ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ ДЛЯ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ МЕТИЗОВ

К метизным изделиям относят, в первую очередь, проволоку и проволочные изделия. Широкий сортамент и большое разнооб­разие свойств метизов определяются требованиями их исполь­зования в различных областях техники. Свойства метизов и их эксплуатационные показатели формируются на всех стадиях ме­таллургического передела, начиная с выбора шихтовых материа­лов для выплавки чугуна и заканчивая обработкой проволоки на готовом размере, а свойства проволочных изделий определяются свойствами проволоки, а также конструктивными параметрами и особенностями технологии их изготовления. Особенностью про­изводства метизов является то, что свойства стали оказывают большое влияние не только на параметры готовых изделий и их эксплуатационные показатели, но и решающее влияние на техно­логичность переработки. Колебания содержания всех элементов даже в пределах одной марки, неметаллические включения, содер­жание газов определяют технологию производства, свойства и эксплуатационные характеристики метизов. Сложившаяся практи­ка разделения процесса производства стали и переработка ее в метизные изделия уже давно является препятствием для создания специальных марок сталей при изготовлении метизов. Достиже­ние высокого качества метизов возможно путем формирования их свойств на всех переделах металлургического передела от руды до готового изделия.

Отечественный и зарубежный опыт показывают, что специа­лизированное предприятие по производству высококачественных метизов должно располагать необходимым железорудным сырьем, чистым по вредным примесям и остаточным элементам, техно­логией получения стали заданного химического состава, возмож­ностями прокатки высококачественной катанки и эффективной технологией переработки ее в метизы.

Запас прочности издавна специализи­руется на выпуске высококачественной проволоки и проволочных изделий и имеет потенциальные возможности для организации уникального производства высококачественной метизной продук­ции, поскольку имеет горнорудное, металлургическое и сталепроволочно-канатное производства, чистое железорудное сырье, боль­шой опыт производства качественной проволоки и проволочных изделий.

Специализация нашей фирмы на выпуске высокопрочной проволоки для канатов, пружинной про­волоки разнообразного сортамента, канатов, металлокорда, прово­локи для армирования резинотехнических изделий, тонкой и наи­тончайшей проволоки, в том числе микронных размеров, опреде­ляется тем, что организовать подобное производство, выпускающем массовые виды ме­таллопродукции, оказывается экономически нецелесообразным. В связи с этим фирма развивается как предприятие, выпус­кающее высококачественную продукцию, отличающуюся сложно­стью технологии производства, качественными показателями и спе­циальным назначением. Высокая надежность продукции обусловила применение ее в военной, космической, электронной и других отраслях промышленности.

Базой повышения качества продукции и дальнейшего совер­шенствования производства является ряд факторов.

Сырьевой базой яв­ляется Зигазино-Комаровский железорудный район. Общие запа­сы руды составляют более 130 млн. т. По содержанию в них Р, S, Cr, Ni, Си, Ti, Sb, Sn, Pb эти руды не уступают лучшим в России рудам Оленегорского месторождения.

Суммарное содержание перечисленных элементов в среднем составляет 0,106%, а в Оленегорских 0,096%. Наличие в руде Зигазино-Комаровского месторождения таких элементов, как Со, V, Zs, Ti, значительно повышают ценность руды как сырья для производства стали, предназначенной для переработки в метизы, так как эти примеси благоприятно влияют на свойства патентируемой стали, из которой изготавливается основная масса прово­локи (Со — уменьшает устойчивость аустенита при патентировании, V — снижает порог хладноломкости). Использовать руду этого месторождения непосредственно в доменных печах пока не представляется возможным из-за низкого содержания железа (43-48%) и высокого содержания кремнезема (15-25%). На нашем предприятии проведена большая комплексная работа по ис­пользованию такой руды. Одним из этих направлений была разработка технологии производства губчатого железа. Исследо­вательские и опытные работы, проведенные на предприятии, позво­лили создать технологию получения губки и опытно-промышленную установку производительностью 50 т/сутки для производ­ства брикетов из губчатого железа весом до 10 кг.

Было установлено, что наилучшие результаты дает расход 33% губки, 13% обрези оборотного лома и 54% чугуна. Анализ опыт­ных плавок показал, что сталь, полученная этим методом, отли­чается низким содержанием серы и фосфора, наблюдалось умень­шение в 1,5 раза общего количества неметаллических включений, в основном за счет сульфидов, оксидов и глобулярных включе­ний. Сравнение выносливости металлокорда, изготовленного из стали, выплавленной с использованием губчатого железа.

Использование губчатого железа для получения качественных сталей стало определяющим, и дальнейшее развитие эта идея по­лучила в многочисленных вариантах на других предприятиях. Это позволило обосновать основную схему реконструкции металлур­гической части предприятия: электропечь—установка внепечной обработки МНЛЗ—прокат—метизы.

Было  показано, что за счет подбора шихты (сырья, руд) количество меди, цинка, олова, свинца, мышьяка в губке снижается в суммарном содержании до 0,01-0,05%. Применение такой шихты взамен скрапа позволяет уменьшить содержание этих элементов в готовой стали в 2-3 раза. Кроме того, в стали отмечалось снижение азота, водорода, неметалличес­ких включений. Без особых изменений технологии производства проволоки удавалось увеличить прочность, пластичность и хладостойкость проволоки.

Эти данные могут служить основанием для разработки совре­менного производства чистых сталей для изготовления метизов.

Исследования подтвердили, что, наряду с положительными фак­торами, существует ряд отрицательных, которые затрудняют ис­пользование губчатого железа из руд Зигазино-Комаровского ме­сторождения в качестве шихты для основных мартеновских печей:

• удлинение периода плавления из-за спекания губки в мо­нолитные глыбы:
• увеличение потребности энергии на расплавление, ошлакование пустой породы и довосстановление остаточного количества окислов железа в губке;
• наличие большого количества пустой породы (Si0₉), неудов­летворительный шлаковый режим (шлакопенистый);
• агрессивные первичные шлаки, снижающие стойкость фу­теровки.

Все это, наряду с трудностями обогащения руды Зигазино-Комаровского месторождения, не позволило организовать произ­водство стали в промышленных масштабах с использованием губчатого железа.

Развитие процессов прямого восстановления руды позволило создать губчатое железо в виде металлизованных окатышей. Ис­пользование окатышей в мартеновской печи нецелесообразно, так как в процессе плавления они поглощают большое количество кислорода. Поэтому наилучшим решением явилось использование электропечи с восстановительной атмосферой. Технология выплав­ки с использованием губчатого железа для производства метал­локорда применена на Жлобинском металлургическом заводе в Белоруссии.

Для того чтобы использовать преимущества первородной шихты была разработана комплексная технология производства сталей в мартеновских печах. Известно, что обычный металлолом для выплавки стали содержит большое количество легирующих элементов и примесей, многие из них в процессе плавки мало или совсем не окисляются и переходят в металл. Технология стали предусматривает использование шихтовой болван­ки вместо лома.

Шихтовую болванку выплавляют из чистого чугуна, получен­ного по специальной технологии без использования окалины и металлодавок в шихте доменной печи. Чугун для получения шихтовой болванки из руды Зигазино-Комаровского месторожде­ния имеет следующий состав (%): [Si] [Mn] [Сг] [Ni] [Си] [S] [Р]

Для выплавки стали  в мартеновской печи в качестве металлошихты применяются: специальный чугун -70%; шихтовая болванка -17%; прокатная чистая обрезь (оборотный скрап) -13%.

Неметаллическая шихта также проходит специальную подго­товку. Сталь в ковше обрабатывается шлакообразующей смесью, состоящей из плавикового шпата и извести, и продувается аргоном через специальную фурму. Состав неметаллической шихты: 70%, извести, 30% — плавикового шпата. Расход шихты 7н-10 кг/т стали. Расход аргона 0,15-0,25 м³/т. Раскисление стали про­изводится предварительно в печи ферросилицием и ферромарган­цем, а окончательно в ковше ферросилицием и алюминием.