CS259305B1 - Způsob výroby oceli s mimořádnou čistotou - Google Patents

Abstract

Způsob výroby oceli s mimořádnou čistotou je určen zejména pro oceli na výrobu velkých výkovků nebo odlitků pro velmi namáhavé strojírenské výrobky jako jsou např. jaderné reaktory a řídicí díly turbosoustrojí velkých výkonů. Způsob výroby oceli se provádí v siemens-martinských a elektro-obloukových, případně i jiných pecích vícestupňovou rafinací v kombinaci s předtavenou vsázkou. Potřebná vsázka se nejdříve předtaví v libovolném pecním agregátu, z ní se v siemens-martinské peci vyrobí neuklidněná ocel a provede první stupeň rafinace. V elektroobloukové peci se současně vyrobí uklidně­ ná legovaná ocel s obsahem prvků spočtených tak, aby po smíchání obou ocelí vykázala tavenina požadované výsledné chemické složení. Do pánve, v níž probíhá další stupeň rafinace se nejdříve vypustí ocel z elektroobloukové pece společně se silně redukční struskou a potom ocel ze siemens-martinské pece. Rafinační přísady se přidávají pod hladinu taveniny v pánvi. Další stupeň rafinace probíhá při odlévání taveniny nejlépe ve vakuu zonálním odlévá­ ním ingotu z více pánví s odlišným obsahem segregujících prvků, který se v každé následující zóně ingotu snižuje, při současném zvyšování teploty taveniny.

Description

Vynález se týká způsobu výroby oceli s mimořádnou čistotou.

Nová konstrukční řešení strojírenských zařízení, zejména zařízení pro energetické centrály s jadernými reaktory, vyžadují výrobu oceli s mimořádně vysokou čistotou. Požadavky na čistotu oceli prosté vměstků a produktů segregačních procesů se mnohdy dokonce zvyšují s narůstající hmotností ingotů. Proto je nutno hledat nové technologické výrobní postupy, umožňující výrobu oceli s vyšší čistotou i u hmotnějších ingotů, u nichž fyzikálně metalurgické procesy, probíhající v průběhu krystalizace oceli, vyvolávají tendence zcela opačné.

V současné době je používána celá řada technologických postupů, umožňujíc! výrobu oceli s vyšší čistotou, k nimž např. patří použití vysoce jakostních výchozích vsázkových surovin, použití duplexních tavících procesů, nebo zvláštních rafinačních procesů s využitím vlivu vakuování při tavení nebo lití. ocelí, ovlivnění průběhu krystalizace změnou ochlazovacích podmínek oceli při odlévání ingotů, použitím mimopecní pánvové rafinace nebo elektrostruskového přetavování oceli a od něho odvozených dalších postupů.

Nevýhodou stávajících způsobů výroby ooeli s vysokou čistotou je nedostatek jakostních vsázkových surovin, vysoká pracnost a energetická náročnost zdlouhavých duplexních procesů nebo potřeba náročné investiční výstavby nových technologických zařízení. Nevýhodou je i to, že některé, zejména starší ocelárny nejsou vybaveny vhodným technologickým zařízením a nové technologické postupy v nich nelze uplatnit v potřebném rozsahu bez předchozí modernizace a ověření nových výrobních postupů a zejména to, že pří běžné výrobě ingotů a jejich tuhnutí v kokilových soupravách nelze ovlivnit a eliminovat škodlivé účinky segregačních procesů na jakost oceli, takže obsah uhlíku v části výrobku přiléhající původně k hlavová partii ingotu je často značně vyšší než požaduje předpis a mnohdy způsobuje znehodnocení výrobku.

