Размеры НВ. Максимальный размер НВ наблюдается в пробе УПК–1,
далее размеры уменьшаются и остаются практически на одном уровне.
338
Интересно сопоставить степень обжатия металла (НЛЗ сечением
125x125 мм до катанки диаметром 5,5 мм) – 99.84% и НВ в НЛЗ и ГП
(диаметры соответственно 2,32 и 1,82 мм) – 38,5%, т.е. НВ деформируются
в процессе прокатки в 2,6 раза меньше металла.
Для выяснения причин неодинакового поведения различных компо-
нентов НВ были определены свойства НВ в зависимости от состава:
Вязкость
η1500, Нс/м2 = 0,155+0,00058(Al2O3) + 0,00287 (SiO2) – 0,00189 (CaO) –
0,00171 (MnO) – 0,00194 MgO) – 0,0012 (CaS)
η= 0,96 ± 0,0156 μ = 61,8 (1)
Поверхностное натяжение
σ1500, МН/м = 321,035 + 1,098 ((Al2O3) + 0,463 (SiO2)+ 0,966 (CaO) –
0,739 (MnO) –1,447 (MgO) + 0,872 (CaS)
η = 0,99 ± 0,52 μ = 190,04 (2)
Температура начала плавления
tн, 0С = 1189,7 + 1,86 (Al2O3) + 0,265 (SiO2)+ 2,1 (CaO) – 1,176 (MnO) –
2,25 (MgO) + 1,81 (CaS)
η = 0,99 ± 0,0055 μ = 177,8 (3)
Температура конца плавления
tк, 0С = 1265,2 + 2,264 (Al2O3) + 0,32 (SiO2)+ 2,56 (CaO) – 1,43 (MnO) –
2,74 (MgO) + 2,2 (CaS)
η = 0,99 ± 0,0055 μ = 177,8 (4)
Плотность
γ, г/см3 = 3,88 – 0,0079 (Al2O3) – 0,00682 (SiO2)+ 0,00127 (CaO) +
0,00872 (MnO) – 0,0125 (MgO) + 0,0086 (CaS)
η = 0,99 ± 0,00014 μ = 7171,55 (5)
Зависимости (1)–(5) получены с использованием теории направленной
химической связи Э.В. Приходько [7]. Как видно из зависимостей (1)–(5)
повышение содержания SiO2 и А12О3 в НВ приводит к повышению вязко-
сти, поверхностного натяжения, температуры плавления и к снижению
плотности, т.е. к повышению тугоплавкости, к снижению смачиваемости
и к увеличению разницы между плотностью металла и плотностью НВ.
Именно поэтому НВ, содержащие SiО2 и Аl2O3 всплывают быстрее ос-
тальных. Увеличение содержания в НВ МnО и MgO приводит к снижению
вязкости, поверхностного натяжения, снижению температуры плавления к
повышению плотности и поэтому удаляются неполностью. СаО занимает
промежуточное положение – повышая поверхностное натяжение и темпе-
ратуру плавления, снижает вязкость и повышает плотность. Выяснить,
какое из свойств преобладает, не представляется возможным, т.к. каль-
цийсодержащие материалы вводятся, как правило, лишь в самом конце
жидкого периода.
Заключение.
1. В процессе производства стали идут два противоположных процес-
339
са: с одной стороны – всплывание НВ, а с другой – их затягивание
циркулирующим в ковше металлом (продувка аргоном, температурные
градиенты). Необходимо время для того, чтобы первый процесс преобла-
дал над вторым. Этого времени хватает для тех компонентов НВ, которые
образовались в самом начале процесса: в данном случае SiO2 и серы. Для
остальных компонентов, которые вносятся по ходу процесса – Al2O3 и
MgO (переход из футеровки стальковша), СаО (ввод FeCa – проволоки),
МnO (ввод корректирующих добавок Мn – сплавов) этого времени не хва-
тает.
2. НВ в готовом прокате, влияющие на качество стали, представлены
как включениями, перешедшими из жидкого металла (в основном), так и
ТНВ, образовавшимися при кристаллизации.
3. Установлено, что наряду с гетерогенным образованием НВ проис-
ходит и гомогенное их зарождение.
4. Экспериментально установлено, что в процессе кристаллизации
происходит образование ТНВ – SiO2 (содержание SiO2 увеличивается с
нуля до 17–21%), СаО (с 32 до 45%), возможно также образование ТНВ
глинозема.
5. Степень деформации НВ при прокатке в 2,6 раза ниже, чем степень
деформации металла.
1. Неметаллические включения в стали. // Сталь. – 1973. – № 7. – С.590–615.
2. Губенко С.И. Трансформация неметаллических включений в стали. –
М.:Металлургия, 1991. – 225с.
3. Неметаллические включения и свойства. / В.И. Явойский, А.П. Оленко //
М.:Металлургия, 1980. – 176 с.
4. Включения и газы в стали. / В.И. Явойский, С.А. Блюзников, А.Ф. Винкарев //
М.:Металлургия, 1979. – 272 с.
5. Разработка технологии производства чистой по неметаллическим включе-
ниям стали в комплексе дуговая сталеплавильная печь – установка «печь–
ковш» – сортовая МНЛЗ / Р.В. Старов, В.В. Парусов, А.М. Нестеренко и др. //
Производство стали в ХХ1 веке. Прогноз, процессы, технология, экология.
Материалы Международной научно–технической конференции. – Киев: 15–16
мая 2000 г., Днепродзержинск 17–19 мая 2000 г. – С.167–168.
6. Современная технология подготовки металла к непрерывной разливке /
Р.В.Старов, Л.Ф. Литвинов, И.В. Деревянченко // Металлургическая и горно-
рудная промышленность. – 2003. – № 8. – С.25–27
7. Приходько Э.В. Моделирование структуры при исследовании связи между
составом и свойствами оксидных расплавов // Известия АН СССР. Неоргани-
ческие материалы. – 1980. – Т.16. – №5. – С.900–906.
Статья рекомендована к печати д.т.н. В.Ф.Поляковым
|