Способ производства малоуглеродистой стали

 

ОП HCAHHE

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советсимв

Соцналнстнчесмни

Респубйнк

<1>789591

К АВТОРСКОМУ СВИДЕ П!ЛЬСТВУ (61) Дополнительное н авт. свмд-ву (22) Заявлено 1906.78 (21) 2630766/22-02 (51)М. Кл.3

С 21 С 7/10 с присоединением заявим No

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 669.046.

-517 (088.8) Опубликовано 231280. Бюллетень Йо 47

Дата опубликования описания 23.12.80 (72) Авторы изобретения

Е.Б.Хренов, Б.Я.Балдаев, Ю.В.Гавриленко, С.В.Климов, О.Е.Молчанов, Э.В.Ткаченко, P.N.Ìûëüíèêîâ и В.А.Марышев

Череповецкий ордена Ленина металлургический завод им. 50-летия СССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ

СТАЛИ

Изобретение относится к черной металлургии,в частности к способам производства стали, например электротех-. нической нестареющей, и технически 5 чистого железа (с содержанием углерода 0,002-0,2%) с использованием вакуумирования.

В современной металлургии для производства качественной стали широко применяется накуумирование.

Известен способ производства малоуглеродистой стали с применением вакуумирования в сочетании с продувкой аргоном (1).

Однако в этом способе н .процессе вакуумной обработки не используется печной шлак, поэтому окисление углерода металла происходит только за счет кис-. лорода,растворенного в металле, Так как растворимость кислорода в металле ограничена и зависит в основном от содержания углерода,то для получения малоуглеродистого металла, исходный металл перед вакуумной обработкой силь- 25 но переокисляют. Последующее после вакуумной обработки раскисление силь.но окисленного металла известными способами при высоком расходе раскислетелей приводйт к высокой загрязненности металла неметаллическими включениями, в основном оксидами.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ производства малоуглеродистой стали из жидкого металла с содержанием 0,050,15% углерода путем вакуумиронания н ковше 1-2% от веса металла печным шлаком, раскисленным или окисленным до стехиометрического соотношения между окисляемым углеродом металла и кислородом, содержащимся н металле и в окислах железа в шлаке и продувки газом с вводом в металл перед завершением вакуумной обработки (за

2-3 мин до окончания вакуумной обработки, продолжающейся в течение 712 мин) ферроаллюминия из расчета

100-600 г/т металла, причем одновременно с алюминием или вместо него вводят ферросилиций и силикокальций, а после занершения вакуумной обработки в металл вводят алюминий из расчета 0,5-1,0 кг/т стали (2).

Недостатком этого способа является последовательность раскисления и легирования металла - сначала раскисляют шлак внодом алюминия н количест789591 ве 100-600 r/ò металла, затем раскисляют металл кремнийсодержащими мате-, риалами, после чего легируют металл алюминием. Последовательное и длительное раскисление диффузионными процессами с наличием кремнийсодержащих раскислителей приводит к сильному загрязнению металла мелкодисI .персными неметаллическими включениями сложного состава и неблагоприятной формы, плохо удаляющимися из металла и отрицательно влияющими на !О требуемые свойства стали. Поэтому

Ч

/ сталь имеет повышенную отсортИровку по поверхностным дефектам и низким показателям физико-механических свойств.

Цель изобретения — снижение содержания неметаллических включений и повышение качества металла.

Поставленная цель достигается тем, что по известному способу производст- 20 ва малоуглеродистой стали, включающему выплавку в печи металла с содержанием углерода 0,03-0,20о овакуумную обработку его в ковше совместно с печным шлаком, ввод в металл кремний-, д кальций- и алюминийсодержащих материалов и продувку инертным газом в процессе вакуумирования при номинальном давлении, например равном 1,0-1,3 от суммы давлений ферростатического столба металла над газоподающим устройством и газовой фазы над металлом, алюминийсодержащий материал вводят по истечении 20-50% общего времени вакуумироваиия в количестве 0,1-1 т на

1 т шлака в пересчете на алюминий, после чего давление продувочного газа увеличивают в 1,5-5 раз по сравнению с номинальным, а после 2-5 минутной продувки давление газа снижают до номинального. 40

Вводом алюминия в количестве 0,11 т на 1 т шлака достигается практически полное восстановление железа в шлаке при сохранении в нем растворенного несвязанного алюминия, доста- 4 точного для раскисления и легирования металла. Растворенный в шлаке алюминий повышает рафинирующую способность шлака. Нижний предел расчетного количества алюминия определяется необходимостью только раскисления шлака и металла, а верхний предел ограничен зкономической целесообразностью.

В момент ввода алюминия, равный

20-50Ъ времени общей продолжительности вакуумирования, достигается максимальная скорость естественных циркуляционных потоков в расплаве за счет вакуумного обезуглероживания.

Нижний предел продолжительности вакуумирования до момента ввода алюминия Щ обеспечивает заданный уровень достигаемого в расплаве содержания углерода, а верхний предел соответствует замедлению циркуляционных потоков..

При последующей с момента начала 65 ввода алюминия 2-5 минутной продувке газом при давлении, в 1,5-5 раз превышающим номинальное, равное 1,0l,3 от суммы давлений ферростатического столба металла над газопадающим устройством и газовой фазы над металлом, достигается максимальная принудительная циркуляция расплава в ковше эа счет продувки инертным газом. Нижний предел — 2 мин — обеспечивает перемешивание после полно о растворения алюминия, продолжитель ность растворения стандартных чушек которого опытным путем установлена максимально до 2 мин, а верхний предел — 5 мин — ограничен перепадом допустимого снижения температуры металла. Нижний предел давления газа, в

1,5 раза превышающий минимально возможное, применяемое для рафинирования и перемешивания, применяют при максимальных скоростях естественных циркуляционных потоков расплава от обеэуглероживания, а верхний предел при минимальных скоростях, до устранения выбросов металла иэ ковша. За счет суммы естественных и принудительных турбулентных циркуляционных потоков металла достигается погружение шлакоалюминиевой композиции в расплав стали и полная обработка его при вакууме над поверхностью оголенного металла.

Отличие предлагаемого способа производства стали от известного заключается в том, что весь объем расплавленного металла рафинируется не за счет диффузионных процессов при раскислении через шлак или осадочного раскисления, при которых в металле даже при высоком расходе .раскислителей и продолжительной выдержке остаются мелкодисперсные оксидные включения, а за счет непосредственного контакта расплава с газо-шлакоалюминиево-железной эмульсией, в результате чего образуются крупнодисперсные оксидные включения алюминия непосредственно на поверхности гаэошлаковой фазы, быстро всплывающие при снижении давления газа до номинального или до полного прекращения подачи газа.

Таким образом, удаленные иэ металла неметаллические включения удерживаются в шлаке. Более чистый по неметаллическим включениям металл обладает лучшей разливаемость:o,ìåíüøåé отсортировкой по поверхностным дефектам и более высокими физико-механическими свойствами,т.е. более высоким качеством.

Пример, Способ осуществляют следующим образом.

В дуговую 100-тонную печь загружают скрап, чугун, известь и железорудные материалы (железная руда, окатыши или агломерат). Во время расплавления шихты металл продувают кислоро789591 дом. Возможно вдувание кислорода в смеси с другими газами, например природным. По мере расплавления шихты для улучшения удаления фосфора и угле рода в печь вводят железорудные материалы совместно с известью до содержания углерода в пределах 0,03-0,2% и температуры металла 1650-1680 С.

Металл в конце плавки продувают кислородом при одновременном нагреве ванны дугами.

При достижении углерода в металле

0,03-0,2% скачивают шлак, оставляя его в печи в количестве 0,5-5В от веса металла. После этого производят выпуск металла и шлака в ковш с предварительно нагретой до температуры не ниже 600 С футеровкой. Печной шлак имеет в ковше следующий состав,вес.Ъ:

FeO 10-36, Fe 5"10, &i Oi 4-8, СаО 15-20, М О 8-12, АК 0> 4-8 и

MNO 8-12.

После выпуска плавки ковш устанавливают в вакуумную камеру, замеряют толщину шлакового слоя, рассчитывают вес шлака и корректируют весовое соотношение углерода и кислорода в системе "металл-шлак" с учетом содержания углерода в металле и кислорода в окислах железа шлака. При наличии экспрессных анализов вводят углеродсодержащие или железорудные (в том числе окалину ) материалы до соотношения углерода.к кислороду в пределах

0,3-1 OT стехиометрического. При подготовке вакуума в камере вплоть до достижения разряжения 0,5-5 мм рт.ст. металл в ковше продувают через установленную в его дно пористую вставку при номинальном давлении подаваемого газа, составляющем 1,0-1,3 от суммы давлений ферростатического столба металла над пористой вставкой и газовой фазы над металлом. Через 20-50Ъ времени общей продолжительности вакуумирования на шлак вводят чушковый или гранулированный (сечка ) алюминий из расчета 0,1-1 т алюминия на 1 т шлака, при этом повышают давление подаваемого газа в 1,5-5 раз по сравнению с давлением газа, достаточным для его проникновения в металл через пористую вставку. При этом циркуляцион19 ные потоки поглощают шлакоалюминиевую

Ф композицию внутрь металла. Расход алюминия на основании опытных данных устанавливается оптимальным для заданной марки стали в зависимости от

3$ достигаемого уровня технологических и служебных свойств и экономичности процесса. Давление газа зависит от продолжительности вакуумирования до момента начала ввода алюминия, при2О чем в прямо пропорциональной зависимости — чем позднее вводится алюминий, тем выше давление, что визуально определяют по достижению момента оголения металла при поглощении шлакоалю25 миниевой композиции расплавом,причем при значительном повышении давления следует не допускать выплеска металла из ковша. Через 2-5мин указанного режима продувки давление газа снижают до номинального, достаточного для рафиниЗО рования и перемешивания металла, шлак при этом всплывает, удаляя образовавшиеся окислы алюминия. После этого под вакуумом из установленных герметично на крышке вакуум-камеры бунЗ5 керов подают марганец-, кальций- и . кремнийсодержащие материалы в суммар"ном количестве 2-20 кг/т при их соотношении (4-50): (1-9): (3-15) соответственно, а остальное количество

4Q кремния вводят после вакуумирования.

789591

ГЮ (Q

Ю (Г с

ГЧ с

СЧ

Г«3 с

1 СЧ ь Ю

LA Ю

ГЧ Р(lA

Ю с «(ГЧ

Ю

Ю Ю о Ю

N м

°, I Ю

lA с

Ю (С м ь с (Г) ь м

lA

Ю е

Ю

С«!

Ю Ю ,Г» Ь

«ц Р»

lA

Ю

Ю ю м

lA с

1 Ю

Ю с (1 ь

Ю (Г) М

o o

o o

1О :> м ь

LA

Ю

ei Ю о о

Ю Ю

o o

«-(N

Ю

Ю

«3

Ю Ю

o o

<л (4 м

Ю

LO ь м

Р 1

o o ь ь (1 СЧ х х

2 х

=1 О

Х О, Х О х Е

Ц ((! с4 х о1о (Lî

1 (!

Е (» Ц (a u o х э а ж о

О

1 с-»

>Ъ

О (О о

О, с(! о

С«О (б !

» .

Е

e ((i

0 («

О

Ц х о

z

I Х йо ц:> ф

«ц х х о

Ц Х х х

"1 х х

u u о о

0. а а 0

О (D

-в в

О

Е б (Ц (D !.»

О 2

Е х

I x ((I Ц

0 п3 ъ М

1-« о

0 Ц

О о

И х

Е u

Э т о

Е» Х О (II ! о о

0

Э в! л и о х (!

