Кордовая сталь что это

Обновлено: 02.05.2024

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к непрерывной разливке кордовой стали. Технический результат - изготовление кордовой стали с высокой скоростью разливки до 0,8 м/мин с повышенными физико-механическими свойствами. Способ непрерывной разливки кордовой стали включает охлаждение отливки в кристаллизаторе, радиальную вытяжку непрерывно-литой заготовки с ее принудительным водяным охлаждением в зоне вторичного охлаждения и правку слитка с его охлаждением на воздухе. В процессе разливки интенсивность охлаждения отливки в кристаллизаторе и скорость разливки устанавливают с учетом термонапряженного состояния заготовки при условии, что величины максимальных термических напряжений в непрерывно-литой заготовке по сечению затвердевшей корочки на выходе из кристаллизатора, на выходе из зоны вторичного охлаждения и в полностью затвердевшем слитке соответственно равны друг другу и не превышают 0,9 предела прочности литой стали при заданной температуре. 1 ил.

Формула изобретения

Способ непрерывной разливки кордовой стали, включающий охлаждение отливки в кристаллизаторе, радиальную вытяжку непрерывнолитой заготовки с ее принудительным водяным охлаждением в зоне вторичного охлаждения и правку слитка с его охлаждением на воздухе, отличающийся тем, что в процессе разливки интенсивность охлаждения отливки в кристаллизаторе и скорость разливки устанавливают с учетом термонапряженного состояния заготовки при условии, что величины максимальных термических напряжений в непрерывнолитой заготовке по сечению затвердевшей корочки на выходе из кристаллизатора, на выходе из зоны вторичного охлаждения и в полностью затвердевшем слитке соответственно равны друг другу и не превышают 0,9 предела прочности литой стали при заданной температуре.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, к непрерывной разливке кордовой стали, преимущественно с применением радиального непрерывного литья заготовок.

Известен способ непрерывного литья заготовок, включающий подачу расплава в кристаллизатор для первичного охлаждения, вертикальную вытяжку непрерывно-литой заготовки из кристаллизатора в зону вторичного принудительного водяного охлаждения при избыточном давлении 0,2 Мпа, охлаждение на воздухе с последующей газорезкой на мерные слябы /1/.

Способ обладает высокой производительностью, однако, в связи с тем, что технология не учитывает величину максимальных термических напряжений в непрерывно литой заготовке на выходе из кристаллизатора, на выходе из зоны водяного охлаждения и в полностью затвердевшем слитке, в последнем возможно образование макро- и микропороков на поверхности и в центре, что требует дополнительной механической или огневой обработки блюма, либо приводит к отбраковке заготовки.

Ближайшим техническим решением, принятым в качестве прототипа, является способ изготовления кордовой стали путем непрерывной разливки расплава в кристаллизотор, охлаждение отливки в кристаллизаторе, радиальную вытяжку непрерывнолитой заготовки с принудительным водяным охлаждением, правку слитка с охлаждением на воздухе, с последующим газовым разделением на мерные слитки /2/.

В основу изобретения положена задача изготовления кордовой стали с высокой скоростью до 0,8 м/мин разливки с повышенными физико-механическими свойствами.

Поставленная задача достигается тем, что в способе непрерывной разливки кордовой стали, включающем охлаждение отливки в кристаллизаторе, радиальную вытяжку непрерывно-литой заготовки с ее принудительным водяным охлаждением в зоне вторичного охлаждения и правку слитка с его охлаждением на воздухе, согласно изобретению, в процессе разливки интенсивность охлаждения отливки в кристаллизаторе и скорость разливки устанавливают с учетом термонапряженного состояния заготовки при условии, что величины максимальных термических напряжений в непрерывно-литой заготовке по сечению затвердевшей корочки на выходе из кристаллизатора, на выходе из зоны вторичного охлаждения и в полностью затвердевшем слитке соответственно равны друг другу и не превышают 0,9 предела прочности литой стали при заданной температуре.

На чертеже дан график распределения величин максимальных термических напряжений в непрерывно литой заготовке на выходе из кристаллизатора (1), на выходе из зоны вторичного водяного охлаждения (2) и в полностью затвердевшем слитке (3) по сечению затвердевшей корочки.

Способ непрерывной разливки кордовой стали осуществляют на машине непрерывного литья заготовок типа МНЛЗ-3 БМЗ радиального типа с вертикальным прямолинейным кристаллизатором.

Жидкую сталь из разливочного ковша подают в промежуточную емкость, снабженную механизмом регулирования расхода металла, и в кристаллизатор для охлаждения отливки, из которого осуществляют с заданной скоростью радиальную вытяжку непрерывно литой заготовки с принудительным водяным охлаждением плоскофакельными форсунками в зоне вторичного водяного охлаждения ЗВО для формирования твердой оболочки толщиной до 45. 50 мм при температуре на поверхности слитка 1100. 1150С. За зоной вторичного охлаждения находится разливочная дуга для осуществления постепенного радиального изгиба слитка с радиусом кривизны 10 м. После чего производят перевод слитка в горизонтальной положение путем его правки с охлаждением на воздухе. Далее непрерывный слиток разрезают на блюмы равной длины.

В процессе разливки стали интенсивность охлаждения отливки в кристаллизаторе, в зоне вторичного водяного охлаждения и скорость разливки устанавливают с учетом теплового и термического - термонапряженного состояния заготовки при условии, что величины максимальных термических напряжений в непрерывно-литой заготовке по сечению затвердевшей корочки на выходе из кристаллизатора, на выходе из зоны вторичного водяного охлаждения и в полностью затвердевшем слитке соответственно равны друг другу и не превышает 0,9 предела прочности литой стали и связаны следующим соотношением при заданной температуре для исключения возможности возникновения поверхностных и внутренних дефектов в заготовке

где - текущее термическое напряжение в твердой корке отливки, МПа;

- коэффициент линейного расширения литой стали;

пр - предел прочности литой стали, МПа;

Е - модуль упругости, МПа;

- относительная толщина фиктивного слоя твердой корки;

Х=x/ - относительная координата твердой фазы;

- текущая толщина твердой корки, м;

х - текущая координата в сечении твердой корки, м;

T S , T C - температуры солидуса и окружающей среды (стенки кристаллизатора, охлаждающей воды и воздуха) соответственно;

- фиктивный слой твердой фазы;

(Т) - теплопроводность данной марки при температуре ТК, Вт/mК;

- коэффициент теплоотдачи на поверхности заготовки, Вт/(m 2 К)).

