Способ обработки стального расплава

 

1. СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТАЛЬ- , НОГО РАСПЛАВА в процессе его выпуска из сталеплавильного агрегата, включающий введение в расплав алюминия, . кремния, обработку жидким известковоглиноземистым десульфурирующим шлаком и последующее введение редкоземельных элементов, о тличающ-ийс я тем, что, с целью повьщ1ения устойчивости стали к водородному охрупчиванию , уменьшения ликвации фосфора в слитке и повыщения равномерности распределения его по сечению слитка, уменьшения расхода для выплавки стали низкоАосфористых материалов, раскислителей и модификаторов, улучшения технологических свойств стали в процессе горячей пластической деформации и увеличения выхода годного проката, стальной расплав непосредственно перед введением редкоземельных элементов обрабатывают углеводородами и целлюлозой, а редкоS (Л земельные элементы вводят в центральную часть обрабатываемого целлюлозой и углеводородами участка стального расплава. 2. Способ по п. о т л и ч аю щ и и с я тем, что редкоземельные элементы, целлюлозу и углеводороды вводят в весовом соотношении

Соаэ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПЮЛИН

09) (11) Э(50 С 21 С 7 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ (21) 3616141/22-02 (22) 01. 07. 83 (46) 23,11.84, Бюл. h» 43. (72) В.M.Бреус, Б.Г.Соляников, M.Ä,Øóâàëîâ, В.И.Гудов, M.М.Токарев, В.А.Носов, В.М.Левин, В.Х.Вакуленко и П.В.Белов (71) Металлургический ордена Трудового Красного Знамени завод им.A.Ê.Ñåðîâà (53) 669. 18.046.5(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

h» 670619, кл. С 21 С 7/ОО, 1979, 2. Авторское свидетельство СССР

h» 171414, кл. С 21 С 7/06, 1964. (54) (57) 1. СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТАЛЬ- °

НОГО РАСПЛАВА в процессе его выпуска из сталеплавильного агрегата, включающий введение в расплав алюминия, кремния, обработку жидким известковоглиноземистым десульфурирующим шлаком и последующее введение редкоземельных элементов, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости стали к водородному охрупчи- ванию, уменьшения ликвации фосфора в .слитке и повышения равномерности распределения его по сечению слитка, уменьшения расхода для выплавки стали низкофосфористых материалов, раскислителей и модификаторов, улучшения технологических свойств стали в процессе горячей пластической деформации и увеличения выхода годного проката, стальной расплав непосредственно перед введением редкоземельных элементов обрабатывают углеводородами и целлюлозой, а редкоO земельные элементы вводят в цент- щ ральную часть обрабатываемого целлюлозой и углеводородами участка стального расплава. С:

2. Способ поп. 1, о тличаю шийся тем, что редкоземельные Я элементы, целлюлозу и углеводороды вводят в весовом соотношении (75-85): (2,5-4,7):1.

1125262

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки нпзкодегированной стали с обработкой расплава редкоземельными элементами и синтетическим шлаком.

При производстве низколегированной трубной стали, работа«ощей в агрессивных средах сероводороднаго газа, практика рафинирующей обработки стального расппава в процессе выпуска 10 его из сталеплавильнога агрегата оказывает существенное влияние н.а антикоррозионные свойства стали.

Известен способ рафинирования расплавленной стали, согласно которому металл в ковше обрабатывают смесью древесины и огнеупора-замедлителя разложеиия древесины (i) .

Однако этот способ не способствует уменьшению Ликвации фосфора и не повышает стойкость стали к сероводородпому охрупчиванию.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и,достигаемым результатам явпяется способ обработки стального расплава в процессе его выпуска из сталеплавильного агрегата, включающий введение в расплав алюминия, кремния, обработку расплава

30 жидким известкова-глиноземистым синтетическим шлаком и последующее введение в расплав редкоземельнь«х элементов )7) .

Недостатком известного способа является получЕние стали, недостаточ-З5 но устойчивой к сераводородному охрупчиванию, имеющей значительную ликвацию фосфора в слитке, .обладающей недостаточной гехнологичностью при горячей пластической деформации„ в результате чего снижается выход годного проката.