Ц

О и х ж х

Ц (! о л

Ц я ох ао

Е 0 х х (II х х е о m х аи

А3 о

0, (D Э х ц

Х 1«

О ъ

1„((» (Ц (D ((1 О

cZ O (D и

М о

4 о

Ц о х

О -»

М

0, а

° Ц Ц э о о

au и

Ц о х о

Э О

Р»

Ц о х о ф о

Ц

X х и (d О

ILI а

«-» 1

1 ф!

1 !

I х!

Ц!

I0 !

I ((! !

1 ч!

I!

I

1 I

I I

I f I

1 I

1 Л

1 I

1 (0 1 I о

u о!о!

И 1

u I

C 1 — 1

1 1

X I I

Е» i 1

u I

Э I

Ф I I

Э 1 Е1

К 1

I 1

1 I

I I

1 I

I 1

I 1

I «й I

1 I

1 I

1 I

1 — — 4! I

I 1

I !

I I

I I

1 1 1 I

L0 I о !

u — 1 о !

1 I и!

1 I

К I 1

ГЧ

О I 1

Ф I I

С««! 1 (D I I

1 — — 1

Ц i 1

О 1

0 1 I

1! т.»

1

I

I

I

1

1х

1

I

1 .1„!

1 и 0. о

I !

1-"

1 М

Э

Ш

1 ! О 0, ! О

I

lA СЧ

Ю Л О (1 (Л

О Я) с

СЧ» (Ю

Ю Г

Ю М Г«!

СЧ Ф Ф м «-I «-» o 1 в

LA Ы «,й «"1

ЮСОа

Ю г1 «-» «-(O 1

lA Ю

Г Ю а а

Ю o e м ю» н ю 1

lA

CI CO М N о \Д с

СЧ Я СЧ» Ь ю м г» N Ю lA

ГЧ la i и с со N со e г- 1! o

LA (О

LA «у «Г ГЧ

О ГЧ ЧЭ

ГЧ O » Ь

i. u с» о м б

Ц х о

О 0

Ц (D о е о ((I О

z o о х

1» ((О, Я О

О Х. Х ж х и х х (DХ О

4 К Ц о

Оц а

СТ Ф и

789591

Й

Q) и

Ю

Ю

»

Г4

Г4

З х х

Q)

Ц о

Ц о

Г

cd X

Ц х о Е

Q) х

4 в х

» Цcd о m я ах х з х )о

cD . ° 1 а

2»d» cD о ц ц х о г» ах >, о о m

1 O Q) Х Оо )0 о х х <

m o m

»б !» Е» Е» а мхи о о 0.X

З х Ц) в хоз иихф

=! е» х х z

9 М)б в ° а1. о дхвхц о < це о

О cd О, и ах

IX х

cd д о а х

Е

>Ъ ъ х

»б

Ю

Ю Д о î

З х )»О х

X (б

0.

З

Ц о и

Ю а

Q)

3 о х

1-» о д

1» и о х

М

Ц о

Ц о

Ю

Ю

ГЧ

»

Г 4

C)

Ю сО

К о

cg

С> Ю

Г4

1-»

Q) х

=!

Еь

Я о х

Ю

СЭ х

ГГ

Ю (б х

:")

»о

1-»

0 Ю

1 Д

r, 2

I Х

cd Z cd

1):И

Q)»б Y ецио о ы

З с

ЗХХ

1-» ооо

ХЮЮ

o»-)»»

Ю

Ю

»Ю !

II

» о

К х х

»б д

Х

0

З

1»

О

»0 о д

1-» и о х

cD

1» х

) о

Ц о а

И х х и

З . 3

Х I ц 3 о

Х

О

»б 1.»

1» O

З

cz 2

З X

g x

З ш и о ха о х

m x

Q) а

Ц 0 о о а о и o l

z хк" о у. Х

1.»

З и о о

»б х (D

)4 о

1 и

> (б

Е и

cd а и

CQ х Х 0, Ю

Ю

Г 4 в

Е о

К

Х

З

1» и х

2 ,О

1»

З х а (б д

Ц

cD

11 х д з m 1 з о

Я Ц ,0 V Гб

o >

Е

Q)

1 cá 2

Е

»d З

Г т и

»4

-о и

»-) д

Е о и о х з а о

Г;

>,oo (.» охх

О, о

0 О

u I I х и й х х х х х

0. 0

1 IбХ)4

)б П

1 О З

)йи

cd Гб

1-0,à

З

Ш Гг) Ю

Ю

Г4!