С учетом проявления в области высоких температур эффекта релаксации для уточнения значений температурных напряжений используют следующую зависимость:

где - текущее время; рел - время релаксации:

где * - коэффициент вязкости материала при температурах, близких к температуре солидус ( * =3,510 9 Пас);

G=G 0 ехр[-k(T-T 0 )/(T * -T 0 )] - модуль сдвига;

G 0 - значение модуля сдвига при контрольной температуре Т 0

Q=269,93 кДж/моль - энергия активации;

R=8,31 Дж/(мольК) - универсальная газовая постоянная.

Величина максимальных термических напряжений в непрерывно-литой заготовке по сечению затвердевшей корочки на выходе из кристаллизатора, на выходе из зоны вторичного водяного охлаждения и в полностью затвердевшем слитке в пределах допустимого напряжения, равного 0,9 предела прочности литой стали, практически придает 10% запас прочности твердеющей корочке при заданной температуре для исключения возможности возникновения поверхностных и внутренних дефектов в заготовке.

С использованием разработанной технологии осуществляют многовариантный анализ процессов затвердевания и охлаждения. В качестве примера на чертеже приведены результаты определения максимальных термических напряжений по сечению затвердевшей корочки непрерывно литого слитка размером 0,250 0,300 м (сталь 80К, скорость разливки =0,8 м/мин). Из графической зависимости следует, что характер распределения термических напряжений по сечению затвердевающей корочки заготовки является одинаковым.

Приведенные на чертеже 1 графики характеризуют технологическую особенность способа, поскольку кривые 1, 2, 3 показывают распределение максимальных термических напряжений максимальных термических напряжений в непрерывно-литой заготовке на выходе из кристаллизатора (1), на выходе из зоны вторичного водяного охлаждения ЗВО (2) и в полностью затвердевшем слитке (3), которые связаны между собой и с пределом прочности литой стали соотношением (1).

Безразмерная координата по оси абсцисс наглядно демонстрирует состояние затвердевшее корочки в непрерывно-литой заготовке по сечению слитка, где координата 0-поверхность слитка, а координата 1,0 - ось слитка.

По оси абсцисс на выходе из кристаллизатора толщина твердой корочки составляет приблизительно 0,23 от половины толщины литой заготовки (левая штриховая ордината, по кривой 1).

На выходе из зоны вторичного водяного охлаждения толщина твердой корочки составляет приблизительной 0,48 от половины толщины литой заготовки (правая штриховая ордината, по кривой 2).

На протяжении всего процесса затвердевания в слое, примыкающем к границе двухфазная зона - затвердевшая часть, наблюдают растягивающие напряжения (~14 МПа), а в слое, расположенном вблизи охлаждаемой поверхности, - сжимающие напряжения (~ 55 Мпа).

Предел прочности для литой стали по известным данным принимаем пр =20 МПа для области высоких температур (в районе температур солидуса) и пр =60-70 МПа (для температур охлаждаемой поверхности) с соответствующей интерполяцией пр в диапазоне T S -Т пов .

Анализ распределения термических напряжений по сечению корочки показывает, что расчетные значения напряжений не превышают предела прочности по всему сечению затвердевшей корочки. На основании новой технологии предложены рабочие режимы разливки кордовой стали марок 70К, 75К, 80К, 85К: - 0,65-0,8 м/мин для заготовок 0,250 0,300 м; - 0,6-0,7 м/мин для заготовок 0,300 0,400 м.

Поле температур поверхности в характерных точках непрерывно литой заготовки 0,250 0,300 м при различных скоростях разливки имело следующий характер: на выходе из кристаллизатора 870-970С, в конце зоны вторичного принудительного водяного охлаждения 1050. 1180С, в зоне правки повышается на 110. 140С и монотонно убывает до 900С, в полностью затвердевшем слитке.

С использованием предложенной технологии возможно управлять расходом охлаждающей воды и скоростью разливки, а также прогнозировать величину сжимающих термических напряжений по сечению заготовки в ходе затвердевания, охлаждения и последующего нагрева в проходной печи стана 850.

Разработанные режимы разливки кордовых марок сталей прошли промышленное опробование в условиях МНЛЗ-3 БМЗ.

1. Ю.А.Самойлович, В.А.Тимошпольский, И.А.Трусова, В.В.Филиппов. Стальной слиток, т.2, Минск, “Белорусская наука”, 2000, с.367-371.

2. Ю.А.Самойлович, В.А.Тимошпольский, И.А.Трусова, В.В.Филиппов. Стальной слиток, т.2, Минск, “Белорусская наука”, 2000, с.380-383, рис.4-12.

Способ получения стали для металлокорда

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству марок стали для металлокорда, требующих повышенной чистоты по содержанию неметаллических включений, способствующей процессу вытяжки до заданных размеров кордовой проволоки.

Известен способ выплавки высокоуглеродистой стали для высокопрочной проволоки, преимущественно в конвертере, включающий завалку лома, заливку чугуна, ввод шлакообразующих материалов, продувку газообразным окислителем, например кислородом в два периода, ввод в конвертер за 1,5-3,0 мин до окончания первого периода продувки уртита в количестве 1-3 кг/т стали, скачивание промежуточного шлака, раскисление и легирование стали в ковше добавками ферромарганца и ферросилиция (А. с. СССР 1712424, кл. С 21 С 5/28,1992 г.).

