Способ получения рельсовой стали

Изобретение относится к металлургии. Способ получения рельсовой стали включает завалку в дуговую электропечь металлолома и извести, расплавление металлолома, заливку жидкого чугуна, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию, скачивание окислительного шлака через порог рабочего окна, последующий выпуск стали в ковш, присадку в ковш во время выпуска шлакообразующей смеси и ферросплавов. Сталь и шлак в печи не раскисляют. При выпуске отсекают печной шлак с оставлением в печи 10-15% жидкого металла от массы плавки. В ковш на выпуске присаживают шлакообразующую смесь, состоящую из извести и плавикового шпата в соотношении (0,8-1,2):(0,2-0,5) с расходом 10-17 кг/т стали, а также кремний и марганецсодержащие ферросплавы из расчета введения в сталь до 0,15% кремния и до 0,75% марганца. Затем сталь обрабатывают на агрегате печь - ковш введением в ковш последовательно до требуемых концентраций марганца, кремния, углерода, ванадия и кальция. При этом осуществляют продувку стали через донную пористую фурму азотом с расходом до 65 нм³/ч при общем количестве введенного газообразного азота не более 20 нм³ до содержания 0,020% азота. Окончательную продувку проводят аргоном с расходом до 65 нм³/ч. Способ позволяет снизить уровень загрязненности неметаллическими включениями, повысить уровень механических свойств рельсовой стали, уменьшить расход легирующих и раскислителей, снизить длительность плавки и расход электродов и электроэнергии.

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам получения рельсовой стали.

Известен выбранный в качестве прототипа способ получения рельсовой стали, включающий выплавку стали в печи, ее выпуск в ковш, раскисление и последующую продувку в ковше газообразным азотом через фурму, причем газообразный азот подают через щелевую донную огнеупорную фурму, имеющую толщину щели до 0,1 мм в течение 15-30 мин с расходом 40-65 нм³/ч при давлении (6-8)·10⁵ Па и общим расходом азота 0,10-0,30 нм³/г жидкой стали [1].

Известно, что растворимость азота в железоуглеродистых сплавах повышается при электродуговом переплаве [1, 2], причем наибольшее поглощение азота наблюдается под восстановленными шлаками [3, с 211]. Однако использование данного способа затруднено в связи с непрогнозируемым усвоением азота сталью.

Известен также способ выплавки стали, включающий завалку в дуговую электросталеплавильную печь металлолома, чугуна и извести, расплавление металлошихты, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию стали путем присадок железной руды и извести, скачивание окислительного шлака через порог рабочего окна, раскисление стали и шлака в печи, последующий выпуск стали под печным шлаком в ковш, присадку в ковш во время выпуска смеси, состоящей из извести, плавикового шпата, силикокальция и феррованадия, причем в завалку дополнительно присаживают железную руду в количестве 4-5% от веса завалки, известь подают в количестве 4-8% от веса завалки, чугун присаживают в виде жидкого чугуна, который заливают сверху в печь после проплавления металлолома при расходе электроэнергии 220-320 кВт·ч/т металлолома в количестве 30-35% от веса завалки со скоростью 6-12 т/мин, при этом газообразный кислород подают с расходом 15-30 нм³/т стали, а температуру в печи при окислении углерода поддерживают не более 1680°С, железную руду и известь для дефосфорации присаживают с расходом 70-120 кг/т стали в соотношении, соответственно, (1-2):(2,5-3,5) с последующим спуском окислительного шлака, а расход присаживаемой в ковш во время выпуска стали смеси поддерживают в пределах 18-27 кг/т стали при соотношении в ней извести, плавикового шпата, силикокальция и феррованадия соответственно (1-1,50):(0,30-0,40):(0,50-0,65):(0,07-0,15) при расходе смеси 14-18 кг/т стали [4].

