
Тип работы:	Предмет:	Язык работы:

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НАУГЛЕРОЖИВАНИЯ МЕТАЛЛА ПРИ ВЫПЛАВКЕ ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЛУПРОДУКТА ДСП

Работа №	102021
Тип работы	Авторефераты (РГБ)
Предмет	металлургия
Объем работы	26
Год сдачи	2017
Стоимость	250 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено	126

Не подходит работа?

Узнай цену на написание

Содержание

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПУБЛИКАЦИИ

Введение

Актуальность темы исследования
При переходе к современным высокоинтенсивным процессам в корне изменились технологические подходы к получению заданного содержания углерода в стали. Если ранее стремились к получению концентрации углерода на выпуске из плавильного агрегата в пределах целевого диапазона для заданной марки стали, то концепция современного высокоинтенсивного процесса в большинстве случаев предполагает получение стали из унифицированного низкоуглеродистого полупродукта путем науглероживания металла в ковше. Это не только сделало науглероживание неотъемлемым элементом современной технологии производства стали, но и привело к большому количеству вариантов его реализации с точки зрения степени науглероживания, типа используемых карбюризаторов, способа науглероживания, технологического этапа, где реализуется ввод углеродсодержащих материалов. При этом общепринятая научно обоснованная концепция науглероживания металла, учитывающая особенности качества стали и полупродукта, полученного высокоинтенсивными процессами, до настоящего времени полностью не сформировалась. Поэтому исследования, направленные на разработку технологии науглероживания металла при выплавке трубных сталей ответственного назначения с использованием полупродукта ДСП, несомненно, актуальны для теории и практики высокоинтенсивных процессов.
Степень разработанности темы исследования
Наиболее системные исследования науглероживания расплавов железа были выполнены применительно к условиям конвертерного и мартеновского процессов и касались, прежде всего, вопросов оптимизации усвоения углеродистых материалов, мало затрагивая проблему влияния науглероживания на качество стали, которая ставилась в соответствие с выравниванием химического состава по углероду.
Исследованиями А.М. Самарина, А.А. Вертмана, Б.А. Баума и ряда других отечественных ученых, направленными на изыскание резервов повышения качества металлических материалов, показано, что наиболее полно реализовать потенциальные возможности, заложенные химическим составом, в том числе по углероду, позволяет формирование перед кристаллизацией равновесных, микрооднородных структурных состояний расплавов железа. В связи с этим, время полного растворения науглероживателя корректно ставить в соответствие не выравниванию химического состава, а устранению микронеоднородности расплава. Завершённость этого процесса в прецизионных расплавах железа изучена недостаточно, а в промышленных расплавах современных высокоинтенсивных процессов практически не изучалась.
Цель работы
Разработка и промышленное внедрение эффективных технологий науглероживания высокоокисленного полупродукта ДСП при производстве качественных сталей трубного сортамента.
Задачи исследования:
1. Исследование влияния науглероживания металла на равновесность расплавов и качество стали.
2. Исследование особенностей формирования расплавов при науглероживании полупродукта ДСП.
3. Анализ возможностей повышения эффективности науглероживания за счет оптимизации окисленности полупродукта.
4. Исследование способов повышения эффективности науглероживания за счет комплексного решения задач раскисления и науглероживания.
5. Разработка технологии науглероживания металла при выплавке трубных сталей с использованием полупродукта ДСП.
6. Промышленное внедрение разработанной технологии и оценка ее эффективности.
Научная новизна
Впервые выполнены систематические исследования влияния параметров технологии науглероживания полупродукта на качество трубных сталей. Установлено, что науглероживание может являться одной из наиболее значимых причин появления дефектов литого и деформированного металла и снижения уровня свойств.
Впервые получены систематические данные о влиянии науглероживания на неравновесность расплавов и качество готовой стали.
Впервые изучены закономерности формирования равновесных расплавов при науглероживании железа в зависимости от примесного состава. Экспериментально показано отрицательное влияние кислорода и серы на формирование расплавов железа при науглероживании. Расширены представления о природе влияния окисленности металла, его раскисления и десульфурации на эффективность науглероживания.
Получены новые данные об уровне окисленности полупродукта ДСП и влиянии технологических параметров плавки на активность кислорода в расплаве.
Уточнены термодинамические и впервые получены кинетические и реологические закономерности взаимодействия карбида кремния с расплавами железа. Установлено отрицательное влияние кремния на макро- и микропроцессы усвоения углерода расплавом.
Теоретическая и практическая значимость работы
Обоснована возможность повышения качества литого и деформированного металла посредством оптимизации технологии науглероживания полупродукта ДСП.