Недостатком известного способа является то, что образующиеся в объеме металла неметаллические включения в процессе раскисления и легирования стали в ковше добавками ферромарганца и ферросилиция представляют собой трудноудаляемые из металла сульфиды марганца и железа, а также силикаты, ухудшающие качество готового металла, препятствующие процессу вытяжки до заданных размеров кордовой проволоки и сопровождающиеся в процессе вытяжки обрывами.

Известен способ выплавки стали в конвертере, включающий продувку металла кислородом сверху и снизу, скачивание окислительного шлака при температуре, на 0,6-1,0% превышающей температуру выпуска, наведение нового шлака путем добавки извести и марганцевого агломерата с расходом 12-15 кг закиси марганца на 1 т металла, перемешивание металла и шлака продувкой смеси азота и природного газа снизу с одновременным вводом в конвертер алюминиевой стружки в количестве 2,0-5,0 кг/т металла и углеродсодержащего материала в количестве 6,0-7,0 кг/т металла и выпуск (А.с. СССР 1768647, кл. С 21 С 5/28,1992 г.).

Недостатком этого способа является наличие в готовой стали, наряду с повышенным содержанием силикатов и сульфидов, глиноземистых оксидных включений, являющихся особо неблагоприятными включениями для кордовых марок стали и способствующих обрывам в процессе вытяжки кордовой проволоки до заданных размеров.

Признаки ближайшего аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: выплавка металла в сталеплавильном агрегате, выпуск его в ковш с одновременным раскислением в ковше подачей силикокальция и алюминия, легирование марганцевыми ферросплавами, разливка стали.

Недостатком известного способа является наличие в готовой стали повышенного количества хрупких силикатов, образующихся в объеме металла из-за чрезмерного расхода кремнийсодержащих ферросплавов: силикокальция и ферросилиция и способа их ввода в ковш в нераскисленный металл, а затем и в изложницу.

При раскислении металла кремнийсодержащими ферросплавами в объеме металла образуются трудноудаляемые хрупкие силикаты. Для нейтрализации их вредного воздействия на качество готового металла проводят изменение морфологии этих включений путем соединения их с оксидами более активных раскислителей, например алюминия, который вводят одновременно в нераскисленный металл с кремнийсодержащими раскислителями. В результате такие оксиды образуют с хрупкими силикатами легкоплавкие комплексные соединения типа Аl₂О₃SiO₂, легко ассимилируемые покровным шлаком. Известно, что наиболее неблагоприятными включениями в металле, предназначенном для получения корда являются любые оксиды алюминия, причем, если их доля в комплексных соединениях превышает 50%, то такой металл становится непригодным из-за большого количества обрывов кордовой проволоки как в процессе вытяжки, так и в процессе смотки.

Расходы кремнийсодержащих материалов и алюминия в известном способе, а также технологические приемы их подачи в ковш и изложницу не обеспечивают достаточно полное удаление хрупких силикатов путем связывания их в легкоплавкие соединения типа Аl₂О₃SiO₂ ввиду незначительного расхода алюминия, подаваемого в ковш в сравнении с кремнийсодержащими материалами - силикокальцием и ферросилицием. Поэтому неудаленные из объема металла хрупкие силикаты ухудшают качество металла, способствуют увеличению обрывов металла в процессе вытяжки до заданных размеров кордовой проволоки, а также в процессе смотки.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа получения стали для металлокорда путем оптимизации технологических параметров. Ожидаемый технический результат - снижение содержания неметаллических включений и изменение их морфологии, что позволяет повысить качество готового металла и исключает обрывы в процессе вытяжки кордовой проволоки до заданных размеров.

Выбранное соотношение расходов силикокальция и алюминия, равное (40-60): 1, обеспечивает интесивное раскисление металла в ковше, глобуляризацию и удаление из объема металла образующихся оксидов алюминия при одновременной десульфурации металла, сопровождающейся изменением морфологии сульфидных неметаллических включений марганца и железа на мелкодисперсные, равномерно распределенные в объеме металла сульфиды кальция, что приводит к повышению качества готового металла за счет снижения содержания серы и изменения морфологии неметаллических включений и исключает обрывы в процессе вытяжки кордовой проволоки до заданных размеров. Кроме того, выбранное соотношение расходов силикокальция и алюминия обеспечивает получение оптимального содержания кремния в готовом металле в количестве 0,17-0,21%.

Изменение предлагаемого соотношения в сторону уменьшения расхода силикокальция не обеспечит полного раскисления металла в ковше, что приведет к снижению десульфурации, поскольку образующихся в процессе раскисления металла оксидов СаО будет недостаточно для интенсивного связывания серы в объеме металла и удаления в шлаковую фазу. Повышение расхода силикокальция выше заявляемых пределов приводит к увеличению концентрации кремния в металле до значений, превышающих требования стандарта для конкретной марки кордовой стали.

Указанный в выбранном соотношении предел по алюминию обеспечивает связывание оксидов кремния, образовавшихся в результате раскисления металла, с оксидами алюминия с образованием легкоплавкой эвтектики Аl₂O₃SiO₂. Такие включения легко всплывают в объеме металла и ассимилируются покровным шлаком, что приводит к снижению количества неметалических включений, изменению их морфологии, повышению качества металла и снижению обрывов в процессе вытяжки проволоки на корд и смотки.

Обработка металла на установке по доводке металла с добавкой в объем металла рафинировочной шлаковой смеси, в состав которой входят оксиды кальция, кремния и бария, взятых в соотношении (30-35):(50-60):(10-15), приводит к удалению из объема металла оставшихся в незначительном количестве глиноземистых включений, а также удалению из металла остатков алюминия за счет реакции восстановления алюминием кремния из шлакового расплава и ассимиляции шлаком продуктов реакции.

Наличие оксидов бария в рафинировочной шлаковой смеси способствует снижению содержания серы в металле и ассимиляции сульфидов шлаком.

