Способ производства непрерывнолитых заготовок из коррозионно-стойкой титансодержащей стали

 

Изобретение может быть использовано в металлургии при производстве непрерывнолитых заготовок из коррозионностойкой титансодержащей стали. Сущность: титан вводят в ковш при температуре на 140 - 170° С выше температуры ликвидуса стали, в внепечную обработку стали проводят до температуры, превышающей температуру ее ликвидуса на 70 - 106° С, при этом разливку на ВНЛЗ осуществляют с перепадом температур на участке сталеразливочный - промежуточный ковши от 20 до 50° С. Зтабл,3ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5020428/02 (22) 08.01.92 (46) 15.11.93 Бюл. Йю 41 — 42 (71) Череповецкий металлургический комбинат (72) Гарафутдинов РА; Бапдаев БЯ; Гавриленко

Ю.В.; Цветков МА; Уйманов ВА; Громов Г.И:, Шурыгин А.В.; Савинова Н.Г. (73) Череповецкий метаппургический комбинат (54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ КОРРОЗИОННОстойкой титднсоде жАщей стАли (В) RU (1Ц 2002814 С1 (51) 5 С 21 С 7 00 (57) Изобретение может быть использовано в металлургии при производстве непрерывнолитых заготовок из коррозионностойкой титансодержащей стали. Сущность: титан вводят в ковш при температуре на 140 — 170 C выше температуры ликвидуса стали, в внепечную обработку стали проводят до температуры, превышающей температуру ее ликвидуса на 70 — 106 С, при этом разливку на ВНПЗ осуществляют с перепадом температур на участке сталеразпивочный — промежуточный ковши от 20 до 50 С. 3 табл, 3 ил.

2002814

20

40

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству непрерывнолитых заготовок из коррозионностойкой титансодержащей стали, преимущественно марок 08 — 12X18H10T.

Основным типом неметаллических включений в коррозионностойкой титансодержащей стали являются нитриды и карбонитриды титана, от содержания которых в металле на стадии затвердевания существенно зависит качество поверхности непрерывнолитых заготовок, Поэтому для данной стали одним из основных условий получения качественной непрерывнолитой заготовки является минимальное выделение нитридной фазы в процессе разливки, что в свою очередь подразумевает наиболее полное удаление азота в процессе внепечной обработки.

Известен способ производства непрерывнолитых заготовок из коррозионностойкой титансодержащей стали (08 — 12X18H10T) на Череповецком металлургическом комбинате, включающий выплавку стали в 100тонной дуговой электропечи, внепечную обработку (вакуумирование с одновременной продувкой металла аргоном) до температуры металла в сталеразливочном ковше

1565 — 1580 С, разливку на МНЛЗ вертикального типа в кристаллизаторы сечения 175 : 200 х 1100 — 1350 мм со скоростью 0,6 м/мин, Температура металла в промежуточном ковше регламентируется в пределах 15201540 С. На участках сталеразливочный ковш — промежуточный ковш — кристаллизатор струя металла при разливке защищается аргоном и огнеупорными трубами.

Поверхность металла в промежуточном ковше и кристаллизаторе защищается шлакообразующими смесями (11, Недостатком данного способа являются высокая отбраковка слябов по поверхностным дефектам (до 6 — 87;,) и необходимость сплошной зачистки широких граней слябов перед прокаткой на глубину до 15 мм.

Известен также способ производства коррозионностойкой стали на заводе в Капфенберге (Австрия), где разливают хромоникелевые коррозионностойкие стали типа

18-8 (с титаном и беэ него) в слябы сечением (125 — 165) х 1000 мм. Скорость разливки 0,9 мlмин. Наилучшие результаты получают при температуре разливки, превышающей на 40 — 60 С температуру ликвидуса стали, т.е. температура в промежуточном ковше должна составлять 1500 — 1520 С для стали

08-12Х18Н 10 (21, Недостатком данного способа является отсутствие учета особенностей поведения азота в процессе подготовки к разливке и разливки стали на МНЛЗ, поскольку отдельно взятый параметр, в данном случае температура металла в промежуточном ковше, не обеспечивает необходимого качества литых слябов.