Установлен оптимальный диапазон окисленности полупродукта современной сверхмощной ДСП при производстве трубных сталей. Показана возможность получения целевой окисленности за счет оптимизации режима продувки кислородом, технологии ввода антрацита в ДСП и шлакового режима.
Опираясь на результаты исследований, сформулированы общие принципы технологии науглероживания полупродукта при выплавке стали современными высокоинтенсивными процессами.
Доказана эффективность предложенных принципов путем разработки и внедрения комплексной технологии раскисления и науглероживания полупродукта при выплавке трубных сталей в ДСП на 100-процентной твердой завалке.
Обоснованы технологические принципы использования карбида кремния при выплавке трубных сталей современным высокоинтенсивным процессом, на основе которых разработан вариант комплексной технологии раскисления и науглероживания, внедрение которого при выплавке трубных сталей в ДСП дало значительный экономический эффект.
Методология и методы исследования
Методология работы базируется на концепции совершенствования технологии сталеплавильных процессов на базе изучения структурных особенностей и закономерностей формирования расплавов на основе железа, заложенной в работах Б.А. Баума и его сотрудников. Для достижения поставленной цели и решения задач в рамках проведения диссертационной работы использовались следующие методы: вискозиметрии расплавов металлов (бесконтактный метод крутильных колебаний тигля с расплавом), металлографическая микроскопия, производственный эксперимент, статистические методы анализа и моделирования.
Положения диссертации, выносимые на защиту:
1. Экспериментально обоснованное положение о том, что науглероживание является одним из наиболее значимых источников неравновесности расплавов трубных сталей, существенно влияющих на качество литого и деформированного металла.
2. Установленное в результате исследований методом вискозиметрии отрицательное влияние кислорода и серы на продолжительность формирования микрооднородного, равновесного структурного состояния расплава после науглероживания железа.
3. Возможность сокращения продолжительности формирования расплава после науглероживания железа за счет повышения глубины раскисления и десульфурации металла.
4. Технологические принципы повышения эффективности науглероживания полупродукта ДСП:
- регламентация окисленности полупродукта;
- комплексное решение технологических задач раскисления, науглероживания и десульфурации с опережающим глубоким рафинированием металла от нежелательных примесей;
- применение в качестве основного карбюризатора искусственных графитов и электродного боя, исключив использование природных углеродсодержащих материалов;
- использование карбида кремния только для предварительного раскисления полупродукта;
- минимизация степени науглероживания в ходе внепечной обработки и смещение корректировок по углероду в случае их необходимости на начальные этапы обработки.
5. Возможность целенаправленного получения целевой окисленности полупродукта за счет согласованной оптимизации режима продувки кислородом, технологии использования в ДСП антрацита и шлакового режима.
6. Реализация разработанных принципов науглероживания в виде двух вариантов
комплексной технологии раскисления и науглероживания полупродукта ДСП при производстве трубных сталей: без применения и с использованием
карбидкремнийсодержащих материалов.
7. Экспериментальные и промышленные данные об эффективности разработанных вариантов комплексной технологии раскисления и науглероживания полупродукта при производстве трубных сталей с использованием современной ДСП-135 на 100¬процентной твердой завалке.
Степень достоверности результатов работы
Достоверность результатов определяется использованием в работе современных методов физико-химического исследования и статистического анализа процессов с использованием специализированных пакетов прикладных программ, а также промышленной реализацией технологических решений со значительным экономическим эффектом.
Личный вклад автора
Заключается в том, что автор принимал непосредственное участие в определении цели и задач исследований, проведении лабораторных и опытно-промышленных экспериментов, анализе и обработке полученных результатов, разработке технологического регламента науглероживания высокоокисленного полупродукта ДСП, его внедрении при производстве трубных сталей, подготовке рукописей статей в научные журналы.
Апробация работы
Материалы диссертации были доложены и обсуждены на 6 международных конференциях:
• XVI международная научно-практическая конференция «ТРУБЫ-2008», г. Челябинск, 2008г.
• X международный конгресс сталеплавильщиков, г. Магнитогорск, 2008г.;
• XI международный конгресс сталеплавильщиков, г. Нижний Тагил, 2010г.;
• XII международный конгресс сталеплавильщиков, г. Выкса, 2012г.;
• XIII международный конгресс сталеплавильщиков, г. Полевской, 2014г.;
• XIV международный конгресс сталеплавильщиков, г. Электросталь, 2016г.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 13 научных работ, из них в рецензируемых научных изданиях, определенных ВАК РФ - четыре. Другие публикации - 9.
Структура и объём работы
Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы, приложений; изложена на 186 страницах, включает 67 рисунков, 19 таблиц, список литературы содержит 82 наименования.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь студентам в написании работ!

ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Курсовые Статьи Диплом Рязань

Заключение

1. Выполнен цикл лабораторных и технологических исследований, позволивший установить, что науглероживание металла, как один из важнейших элементов современной технологической схемы получения стали из полупродукта, связано с изменением равновесности структурного состояния расплава и формированием микронеоднородности по углероду, что может сопровождаться снижением качества литой заготовки и эксплуатационных свойств деформированного металла. Показано, что одной из первоочередных технологических задач науглероживания металла является формирование равновесного, микрооднородного по распределению углерода расплава и необходимость наиболее полного решения этой задачи на начальных этапах обработки полупродукта.
2. Исследованиями реологических свойств жидкого металла впервые установлено, что формирование микрооднородных равновесных расплавов в процессе науглероживания существенно замедляется в присутствии в металле примесных элементов кислорода и серы в количествах, характерных как для начальных (до 500 ppm и более), так и завершающих (менее 50 ppm) стадий обработки полупродукта.
3. На основе результатов лабораторных и промышленных исследований сформулированы технологические принципы повышения эффективности науглероживания полупродукта ДСП:
- регламентация окисленности полупродукта на уровне 500:800 ppm;
комплексное решение технологических задач раскисления, науглероживания и десульфурации с опережающим глубоким рафинированием металла от примесей;
- минимизация степени науглероживания в ходе внепечной обработки.
4. На основании детальных промышленных исследований установлена возможность и разработаны параметры получения целевой окисленности полупродукта за счет согласованной оптимизации режима продувки кислородом, технологии присадки в ДСП антрацита и шлакового режима. Предложены оптимальные технологические параметры выплавки полупродукта в сверхмощной ДСП-135 на 100-процентной твердой завалке:
- общий расход кислорода - 38:43 м3/т;
- присадка антрацита, вводимого в ДСП, (22:23 кг/т) в завалку (в бадьи) - 50:52% от общего количества и через систему бункеров ДСП («сверху») - 39:41%;
- регламентация содержания в шлаке FeO диапазоном 20:30%, MgO 8:9% при основности 2,0-2,3.
5. Разработана комплексная технология раскисления и науглероживания полупродукта при выплавке трубных сталей в ДСП-135 на твердой завалке:
- опережающее раскисление;
- использование для раскисления гранулированного алюминия из расчета получения остаточной концентрации алюминия в металле не менее 0,015-0,020 %;
- десульфурация полупродукта на выпуске патентуемыми шлакообразующими смесями;
- исключение применения для науглероживания природных углеродсодержащих материалов и использование в качестве базового материала искусственных графитов или электродного боя из расчета получения концентрации углерода на нижнем уровне марочных значений;
- проведение, в случае необходимости, корректировок по углероду на УВОС (не более 0,05-0,07%) на начальных стадиях внепечной обработки присадкой проволочных материалов с графитовым наполнителем.
6. Выполнен физико-химический анализ и предложены технологические принципы использования карбида кремния при науглероживании полупродукта. Разработан вариант комплексной технологии раскисления и науглероживания с использованием карбидкремнийсодержащих материалов для предварительного раскисления высокоокисленного полупродукта при производстве марок стали с содержанием углерода 0,2% и более.
7. Внедрение разработанной комплексной технологии раскисления и науглероживания при производстве трубных сталей из низкоуглеродистого полупродукта ДСП показало ее значительную эффективность:
- резко снижен с 8,69 % практически до нуля брак непрерывнолитой заготовки по дефекту «холодная продольная трещина»;
- снижен практически в 10 раз брак труб по наружной сталеплавильной плене;
- получено существенное возрастание эксплуатационных свойств готовой стали. При этом может быть достигнуто одновременное возрастание как прочностных, так и пластических характеристик;
- внедрение карбида кремния в технологию науглероживания при выплавке трубных сталей в ДСП-135 дало экономический эффект более 125 млн. рублей в год.
Перспективы дальнейшей разработки темы исследования
1. Результаты исследований являются актуальными для разработки технологии производства ответственных сталей, полученных на базе малоуглеродистого полупродукта, в том числе колесных и рессорных марок стали.
2. Дальнейших исследований требуют вопросы: степени науглероживания по стадиям процесса науглероживания (в том числе науглероживание в твёрдом состоянии), расширения сортамента материалов для науглероживания (в том числе использование карбида кальция), а также подготовки расплава перед науглероживанием с точки зрения режимов (интенсивности) плавления.

