Оптимизация и контроль неметаллических включений, образующихся при раскислении и кристаллизации стали

Известно, что качество металла определенного сортамента в значительной степени зависит от типа и количества содержащихся в нем неметаллических включений (кордовая, канатная стали и др.). Кроме того, вид образующихся продуктов раскисления влияет на разливаемость металла, а, следовательно, на выход годного.
  Управление составом и количеством включений уже длительное время является актуальной, но до сих пор трудно реализуемой на практике задачей. Сложность выплавки металла, гарантированно содержащего заданный тип и размер включений, заключается в необходимости учета большого числа факторов, влияющих на процессы раскисления и кристаллизации.
  Над решением этой проблемы работают многие исследовательские коллективы, как в России, так и за рубежом. Число иностранных публикаций по этой тематике заметно выросло в течение последних 4-5 лет. Развитию данного направления способствовало, безусловно, появление компьютеров с высокой скоростью счета – это позволило моделировать сложные процессы, протекающие в металлической ванне.
  ООО «Лаборатория специальной металлургии» также работает в этом направлении. К настоящему времени создана модель раскисления и на ее основе программа для расчета включений, которая учитывает следующие факторы:
  исходный состав металла и шлака; температура расплава; давление газа (при вакуумировании); состав раскислителей и шлакообразующих, последовательность их присадки;
  интенсивность вторичного окисления.
  После задания начальных условий и пуска просчитывается параллельное протекание всех возможных реакций, при этом учитывается степень сродства конкурирующих компонентов, постепенное изменение содержания элементов в металле и в неметаллических фазах переменного состава. В конце расчета программа сообщает:
  состав металла и его окисленность;
  тип, количество и состав образовавшихся неметаллических включений.
  В основу программы заложены фундаментальные законы термодинамики и кинетики, а также использован экспериментальный материал отечественных и зарубежных исследователей.
  База данных программы содержит информацию о параметрах взаимодействия элементов в металлическом и шлаковом растворах и константах реакций образования всех известных (из практики) простых и сложных соединений. Программа может работать в двух режимах:
  1. Диалоговый режим «что если» – для исследовательских работ, направленных на оптимизацию технологии выплавки, внепечной обработки и кристаллизации.
  2. Режим реального времени (при обеспечении текущей информацией об объекте) – для снабжения персонала информацией о текущем составе металла, его окисленности, а также количестве и типе присутствующих в нем неметаллических включений.
  Для проверки адекватности разработанной модели провели опытные плавки, на ОАО «ВМЗ», с отбором проб шлака и металла по ходу разливки. Металл (колесная сталь) раскисляли в ковше по нескольким вариантам. Состав включений анализировали в ОАО «НИИМ» на микроанализаторе MS-46 фирмы “Kameca”. Установили, что характерные включения в реальном металле соответствуют основным типам включений, «предсказанным» программой.
  В настоящее время мы планируем провести на ряде металлургических предприятий научно-исследовательские работы с использованием разработанной компьютерной программы.
  Адаптированная к конкретным агрегатам и технологиям программа «Раскисление» позволит решать следующие задачи:
  анализировать существующие технологии выплавки, внепечной обработки и разливки с точки зрения получения металла с включениями требуемых параметров; находить оптимальные варианты технологии раскисления, исходя из возможностей имеющегося оборудования, раскислителей, шлакообразующих и т.д.; проводить оценку эффективности использования различного оборудования для внепечной обработки и разливки, при проектировании новых, или реконструкции существующих производственных линий (с точки зрения получения качественного металла);
  осуществлять на плавках текущий контроль состава металла, его окисленности и образующихся включений.