Таким образом, анализ отечественных и зарубежных технологий производства непрерывнолитых заготовок корроэионностойкой титансодержащей стали показывает, что температурный режим разливки и внепечной обработки в комплексе (температура металла перед разливкой и перепад температур металла на участке сталераэливочный — промежуточный ковши) не регламентируется. В зависимости от условий внепечной обработки и разливки (масса разливаемого металла, сечение кристаллизатора, скорость разливки) и уровня технологии подбирается своя оптимальная температура металла в промежуточном ковше. Диапазон температур в зависимости от условий составляет 1482-1550 С (Бородулин Г.M., Мошкевич Е,И, Нержавеющая сталь, М,: Металлургия, 1973, с, 258 — 262, авт,св. СССР Ъ

1420032, кл. 4 С 21 С 7/00).

Известен способ производства хромистой подшипниковой стали (31, который с целью повышения качества стали и повышения производительности печи предусматривает в качестве одного из отличительных признаков снижение температуры металла в процесса внепечной обработки до температуры, превышающей температуру ликвидусэ на 50-90 С. Однако регламентация температуры металла в конце внепечной обработки в этом техническом решении, как указано в описании данного изобретения, обусловлена необходимостью разливки стали с минимальным перегревом выше температуры ликвидуса для улучшения макроструктуры слитков, а при превышении над ликвидусом в 900C - для обеспечения запаса тепла на случай непредвиденных задержек, неизбежных в промышленных условиях.

Учитывая это, можно заключить, что достижение поставленных целей в этом техническом решении при использовании отличительного признака, касающегося температуры металла перед разливкой, может быть осуществлено в совокупности с другими техническими приемами (выпуск металла с содержанием углерода 0,6-0,9%, ввод в металл при вакуумировании алюми.ния в количестве 0,1-0,8,кг/т, карбида кальция в количестве 2 — 15 кг/т), входящими в отличительную часть формулы изобретения.

Совокупность этих отличительных признаков учитывает особенность выплавки только высокоуглеродистой подшипниковой стали

2002814

25

55 для снижения содержания азота в готовой жидкой стали и повышения качества поверхности слитков вследствие сдерживания выделения нитридной неметаллической фазы в процессе разливки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту в сравнении с предлагаемым способом является способ производства нержавеющей (коррозионностойкой) стали на заводе в Хикаре (Японии) (4).

Способ предусматривает выплавку металла в 50-тонной дуговой печи, внепечную обработку металла на вакууматоре порционного типа для понижение содержания газов и разливку стали на МНЛЗ в слябы сечение до 150 х 1270 мм со скоростью 1,12 м/мин с температурой стали в промежуточном ковше 1482-1510 С.

Недостатком указанного способа является отсутствие регламентации температуры проведения внепечной обработки и перепадов температур при разливке, что является важным критерием оценки поведения азота в стали и влияния его на качество непрерывнолитой заготовки, Целью изобретения является повышение выхода годного за счет улучшения качества поверхности непрерывнолитых заготовок путем увеличения степени деаэотации металла при внепечной обработке и подавления ее при непрерывной разливке, Цель достигается тем, что согласно способу производства непрерывнолитых заготовок из коррозионностойкой титансодержащей стали, включающему выплавку в сталеплавильном агрегате, введение в жидкий металл титана, внепечную обработку и разливку на МНЛЗ, титан в жидкий металл вводят при температуре на 140 — 170 С выше температуры ликвидуса стали, заканчивают внепечную обработку стали при температуре, превышающей температуру ее ликвидуса на 70 — 106 С, при этом разливку на МНЛЗ осуществляют с перепадом температур на участке сталераэливочный ковш— промежуточный ковш от 20 до 50 С, Повышение выхода годного при использовании предлагаемого способа производства непрерывнолитых коррозионностойкой титансодержащей стали обеспечивается в результате улучшения качества поверхности за счет увеличения степени деазотации металла при внепечной обработке и подавления ее при непрерывной разливке. Это обусловлено следующими обстоятельствами, Как известно ("Изв. ВУЗов "Черная металлургия", 1971, М 7, с. 60-63; Бородулин

Г,М,. Мошкевич Е.И. Нержавеющая сталь, М,; Металлургия, 1973, с. 89 и до.), наиболее существенное снижение содержания азота в жидкой коррозионностойкой стали происходит после присадки титана, что обьясняется образованием и всплыванием в шлак нитридов титана.

Согласно данным работы (" Теория металлургических процессов: Темат. отраслевой сб. N. I — МЧМ СССР (ЦНИИЧМ)", M., Металлургия, 1972. с. 190 — 196) для концентраций титана 0,4 — 0,6% и азота 0,020—

0,030%,,èìåþùèõ место при выплавке стали

Х18Н101, образование нитридов титана термодинамически возможно при температурах ниже 1590 — 1620 С (130 — 160 С над температурой ликвидуса), При температурах выше температуры начала нитридообразования даже в условиях интенсивной, например, вакуумной внепечной обработки достаточно заметного удаления азота путем его экстракции в газовую фазу не происходит. Это связано с высокой растворимостью азота в высокохромистых расплавах. Так. согласно данным работы (" Теория металлургических процессов: Темат. отраслевой сб. М 2 — .