Разливка стали на машине непрерывного литья заготовок при постоянной скорости препятствует образованию подусадочной ликвации в процессе разливки, что исключает отбраковку слябов по этому дефекту и способствует повышению выхода годного, улучшению качества металла и обеспечивает вытяжку кордовой проволоки до заданных размеров без обрывов.

В 160-тонном конвертере выплавили углеродистый полупродукт и при содержании углерода 0,67% выпустили металл в ковш. Во время выпуска в ковш подали силикокальций и алюминий с расходом, выбранным в соотношении (40-60):1 соответственно, затем добавили в ковш 900 кг ферромарганца. После окончания выпуска металл в ковше подвергали вакуумированию, вводя предварительно на покровный шлак ферросилиций до получения основности СаО/SiO₂=1,8; 2,0; 2,2 и содержания суммы оксидов железа и марганца не более 1,5%. Затем ковш с металлом подали на установку по доводке металла, на которой в объем металла одновременно с продувкой аргоном ввели рафинировочную шлаковую смесь из оксидов кальция, кремния и бария, взятых в соотношении (30-35):(50-60):(10-15) соответственно, после чего ковш подали на машину непрерывного литья заготовок, где металл разлили на квадрат сечением 250250 мм, поддерживая при этом скорость разливки постоянной, равной 0,7 м/мин. В дальнейшем заготовку прокатали на катанку диаметром 6,5 мм.

Технологические параметры плавок по известному и предлагаемому способам представлены в таблице 1.

Количество неметаллических включений в образцах из стали, полученной по предлагаемому и известному способам, определяли в соответствии с действующими стандартами. Химический состав стали, полученной по предлагаемому и известному способам, и величина неметаллических включений представлены в таблице 2.

Как видно из таблицы 2, загрязненность неметаллическими включениями стали, полученной по предлагаемому способу, существенно меньше, чем в стали, полученной по известному способу.

Это связано с тем, что, кроме того что сталь, полученная по предлагаемому способу, чище по содержанию серы из-за рационального использования силикокальция, а также последующей обработки металла рафинирующей смесью, в состав которой входят оксиды бария, способствующие изменению морфологии сульфидов и их последующей ассимиляции покровным шлаком, в стали, полученной по предлагаемому способу, существенно ниже концентрация алюминия в сравнении со сталью известного способа, что также способствует повышению качества готового металла, а также уменьшает отбраковку по обрывам кордовой проволоки в процессе вытяжки и смотки.

Прежний патентообладатель:Общество с ограниченной ответственностью "ПРОМИС" (ООО "ПРОМИС")

Металлические корды в лом черных металлов

Современный производственно-технологический бум сказывается в резко возрастающем количестве автомобилей на единицу населения. Это приводит к тому, что транспортное средство регулярно обновляется, тогда как старое авто и его узлы сдаются на утилизацию. Металлические конструкции транспортного средства: кузов, двигатель; а также такие узлы как аккумулятор или каталитический нейтрализатор – катализатор охотно принимаются скупщиками вторсырья. Намного сложнее обстоит ситуация с остатками покрышек – металлокордами, сдать которые в лом не всегда возможно.

Сложности со сдачей потенциально востребованного сырья

На сегодня, именно покрышки, остаются одной из «ахиллесовых пят» процесса утилизации автомобилей. Их переработка потенциально выгодна, поскольку отходы позволяют регенерировать до 70% резины – сырья, достаточно востребованного современной промышленностью. Однако количество перерабатывающих предприятий, а, следовательно, и пунктов приема остатков покрышек в лом, весьма ограничено. Невозможность реализовать остатки покрышек в лом приводит к альтернативному их использованию: как оградительных или игровых конструкций на детских площадках и в хозяйстве.

Забор из покрышек

Только в последнее время интерес к переработке шин стал сопровождаться практическими действиями – открытием профильных предприятий. Однако на пути трансформации вторичных шин в первичную резину появляется еще один негативный момент. Это невозможность сдать металлические корды на металло

Противоречивая ситуация или когда качественная сталь остается невостребованной

Процесс переработки отработанных шин начинается с предварительной процедуры по очистке отходов от посторонних включений. Ими оказываются металлические корды, представляющие собой прутки из высокоуглеродистой стали.

Металлические корды шин после переработки резиновых покрышек

Однако реализация их на пункты приема металлолома затруднена вследствие ряда причин:

жесткость металла, обусловленная высоким содержанием углерода;

изделие трудно поддается переработке;

невозможность спрессовать лом металлических кордов в брикеты.

Как результат, только ставшая на ноги переработка отходов шин сталкивается с новой проблемой: накоплением высокоуглеродистой стальной проволоки на площадках.

Конечно, чисто теоретически металлокорд можно не извлекать из отработанных покрышек и раздробить его вместе с шиной в крошку. Однако это приведет к быстрому выходу из строя дорогостоящего оборудования.

Получение резиновой крошки – переработка шин

Области потенциального использования отработанных шин

Ситуация с остатками покрышек предельно ясна, очищенные от металлического корда они подвергаются переработке для производства:

резины;

каучука;

текстильного волокна.

Кроме того, получаемая при дроблении остатков покрышек, резиновая крошка применяется для изготовления разнообразных фасонных изделий. Она составной компонент гидроизолирующих мастик, клеев. Используется резиновая крошка также под производство асфальтобетонных смесей.

В брошюрах о переработке шин ничего не сказано об отходах корда и дальнейшей его переработке

Оставшийся металлокорд можно классифицировать на две группы, в зависимости от размера шин и метода их переработки. Это металлические прутья и «пух» – спутанные образования проволоки тонкого сечения. Потенциальная область использования металлических прутьев – армирование бетонных и прочих строительных конструкций.

Особенности сдачи нерентабельных отходов

Видео – как удаляют металлокорд, специальный агрегат

На сегодня существует небольшое количество предприятий, например группа компаний «Chellom», скупающих лом металлического корда, наряду с другими отходами черных металлов, относящихся к категории 13А, согласно ГОСТ 2787-75. Однако цена на металлокорд остается достаточной низкой и существенно колеблется в зависимости от размера партии и вида материала высокоуглеродистых прутков.