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob výroby oceli s mimořádnou čistotou podle vynálezu, zejména na velkých ingotech, jehož podstata spočívá v tom, že se ocel vyráběná v siemens-martinských, elektrických nebo jiných tavících pecích vícestupňové rafinuje např. v kombinaci s předtavováním kovové vsázky, se směšováním oceli s různým stupněm uklidnění a legování ve vice pánvích, do nichž se nejdříve vypouští ocel z elektrické pece společně s redukční struskou a poté ocel ze siemens-martinské nebo jiné pece, v níž byla ocel zpracována pod oxidační struskou, případně i s ocelí vyrobenou v rafinační pánvové peci a s doléváním oceli do kokily s navzájem odstupňovaným chemickým složením, jehož podstatou je, že tělo ingotu se odlévá nejméně ve dvou zónách, v nichž v každé následující zóně je obsah uhlíku, případně i dalších segxegujících prvků v oceli snížen nejméně o 25 % hmot. předepsaného rozmezí chemického složení tohoto prvku v oceli oproti chemickému složení stejného prvku v oceli určeného tavbovou analýzou při odlévání zóny předchozí, přičemž teplota oceli v pánvi na počátku odlévání každé následující zóny ingotu je nejméně o 10 °C vyšší oproti teplotě oceli odlévané v zóně předchozí s tím, že každá zóna ingotu je odlévána z jiné pánve, příp, i pece.

Výhody způsobu výroby oceli s mimořádnou čistotou podle vynálezu spočívají v tom, že ocel lze vyrábět z běžně dostupných surovin s podstatně menšími výrobními náklady, že lze využít stávajícího technologického zařízení bez nutnosti modernizace výrobní základny novým investičně velmi náročným zařízením a zejména v tom, že umožňuje výrobu oceli s podstat ně vyšší jakostí a užitnými vlastnostmi, což výrazným způsobem zvyšuje spolehlivost, životnost i bezpečnost strojírenských zařízeni, vyráběných z takové oceli. Přínos a výhody uvedeného způsobu výroby oceli podle vynálezu spočívají zejména také v tom, že odléváním ingotu ve více zónách s odstupňovaným chemickým složením segregujících prvků jsou řízeny a do značné míry eliminovány škodlivé účinky segregačních procesů při tuhnutí ingotu v kokilové soupravě, takže obsah těchto prvků je podle potřeby zcela rovnoměrný v celém objemu těla ingotu, přičemž odstupňováním teploty taveniny se dociluje jejího účinnějšího dosazování při krystalizaci ingotů, příp. i vyplouvár.í vměstků a vyšší vnitřní čistoty.

295305

Další výhodou je jednoduchost provedení jednotlivých výrobních operací. V porovnání s původním způsobem výroby oceli, u níž je předepsaný obsah uhlíku v rozmezí 0,24 až 0,30 % hmot, bylo při výrobě rotorového hřídele z ingotu o hmotnosti 170 tun dosaženo v mistě původně přiléhajícím k hlavové části ingotu hodnoty 0,37 % hmot a v místě původně přiléhajícím k patní části ingotu hodnoty 0,25 % hmot, zatímco při uplatnění způsobu výroby oceli podle vynálezu bylo při zkoušení ve stejných místech dosaženo stejné hodnoty 0,27 % hmot. Původně dosažený a značně překročený obsah uhlíku v hotovém výrobku značně zhoršuje nebo dokonce znemožňuje použití potřebného tepelného zpracování, např. kalení, kdy je zejména u velkých dílů velké nebezpečí nežádoucího praskání výrobku.

V příkladném provedení způsobu výroby oceli s mimořádnou čistotou v ingotu o hmotnosti 170 tun podle vynálezu se pro tavení oceli používá jako vsázka předtavené surové a odpadové železo, které se taví ve čtyřech pecích. Ve dvou siemens-martinských pecích /agregát č. 1 a 2/ se vyrobí v každé peci 60 tun neuklidněné taveniny s obsahem 0,30 % hmot. manganu,

1,50 % hmot. niklu, 0,008 % hmot. fosforu, 0,012 % hmot. síry a 0,30 % hmot. uhlíku v agregátu ě. 1; 0,28 % hmot uhlíku v agregátu č. 2 a ve dvou elektroobloukových pecích /agregát č. 3 a 4/ se vyrobí v každé peci 25 tun uklidněné legované taveniny se silně redukční struskou s obsahem 0,5 % hmot. manganu, 0,10 % hmot. křemíku, 7,50 % hmot. chrómu, 1,50 % hmot. niklu, 0,010 % hmot. fosforu, 0,007 % hmot. síry a 0,23 % hmot. uhlíku v agregátu č. 3 a 0,20 % hmot. uhlíku v agregátu č. 4.