МЧМ СССР (ЦНИИЧМ)", М„Металлургия, 1974, с. 22 — 27) для сплава Х18Н10 растворимость азота при 1600 С составляет 0,207% (для чистого железа эта величина, как известно, равна 0,044%).

В соответствии с вышеизложенным соблюдение регламентируемой в предложенном способе температуры ввода титана (на

140 — 170 С выше температуры ликвидуса стали) позволяет с уче: ом необходимых температурных затрат на растворение титана, вводимого, как правило, в виде ферротитана, создать необходимые термодинамические условия для протекания процесса нитридообраэования в ходе внепечной обработки, Регламентация температуры металла в конце внепечной обработки стали в сочетании с устанавливаемым контролем температуры ввода титана позволяет использовать эффективные технологические методы обработки стали, напрь,мер интенсивную продувку металла аргоном в вакууме. Сочетание этих двух приемов способствует повышению качества непрерывнолитых слябов эа счет снижения содержания азота в жидкой стали перед развилкой и, следовательно, загрязненности слябов нитридными включениями.

Эмпирическая зависимость потерь металла при зачистке (6, кг/т) от содержания азота в непрерывнолитом металле ((N), % по массе) имеет вид:

G "47,2+1902(Nl, r=0,50; п=64; д=13,7 кг/т, 2002814

55 где r — выборочный коэффициент корреляции; п — число экспериментальных точек (плавок); д — среднеквадратичное отклонение.

Влияние содержания азота на брак слябов показано в табл.1.

Снижение температуры окончания внепечной обработки увеличивает степень деазотации стали (см. фиг. 1). Однако при этом увеличивается вероятность разливки "холодного" металла, что может привести к созданию аварийной ситуации при разливке на МНЛЗ, например некрытию стопора или затягиванию стакана промежуточного ковша, Увеличение перепада температур в процессе непрерывной разливки титансодержащей корроэионностойкой стали также сопровождается увеличением степени деазотации металла (см. фиг, 2), Это еообственно означает увеличение интенсивности образования нитридов титана с последующим их всплыванием к поверхности металла в промежуточном ковше и кристаллизаторе.

Однако в отличие or стадии внепечной обработки процесс нитридообраэования в условиях разливки на МНЛЗ не является благоприятным с точки зрения повышения выхода годного, Целесообразность подав ления процесса деазотации при непрерывной разливке обусловлена следующими обстоятельствами.

Для защиты мениска металла а кристаллиэаторе используется шлакообразующая смесь, одной из основных задач которой является ассимиляция неметаллических включений. При значительном выделении нитридов титана шлак быстро насыщается титаном, вследствие чего ухудшаются его технологические свойства, а именно: увеличивается вязкость, снижается ассимилирующая способность. Это приводит к накоплению на поверхности раздела металл-шлак нитридов титана, которые, являясь центрами кристаллизации, образуют плавающие грубые корки или шлакометаллические конгломераты. Благодаря возвратно-поступательному движению кристаллиэатора они затягиваются в корочку сляба, образуя поверхностный дефект типа краеВоА титановой пористости, классифицируемый на ЧерМК как "шлаковое включение".

Корреляция между перепадами температур при разливке и браком слябов показана на фиг, 3.

Таким образом, регламентируемые в предложенном способе производства непрерывнолитых заготовок технологические параметры и редставляют собой взаимосвязанный комплекс мер, направленных на повышение выхода годного. Каждый из отличительных признаков соответствующим образом влияет на снижение эагряэненно5 сти слябов нитридными включениями, При этом положительный эффект достигается только совокупностью используемых технологических приемов.

Дополнительный поиск известных в íà10 уке и технике решений показал, что признаки способа производства непрерывнолитых заготовок. из коррозионностойкой титансодержащий стали в совокупности получаемого положительного эффекта в известных

15 технических решениях не обнаружены.

Предложенный способ производства непрерывнолитых загoroBQK из корроэионностойкой титаносодержащей стали включает выплавку стали в сталеплавильном

20 агрегате, например в 100-тонной дуговой электропечи, введение в жидкий металл после выпуска плавки титана, например, в виде 70 -ного ферротитана, при температуре металла на 140-170 С выше температуры

25 ликвидуса стали. внепечную обработку, например продувку аргоном в вакууме, которую заканчивают при температуре, . превышающей температуре ликвидуса стали на 70-106 С, разливку на МНЛЗ, которую

30 осуществляют с перепадом температур на участке сталеразливочный ковш — промежуточный ковш от 20 до 50ОC.

Опытно-промышленное опробование данного способа производства непрерыв35 нолитых заготовок иэ корроэионностойкой титаносодержащей стали марок 0812X1GH10T в условиях ЭСПЦ lepMK показапо его высокую эффективность.

Все регламентируемые параметры при

40 производстве непрерывнолитых заготовок по предложенному способу были установлены опытным путем.

Практика показала, что введение титана при температуре, более чем на 170 С превы45 шающей температуру ликвидуса стали, приводит к повышенному окислению титана и, как следствие, к повышению расхода ферротитана и загрязнению стали оксидными неметаллическими включениями, 50 Введение титана при температуре, менее чем на 140 С превышающей температуру ликвидуса стали, не позволяет при применении последующей интенсивной внепечной обработки обеспечить регламентируемый температурный режим дальнейших технологических операций.

Проведение внепечной обработки стали до температуры, более чем на 106 С превышающей температуру ее ликвидуса, не позволяет получить достаточную степень

2002814

10 деазотации за счет образования нитридов и удаления их в шлак сталеразливочного ковша.

Окончание внепечной обработки при температуре, превышающей температуру 5 ликвидуса стали менее чем на 70 С, ведет к увеличению вероятности разливки на

МНЛЗ в аварийных условиях.

Разливка стали на МНЛЗ с перепадом температур более 50 С сопровождается 10 увеличением степени деазотации металла за счет выделения нитридов титана, Повышенное выделение нитридов титана, как указывалось выше, отрицательно влияет на работу шлакообразующей смеси на мениске 15 металла при разливке, что приводит к увеличению потерь при зачистке слябов и повышенной отбраковке их по поверхностным дефектам (см. табл. 2).

Обеспечение перепада температур при 20 разливке менее 20 С технически сложно и экономически нецелесообразно, Перепад температур на разливке от 20 до 50 С обеспечивается использованием высокотемпературного нагрева футеровок 25 сталеразливочного и промежуточного ковшей перед приемом металла до 1100—

1200 С и применением футерованной крышки на сталеразливочном ковше для сохранения тепла футеровки; снижение вре- 30 мени простоя сталеразливочного ковша без жидкого металла между плавками; использованием теплоизолирующих засыпок для снижения теплопотерь на зеркале металла; увеличением массового расхода металла 35 при разливке, которое можно достигнуть; повышение скорости разливки; увеличением площади сечения кристаллизатора; увеличением количества ручьев, через которые разливается металл. 40

Приведенные в табл. 3 данные убедительно свидетельствуют о преимуществе предлагаемого способа производства непрерывнолитых заготовок коррозионностойкой титаносодержащей стали, Эти же 45 данные подтверждают оптимальность выбора пределов регламентируемых параметров, В качестве базового обьекта для сравнения технико-зкономических показателей 50 взята технология производства непрерывнолитых заготовок стали 08 — 12Х18Н10Т на

ЧерМ К.

Пример 1, При производстве непрерывнолитых заготовок из стали марки 55

12Х18Н10Т, температура ликвидуса которой равна 1459 С (" Сталь", 1988, N. 3, с, 37), после выплавки в 100-тонной дуговой электропечи металл выпустили в нагретый докрасна сталеразливочный ковш.

Температура металла в ковше после выпуска и установки ковша в вакууматор ковшевого типа составила 1610 С (151 С над ликвидусов), В металл присадили 70 -ный ферротитан и произвели продувку аргоном в вакууме. Через 12 мин при 1550 С (91 С над ликвидусом) внепечную обработку закончили, ковш накрыли специальной крышкой и сразу подали на МНЛЗ для разливки в слябы сечением 200 х 1200 мм, Температура металла в промежуточном ковше составила 1520 С, т.е. перепад температур равен

30 С. В процессе разливки на мениске металла в кристаллизаторе плавающих "корок" не образовывалось, Брака слябов не было, Потери металла при зачистке составили 44,2 кг/т, Пример 2, То же, что в примере 1.