1 г-» х!

-1

1! К

l Х х и

I х

1 Е»

I

=) 1 З

1 X

I cd

1 Г»

I 0

1:б

I Г!

2 z

) Q) а

X iD х Е

Ц F)

1») х ац и о х х к М

»б а

»d

» 4 Г») З

Ц и о

О х

z 2

0 0

О!

Ц З

oz

)4 в -» д

1-» и о х д

1 а)

1-» х

Ц о х ц х о z а cd д

»б а

»б

М х ц

X Х

»б д о и ао

0» ь Q) ъ в х и

z o з о а

m а

1= 6

o o

Ю

» Г- »Г)

Г4 Г4 Ю;<»р

»Г) (4 C)

-.-1»» ) 1

cd о

Д Ц О

).", л u

m o и в х

О 0

z о д

44 о ц д д

З Е»»б н о х о х х и ц к м о о х ц а цх 0) а

OQ) 1.Z З

0m хх е м3 цх х ц ox u

0 ао а

ОХ Гбо

1

1В

1 Х () »б

+o ю ю ю Г )г- < )1Д

»Г» Ю

ГОЮЮЮЮ)Д

Я

1 Q)

Г») М с-! ГГ»»-4 0 »

O Ю ГЧГ aim

o i i »1О

»Г) o oo oir

IÈ х

1О

1

Ю Г» 1 OIZ о o4o4 a!cd

Ю с

o oao 0, ! О ! Ц

IO

Г»4 1 ! и

»-) tA д » Г»)

Ю ГЧ ЮГ)1 в о ю4ю)ц !

»О

1-»

1 3

Г4 д

О\ LO 0 » 1.» о Г4 вГ4)И

1-»

o o ooIQ) ! д ! !»

)О

1О

1И

З

» 1

Г- Г)»-», Х

Ю Г4 Г-Г»

»0

Ю Ю aa!cd

1-»

I д !

З

Х

»б

Gl CO о Г» coa I g

Ю ГЧ Г4Ю) с 1 Д

oo oa!

IÎ

З

1

З х

X д 1<б

X»)P О0»О da»."0

З

Ц

)О

Iu

i

К !»- .

2 1

X I

I Х 1 с Ц К

»Г)»б 1

»а х

1 ! х

К 1 о cd д

IZO Ц

Х! ЦЗК

ХОО xz х)З

0.бх

2З>>2)Е

cd Г»»d 0, и 0 о 1

Г.) !».

789591 (м 1

1 3

C 1

»-»

Ю

cf й

В 1 с(»-»

Сс(Х 1

1 (.", I

С»» с м

»-»

Ю

С ( (w (О .1 О) 1 (О

l ((t I

1 » 1

I К ((б

1 Х

1 Р(Е

1 Х ..

«»»х х и ах о 3

:б О

1 о

I 5

1 5

1 Х х

i »б (»

1 Ы»б

0. t

1 5 5

1 Ц «

1 О 5

1 С х

i

I

1

1

l

Ж»

5 х х

Ф » (б х

СС(ЧР

° »(» СО (1 о ма м м с о

О \

lA с

Р»

2 х ((Ц

Ц О

С 4

О"> У

»-»

Ю

Ю

СУ» о о о

5 х

Ц

0 о х х

Я

6l »Ф х х

О о

О » с(» т-» юо о сО

Ю 1

Ю о

1 (б

K а о

Ц и

ОФ о

5 Сб

Р х

ХХI 5 t

3 (б я

«» Ф

СЧ о о

»-( о о с (Ю О"(»-» о

О

Ю о

»»

СЧ

Ю с о

Ю

СР

Ю о

Ф

5

«»

Сб х

Е (б х (ц с

М х х 5 » (б х

2 х

»б

Ц

Ц

0 (t с

I p

I 5

Ж х

1»б эо

1 М

1 0

1 Ц о

Г»

L — —.»