Есть организации, которые занимаются приемом металлических кордов и их переработкой

Требования при сдаче этого вида отходов касаются чистоты лома, то есть исключения присутствия резины. Современное оборудование позволяет добиваться строго разделения автомобильных шин на остатки покрышек и металлокорд. Однако, определенные модели установок оставляют на металлических прутках до 25% резины. Такой лом корда сдать намного сложнее, учитывая и без того непростые условия сбыта накапливающихся металлических отходов от переработки автомобильных покрышек.

В Интернете можно встретить информацию о том, что отходы металлокорда пользуются огромной популярностью и за ними выстраиваются в очередь металлургические комбинаты, т.к. это высококачественный лом – ценнейший источник стали. Но по факту это не так.

Металлокорд нашел широкое применение при изготовлении фибробетона.

Фибробетон – бетон армированный металлокордом, что делает его изготовление более экономичным

Электротехническая сталь (трансформаторная) – свойства и применение

Электротехническая сталь – это разновидность черного металла с улучшенными электромагнитными свойствами. Добиться этого удается внедрением кремния. Таким образом, как металл, электротехническая сталь представляет собой сплав железа с кремнием, содержание которого составляет 0.8 – 4.8%. Наименование, этот специфический состав получил вследствие области своего непосредственно применения.

Электротехническая сталь, также имеет названия динамная сталь, трансформаторная сталь и кремнистая электротехническая сталь.

Зачем кремний в стали?

Легирование производится не чистым элементом кремнием, а ферросилицием. Это вещество представляет собой сплав FeSi с железом. Легирование стали Si позволяет вывести из металла кислород, элемент – оказывающий наибольшее негативное воздействие на магнитные свойства Fe. Происходит реакция восстановления железа из его окислов, с результирующим образованием оксида кремния, частичного переходящего в шлак.

Так выглядит ферросилициий – марка ФС45

Второй положительный эффект от внедрения кремния в сталь связан с выделением цеменита (Fе3С) из металла, который замещается образующимся графитом. Оба соединения, оксид железа и цеменит увеличивают коэрцитивной силы в металле, что приводит к росту потерь на гистерезис. Более того, легирование кремнием железа с концентрацией Si выше 4% способствует также снижению потерь на вихревые токи, что обусловлено повышением удельного электрического сопротивления электротехнической стали относительно ее марок, нелегированных кремнием.

Химический состав стали с улучшенными магнитными характеристиками

Исходя из вышесказанного, повышение содержания кремния в металле снижает удельный вес оксидов железа. Как показывает практика, одновременно с этим происходит рост индукции насыщения Вs железа. Ее максимальная величина достигается при содержании Si на уровне 6.4%.

Однако по химическому составу электротехническая сталь остается легированным металлом с содержанием кремния не более 4.8%. Это связано с ухудшением механических свойств металла, хрупкости в частности, при росте концентрации Si. Наряду с кремнием в электротехническую сталь может добавляться алюминий на уровне 0.5%.

Сердечник трансформатора из электротехнической стали

Исходя из химического состава (содержания легирующих примесей), металл разделяют на две категории динамная и трансформаторная сталь. В первой разновидности процент вхождения кремния составляет 0.8 – 2.5%, тогда как трансформаторное железо характеризуется уровнем легирования 3.0 – 4.5%.

Изотропная и анизотропная сталь – отличия производства

Как можно понять из вышесказанного, характеристики легированного соединения сильно зависят от содержания кремния. Вторым фактором, определяющим свойства металла, выступает его внутренняя структура, которая формируется в процессе производства. В частности горячекатаная и холоднокатаная стали обладают различными по размеру ячейками. Для крупнокристаллических материалов характерны большие величины магнитной проницаемостью, но коэрцитивная сила существенно ниже, чем у металлов с мелкокристаллической структурой. Варьировать размер зерна позволяют два вида обработки: механическая и термическая.

Так отжиг стали способствует понижению внутренних напряжений в металле, одновременно приводя к увеличению кристаллов, образующих его структуру. Горячая прокатка электротехнической стали не способна создать устойчивую ориентацию зерен внутри металла, оставляя ее хаотичной. Подобная изотропная сталь, как результат, характеризуется независимостью магнитных свойств от направления.

Добиться текстурованной структуры с определенной пространственной ориентацией кристаллов в металле позволяет повторной холодной прокатки стали, сопровождающаяся отжигом при особых условиях. Как результат получается анизотропная сталь, где ребра кубической решетки кристаллов установлены в направлении прокатки. Расположив анизотропную сталь в правильном направлении, можно добиться повышения магнитной проницаемости, одновременно понизив коэрцитивную силу.

Производство электротехнической стали налажено в виде листового проката с шириной полосы 240 – 1000 мм. Металл выпускается рулонами или отдельными листами, длина которых варьируется от 720 до 2000 мм. Толщина электротехнического стального профиля начинается с 0.05 мм и может иметь следующие показатели: 0.1, 0.2, 0.35, 0.5 и 1,0 мм. Кроме того, классификация электротехнических сталей по разновидности продукции допускает следующие виды проката: сортовой и лента резанная.

Марки изотропной тонколистовой стали х/к: 2011, 2012, 2013, 2014, 2015, 2016, 2312, 2411, 2412, 2413, 2414, 2421.

Марки анизотропной тонколистовой стали х/к: 3311 (3411), 3411, 3412, 3413, 3414, 3415, 3404, 3405, 3406, 3407, 3408, 3409.

Металлическая буква “Е” – что это?

Всех мучил вопрос в детстве – что эта за металлическая буква Е или Ш такая?

Эта металлическая пластина в виде буквы Ш или Е (кто как видит) и есть та самая трансформаторная сталь, точнее сердечник трансформатора, изготовленный из электротехнической стали. Такие пластины часто попадались в детстве – ржавые, гнутые, склеенные, кто-то затачивал их и бросался, словно, самурайскими сюрикэнами.

