CS206547B1

CS206547B1 - Manufasturing process of carbon and loe-alloy steels

Info

Publication number: CS206547B1
Application number: CS74280A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Jandik; Jan Dedoch; Bohumil Nemec
Original assignee: Frantisek Jandik; Jan Dedoch; Bohumil Nemec
Priority date: 1980-02-04
Filing date: 1980-02-04
Publication date: 1981-06-30

Description

Vynález se týká způsobu výroby uhlíkových a nízkolegovaných ocelí na odlitky v zásaditých elektrických obloukových pecích.The invention relates to a method for producing carbon and low alloy cast steels in basic electric arc furnaces.

Ocel, určená pro výrobu odlitků, se taví nejčastěji v elektrických obloukových pecích neb indukčních pecích. Při tavení oceli v elektrických indukčních pecích se vsázka a vypočtené množství potřebných přísad a feroslitin přetaví tak, že výsledné chemické složení oceli zaručuje její žádoucí mechanické hodnoty, jako pevnost v tahu, tažnost, kontrakci, a vrubovou houževnatost. Při tomto způsobu výroby není tekutá ocel zpracovávána metalurgickým pochodem, při němž dochází ke vzájemnému ovlivňování kovové lázně afinitou jednotlivých prvků ke kyslíku, uplatňujících se v iontové formě ve strusce na tekutý kov a naopak.Steel for casting is melted most often in electric arc furnaces or induction furnaces. When melting steel in electric induction furnaces, the charge and the calculated amount of necessary additives and ferro-alloys are remelted such that the resulting chemical composition of the steel ensures its desired mechanical values such as tensile strength, ductility, contraction, and notch toughness. In this production process, the liquid steel is not processed by a metallurgical process in which the metal bath interacts with the affinity of the individual elements for oxygen, applied in ionic form in the slag to the liquid metal and vice versa.

V tavírnách oceli, vybavených zásaditými elektrickými obloukovými pecemi, se uplatňují známé metalurgické technologie výroby tekuté oceli, jako je klasická oxidačně redukční technologie, případně technologie oxidačního vedení tavby s následující extrakční desoxidací. Tento způsob je založen na roztavení druhované vsázky s následující oxidací jednotlivých prvků při využití jejich individuálních a rozdílných afinit ke kyslíku a při respektování termodynamických podmínek pro oxidaci jednotlivých prvků. Po dosažení žádoucího obsahu jednotlivých prvků v ocelové lázni v oxidační periodě a po stažení vzniklé oxidační strusky vytvoří se přisazením struskotvorných přísad redukční struska a zahájí se redukční perioda tavby.In steel smelters equipped with alkaline electric arc furnaces, known metallurgical technologies of liquid steel production are applied, such as classical oxidation reduction technology, eventually technology of oxidation conduction of melting followed by extraction deoxidation. This method is based on melting the secondary charge with subsequent oxidation of the individual elements using their individual and different affinities to oxygen and respecting the thermodynamic conditions for the oxidation of the individual elements. After the desired content of the individual elements in the steel bath has been reached in the oxidation period and after the oxidation slag has been removed, a reduction slag is formed by adding slag-forming additives and a reduction period of melting is initiated.

Během ní nedochází k záměrné oxidaci jednotlivých chemických prvků, přítomných v roztavené lázni, ale především vlivem termodynamických a chemických pochodů mezi taveninou a etruskou dochází ke snižování obsahu síry a kysličníků železa v lázni. Po ukončení redukční periody a dolegování potřebných množství jednotlivých prvků se lázeň ohřeje na odpichovou teplotu a provede se její konečná desoxidace hliníkem. Tento způsob výroby oceli nese s sebou kromě kladných jevů též nevýhody, spočívající v poměrně značné době trvání ce206547 lého pochodu, spojené s vysokými nároky na spotřebu elektrické energie, spotřebu elektrod a opotřebení vyzdívky pecí. Další nevýhodou jsou značné náklady na použité struskotvorné přísady a feroslitiny, jakož i ztráta legujících prvků při oxidační periodě vedení tavby.During this process there is no intentional oxidation of the individual chemical elements present in the molten bath, but mainly due to thermodynamic and chemical processes between the melt and the etruscan, the sulfur and iron oxide content of the bath is reduced. After the reduction period is finished and the necessary amounts of individual elements are doped, the bath is heated to the tapping temperature and its final deoxidation with aluminum is carried out. In addition to the positive effects, this method of steel production also has the disadvantages of a relatively long duration of the process, associated with high demands on electricity consumption, electrode consumption and furnace lining wear. Another disadvantage is the considerable cost of the slag-forming additives and ferro-alloys used, as well as the loss of alloying elements during the oxidation period of the melt conduction.

Podle popisu k polskému patentu č. 75 807 je znám způsob tavení uhlíkové oceli na odlitky v zásadité elektrické obloukové peci, spočívající v tom, že se po zjištěni nižšího obsahu fosforu v roztavené vsázce, než činí přípustný obsah ve vyrobené oceli, ukončí v požadovaném okamžiku pochod zkujňování jednotlivých složek ocelové lázně nahozením na strusku rozemletého odkysličovadla, nejlépe hliníku v množství asi 0,3 % na hmotnost vsázky a chemické složení roztavené kovové lázně se doplní přisazením ferosilikomanganu, načež se ocel odpíchne.According to the description of Polish patent no. 75 807, a method of melting carbon steel into castings in an alkaline electric arc furnace is known, characterized in that after detecting a lower phosphorus content in the molten charge than the permissible content in the steel produced, The process of refining the individual components of the steel bath by casting it on the slag of the ground deoxidizer, preferably about 0.3% by weight of aluminum, and the chemical composition of the molten metal bath is supplemented by the addition of ferro-silico-manganese, after which the steel is tapped.

V případě, že se zjistí vyšší obsah fosforu v roztavené vsázce, než činí přípustný obsah ve vyrobené oceli, doplní se v požadovaném okamžiku chemické složení kovové lázně ferosilikomanganem a pochod zkujňování jednotlivých složek ocelové lázně se ukončí celkovým stažením strusky, načež se ocel odpíchne. Tento vynález řeší sice zkrácení doby tavby a snížení spotřeby elektrické energie zavedením extrakční desoxidace hliníkem a komplexní feroslitinou při zkrácení doby redukční periody, nevýhodou tohoto způsobu výroby oceli však je, že je nutno tavbu vést po celou dobu oxidační periody, protože se předpokládá použití železné rudy a struskotvorných přísad v této periodě.If the phosphorus content of the molten charge is found to be higher than the permissible content in the steel produced, the chemical composition of the metal bath is supplemented with ferro-silico-manganese at the desired time and the refining process is terminated by total slag withdrawal. Although the present invention solves a reduction in melting time and a reduction in power consumption by introducing extraction deoxidation with aluminum and complex ferroalloys while reducing the reduction period, the disadvantage of this steel production method is that the melting must be conducted throughout the oxidation period because iron ore is assumed and slag-forming additives in this period.

Uvedené nevýhody známého stavu techniky se odstraní způsobem výroby uhlíkových a nízkolegovaných ocelí na odlitky v zásaditých elektrických obloukových pecích podle vynálezu. Jeho podstatou je, že se nataví vratný slévárenský odpad s obsahem 0,2 až 1 % uhlíku a nelegovaný ocelový odpad s obsahem 0,1 až 0,35 % uhlíku s alikvotním množstvím koksu a vápna a po roztavení vsázky se při obsahu fosforu v lázni v množství stopy až 0,04 % a síry stopy až 0,04 % provádí předběžná srážecí desoxidace silikomanganem do obsahu 0,2 až 0,3 % křemíku v lázni, načež se lázeň podrobí srážecí desoxidaoi hliníkem v množství 0,9 až 1,1 kg/t tekuté oceli, upraví na konečné chemické složení, zahřeje na odpichovou teplotu a odpíchne.These disadvantages of the prior art are overcome by the process for producing carbon and low-alloy cast steel in the basic electric arc furnaces of the invention. It is based on melting the returnable foundry waste containing 0.2 to 1% carbon and unalloyed steel waste containing 0.1 to 0.35% carbon with an aliquot of coke and lime and after melting the batch, the phosphorus content of the bath at a trace amount of up to 0.04% and a sulfur trace of up to 0.04% carry out a preliminary precipitation deoxidation with silico-manganese up to a content of 0.2 to 0.3% silicon in the bath, after which the bath is subjected to a precipitation deoxidation with aluminum of 0.9 to 1 1 kg / t liquid steel, adjusted to the final chemical composition, heated to tap temperature and tapped.

Výhodou způsobu výroby uhlíkových a nízkolegovaných ocelí na odlitky v zásaditých elektrických obloukových pecích podle vynálezu je zkrácení doby tavby, snížení spotřeby elektrické energie a nákladů na struskotvorné přísady a feroslitiny, vzhledem k vypuštění tak zvaného rudování natavené oceli. Nedochází ke ztrátě legujících prvků, zvýší se životnost výdusky nístěje a klenby pece a sníží se fyzická námaha osádky pece.The advantage of the process for producing carbon and low-alloy steels for castings in the basic electric arc furnaces of the present invention is to reduce the melting time, reduce the power consumption and the cost of slag-forming additives and ferro-alloys, because of the so-called smelting of molten steel. There is no loss of alloying elements, the life of the hearth lining and the furnace vault will be increased and the physical effort of the furnace crew will be reduced.

K bližšímu osvětleni podstaty vynálezu se dále uvádějí tyto příklady provedení:In order to further illustrate the invention, the following examples are provided:

1. V zásadité elektrické obloukové peci o obsahu 5 t byl roztaven vratný odpad ze slévárny oceli o hmotnosti 2,6 t, tvořený nálitky a vtoky o průměrném chemickém složení, vyjádřeno v procentech hmotnostních: uhlík 0,46 %, mangan 0,52 % křemík 0,41 %, fosfor 0,032 %, sira 0,028 % a chrom 0,21 %, zbytek železo a obvyklé příměsi. Spolu s tímto odpadem byl roztaven ocelový odpad, tvořený zbytky plechu, o průměrném chemickém složení, vyjádřeno v procentech hmostnostních: uhlík 0,20 %, mangan 0,41 %, křemík 0,20 %, fosfor 0,026 %, síra 0,023 % a chrom 0,12 %, zbytek železo a obvyklé příměsi. Hmotnost tohoto odpadu činila 2,4 t, spolu s nim bylo do pece vsazeno 100 kg vápna a 25 kg koksu. K úplnému roztavení vsázky došlo po 1 h 30 minutách při spotřebě 2 700 kWh elektrické energie.1. In a basic electric arc furnace containing 5 tons, the return waste from a 2.6-ton steel foundry consisting of risers and inlets of average chemical composition, expressed as a percentage by weight: carbon 0.46%, manganese 0.52% silicon 0.41%, phosphorus 0.032%, sulfur 0.028% and chromium 0.21%, the remainder iron and conventional impurities. Along with this waste, steel scrap, consisting of scrap metal, of an average chemical composition, expressed as a percentage by weight, was melted: carbon 0.20%, manganese 0.41%, silicon 0.20%, phosphorus 0.026%, sulfur 0.023% and chromium 0.12%, the rest iron and usual impurities. The weight of this waste was 2.4 tons, along with 100 kg of lime and 25 kg of coke. The batch was completely melted after 1 hour 30 minutes with a consumption of 2700 kWh of electricity.

Odebráním zkoušky kovu bylo zjištěno toto jeho chemické složení v množstvích podle hmotnosti: uhlík 0,45 %, mangan 0,45 %, křemík 0,15 %, fosfor 0,031 %, síra 0,026 % a chrom 0,24 %, zbytek železo a obvyklé příměsi. K uskutečnění předběžné srážecí desoxidace bylo do tavby přisazeno 10 kg silikomanganu. Následovala desoxidace hliníkem do pece v množství 5 kg AI a pro konečnou úpravu chemického složení tavby bylo přisazeno do pece 4 kg feromanganu a 15 kg ferosilicia.By taking the metal test, its chemical composition was found in amounts by weight: carbon 0.45%, manganese 0.45%, silicon 0.15%, phosphorus 0.031%, sulfur 0.026% and chromium 0.24%, the remainder iron and usual admixtures. To carry out the preliminary precipitation deoxidation, 10 kg of silicomanganese were added to the melt. This was followed by deoxidation with 5 kg of aluminum into the furnace and 4 kg of ferro-manganese and 15 kg of ferro-silicon were added to the furnace for the final treatment of the chemical composition of the melt.

Po dolegování tavby těmito feroslitinami byla tavba ohřátá na odpichovou teplotu 1 600 °C a ocel byla odpíchnuta do pánve za současné konečné desoxidace tavby hliníkem do pánve v množství 0,8 kg Al/t ocelí. Vyrobená uhlíková ocel obsahovala v procentech hmotnostních: uhlík 0,46 %, mangan 0,59 %, křemík 0,44 %, fosfor 0,033 %, síra 0,025 % a chrom 0,23 %, zbytek železo a obvyklé příměsi a byla použita k výrobě odlitků ozubených kol pro převodové skříně, kde kusová hmotnost odlitků činila 180 kg. Od doby roztavení vsázky až do provedení odpichu bylo spotřebováno 400 kWh elektrické energie a tato část pochodu trvala 1 hodinu. Celkem bylo spotřebováno 2 100 kWh elektrické energie a pochod trval 2 hodiny 30 minut.After alloying the melting with these ferro-alloys, the melting was heated to a tapping temperature of 1600 ° C and the steel was tapped into the ladle while the final deoxidation of the aluminum melting into the ladle was 0.8 kg Al / t of steel. The carbon steel produced contained by weight: carbon 0.46%, manganese 0.59%, silicon 0.44%, phosphorus 0.033%, sulfur 0.025% and chromium 0.23%, the remainder iron and conventional impurities and was used in the production gearwheel castings for gearboxes where the piece weight was 180 kg. 400 kWh of electricity was consumed from the batch melting until tapping and this part of the process lasted 1 hour. A total of 2,100 kWh of electricity was consumed and the march lasted 2 hours 30 minutes.

2. Při výrobě nízkolegované oceli o výsledném chemickém složení: uhlík 0,23 %, mangan 1,08 %, křemík 0,44 %, fosfor 0,027 %, síra 0,024 % a chrom 0,22 %, zbytek železo a obvyklé příměsi v zásadité elektrické obloukové peci, kde tato ocel byla určena na výrobu odlitků aglomeračních roštových vozíků o kusové hmotnosti 800 kg, byl v peci roztaven slévárenský odpad o hmotnosti 2,5 t a chemickém složení: uhlík 0,20 %, mangan 0,98 %, křemík 0,32 %, fosfor 0,031 %, síra 0,027 % a chrom 0,26 %, zbytek železo a obvyklé příměsi. S tímto odpadem byl roztaven ocelový odpad v podobě zbytků ocelových trubek o hmot-; nosti 2,6 t a průměrném chemickém složení: uhlík 0,15 %, mangan 0,48 %, křemík 0,20 %, fosfor 0,025 %, síra 0,024 a chrom 0,10 %, zbytek železo a obvyklé příměsi.2. In the manufacture of low-alloy steel with the resulting chemical composition: carbon 0,23%, manganese 1,08%, silicon 0,44%, phosphorus 0,027%, sulfur 0,024% and chromium 0,22%, the remainder iron and the usual additives in alkaline electric arc furnace, where this steel was intended for the production of castings of agglomerate slatted trolleys with a piece weight of 800 kg, the furnace waste with a weight of 2.5 t and chemical composition: carbon 0.20%, manganese 0.98%, silicon 0 , 32%, phosphorus 0.031%, sulfur 0.027% and chromium 0.26%, the remainder iron and conventional impurities. With this waste, steel waste was melted in the form of remnants of steel pipes of mass; 2.6 tons and average chemical composition: carbon 0.15%, manganese 0.48%, silicon 0.20%, phosphorus 0.025%, sulfur 0.024 and chromium 0.10%, the remainder iron and conventional impurities.

Do vsázky bylo přisazeno 100 kg vápna a 10 kg koksu. Roztavení vsázky trvalo 1 h 25 minut při spotřebě 2 700 kWh elektrické energie. Po roztavení vsázky byla odebrána zkouška na zjištění obsahu jednotlivých prvků, která vykázala chemické složení oceloyé lázně: uhlík 0,23 %, mangan 0,59 %, křemík 0,14 %, fosfor 0,026 %, síra 0,024 % a ohrom 0,20 %, zbytek železo a obvyklé příměsi. Předběžná srážeci desoxidace tavby byla provedena silikomanganem v množství 18 kg. Desoxidace tavby hliníkem, která následovala, byla provedena 5 kg AI. Pro konečnou úpravu chemického složení bylo do pece přisazeno 15 kg feromanganu a 20 kg ferosilicia.100 kg of lime and 10 kg of coke were added to the charge. The melting of the charge took 1 h 25 minutes at a consumption of 2700 kWh of electricity. After melting of the batch, a test was carried out to determine the content of the individual elements, which showed the chemical composition of the steel bath: carbon 0.23%, manganese 0.59%, silicon 0.14%, phosphorus 0.026%, sulfur 0.024% and almost 0.20% , the rest iron and usual admixtures. Preliminary precipitation deoxidation of the melt was carried out with 18 kg silicomangan. The deoxidation of the aluminum melt that followed was carried out with 5 kg Al. For the final treatment of the chemical composition, 15 kg of ferro-manganese and 20 kg of ferro-silicon were added to the furnace.

Po dolegování tavby byla tato ohřátá na odpichovou teplotu 1 630 °C a odpíchnuta do pánve, v níž byla provedena konečná desoxidace hliníkem v množství 1 kg Al/t oceli. Od doby roztavení vsázky až do provedení odpichu bylo spotřebováno 500 kWh a toto údobí tavby trvalo 1 hodinu. Celková spotřeba elektrické energie činila 3 200 kWh, celá tavba trvala 2 hodiny 30 minut.After the alloy had been doped, it was heated to a tapping temperature of 1630 ° C and tapped into a ladle in which the final aluminum deoxidation was carried out in an amount of 1 kg Al / t steel. 500 kWh was consumed from the time of melting of the charge until tapping and this melting time lasted 1 hour. The total electricity consumption was 3,200 kWh, the entire melting lasted 2 hours 30 minutes.

V průběhu provedených 30 taveb byla vyrobena uhlíková ocel na odlitky o průměrném chemickém složení: uhlík 0,40 až 0,50 %, mangan 0,40 až 0,80 %, křemík 0,20 až 0,50 %, fosfor do 0,05 %, a síra do 0,05 %, zbytek železo a obvyklé příměsi. Tato ocel», vyrobená způsobem podle vynálezu, vykázala následující mechanické hodnoty:During the 30 melts carried out, carbon steel was produced for castings with an average chemical composition: carbon 0.40 to 0.50%, manganese 0.40 to 0.80%, silicon 0.20 to 0.50%, phosphorus to 0, 05%, and sulfur to 0.05%, the rest iron and the usual impurities. The steel produced by the process according to the invention showed the following mechanical values:

mez pevnosti v tahu = 590 až 710 MPa mez pevnosti v kluzu/j^ = 331 až 401 MPa tažnost (Tj = 14 až 21 % kontrakceΰ - 15,4 až 36 % ⁷ —2 vrubová houževnatost Rj = 34 až 47 J.cm , takže tyto hodnoty mechanických vlastností odpovídaly předepsaným hodnotám. Makrostruktura vzorků pro leptání persíranem amonným vykazovala dendritický vzhled bez viditelných strukturálních vad. Mikrostruktura vzorků vykazovala jemnozrnné feriticko-perlitické složky. Pokud jde o čistotu, vyskytovaly se u všech vzorků sirníkové a hlinitanové vměstky, jejichž množství však nepřesahovalo množství, obvykle se vyskytující u taveb, vyráběných známou oxidačně redukční technologii. Obsah vodíku ve vzorcích, odebíraných při odpichu z pánve, činil 3,6 až 6,4 ml/100 g a obsah kyslíku ve vzorcích, odebíraných při odpichu z pánve, činil 0,058 až 0,072 %, což jsou hodnoty, dosahované průměrně u taveb, vyrobených známou oxidačně redukční technologií.ultimate tensile strength = 590 to 710 MPa yield strength / j ^ = 331 to 401 MPa elongation (Tj = 14 to 21% contractionΰ - 15,4 to 36% ⁷ —2 notch toughness Rj = 34 to 47 J.cm The macrostructure of the samples for ammonium persulphate etching showed a dendritic appearance without visible structural defects, and the microstructure of the samples showed fine-grained ferritic-pearlitic constituents. However, the hydrogen content of the basin tapped samples was 3.6 to 6.4 ml / 100 g and the oxygen content of the basin tapped samples, amounted to 0.058 to 0.072%, which are the values achieved on average by melts produced by known oxidation reduction technology. and.

Claims

Process for producing carbon and low-alloy steels for castings in basic electric arc furnaces, characterized by melting the returnable foundry waste containing 0.2 to 1% carbon and unalloyed steel waste containing 0.1 to 0.35% carbon and an aliquot coke and lime and after the batch melting, with a phosphorus content of the bath of up to 0.04% and a sulfur of up to 0.04%, a pre-precipitation of desoxidae with silico-manganese is carried out to a content of 0.2 to 0.3% of silicon in the bath. the bath is subjected to a precipitation deoxidation with aluminum in an amount of 0.9 to 1.1 kg / t of liquid steel, then adjusted to the final chemical composition, heated to a tapping temperature and tapped.