1

I

1

1

I

1

1

1

1

O l

I оФ 1

I с

»х

5 х (б

% а

Ц о

С3

+ a

Г С»\ (( о o o о о о с о о о

»

1»б

1 (I (»

l о

I Я

o «

1 ФБ!

I Х

I Х

I (., Х о о

I «б Ш

1»

Х о ((I (б

Ц

L о

Ц о

1

1

l (1

1

t

2 х х

2 (-» х о

«» 5

2 (((! (б о

I

I х

I »б ! х.

1 (б

I _#_l

I х

2 r х о

1»

2 ((( (, (»i ( (С (о

И и

5 К

W бм х х(х х хх!

5 ((t (О (» ом

О 0,со а хм

«» (»

К 5«»

5(:u (: ФО я хГ-»

i

1

1 Х

1 Ц

I (б

i о

1 (б

I Х

1 (б

1 Е

1

Х (б х о и

5 хл (б Г

Х (б I х ol5 «» (с(«о о х.»

0,(м

«о

Х М«»

5 X U

t." oo (() «» Г»

1 !

С»(I 1 5 I

I Ц Х 1

1 О (б 1 (» О 1 и 1

И 1 Ц . оо(о

Х I Х (.» Х I

1 2 о с» 1 чЭ(Ц OX

О ОФ (б 1 (» О Х Э I и Х 5»(»о 1

&» 1 Ц 0 Ц 1

ООФ

I Х (» (ц Я

2ооЛФI

1(((ХйХ« t

1 (1

l

1

1

I

l

1

I

1

1

t !

1

I

1

1

1

1

1

I

I

1

l

1

1 !

1

t

1

I

1

1

I

1

1

1

I

I

1

1

1

I

EA»-(lA б»

l с 1 с м (A О » Ul

»3\»-» С(»-1 (с(М (с(М с с с оо оо

13

789591

Формула изобретения

Составитель Г.Прусс

Редактор Г.Кацалап Техред Н.Граб Корректор Л. Муска

Заказ 9000/29 Тираж 608 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

В табл. 1-3 приведены свойства полученной стали в сравнении со сталью полученной известным способом, включающем предварительное раскисленйе шлака в вакууме алюминием, последующее раскисление легирование металла крем- 5 нием, кальцием и марганцем и заключительное легирование металла алюминием, причем плавки выбраны с одинаковым конечным содержанием алюминия в стали.

Использование предлагаемого способа производства малоуглеродистой стали обеспечивает по сравнению с известными способами низкое содержание .неметаллических включений в стали (что обеспечивает снижение отсортировки заготовок по поверхностным дефектам и механическим свойствам, в частности повышает выход гоДного по изгибу образцов толщиной 3,5 мм вокруг оправки радиусом 1 мм без образо- 2О вания "апельсиновой корочки" на по верхности и надрывов по кро лке заготовки),.а также обеспечивает формирование крупнозернистой структуры, что положительно сказывается на магнитных и электрических свойствах и при,водит к снижению удельных ваттных потерь и коэрцитивной силы и увеличивает выход Высших марок малоуглеродис.. той стали.

Способ произвоства малоуглеродистой стали, включающий выплавку в печи, вакуумную обработку в ковше, ввод. в металл кремний-, кальций- и алюминийсодержащих материалов и продувку инертным газом в процессе вакуумирования, о т л и ч а в шийся тем, что, с целью снижения содержания неметаллических включений и повышения качества металла, алюминийсодержащий материал вводят по истечении 20-50% общего времени вакуумирования в количестве 0,1-1 т на 1 т шлака в пересчете на алюминий, после чего увеличивают давление продувочного газа в 1,5-5 раз по сравнению с номинальным, а после 2-5 минутной продувки давление газа снижают до номинального.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Морозов А.Н. и др. Внепечное вакуумирование стали. M., "Металлургия", 1975, с. 88-97.

2. Патент Великобритании

9 1293411, кл. С 21 C 7/10, 1972.