Константин Николаевич Плешивцев, преподаватель кафедры металлургических технологий
Россия, 398050, Липецк, ул. Интернациональная, 5а
Konstantin N. Pleshivtsev, Lecturer of the Chair of Metallurgical Technologies
5a Internatsional’naya Str., Lipetsk 398050, Russian Federation
Анатолий Алексеевич Метелкин, д.т.н., заместитель начальника научно-исследовательского центра, ПАО «ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат», профессор кафедры металлургии железа и сплавов Института новых материалов и технологий, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Россия, 622025, Свердловская область, Нижний Тагил, ул. Металлургов, 1
Россия, 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19
Anatolii A. Metelkin, Dr. Sci. (Eng.), Deputy Head of the Scientific Research Center, JSC EVRAZ NTMK; Prof. of the Chair of Metallurgy of Iron and Alloys of the Institute of New Materials and Technologies, Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin
1 Metallurgov Str., Nizhny Tagil, Sverdlovsk Region 622025, Russian Federation
19 Mira Str., Yekaterinburg 620002, Russian Federation
Олег Юрьевич Шешуков, д.т.н., профессор, директор Института новых материалов и технологий, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина; главный научный сотрудник лаборатории проблем техногенных образований, Институт металлургии имени академика Н.А. Ватолина Уральского отделения РАН
Россия, 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19
Россия, 620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101
Oleg Yu. Sheshukov, Dr. Sci. (Eng.), Prof., Director of the Institute of New Materials and Technologies, Ural Federal University named after first President of Russia B.N. Yeltsin; Chief Researcher of the Laboratory of Technogenic Formations Problems, Vatolin Institute of Metallurgy of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
19 Mira Str., Yekaterinburg 620002, Russian Federation
101 Amundsena Str., Yekaterinburg 620016, Russian Federation
Александр Николаевич Роготовский, к.т.н., доцент, заведующий кафедрой металлургических технологий
Россия, 398050, Липецк, ул. Интернациональная, 5а
Aleksandr N. Rogotovskii, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof., Head of the Chair of Metallurgical Technologies
5a Internatsional’naya Str., Lipetsk 398050, Russian Federation
Денис Константинович Егиазарьян, к.т.н., доцент кафедры металлургии железа и сплавов Института новых материалов и технологий, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина; заведующий лабораторией проблем техногенных образований, Институт металлургии имени академика Н.А. Ватолина Уральского отделения РАН
Россия, 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19
Россия, 620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101
Denis K. Egiazaryan, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of Chair of Iron and Alloys Metallurgy, Ural Federal University named after first President of Russia B.N. Yeltsin; Head of the Laboratory of Technogenic Formations Problems, Vatolin Institute of Metallurgy of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
19 Mira Str., Yekaterinburg 620002, Russian Federation
101 Amundsena Str., Yekaterinburg 620016, Russian Federation
Антон Васильевич Корюков, главный специалист по техническому развитию сталеплавильного производства
Россия, 622025, Свердловская область, Нижний Тагил, ул. Металлургов, 1
Anton V. Koryukov, Chief Specialist in Technical Development of Steelmaking
1 Metallurgov Str., Nizhny Tagil, Sverdlovsk Region 622025, Russian Federation
Получение сверхнизкого содержания углерода в стали на уровне менее 0,002 % является критически важной задачей современной металлургии, определяющей качество таких высокотехнологичных продуктов, как электротехнические, суперферритные и аустенитные нержавеющие стали. В представленном исследовании проведен углубленный комплексный анализ кинетики и механизмов декарбонизации металлического расплава в условиях циркуляционного вакуумного агрегата (ЦВА/RH-процесс). Детально изучены пять конкурирующих процессов: десорбция газов с поверхности расплава, гомогенное образование пузырьков оксида углерода {СО} в объеме металла, гетерогенное формирование пузырьков на поверхности футеровки, диффузия инертного газа-носителя в пузырьки и интенсивное взаимодействие металлических брызг с вакуумной средой. Доминирующим механизмом удаления углерода является гомогенное образование пузырьков {СО} в глубине расплава, эффективность которого в 25 раз превышает эффективность формирования пузырьков на футеровке. Микроструктурный и рентгеноспектральный анализы подтвердили, что в нераскисленном металле присутствуют неметаллические включения (размером 5 – 140 мкм), которые могут служить активными центрами зарождения пузырьков {СО}. На основе промышленных испытаний предложена оптимизация технологических параметров: снижение расхода инертного газа до 80 м3/ч для увеличения поверхности контакта фаз и времени пребывания пузырьков в расплаве, строгое соблюдение времени выдержки перед разливкой в интервале 20 – 30 мин, а также обязательное применение безуглеродной футеровки в сталеразливочном ковше для минимизации вторичного науглероживания. Комплексное применение этих мер позволяет стабильно достигать целевого содержания углерода менее 0,002 %, что подтверждено промышленной практикой.
Obtaining an ultra-low carbon content in steel at a level of less than 0.002 % is a critically important task of modern metallurgy, which determines the quality of such high-tech products as electrical, superferritic and austenitic stainless steels. In the presented study, an in-depth comprehensive analysis of the kinetics and mechanisms of decarburization of a metallic melt under conditions of a circulating vacuum unit (CVA/RH process) was carried out. Five competing processes were studied in detail: desorption of gases from the melt surface, homogeneous formation of carbon monoxide bubbles in metal volume, heterogeneous formation of bubbles on lining surface, diffusion of an inert carrier gas into bubbles, and intense interaction of metal sprays with a vacuum medium. The dominant mechanism of carbon removal is the homogeneous formation of {CO} bubbles in the melt depth, the efficiency of which is 25 times higher than the efficiency of bubble formation on the lining. Microstructural and X-ray spectral analyses confirmed that nonmetallic inclusions (5 – 140 μm in size) are present in the non– deoxidized metal, which can serve as active centers of {CO} bubble nucleation. Based on the industrial tests, optimization of technological parameters was proposed: reduction of the inert gas flow rate to 80 m3/h to increase the contact surface of the phases and the residence time of bubbles in the melt, strict observance of the holding time before casting in the range of 20 – 30 min, as well as the mandatory use of carbon-free lining in the steel ladle to minimize secondary carburization. The integrated application of these measures makes it possible to consistently achieve a target carbon content of less than 0.002 %, which is confirmed by industrial practice.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.