Tavenina z agregátu č. 3 se vypustí i s redukční struskou do pánve č. 1, do níž se poté proléváním přes redukční strusku vypustí i tavenina z agregátu č. 1 a stejným způsobem se s určitým odstupem vypustí taveniny z agregátů č. 4 a 2 do pánve č. 2. Po smíchání tavenin a jejich rafinaci reakcemi v pánvi, jejichž účinnost je zvýšena ponořením rafinačních přísad např. na bázi vápníku pod hladinu taveniny v pánvi a po vyrovnání koncentračních rozdílů se z taveniny v pánvi č. 1 odlévá přes mezipánev do kokilové soupravy umístěné ve vakuovém kesonu první zóna ingotu s celkovou hmotností 85 tun a obsahem segregujícího uhlíku v tavenině 0,27 % hmot.

Teplota taveniny v pánvi č. 1 na počátku odlévání ingotu dosáhla 1 610 °C. Poté se stejným způsobem odlévá druhá zóna ingotu z taveniny v pánvi č. 2 v množství 85 tun, s obsahem uhlíku 0,24 % hmot. a teplotou v pánvi na počátku odlévání, druhé zóny 1 625 °C. Předepsané rozmezí uhlíku vyráběné oceli je 0,24 až 0,30 % hmot., výsledný obsah uhlíku v oceli v celém ingotu byl zcela vyrovnaný a chemickou analýzou vzorků odebraných z hotového výrobku z částí přiléhajících původně jak k patní, tak i k hlavové části těla ingotu byly zjištěny shodné hodnoty 0,27 % hmot. Z ostatních prvků ve výsledném .chemickém složení ocel obsahovala 0,42 % hmot. manganu, 1,19 % hmot. křemíku, 2,40 % hmot. chrómu, 1,40 % hmot. niklu, 0,009 % hmot. fosforu a 0,009 % hmot. síry. Ve druhém příkladu způsobu výroby oceli podle vynálezu se pro výrobu ingotu o hmotnosti 203 tun vybraná vsázka natavuje v pěti pecích s použitím další rafinačni pánvové pece.

V jedné siemens-martinské peci /agregát č. 1/ se vyrobí 70 tun neuklidněné oceli stejným způsobem jako v prvém příkladu s obsahem uhlíku 0,30 % hmot. a ve druhé siemens-martinské peci /agregát č. 2/ se vyrobí 60 tun hotové oceli s chemickým složením uhlíku těsně pod dolní mezí předepsaného rozmezí a ostatních prvků v předepsaném rozmezí, tj. 0,22 % hmot. uhlíku, 0,45 % hmot. manganu, 0,20 % hmot. křemíku, 2,35 % hmot. chrómu, 1,45 % hmot. niklu, 0,009 % hmot. fosforu a 0,014 % hmot. síry. V elektrické obloukové peci s kapacitou 30 tun /agregát č. 3/ se vyrobí uklidněná legovaná slitina stejným způsobem jako v prvém příkladu s obsahem 0,23 % hmot. uhlíku, 0,009 % hmot. fosforu a 0,008 % hmot. síry a v elektrických obloukových pecích s kapacitou 30 tun /agregát č. 4/ a 13 tun /agregát č. 5/ se vyrobí hotová ocel s obsahem jednotlivých prvků odpovídajícímu střední hodnotě předepsaného rozmezí a s obsahem 0,008 % hmot. fosforu a 0,009 % hmot. síry.

