Способ электрошлакового переплава

 

Использование: в производстве сталей и сплавов методом электрошлакового переплава. Сущность изобретения: при переплаве на шлак создают совместно с раскислителями углеродсодержащие материалы, обладающие способностью к вспучиванию в количестве, равном C = (0,5-3,0)·m_сл(1-K_з)γ(кг), где m_сл - масса наплавляемого слитка, кг; K_з - коэффициент заполнения печи ЭШП; γ - плотность вспученного углеродсодержащего материала, кг/м³. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству сталей и сплавов методом электрошлакового переплава. Известен способ электрошлакового переплава, при котором осуществляется подача раскислителей в шлаковую ванну в процессе переплава. При использовании известного способа не удается в достаточной степени ограничить угар высокореакционных легирующих элементов, так как имеет место контакт расплавленного шлака с атмосферой воздуха. В этом случае происходит взаимодействие кислорода и азота воздуха с подаваемыми раскислителями, что в ряде случаев может даже увеличить загрязненность переплавляемого металла неметаллическими включениями. Шлаковая ванна достаточно проницаема для кислорода, азота и водорода в связи с чем имеет место окисление и нитридообразование активных элементов в металле, таких как кальций, магний, титан, РЗМ и др. резко увеличивается содержание водорода в переплавляемом металле. Из-за неуменьшения содержания неметаллических включений, возможности повышения содержания газов и угара высокореакционных элементов, пластические свойства переплавляемого металла не увеличиваются. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ получения стали и сплавов методом электрошлакового переплава, где в процессе плавки в шлаковую ванну вводят раскислители и молотый графит в количестве 1-30 кг на тонну выплавляемой стали. Недостатком известного способа является невозможность повышения пластических свойств металла, а также существенного снижения угара легирующих элементов. Подача раскислителей совместно с молотым графитом не защищает переплавляемый металл от образования новых неметаллических включений, а контакт с атмосферой воздуха, которая пронизывает шлаковую ванну, загрязняет переплавляемый металл нежелательными газами. Графит хорошо растворяется в шлаках ЭШП, что обеспечивает науглероживание металла. Загрязнение металла неметаллическими включениями, увеличение содержания газов, в частности водорода, в металле, повышение содержания в последнем углерода негативно сказывается на пластических свойствах металла. Целью изобретения является снижение угара легирующих элементов и улучшение пластических свойств переплавляемого металла. Поставленная цель достигается тем, что при электрошлаковом переплаве на шлак подают углеродсодержащие материалы, обладающие способностью к вспучиванию в количестве, равном C = (0,5-3,0)·m_сл(1-K_з)γ (кг), где m_сл масса наплавляемого слитка, кг; K_з коэффициент заполнения печи ЭШП; γ плотность вспученого углеродсодержащего материала, кг/м³. В этом случае на шлаковую ванну подают углеродсодержащие материалы, которые под действием высоких температур увеличивают свой объем в 50-200 раз. При этом вспученная масса, поднимающихся материалов заполняет пространство над шлаковой ванной, полностью отсекая последнюю от атмосферы воздуха. Причем расходуемые электроды перемещаются без особых затруднений. Ввиду высокого электросопротивления вспученной углеродсодержащей массы отсутствует "корочение тока" на стенки кристаллизатора и электроды. В связи с тем, что в шлаковую ванну ограничен доступ кислорода, азота и водорода содержание газов в металле уменьшается, угар легирующих отсутствует, существенно уменьшается количество неметаллических включений. Все это обеспечивает повышение пластических свойств переплавляемого металла. В связи с тем, что общая масса углеродсодержащих материалов невелика и они находятся в вспученном состоянии, науглероживания шлака и металла не наблюдается. По мере роста неметаллического слитка и поднятия шлаковой ванны происходит подгорание вспученной углеродсодержащей массы с образованием газообразных оксидов углерода, поток которых, пронизывая вспученную углеродсодержащую массу, дополнительно экранирует рабочее пространство печи от атмосферы воздуха. Такой способ позволяет успешно переплавлять сплавы, содержащие высокореакционные элементы вплоть до переплава таких активных металлов, как хром, титан и др. Количество подаваемых на шлак материалов зависит от массы слитка, площади покрываемой углеродсодержащей массой (определяется коэффициентом заполнения кристаллизатора) и плотности подаваемого материала. Чем больше масса слитка и меньше коэффициент заполнения кристаллизатора, тем больше расход материала. С увеличением плотности этого материала также увеличивается его общая масса. При расходе углеродсодержащих материалов менее C = 0,5·m_сл(1-K_з)γ (кг) не обеспечивается цель изобретения, так как в этом случае недостаточно их для полного и надежного прикрытия поверхности шлаковой ванны. Расход углеродсодержащих материалов свыше 3,0m_сл·(1-K_з)γ (кг) также нецелесообразен, так как повышенное количество материалов ухудшает технологичность плавки, ведет к перерасходу материалов и следовательно удорожанию процесса. П р и м е р. Электрошлаковый переплав сталей марок 09Х15Н9Ю и Н16К4М5Т2Ю проводили на твердом старте с использованием флюса АНФ-1П в количестве 3 кг на плавку, на электрошлаковой печи А-550. Переплав проводили в кристаллизатор диаметром 110 мм, переплавляли расходуемые электроды диаметром 60 мм. Получали слитки массой 40,0 кг. Ток и напряжение переплава составляли соответственно 2,2-2,3 кА и 34-36 В. Плавки N 1 и N 2 проводили по технологии прототипа, когда в процессе плавки давали алюминий в количестве 1,5 кг на тонну и графит 2,0 кг на тонну, соответственно 60 г алюминия и 80 г графита на плавку. Варианты плавок приведены в табл.1, химический состав выплавленного металла и его механические свойства определенные на прокованных и термообработанных картах толщиной 20 мм приведены в табл.2. На опытных плавках после расплавления флюса на его поверхность давали порошкообразный углеродсодержащий материал, обладающий способностью к вспучиванию графит, обработанный раствором хромового ангидрида и концентрированной серной кислотой. Как видно из табл. 1 и 2, металл, полученный по заявляемой технологии (плавки N 3-5 и 8-10), имеет повышенные пластические свойства и меньший угар легирующих элементов, чем металл, полученный с использованием известного способа (плавки N 1 и N 2). На плавках N 6 и 11 металл имеет худшие пластические свойства из-за подачи пониженного содержания углеродсодержащего материала. На плавках N 7 и 12 имел место нерациональный расход материала, на этих плавках он "вылазил" из кристаллизатора и затруднялось ведение плавки. ТТТ1

Формула изобретения

Способ электрошлакового переплава, включающий подачу раскислителей и углеродсодержащих материалов на шлак, отличающийся тем, что, с целью снижения угара легирующих элементов и улучшения пластических свойств переплавляемого металла, на шлак подают углеродсодержащие материалы, обладающие способностью к вспучиванию, в количестве равном C = (0,5-3,0)·m_сл(1-K_З)γ, (кг), где m_сл масса наплавляемого слитка, кг; K_з коэффициент заполнения кристаллизатора;
γ плотность вспученного углеродсодержащего материала, кг/м³.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3