Содержание статьи
- Введение в проблему угара легирующих элементов
- Факторы, влияющие на угар легирующих элементов
- Способы ввода легирующих элементов
- Ввод в расплав
- Ввод в ковш
- Ввод в струю
- Сравнительные таблицы угара
- Расчеты расхода ферросплавов с учетом угара
- Методы снижения угара легирующих элементов
- Часто задаваемые вопросы
Введение в проблему угара легирующих элементов
Угар легирующих элементов представляет собой одну из ключевых проблем современного сталеплавильного производства. При введении ферросплавов в жидкую сталь происходит частичное окисление легирующих элементов кислородом, растворенным в металле и содержащимся в шлаке. Этот процесс приводит к значительным потерям дорогостоящих легирующих добавок и требует точного расчета для обеспечения заданного химического состава готовой стали.
Степень окисления легирующих элементов зависит от множества факторов, включая способ их ввода в металл, температуру расплава, окислительный потенциал шлака и продолжительность контакта с окислительной средой. Понимание закономерностей угара позволяет оптимизировать технологический процесс и снизить производственные затраты.
Факторы, влияющие на угар легирующих элементов
Величина угара легирующих элементов определяется комплексом физико-химических факторов. Основными из них являются сродство элемента к кислороду, температура процесса, активность кислорода в металле и шлаке, а также кинетические особенности растворения ферросплавов.
Элементы с высоким сродством к кислороду, такие как алюминий, титан и кремний, характеризуются повышенным угаром, особенно при высоких температурах. Менее активные элементы, включая никель и молибден, практически не окисляются в условиях сталеплавильного процесса.
Способы ввода легирующих элементов
В современной металлургии применяются три основных способа ввода легирующих элементов: непосредственно в расплав в печи, в ковш при выпуске стали и в струю металла. Каждый метод характеризуется специфическими условиями окисления и, соответственно, различной степенью угара.
Ввод в расплав
Ввод легирующих элементов непосредственно в расплав в печи применяется для элементов с относительно низким сродством к кислороду. Этот метод характеризуется наибольшим угаром из-за длительного контакта с окислительным шлаком и высокой температуры металла.
| Элемент | Форма ввода | Угар при вводе в расплав, % | Условия ввода |
|---|---|---|---|
| Марганец | Ферромарганец | 25-40 | После предварительного раскисления |
| Хром | Феррохром | 15-25 | В период доводки |
| Кремний | Ферросилиций | 60-80 | Предварительное раскисление |
| Никель | Электролитический | 2-5 | Любое время плавки |
Ввод в ковш
Ввод ферросплавов в ковш является наиболее распространенным методом легирования стали. Этот способ обеспечивает лучшее усвоение легирующих элементов благодаря пониженной окислительной способности ковшевого шлака и возможности контроля последовательности присадок.
1. Ферромарганец или силикомарганец
2. Ферросилиций
3. Алюминий (в последнюю очередь)
| Элемент | Ферросплав | Угар при вводе в ковш, % | Время усвоения, мин |
|---|---|---|---|
| Марганец | ФМн78 | 10-25 | 3-5 |
| Кремний | ФС75 | 15-25 | 5-8 |
| Хром | ФХ650 | 8-15 | 4-7 |
| Алюминий | Чушковый | 60-90 | 1-3 |
| Ванадий | ФВ50 | 20-30 | 6-10 |
Ввод в струю
Ввод легирующих элементов в струю металла при выпуске обеспечивает наилучшее их усвоение. Быстрое растворение в турбулентном потоке и минимальный контакт с окислительной средой способствуют снижению угара до минимальных значений.
| Элемент | Угар при вводе в струю, % | Преимущества метода | Ограничения |
|---|---|---|---|
| Кремний | 10-15 | Быстрое усвоение | Требует точной дозировки |
| Марганец | 8-15 | Равномерное распределение | Необходимость синхронизации |
| Алюминий | 40-60 | Минимальный контакт со шлаком | Сложность подачи |
| Хром | 5-10 | Высокое усвоение | Требует измельчения |
Сравнительные таблицы угара
Анализ данных по угару легирующих элементов при различных способах ввода позволяет выбрать оптимальную технологию для каждого конкретного случая. Представленные ниже таблицы основаны на производственных данных ведущих металлургических предприятий.
| Элемент | Ввод в расплав, % | Ввод в ковш, % | Ввод в струю, % | Оптимальный способ |
|---|---|---|---|---|
| Марганец | 25-40 | 10-25 | 8-15 | Ввод в струю |
| Кремний | 60-80 | 15-25 | 10-15 | Ввод в струю |
| Хром | 15-25 | 8-15 | 5-10 | Ввод в струю |
| Алюминий | 80-95 | 60-90 | 40-60 | Ввод в струю |
| Ванадий | 30-45 | 20-30 | 15-20 | Ввод в струю |
| Никель | 2-5 | 2-3 | 1-2 | Любой способ |
| Молибден | 3-8 | 2-5 | 1-3 | Любой способ |
Расчеты расхода ферросплавов с учетом угара
Точный расчет потребного количества ферросплавов является критически важным для обеспечения заданного химического состава стали. Базовая формула для расчета учитывает содержание элемента в исходном металле, требуемое содержание в готовой стали и ожидаемый угар.
Q = G × (Эм - Эв) × 100 / [Эф × (100 - Ув)]
где:
Q - расход ферросплава, кг
G - масса металла, т
Эм - требуемое содержание элемента в металле, %
Эв - содержание элемента в исходном металле, %
Эф - содержание элемента в ферросплаве, %
Ув - угар легирующего элемента, %
Необходимо довести содержание хрома в 100-тонной плавке стали с 0,45% до 1,45% феррохромом ФХ650 (70% Cr). Угар хрома при вводе в ковш составляет 10%.
Расчет: Q = 100 × (1,45 - 0,45) × 100 / [70 × (100 - 10)] = 100 × 1,0 × 100 / (70 × 90) = 1,59 т
Требуется 1590 кг феррохрома ФХ650.
Расчет для различных способов ввода
| Способ ввода | Угар Mn, % | Расход ФМн78, кг | Экономия против ввода в расплав, кг |
|---|---|---|---|
| Ввод в расплав | 32 | 1470 | - |
| Ввод в ковш | 18 | 1220 | 250 |
| Ввод в струю | 12 | 1130 | 340 |
Методы снижения угара легирующих элементов
Современные технологии предлагают ряд эффективных решений для минимизации потерь легирующих элементов. Основными направлениями являются оптимизация состава шлака, применение защитных газовых сред и использование современных систем ввода ферросплавов.
Технологические приемы снижения угара
Применение комплексных раскислителей, таких как силикокальций, позволяет снизить активность кислорода в металле и, соответственно, уменьшить угар последующих легирующих присадок. Использование инертной газовой защиты при вводе ферросплавов также способствует повышению их усвоения.
| Метод | Снижение угара, % | Применимые элементы | Дополнительные затраты |
|---|---|---|---|
| Вдувание порошковых ферросплавов | 30-50 | Si, Ca, Al | Оборудование для вдувания |
| Ввод в проволоке | 20-40 | Ca, Al, РЗМ | Стоимость проволоки |
| Синтетические шлаки | 15-25 | Все элементы | Шлакообразующие смеси |
| Аргонная продувка | 10-20 | Все элементы | Расход аргона |
Современные системы ввода легирующих
Установки ковш-печь (УКП) обеспечивают оптимальные условия для легирования стали. Возможность поддержания температуры, интенсивного перемешивания аргоном и точного дозирования ферросплавов позволяет достичь минимального угара и высокой точности химического состава.
Часто задаваемые вопросы
Заключение: Понимание закономерностей угара легирующих элементов при различных способах ввода является ключом к эффективному производству качественной стали. Правильный выбор технологии легирования позволяет не только обеспечить требуемые свойства металла, но и значительно снизить производственные затраты. Постоянное совершенствование методов ввода и контроля процесса легирования остается актуальной задачей современной металлургии.
Источники:
1. Металлургический портал - Угар легирующих элементов
2. Технология раскисления и легирования стали
3. Производство ферросплавов и их применение
4. ГОСТ 4757-91 "Феррохром. Технические требования и условия поставки"
5. ГОСТ 1415-93 "Ферросилиций. Технические требования и условия поставки"
6. ГОСТ 4543-2016 "Сталь легированная и высоколегированная"
7. Справочник по производству стали
8. Современные методы легирования стали