Температура металла после установки ковша в вакууматор 1650 С (191 С над ликвидуcoM). После продувки расплава аргоном на воздухе до 1600 С (141 С над ликвидусом). присадили титановую губку и в течение 15 мин продували аргоном в вакууме до 1530 С (710C над ликвидусом). Поверхность шлака в ковше засыпали вермикулитом. Перепад температур на участке сталеразливочный ковш — промежуточный ковш составил 20 С, Брака слябов не было. Потери металла при зачистке полученных слябов 41,6 кг/т.

Приведенные выше примеры не исчерпывают всех случаев применения предлагаемого изобретения, а являются лишь его иллюстрацией.

Использование предлагаемого способа при производстве непрырвнолитых заготовок позволит снизить брак слябов по поверхностным дефектам на 4 абс., уменьшить потери металла при сплошной зачистке слябов на 20 кг/т. (56) 1, ЧерМК ТИ вЂ” 105 — С1,ЭС вЂ” 08-87

"Производство коррозионностойкой стали марки 08-412Х18Н10Т с применением вакуумирования для легирования титаном"

ЧерМК ТИ вЂ” 105 — С1.ЭС вЂ” 27-86 "Разливка на

YHPC коррозионностойкой стали марок 0812Х18Н l0T, 12Х18Н9, 17X18H9".

2, Бюллетень Института "Черметинформация", 1974, N 5, с. 15.

3. Авторское свидетельство СССР

N 652223, кл, С 21 С 7/00, 1979.

4, Бюллетень Института "Черметинформация", 1974, М 5, с. 15.

2002814

Таблица 1

Зависимость качества коррозионнойстойкой стали

08-12Х18Н101 от содержания азота в литом слябе о е жание азота в слябе, Показатель

0,009- 0,012 менее 0,009 более 0,012

27

Количество плавок,шт

3,6

5,7

6,8

Б ак слябов, Таблица 2

Температурная зависимость качественных показателей непрерывнолитой коррозионностойкой стали 08-12X18H10TТаблица 3

Превышение температу- Перепад

Содержание азота в металле,%

Вариант ры металла над ликвиCPM oC температур на разливке С после внепечной обаботки перед вводом титана в конце внепечной об аботки при вводе титана в кристалл изаторе особ ложен ный сп

0,0051

0,0079

0,0053

0,0089

0,0048

0,0094

0,0042

0,0083

0,0066

0,0090

0,0055

0,0170 .

2

4

6

8

11

12

155

106

106

106

106

115

0,0350

0,0322

0,0373

0,0361

0,0378

0,0386 0,0391

0,0355

0,0344

0,0360

0,0331

0,0390

0,0338

0,0052

0,0081:

0,0063

0,0108

0,0049

0,0096

0,0051

0,0096

0,0069

0,0130

0,0073

0,0066

0,0179

14. 13

2002814

Брак слябов, Усвоение титана, Потери метал.

Вариант металла, при запечной лив. на чистке, МНЛЗ обработке кг/т

ый способ

П е оженн

85,1

74,8

83,1

70,1

42,6

2,5

15,9

0 44,2

46,8

1,2

17,6

2,5

49,4

87,0

43,7

2,0

75,1

45,2

2,1

87.0

17.6

1,8

46,3

73,0

13,5

50.4

79,9

63,9

4,3

0.8

45,8

30.8

7,8

56,2

58,2

24,7

78,0

5,2

83,1

13 f4

47,0

8,9

5,0

58,8

70,2

60,5

64,7

10,2

55 "Коржи" на мениске

55 Перерасход газа на наг ев ковшей в 4 аза

50 "Ко жи" на мениске

78,6

42,6

492

80.5

2

4

6

8

11

Степень деазотации при вне- при ра3Базовый способ Че M

6,5 72,8

53

53

53

53

58

63

Продолжение табл.3.

Продолжение табл.3.

Примечание

"Коржи" на мениске

Накрытие стопора промковша, разливку прекратили е

° б

° ° ° б 1 б

° ° В ° ) °

1 ° 1 °

° ° ° ВЕ

° ° б

° ° В °

4 1

° б ° ° б

I Фа °

° ) ° 1

1 " б

: °

1: 1

° °.44 Ф

В В

t ° ° C

°

) 1 б

1 1

1 1 ° .. " ° е ° °

° 4 ° б ° В

1 °

4 ° 1 ° ° °

° ° 1

° °

° °

2002814

ФО -60 80

Перепады температур между сталераэливочным и промеж точным ковшаии, С

<ие. 5

Составитель А.Агарышев

Редактор E,Ïîëèoíîâà Техред M,Mîðãåíòàë Корректор M,Têà÷

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-33. Раушская наб„4/5

Заказ 3217

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.. Ужгород, ул.Гагарина. 101