Буква Е или Ш – та, что мы видели в детстве

Этих металлических букв Ш (Е), казалось, валяется целая куча – они были в каждом дворе иногда валялись целыми россыпями, а появлялись они после разбора вот таких трансформаторов, см. фото:

Внутри этого трансформатора находится сердечник из трансформаторной стали и склеенных букв “Е”

Электротехническая сталь – марки

Маркировка данного вида металла представляет число, где его цифры указывают:

Первая – структурное состояние металла и класс его прокатки. Это может быть горячекатаная (1) или холоднокатаная (2) изотропная, а также холоднокатаная анизотропная разновидность стали.
Вторая – отображает процент вхождения кремния. Она принимает следующие допустимые значения от 0 до 5. Стартовая величина – менее 0.4% обозначается как 0. Вторая цифра 1 соответствуют содержанию Si 4 – 0.8 %. Последующие четыре значения отображают увеличение концентрации кремния на 1, вплоть до величины 4.8%.
Третья цифра характеризует электромагнитные характеристики: коэрцитивная сила, магнитна индукция и прочие.
Последние две цифры отображают количественное значение характеристики из третьего пункта.

Марки электротехнической стали:

Сталь электротехническая сернистая: 1211, 1212, 1213, 1311, 1312, 1313, 1411, 1412, 1413, 1511, 1512, 1513, 1514, 1521, 1561, 1562, 1571, 1572, 2011, 2012, 2013, 2111, 2112, 2211, 2212, 2213, 2214, 2215, 2216, 2311, 2312, 2411, 2412, 2413, 2414, 2421, 3311, 3404, 3405, 3406, 3407, 3408, 3409, 3411, 3412, 3413, 3414, 3415, 3416, 3421, 3422, 3423, 3424, 3425

Сталь электротехническая нелегированная: 10832, 10848, 10850, 10860, 10864, 10880, 10895, 11832, 11848, 11850, 11860, 11864, 11880, 11895, 20832, 20848, 20850, 20860, 20864, 20880, 20895, 21832, 21848, 21850, 21860, 21864, 21880, 21895

Свойства электротехнической стали

Ценность легированного кремнием железа обусловлена его улучшенными электромагнитными характеристиками: высокий уровень индукции насыщения, минимизация потерь на гистерезис, а также пониженная коэрцитивной сила. Поскольку анизотропная структура позволяет еще больше улучшить эти свойства, то спрос не текстурованные стали изначально выше.

Вопрос, для каких целей применяют электротехнические стали, находит ответ в наименовании металла. Одно из предназначений сплава – это сердечники в таких устройствах:

трансформаторов тока;

статоры и роторы электрооборудования;

силовых трансформаторов.

Кроме того, электротехническая сталь – отличный материал для магнитопроводов в составе электрических аппаратов. Понять, почему сердечник трансформатора выполняют из электротехнической стали несложно. Это следует из свойств металла, в частности повышению удельного электрического сопротивления. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению потерь мощности от вихревых токов, характерных для сердечника трансформатора. Как результат, повышается общая эффективность устройства, а сам сердечник меньше нагревается.

Еще больше нивелировать потери от вихревых токов, можно уменьшив толщину пластин. Поэтому электротехническая сталь для электродвигателей, в частности сердечников трансформаторов, должна иметь толщину 0.5 мм при частоте 50 Гц. Если источник тока работает на больших частотах, под сердечник используют более толстые листы электротехнической стали: 0.1 или 0.2 мм.

Дополнительные потери энергии в сердечнике трансформатора происходят вследствие гистерезиса – процесса циклического перемагничивания. Сузить петлю гистерезиса, соответственно уменьшить ее площадь приведут к понижению потерь на перемагничивание. Это вторая причина использования электротехнической стали в сердечнике трансформатора.

Поскольку снижение потерь на вихревые токи и гистерезис достигается повышением содержания кремния в металле, сплав с высокой концентрацией Si получил название трансформаторная сталь, характеристики которой лучше подстроены именно под трансформаторы. Выражаясь языком цифр, в производстве мощных трансформаторов использование текстурованной стали позволяет уменьшить уровень потерь на треть. Кроме того, это способствует снижению массы трансформатора на 10% и расхода самого металла на 20%.

Сбор сердечника трансформатора

Кроме трансформаторов, электротехническая сталь, в зависимости от марки применяется для:

магнитных цепей при изготовлении электрического оборудования – марки 2212, сернистая изотропная, 20895/20880 АРМКО;

электродвигателей и подобных изделий – марка 10895/Э12/АРМКО;

прочая электротехническая продукция – марка10880/Э10/АРМКО.

Назначение некоторых марок стали электротехнической:

Основные производители электротехнической стали

Если рассматривать выпуск данного вида металла в мировом масштабе, то основными игроками выступаю восточные страны: Китай и Япония. Их долевой вклад в производстве и потребление электротехнической стали составляет до 50%. Дисбаланс между странами состоит в том, что Китай – основной производитель, тогда как Япония преимущественно экспортирует этот сортамент стали.

Готовая продукция – рулоны электротехнической стали

Россия относится к числу тех государств, где объемы производства металла превышают внутреннее потребление сортамента электротехническая сталь. Цена этого вида продукции на отечественном рынке составляет от 80 до 180 рублей за килограмм. На сегодня РФ сумела выйти на объемы производства данного сортамента металла, которые составляют 10% от общего мирового импорта электротехнической стали. Основными производителями металла на российском рынке выступают:

Северсталь;

ВИЗ-Сталь;

Новолипецкий металлургический комбинат.

Объемы, производимой ими продукции троекратно превосходят потребности внутреннего рынка, что позволять импортировать электротехническую сталь как на Запад: Италия, Швейцария, так и в сторону Востока – Индия. Что касается долю конкретного вида стали в общем объеме, то две трети производственных мощностей ориентированы на выпуск динамного сортамента металла. И только 30% производства – это трансформаторная сталь, цена которой составляет 120 – 180 руб/кг.