V další fázi výroby se do pánve č. 1 nejdříve vypustí tavenina společně s redukční struskou z agregátu č. 3a poté tavenina i z agregátu č. 1 a obdobně jako v prvém případě

295305 se z této pánve po promíchání odsáté taveniny a vyrovnání koncentračních rozdílů odlévá přes mezipánev 1 zóna ingotu ve vakuovém kesonu. Teplota taveniny v pánvi na počátku odlévání dosáhla 1 595 °C. Obsah uhlíku v tavenině činil 0,27. S hmot.; 0,009 % hmot. fosforu a

0,010 % hmot. síry. Mezitím se do pánve č. 2 vypustí tavenina z agregátu č. 4 a 5 a po promíchání a odsátí taveniny se odlévá přes mezipánev 2 zóna ingotu ve vakuovém kesonu.

Obsah uhlíku v tavenině činil 0,25 % hmot., fosforu 0,008 % hmot. a síry 0,009 % hmot. Teplota taveniny na počátku odlévání 2 zóny činila 1 615 °C. Tavenina z agregátu č. 2 se v potřebném časovém předstihu vypustí do rafinační pánvové pece ASEA - SKF s kapacitou 60 tun /agregát č. 6/, v níž se provede účinné odsířeni oceli a poté se přímo z rafinační pánve odlévá přes mezipánev 3 zóna ingotu ve vakuovém kesonu. Obsah uhlíku v tavenině dosahoval 0,20 » hmot,; fosforu 0,008 % hmot. a siry 0,006 % hmot. Teplota na počátku odlévání 3 zóny ingotu dosahovala hodnoty 1 640 °C. Výsledné chemické složení oceli provedené na vzorcích odebraných z výrobku v protilehlých místech přiléhajících původně k patní a k hlavové části ingotu o hmotnosti 203 tun ani v jednom případě nevybočilo z předepsaného rozmezí a u silně segregujlcích prvků bylo zjiStěno následujících hodnotí

Obsah prvků		C » hmot.	P % hmot.	S % hmot.
Předepsané rozmezí Části přiléhající	β	0,24 až 0,30	max. 0,010	max. 0,012
k hlavě ingotu části přiléhající		0,27	0,010	0,010
k patě ingotu		0,26	0,009	0,008

PSEDMÉT VYNALEZU

Claims (3)

1. Způsob výroby oceli s mimořádnou čistotou, zejména ve velkých kovářských ingotech, při němž se ocel vyráběná v siemens-martinských, elektrických nebo jiných tavících pecích vícestupňové rafinuje např. v kombinaci s předtavováním kovové vsázky, se směšováním oceli s různým stupněm uklidněni a legování ve více pánvích, do nichž se nejdříve vypouští ocel z elektrické pece společně s redukční etruskou a poté ocel ze siemens-martinské nebo jiné pece, v niž byla ocel zpracována pod oxidační struskou, případně i s ocelí vyrobenou v rafinační pánvové peci a s doléváním oceli do kokily s navzájem odstupňovaným chemickým složením, vyznačený tím, že tělo ingotu se odlévá nejméně ve dvou zónách, v nichž v každé následující zóně je obsah uhlíku, případně i dalších segregujlcích prvků v oceli, snížen nejméně o 25 % hmot. předepsaného rozmezí chemického složení tohoto prvku v oceli oproti chemickému složení stejného prvku v oceli určeného tavbovou analýzou při odlévání zóny předchozí.

2. Způsob výroby oceli podle bodu 1, vyznačený tím, že teplota oceli v pánvi na počátku odlévání každé následující zóny ingotu je nejméně o 10 °C vyšší oproti teplotě oceli odlévané v zóně předchozí.

3. Způsob výroby oceli podle bodu 1, vyznačený tím, že každá zóna ingotu je odlévána z jiné pánve, příp. i pece.