Целью изобретения является повышение устойчивости стали к водородному охрупчиванию, уменьшение ликвации фосфора в слитке и повышение равномерности его распределения по сечению слитка, уменьшение расхода для выплавки стали пизкофосфористых материалов, раскислителей и модификаторов, улучшение технологических свойств стали в процессе горячей пластической деформации и увеличение выхода годного проката, Поставленная цель достигается 55 тем, что согласно способу обработки стального расплава в процессе его выпуска из сталеплавильного агрегата, включающему введение в расплав алюминия, кремния, обработку жидким известково-глиноземистым десупьфирующим шл:-ком и последующее введение редкоземельных лементов, стальной расплав непосредственна перед вв.дением редкоземельных = eMeHTo«l o6paбатывают углеводородами и иеллю-:=: îé, а редкоземельные элементы вводят в центральную часть обрабатываемого целлюлозой и углеводородами участка стального расплава.

Редкоземельные элементы, целлюлозу и углеводороды вводят в весовом соотношении (75-85):(2,5-4,7):1.

Введение в расплав углеводородов

H целлюлозы приводит к взаимодействию их с металлическим и шлаковым расплавом и вследствие их низкой температуры плавления и кипения — к барботажу металца и шлака в месте их ввода. При этом происходит дополнительное значительное перемешивание металла и синтетического шлака, получение их мелкодисперсной эмульсии, в результате чего происходит местная глубокая рафинирующая обработка стального расплава. Выделение в месте обработки газов от разложения целлюлозы и углеводородов создает над поверхностью расплава защитную атмосферу, что предохраняет от окисления вводимые в центральную часть обрабатываемого целлюлозой и углеводородами участка стального расплава редкоземельные элементы.

В результате редкоземельные элементы, вводимые в расплав, используются главным образом на модифицирование металла, способствуя резкому повышению устойчивости стали к водородному охрупчиванию и улучшая служебные свойства изделий из металла при эксплуатации в газонефтяных сероводорадсодержащих средах. Введение редкоземельных элементов не в центральную часть обрабатываемого целлюлозой и углеводородами расплава приводит к значительному с«««акению антикоррозионных свойств стали, Применение углеводородов и их положительное влияние на достижение поставленной цели основаны на их взаимодействии с основнь ми компонентами синтетического шлака (глиноземам и окисью кальция) и восстановлении в локальных объемах алюминия

1125262 4 и кальция с последующим подавлением ликвации фосфора поверхностно-активным элементом — кальцием.

При разложении целлюлозы из нее выделяются кислородсодержащие вещества, обладающие окислительными свойствами.

Положительное влияние целлюлозы основано, по-видимому на использовании кислорода целлюлозы частично 10 для окисления фосфора, Однако основная роль целлюлозы и ее кислородсодержащих фракций состоит в том, что они блокируют границы зерна, уменьшая диффузию фосфора в металле ,и тем самым способствуя более равномерному его распределению в объеме слитка.

Вводимые в металл редкоземельные элементы, мсдифицируя металлическую матрицу, приводят к уменьшению ликвации фосфора в твердом растворе и к равномерному его распределению по сечению слитка. При этом фосфор распределяется равномерно во всем объе- 25 ме кристаллита а не между осями дендритов согласно известному способу, что связано, по-видимому, с измельчением внутреннего строения дендрита железа.

Равномерное распределение фосфора в объеме слитка и модифицирование металла редкоземельными элементами приводят к улучшению технологических свойств стали в процессе горя-З5 чей пластической деформации и к увелинению выхода годного проката.

Для достижения максимального положительного эффекта необходимо соблюдать оптимальную продолжительность 40 обработки стального расплава углеводородами, целлюлозой и РЗГ1 . При малой продолжительности обработки будут образовываться также окислы Р3М, что снизит положительный эффект способа, 45 а при большой продолжительности обработки произойдет охлаждение шлакового расплава, что приведет к запутыванию его в металле и ухудшению свойств стали. 50

Продолжительность обработки расплава углеводородами, целлюлозой и редкоземельными элементами определяется весовым соотношением между ними, которое установлено экспериментально.55

Весовое соотношение редкоземельных элементов, целлюлозы и углеводородов (75-85):(2,5-4,7):1 является оптимальным, поскольку обеспечивает наибольший положительный эффект предла- гаемого способа. При весовом соотношении РЗГ1, целлюлозы и углеводородов

72:4,9:1 продолжительность барботажа металла и шлака настолько увеличивается, что происходит охлаждение расплава, повышение его вязкости, металл загрязняется запутавшимися шлаковыми включениями, РЗГ1 используют нерационально. При весовом соотношении Р3М, целлюлозы и углеводородов 88:2,3:1 продолжительность обработки расплавов недостаточна и значительная часть РЗМ связывается с кислородом металла, образуя окислы РЗМ, модифицирующее действие на металл РЗГ1 умень. шается. Положительное влияние целлюлозы и углеводородов при этом снижается.

Пример ы 1-6. Стальной полупродукт для получения стойкой к сероводородному охрупчиванию стали выплав. ляли в 180-тонной мартеновской печи с использованием рядового металлического лома с содержанием фосфора

0,035-0,040Х и перддельного жидкого чугуна с содержанием фосфора 0,10-.

0,127.

Металл в печи раскисляли 45Х-ным ферросилицием и выпускали в ковш при . 1635-1640 С. В ковше металл обрабатыо вали десульфурирующим синтетическим шлаком и раскисляли алюминием, силикомарганцем и ферросилицием, а затем редкоземельными элементами. Непосредственно перед обработкой расплава редкоземельными элементами в расплав локально вводили целлюлозу и углеводороды, а редкоземельные элементы вводили в центральную зону обрабатываемого целлюлозой и углеводородами участка расплава.

Соотношение межпу Р3М, целлюлозой и углеводородами поддерживали на плавках 1-4 в пределах (75-85):(2,54,7):1, на плавке 5 оно составило

72:4,9:1 на плавке 6-88:2,3-1. Конкретные параметры осуществления способа, реализованные на плавках 1-6, приведены в табл. 1.

В качестве носителей углеводородов применяли парафин, в качестве носителей целлюлозы — древесину и бумагу, в качестве РЗГ1 — сплав Kt40.

Сталь разливали сифоном на слитки массой 5,25 т под шлакообразующей смесью. Слитки в горя *ем состоя11 35262 нии передавали в нагреватель»ые Колодцы прокатноГо цеха, а затем прокатывали на трубную заготовку диаметром 270 мм.

Пример ы 7-9. На плавках 5

7-9 выплавку стали аналогичного назначения и обработку стального расплава в процессе его выпуска иэ сталеплавильного агрегата проводили по известному способу. В качестве метал- 1О лошихты на плавках 7-8 использовали чистую по фосфОру шихтовую заготовку, содержащую 0,017-0,020% фосфора, .и низкофосфористЬ)й чушковый чугун с содержанием фосфора 0,015%.На плавке

9 использовали рядовую металлошихту, аналогичную шихтс на планках 1-б.

Редкоземельные элементы (сплав Щ-40) присаживали в металл после слива синтетического шлака и раскисления металла алюминием и кремнием.

Оценка коррозио»ной стойкости металла, выполненного по известному и предлагаемому способам, к сероводородному растрескиванию под напряжением проводилась в водном 5%-ном растворе поваренной соли, подкисленном уксусной кислотой до рН 3-3,5 и на-.ыщенном сероводородом (испытание

rn международному стандарту). Ликва- ЗО цию фосфора в, слитке оценивали по изменению содержания фосфора по длине раската при прокатке. Результать:. исследований приведены в табл. 2.

В табл. 1 и 2 металл плавок 1-6, при выплавке которого обработку расплава в процессе выпуска из мартеновской печи проводили по предлагаемому способу, несмотря на примерно .одинаковое содержание фосфора, существенно1п отличается от металла, выплавленногo с использованием известного способа, по степени усвОения раскислителей и модификаторов более технологичен при горячей прокатке, имеет значительно большую сопротивляемость сероводородному охрупчиванию.

Наилучшие результаты достигнуты на плавках 1-4 на которых соот»ошение между РЗМ, целлюлозой и углеводородами находилось в пределах (75-85):(2,5-4,7)".1.

Плавка 9, выплавленная с примене с нием рядовой мЕталлошихты, имела стойкость к сероводородному охрупчиванию меньше минимально допустимой стандартом нормы 80 ч и не может быть использована для эксплуатации в серовод « г«держащих средах.

Высок;-.;=: "::: о ."ь ог-.;;тного мет» ла (плавк -. 1-5 . cep;...«ñ довод»ому Г . стрескивани:э объ.:с»»ется ка; более равномерным распределе»ием фо.:: р в металле и получением мелкодисперсной дендритной структуры, так и более эффективным п«оцавлением выделения фосфора по границам вере"..

Содержание кремния и алюминия в опьггном металле более высокое за счет повышения степени усвоения элементов, что позволяет при применении прeдлaгаeмoгo способа снизить расход раскислителей и легирующих элементов.

Таким образом, использование изобретения позволяет при одинаковом или даже несколько более BIIcGI;cM содержа»ии фосфора в стали повысить ее стойкость к сероводородному охрупчиванию в 2 раза, в связи с чем представляется возможность выплавлять сталь в агрегатах без продувки ванны кислородом с использованием металлошихты, раскислителей и модификаторов обычного качества по содержанию фосфора.

Кроме того, изобретение позволяет при выплавке стали сократить расход раскислителей и модификаторов свя-.» с их богее высоким усвоением, ири горячей прокатке слитков благодаря более высокой технологической пластич»ости стали снизить количество поверхностных дефектов и увеличить выход год» го проката.

Предлагаемый способ не сложен в осуществлении, для его реализации необходимо использование дополыитель»ых недефицитных материалов — целлюлозы и углеводородов, а также установка оборудования для введения этих материалов (дополнительных лотков и погружных устройств). Способ может быть использова.н при выплавке стойкой к сероводоро,ц»ому охрупчиванию стали.

Зкономический эффект oò использования способа достигается в сфере эксглуатации за счет увеличения стойкости стали к сероводородному охрупчивапию, а также при ее производстве

""à счет снижения расхода пизкофосфористой шихты. При разнице в ценах

20 руб./т и расходе шихты 1/1 т/т стали эффект оценивается в размере

22 руб/т. 3а счет увеличения выхода! 125262 годного проката на"1,8Х при себестоимости 1 т. проката 150 руб. и цене

1 т,металлолома 50 руб, экономический эффект оценивается в размере

0,18 руб/т. За счет сникения расхода раскислителей эффект оценивается в размере 0,12 руб./т.

Суммарный годовой экономический эффект при производстве 10 тыс. т.

5 стали составит 223000 руб.

i 125262 т о

И

1: р, 1 -> r»

Х а

Ш>Х >D о о х

41! >d

X 4 и а с>1

Р ф

X е v

<б с>>

tiI

>! О

>х о

0> о (>! х х о с o o о » " о с4 л

1 I

O O 0 C о с> > о

С4 Л

t ! о о о о

o o o o

СС> С4 с > C>O л (. х х

Ц

kf о

Ц!

Х о

Гч о

1

Я

Ц !

44 о в

t>4 о и !

4> Е

Я -«О->

1ч с>!

> о

tf х о а о с>> (о о д

Х х

Н о х о

1- х

х о

1 о

t

cd а х с(! !

ГЕ м

О >

° \ м м м

О> и бс>

° л

1.с > с> м л л

I 1 о

,О с4 с4

> о м л м I

° « м

I I

Х

И

Х о

Х с х

Ф о

1" х

Q)

Г»

Ю м о а o o с» > с 4 с 4 о, о о

>с >с О

t о сс>

>с> ф. Ф. с с с с Ф 4 а о с л r co co

С> о л о с

Д л х д д ро х

Х >Л >4> !

> !»! х а и

О 4>О х 9 а

I и

Д

С4

С>

Ю о

: o cd а

cd >О ихо >

VI &

& о !>о

I х о х с> и о и е о х с> и

1 I о о х.9!

v и>х

Л4а1I >Х о а t-f cd

1 м р

Е о

Ц о !

:4 о !

„" ! с>

Ц о

Х и

Рч

1 о и

I Х и а >t>>

Хbb.»

& 6 E.

1 >Х о о

О С:(>>4 о О

I о ! >Б

v х

O. I

Е с5 о х

>х

xæ

Ц и х х

tf о х! !

Ф ! !

1 !

1 Сс>

1 Рл

I

I сы

1

И

Е с") о с o o o "р

С> о С> = С>

С4 C> <> t I

o o о с> сс>

o o л о м >с>

1 I с> о о о

iО I I I

Л С> О Со а С >

4 « л « Ф сч м <ч - сч

>> >С> 0 СO С4 СО

;>Э л сс л л со 1 I I о o o o o o o o

Ю 0 0 0 0 0 0 0

o o o o o o o

О с4 С> сЧ

o o !

o o с»с> м м сч м м с> о О

1 I I ! I

o o i c>o o О Ю и 1 О."г

Q) х

cd

>о о а и о z о и;с х

Е х о и х

>х и 2

cU 1 !

>4 И с>

Х О о о и о х &

1 lil ! (>4 с»

I х ! « у Ф

Ф

I !

1125262

I ! к

I Р4

Ф

1-»

Х

Ql в

00 01 СО л л

И л

I P

О И

И И

А!

О

О О л а

О О

Ch СЧ

Ch Л СЧ

O O D в в л

О О О

СЧ

О О л л

О О Р

О л ь

I K

Сс) I Рч

СЧ ь л

0

«ч о О

О л

ECl

О л

О! î л

О .СЧ

С 4 СЧ л л

О О

Л О

CV СЧ CV а л л

О О О

СЧ л

И

СЧ л

О

М

О л

О

О ф л

О О

О О л A

О О

СО

О

О 1 а

D 0 ф

О О О

О О О л л

О О О О

О

О л

О ф

О

О л

О 0

О л

QI Х

1= . Х

О O Х

° О

Р, (0

С4 е

М О

СЧ М

О О л а

О О

С 1 . C4 с 4 С 4 СЧ

О О О

° \ в л

О О О

О СЧ

С4 СЧ

О О а л

О О

О

М

С 4

О л

СЧ » О

СЧ СЧ СЧ

О О О л л в

О О О

СО

СЧ

М

СЧ СЧ СЧ

О О О в в . л

О О О

О

СЧ

О л

СО! л

СЧ

О л

О

О 1

I О

1 И

М СЧ О 0

С 4 C× СЧ аО О О О л ° л л в

О О О О

CD О И ч- СЧ СЧ

О О О л л л

О О О

О

О л

СЧ

О л

Р Х

QJ >Х

Х О

K а (О

С3

Х

Ф

О

О

Гч

М СЧ

СЧ СЧ

D О л л

О О 3 CD

СЧ

О О. в в

О О

И О М е- ч- С 4

О О О л а л

О О О

О

О л

СЧ

СЧ

О

О! ф

М СЧ

СЧ CV

О О л л

О О

СО Ch а» е- СЧ

О О О л л

О О О

СЧ О

СЧ СЧ

О О л л

О О

СЧ

СЧ

D л .О

О

СЧ

О л

1 )Х л

О I О Cll

° 6 Ql лХЮ

1 а а

0) Х

С4 Р\ Х О

О ф О Э. Р

1 Х

Cr.О Р.фМ

О Х Х

0 л !

ООР,В д k 4 Х М

3 CV

D л а

О О

I ф И л л

И . Ch л л

С 4

СО л

О л

I

Х

Х

1 CI

U <У ф Р

Р !»

Ф О 1

Х Ф

& О.О О

О Р Р Га

Р С) О О

Х CJ йс Х

Х

Х 1

Х ф

QI!

>Х

О

О д

О

О

О

О

СЧ

О И

СЧ СЧ

О

М

СЧ!

4Ц

Z Х I

Э QJ I

1 и QI

Е Съэ

БАХ!

Х5

Ql Х

О Ы

m o

V ф 1

> а !

М

Ql

Е»

Х

О

О

Я à ф

О

° Я!

О

0 ,8

Э

Х

Х ф

СЧ O Î O И R Л СЧ

М . С 1 М С 1 С 4 ° м

И C М СЧ М СЧ

О О О О . О О О л л л л а л л

О D О О О О О

О О О И О

СЧ М 01 CD Vl

4а « Ф I

СЧ С 1 - И Ф Л ф Ф I

О

О

О

1 V

Ф

I Х