способ получения высокоуглеродистой стали кордового качества

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству высокоуглеродистой стали для изготовления катанки. Способ включает выплавку, нагрев металла, выпуск металла в стальковш, раскисление металла в стальковше, присадку материалов, внепечную обработку, доводку металла по химическому составу, наводку шлака, продувку металла аргоном и его разливку. После выпуска металла из печи производят полное удаление окисленного шлака, внепечную обработку стали производят на установке печь-ковш, определяют содержание серы в стали, окисленность и температуру металла по приходу на внепечную обработку, а обработку под высокоосновным шлаком ведут в течении времени, зависящего от разницы в содержании серы по приходу на внепечную обработку и требуемой перед отдачей на разливку, %, окисленности металла, температуры металла по приходу на внепечную обработку, °С, коэффициентов, полученных опытным путем. Использование изобретения позволяет получить требуемый уровень механических свойств и содержание неметаллических включений. 1 табл.

Способ получения высокоуглеродистой стали кордового качества, включающий выплавку полупродукта, присадку углеродсодержащего материала, выпуск металла в сталеразливочный ковш, присадку ферросплавов во время выпуска металла в сталеразливочный ковш, продувку металла аргоном в сталеразливочном ковше, внепечную обработку металла на установке «печь-ковш» высокоосновным шлаком, продувку металла аргоном на установке «печь-ковш», отличающийся тем, что после выпуска металла в сталеразливочный ковш производят полное удаление окислительного шлака, передают сталеразливочный ковш с металлом на внепечную обработку на установке «печь-ковш», проводят продувку металла аргоном, определяют окисленность, температуру металла и содержание серы в нем, при этом время обработки высокоосновным шлаком определяют из соотношения
обр =628,1· S-2,15·O окисл +0,39·Т-477,8,
где обр - время обработки высокоосновным шлаком, мин;
S - разница содержания серы в металле по приходу на внепечную обработку и требуемого содержания перед подачей металла на разливку, %;
O окисл - окисленность металла по приходу на внепечную обработку, ppm;
Т - температура металла по приходу на внепечную обработку, °С;
628,1; 2,15; 0,39; 477,8 - коэффициенты, полученные опытным путем, рассчитанные после обработки экспериментальных данных по определению влияния каждого параметра.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству марок высокоуглеродистой стали для изготовления катанки, предназначенной для дальнейшей переработки в корд.

Известен способ производства стали для металлокорда, включающий выплавку в сталеплавильном агрегате железоуглеродистого расплава с содержанием углерода не более 0,20 мас.%, выпуск нераскисленного металла в сталеразливочный ковш с основной футеровкой и пористой пробкой для продувки аргоном, предварительное раскисление расплава при выпуске в ковш углеродсодержащими материалами и ферромарганцем без использования алюминия, при этом присадку в металл кремнийсодержащих ферросплавов проводят после вакуумирования металла, присадку в ковш шлакообразующей смеси, вакуумуглеродное раскисление в ковше металла до содержания углерода в пределах марочного состава стали, окончательную корректировку стали по химическому составу и температуре на установке печь-ковш и непрерывную разливку (патент РФ № 2265064, С21С 5/54, опубл. 27.11.2005).

Недостатком известного способа является загрязнение металла неметаллическими экзогенными включениями вследствие повышенного износа футеровки сталеразливочного ковша. Также область применения данной технологии сужается при отсутствии в цехе установки вакуумирования металла.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения высокоуглеродистой стали кордового качества (патент РФ № 2269579 С21С 7/00, опубл. 10.02.2006), включающий выплавку металла, нагрев металла, до 1600 1660°С и выпуск металла из печи в ковш при содержании углерода не более 0,55% и серы 0,015%, при этом содержание цветных примесей (Cr, Ni, Cu) и азота составляет соответственно 0,04% и 0,004%. До выпуска металла в стальковш присаживают необходимое количество науглераживателя. При выпуске металла из печи в стальковш присаживают шлакообразующие материалы, а после наполнения ковша металлом наполовину проводят присадку ферросплавов, в расчете на среднее значение элементов в марке стали. Затем, не скачивая шлак, проводят продувку металла аргоном в течение 5 8 мин, после чего металл подвергают обработке на установке печь-ковш шлаками переменной основности, причем 70 80% времени металл выдерживают под белым высокоосновным шлаком, а 20 30% времени под покровным низкоосновным шлаком и осуществляют продувку металла аргоном через донные фурмы.

Наводку высокоосновного шлака на установке печь-ковш осуществляют в соотношении CaO/CaF 2 3:1 с суммарным количеством 6-7 кг/т и с кратностью шлак/металл 1,1 1,4/100, араскисление шлака проводят коксовой смесью с расходом 1,5 2,5 кг/т для получения основности В=2,8 5,0.

Наводку низкоосновного шлака осуществляют присадкой кварцевого песка с содержанием SiO 2 не менее 98% с расходом 0,7 2,3 кг/т для получения основности В=1,5 2,3. После чего проводят продувку металла аргоном под таким шлаком в течение 10 20 минут без оголения зеркала металла в районе продувочных пятен с расходом 30 125 литров в минуту.

После внепечной обработки стали проводят его разливку на машине непрерывного литья заготовок на сечение кристаллизатора 125×125, где осуществляют защиту струи металла на участке стальковш-промковш с помощью погружной огнеупорной трубы с подачей в полость трубы аргона.

Известный способ не обеспечивает получение требуемого технического результата по следующим причинам.

Найденный в известном способе технологический прием предварительного раскисления металла в ковше углеродсодержащим материалом, а также кремний и марганецсодержащими ферросплавами и дальнейшей продувке металла аргоном с недостаточно раскисленным шлаком приведет к образованию при раскислении металла силикатов марганца, обогащенных кремнеземом, и чистого кремнезема, повышенному загрязнению металла эндогенными кремний и марганецсодержащими неметаллическими включениями. Указанные продукты раскисления, даже при относительно крупных размерах, очень медленно удаляются из расплава.