Литература

1. Мурзин А.В. Влияние науглероживания полупродукта в условиях внепечной обработки на качество труб из непрерывнолитой стали / А.В. Мурзин, А.И. Степанов, С.П. Бурмасов, А.Г. Гудов, И.П. Пархоменко, Е.Г. Житлухин // Сталь. 2009. № 7. С. 17¬22 (0,25 п.л. / 0,2 п.л.).
Murzin, A.V., Stepanov, A.I., Burmasov, S.P., Gudov, A.G., Parkhomenko, I.P., Zhitlukhin, E.G. Influence of carburization of the intermediate product in ladle treatment on the quality of continuous-cast steel pipe (2009) Steel in Translation, 39 (7), pp. 570-572 (0,12 п.л. / 0,1 п.л.).
2. Мурзин А.В. Совершенствование технологии современного сталеплавильного производства на основе закономерностей формирования металлических расплавов / М.В. Зуев, С.П. Бурмасов, А.И. Степанов, А.Г. Гудов, А.В. Мурзин, Е.Г. Житлухин // Сталь. 2013. № 2. С. 27-29 (0,12 п.л. / 0,09 п.л.).
Zuev, M.V., Burmasov, S.P., Stepanov, A.I., Gudov, A.G., Murzin, A.V.,
Zhitlukhin, E.G. Improvement in steel smelting by studying melt behavior (2013) Steel in Translation, 43 (2), pp. 106-109 (0,17 п.л. / 0,12 п.л.).
3. Мурзин А.В. Исследование и оптимизация технологии науглероживания металла при выплавке стали с использование полупродукта ДСП / М.В. Зуев, С.П. Бурмасов, А.Г. Гудов, А.В. Мурзин, В.Г. Кузякин // Сталь. 2014. № 6. С. 25-30 (0,25 п.л. / 0,15 п.л.).
Zuev, M.V., Burmasov, S.P., Gudov, A.G., Murzin, A.V., Kuzyakin, V.G. Carburization of crude steel from a superpowerful arc furnace (2014) Steel in Translation, 44 (6), pp. 433-438 (0,25 п.л. / 0,15 п.л.).
4. Мурзин А.В. Совершенствование технологии современного сталеплавильного производства на основе изучения закономерностей формирования металлических расплавов / М.В. Зуев, С.П. Бурмасов, А.И. Степанов, А.Г. Гудов, А.В. Мурзин, Е.Г. Житлухин // Электрометаллургия. 2013. № 4. С. 10-15 (0,25 п.л. / 0,15 п.л.).
Другие публикации:
5. Мурзин А.В. Влияние науглероживания полупродукта на свойства металла и
качество труб в условиях внепечной обработки и непрерывной разливки стали / А.В. Мурзин, А.И. Степанов, С.П. Бурмасов, А.Г. Гудов, И.П. Пархоменко // Труды XVI международной научно-практической конференции «ТРУБЫ-2008» (г. Челябинск, 15¬
17 сентября 2008 г.). ОАО «РосНИТИ, Челябинск, 2008. С. 242-245 (0,17 п.л. / 0,1 п.л.).
6. Мурзин А.В. Неравновесность жидкого металла и качество стали / С.П. Бурмасов, А.Г. Гудов, А.И. Степанов, А.В. Мурзин, А.А. Карпов, М.В. Зуев, Л.А. Смирнов // Новые технологии и материалы в металлургии: Сб. науч. тр. - Екатеринбург: УрО РАН, 2010. С. 242-260 (0,75 п.л. / 0,2 п.л.).
7. Мурзин А.В. Теоретические и технологические аспекты науглероживания металла при производстве стали из полупродукта / А.Г. Гудов, С.П. Бурмасов, М.В. Зуев, А.В. Мурзин, Д.А. Попцов // Новые технологии и материалы в металлургии: сб. науч. трудов. Екатеринбург: Межрегиональный издательский центр, 2015. С. 269-282 (0,54 п.л. / 0,25 п.л.).
8. Мурзин А.В. Влияние примесного состава полупродукта на формирование
расплавов при науглероживании / А.Г. Гудов, С.П. Бурмасов, А.В. Мурзин,
Д.А. Попцов // Сб. тр. XIII международного конгресса сталеплавильщиков (г. Полевской, 12-18 октября 2014 г.). Москва - Полевской, 2014. С. 265-269 (0,2 п.л. / 0,1 п.л.).
9. Мурзин А.В. Влияние технологии производства полупродукта на качество жидкого металла и эксплуатационные свойства рессорной стали / С.Н. Филипьев, С.П. Бурмасов, А.Г. Гудов, А.В. Мурзин, А.А. Карпов, С.А. Трофимов, Е.А. Васин, Д.А. Попцов // Сб. тр. XIII международного конгресса сталеплавильщиков (г. Полевской, 12-18 октября 2014 г.). Москва - Полевской, 2014. С. 82-87 (0,25 п.л. / 0,1 п.л.).
10. Мурзин А.В. Исследование и совершенствование технологии науглероживания металла при выплавке трубных сталей с использованием полупродукта ДСП / А.И. Степанов, С.П. Бурмасов, А.В. Мурзин, А.Г. Гудов, Е.Г. Житлухин, В.Г. Кузякин, А.В. Рябухин // Сб. тр. XIII международного конгресса сталеплавильщиков (г. Полевской, 12-18 октября 2014 г.). Москва - Полевской, 2014. С. 258-265 (0,33 п.л. / 0,25 п.л.).
11. Мурзин А.В. Влияние науглероживания полупродукта на свойства металла и качество труб в условиях внепечной обработки и непрерывной разливки стали / А.В. Мурзин, А.И. Степанов, С.П. Бурмасов, А.Г. Гудов, И.П. Пархоменко, Е.Г. Житлухин // Сб. тр. X международного конгресса сталеплавильщиков (г. Магнитогорск, 13-17 октября 2008 г.). Москва, 2009. С. 617-622 (0,25 п.л. / 0,12 п.л.).
12. Мурзин А.В. Исследование окисленности полупродукта и качества металла при производстве трубных сталей современным дуговым процессом / М.В. Зуев, С.П. Бурмасов, А.В. Мурзин, А.И. Степанов, А.Г. Гудов, Е.Г. Житлухин, М.В. Ушаков, Е.В. Пузакова // Сб. тр. XI международного конгресса сталеплавильщиков (г. Н. Тагил, 3-8 октября 2010 г.). Москва, 2011. С. 211-215 (0,2 п.л. / 0,1 п.л.).
13. Мурзин А.В. Совершенствование технологии современного сталеплавильного производства на основе изучения закономерностей формирования металлических расплавов / М.В. Зуев, А.И. Степанов, А.В. Мурзин, Е.Г. Житлухин, С.П. Бурмасов, А.Г. Гудов // Сб. тр. XII международного конгресса сталеплавильщиков (г. Выкса, 22-26 октября 2012 г.). Москва, 2013. С. 75-78 (0,17 п.л. / 0,1 п.л.).