Способ имеет следующие недостатки:

- выпуск плавки организован под печным шлаком, причем количественный и качественный состав неметаллических включений зависит от окисленности шлака;

- пониженный уровень механических свойств, связанный с загрязненностью стали экзогенными оксидными включениями;

- высокий расход электродов и электроэнергии, связанный с продолжительностью процесса плавления;

- значительная длительность плавки, связанная с проведением восстановительного периода;

- высокий расход ферросплавов и легирующих в связи с присадкой данных материалов в печь через шлак с большой окисленностью.

Известен выбранный в качестве прототипа способ получения рельсовой стали, включающий выплавку стали в печи, ее выпуск в ковш, раскисление и последующую продувку в ковше газообразным азотом через фурму, причем газообразный азот подают через щелевую донную огнеупорную фурму, имеющую толщину щели до 0,1 мм в течение 15-30 мин с расходом 40-65 нм³/ч при давлении (6-8)·10⁵ Па и общим расходом азота 0,10-0,30 нм³/т жидкой стали [1].

Желаемыми техническими результатами изобретения являются: снижение уровня загрязненности неметаллическими включениями, повышение уровня механических свойств рельсовой стали, уменьшение расхода легирующих и раскислителей, снижение длительности плавки, расхода электродов и электроэнергии.

Для этого сталь и шлак в печи не раскисляют, выпуск производят с отсечкой печного шлака с оставлением в печи 10-15% жидкого металла от массы плавки, присаживают в ковш на выпуске шлакообразующую смесь, состоящую из извести и плавикового шпата в соотношении (0,8-1,2):(0,2-0,5) с расходом 10-17 кг/т стали, а также кремний и марганецсодержащие ферросплавы из расчета введения в сталь до 0,15% кремния и до 0,75% марганца, далее сталь обрабатывают на агрегате типа "печь - ковш" введением в ковш последовательно до требуемых концентраций марганца, кремния, углерода, ванадия и кальция, причем при введении осуществляют продувку через донную пористую фурму азотом с расходом до 65 нм³/ч при общем количестве введенного газообразного азота не более 20 нм³ до содержания 0,020% азота, окончательную продувку проводят аргоном с расходом до 65 нм³/ч.

Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем. Наиболее полная отсечка печного шлака производится при оставлении в печи 10-15% жидкого металла от массы плавки. При оставлении менее 10% жидкого металла от массы плавки при выпуске в ковш попадает некоторое количество высокоокисленного печного шлака, что приводит к загрязненности стали экзогенными неметаллическими включениями и снижению уровня механических свойств. При увеличении остатка в печи более 15% возрастают экономические потери, связанные с перерасходом энергоресурсов.

Отсечка шлака позволяет исключить рефосфорацию на выпуске и загрязненность стали экзогенными включениями. Шлакообразующая смесь, состоящая из извести и плавикового шпата в соотношении (0,8-1,2):(0,2-0,5), с расходом 10-17 кг/т стали подобрана исходя из десульфурирующей и рафинирующей способности, работа ниже нижних заявляемых пределов не обеспечивает требуемой десульфурации, а при работе выше верхних заявляемых пределов наблюдается необоснованный рост затрат.

Кремнийсодержащие и марганецсодержащие материалы (до 0,15% кремния и до 0,75% марганца) присаживаются в ковш для улучшения растворения ферросплавов и гомогенизации плавки кинетической энергией струи металла на выпуске, кроме того, присадка основного количества ферросплавов в ковш снижает длительность обработки на агрегате «ковш - печь».

Обозначенная последовательность ввода ферросплавов (марганец, кремний, углерод, ванадий и кальций) обеспечивает получение в стали минимального содержания кислорода и, как следствие, получение мелких неметаллических включений. При расходе газа более 65 нм³/ч наблюдается значительный подъем и вынос металла и шлака из ковша, что затрудняет обработку стали на агрегате типа «печь - ковш», а при общем количестве введенного азота более 20 нм³ происходит значительное насыщение стали азотом с образованием дефектов макроструктуры в виде точечной неоднородности и газового пузыря. Для исключения получения избыточной концентрации азота, приводящей к забракованию плавки, после введения газообразного азота более 20 нм³ производится переключение продувки на аргон.

Заявляемый способ получения рельсовой стали был реализован при выплавке стали низкотемпературной надежности марки НЭ76Ф. Сталь выплавлялась в 100-тонных дуговых электропечах с трансформаторами мощностью 80 и 95 МВА. После проведения окислительного периода и доведения температуры, концентрации углерода и фосфора до заданных осуществляли выпуск плавки с отсечкой печного шлака. В печи после выпуска оставляли 10-15% стали и весь высокоокисленный шлак. В печи раскисление шлака и металла не производили. При выпуске плавки в ковш присаживали 800-1200 кг извести и 200-500 кг плавикового шпата, а также ферросилиций и силикомарганец из расчета введения не менее 0,15% кремния и 0,75% марганца. После выпуска сталь обрабатывалась на установке типа «печь - ковш» с мощностью трансформатора 16 МВА. При нагреве стали в ковше для успешной гомогенизации стали по температуре и химическому составу осуществляли продувку через донную пористую фурму газообразным азотом с расходом до 65 нм³/ч. Во время продувки проводили присадку силикомарганца, ферросилиция, вдувание порошкообразного кокса. После введения 20 нм³ азота осуществляли введение феррованадия и силикокальция. Далее нагрев стали до требуемых температур проводили при донной продувке аргоном с расходом до 65 нм³/ч.

Заявляемый способ позволил снизить загрязненность стали неметаллическими включениями (общий индекс загрязненности стали по неметаллическим включениям снижен на 0,1); повысить и стабилизировать механические свойства (снижена отбраковка плавок по ударной вязкости при температуре минус 60°С на 5%); уменьшить «угар» силикомарганца на 5%, ферросилиция на 10%, феррованадия на 0,5%, силикокальция на 30%; снизить длительность плавки с 1 ч 40 мин до 65 мин; уменьшить расход электродов с 3,9-4,2 кг/т до 3,2-3,5 кг/т; сократить расход электроэнергии с 400-420 кВт·ч/т до 360-400 кВт·ч/т.

Источники информации

1. Азот в металлах / Аверин В.В., Ревякин А.В., Федорченко В.И., Козина Л.Н. - М.: Металлургия, 1976. - 224 с.

2. В.И. Лакомский. Плазменно-дуговой переплав. - Киев: Техника, 1974, - 336 с.

3. М.В. Сидоренко. Теория и технология электроплавки стали. - М.: Металлургия, 1985. - 270 с.

4. Патент РФ № 2197536 С 21 С 5/52, 7/06.

5. Патент РФ № 2161205, кл. С 21 С 7/00, 7/072.

Способ получения рельсовой стали, включающий завалку в дуговую электросталеплавильную печь металлолома и извести, расплавление металлолома, заливку жидкого чугуна, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию, скачивание окислительного шлака через порог рабочего окна, последующий выпуск стали в ковш, присадку в ковш во время выпуска шлакообразующей смеси и ферросплавов, отличающийся тем, что сталь и шлак в печи не раскисляют, выпуск производят с отсечкой печного шлака с оставлением в печи 10-15% жидкого металла от массы плавки, присаживают в ковш на выпуске шлакообразующую смесь, состоящую из извести и плавикового шпата в соотношении (0,8-1,2):(0,2-0,5) с расходом 10-17 кг/т стали, а также кремний и марганецсодержащие ферросплавы из расчета введения в сталь до 0,15% кремния и до 0,75% марганца, далее сталь обрабатывают на агрегате типа печь - ковш введением в ковш последовательно до требуемых концентраций марганца, кремния, углерода, ванадия и кальция, причем при введении осуществляют продувку стали через донную пористую фурму азотом с расходом до 65 нм³/ч при общем количестве введенного газообразного азота не более 20 нм³ до содержания 0,020% азота, окончательную продувку проводят аргоном с расходом до 65 нм³/ч.