В тоже время продувка металла аргоном совместно с недостаточно раскисленным шлаком приведет к загрязнению металла неметаллическими экзогенными включениями, вследствие повышенного износа футеровки сталеразливочного ковша.

Признаки ближайшего аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: выплавка полупродукта, присадка углеродсодержащего материала, выпуск металла в сталеразливочный ковш, присадка ферросплавов во время выпуска металла в сталеразливочный ковш, продувка металла аргоном в сталеразливочном ковше, внепечная обработка металла на установке «печь-ковш» высокоосновным шлаком, продувка металла аргоном на установке «печь-ковш.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа получения высокоуглеродистой стали кордового качества, при котором за, счет изменения шлакового режима обработки металла, включающем удаление нераскисленного шлака из сталеразливочнго ковша непосредственно после выпуска металла и шлака из печи, обеспечивается минимальное поступление кислорода из шлака в металл и получение требуемого состава металла и шлака при дальнейшей внепечной обработке и соответственно морфологии и размеров, неметаллических включений, позволяет освоить производство катанки для металлокорда.

Технический результат достигается тем, что в способе получения высокоуглеродистой стали кордового качества, включающий выплавку. полупродукта, присадку углеродсодержащего материала, выпуск металла в сталеразливочный ковш, присадку ферросплавов во время выпуска металла в сталеразливочный ковш, продувку металла аргоном в сталеразливочном ковше, внепечную обработку металла на установке «печь-ковш» высокоосновным шлаком, продувку металла аргоном на установке «печь-ковш», согласно изобретению, после выпуска металла в сталеразливочный ковш производят полное удаление окислительного шлака, передают сталеразливочный ковш с металлом на внепечную обработку на установке «печь-ковш», проводят продувку металла аргоном, определяют окисленность, температуру металла и содержание серы в нем, при этом время обработки высокоосновным шлаком определяют из соотношения:

обр =628,1× S-2,15×Оокисл+0,39×Т-477,8,

где обр время обработки высокоосновным шлаком, мин;

S - разница содержания серы в металле по приходу на внепечную обработку и требуемого содержания перед подачей металла на разливку, %;

Оокисл - окисленность металла по приходу на внепечную обработку, ррм;

Т - температура металла по приходу на внепечную обработку, °С;

628,1; 2,15; 0,39; 477,8 - коэффициенты полученные опытным путем, рассчитанные после обработки экспериментальных данных по определению влияния каждого параметра.

Сущность заявляемого технического решения заключается в полном удалении окислительного шлака из сталеразливочного ковша и внепечной обработке стали под высокоосновным шлаком в зависимости от окисленности металла, температуры и содержания, серы по приходу на внепечную обработку.

Расчет времени обработки под высокоосновным шлаком позволяет модифицировать и ассимилировать оставшиеся в стали включения и получить сталь необходимого качества с минимальным содержанием и размером неметаллических включений.

Пример конкретного выполнения.

В сталеплавильном агрегате выплавили полупродукт и при содержании 0,04% углерода выпустили в сталеразливочный ковш. Перед выпуском в сталеразливочный ковш присадили 600 кг науглераживателя. По ходу выпуска металла в ковш присадили 1100 кг ферромарганца и 800 кг ферросилиция. Металл продували аргоном. При появлении первых порций печного шлака на желобе подачу аргона прекратили и провели отсечку шлака. После выпуска металла, из ковша откантовали шлак и ковш с металлом передали на установку печь-ковш. По приходу на установку печь-ковш провели усреднителную продувку металла аргоном в течение 3 минут с расходом аргона 650 л/мин, затем произвели замер температуры металла и отобрали пробу для определения химического состава металла. Химический состав металла после усреднительной продувки: 0,35% углерода, 0,28% кремния, 0,45% марганца, 0,012% серы и 0,006% фосфора, температура металла составила 1579°С, а окисленность 42 ррм. Требуемое содержание серы в готовом металле не более 0,005%. После получения необходимых параметров произвели расчет времени обработки под высокоосновным шлаком

обр =628,1×0,007-2,15×42+0,39×1579-477,8=52 минуты

Десульфурацию металла, а также диффузионное раскисление металла шлаком до достижения равновесного содержания кислорода в металле проводили при основностй шлака В=2,3 2,8. Во время продувки провели корректировку химического состава стали присадками ферросплавов и остального количества углеродсодержащего материала в виде порошковой проволоки. По окончании продувки аргоном на зеркало металла присадили 500 кг извести с целью утепления металла для дальнейшей разливки. Разливку стали проводили на 5-ти ручьевой машине непрерывной разливки. Далее заготовки были прокатаны в катанку диаметром 5,5 мм с последующим отбором проб для анализа на загрязненность неметаллическими включениями. Результаты испытаний представлены в таблице.

Параметр	Требования ТУ 14-101-659-2007	Плавка 891957
Подусадочная ликвация, балл	Н.б. 3	2
Недеформируемые включения ОС, мкм	Н.б. 15	2
Недеформируемые включения ОТ, мкм	Н.б. 15	1
Недеформируемые включения СХ, мкм	Н.б. 15	7
Недеформируемые включения СН, мкм	Н.б. 15	0
Деформируемые включения С, мкм	Н.б. 25	4
Деформируемые включения СП, мкм	Н.б. 25	3
Нитрид Ti, мкм	н.б. 5	0
Временное сопротивление разрыву, Н/мм 2	1120-1250	1130-1210
Содержание 0, %	н.б. 0,005	0,003
Содержание N, %	н.б. 0,007	0,005
Содержание Н, см 3 /100	н.б. 2,4	2,0

Таким образом, сталь, произведенная по предлагаемому способу, имеет максимальный размер неметаллических включений не более 7 мкм, что на 2 мкм или на 22% отн. меньше, чем в прототипе.

Читайте также: