RU1786103C - Способ производства титансодержащей стали - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : присадку требуемого дл  легировани  стали титансодержа- щего материала осуществл ют после определени  в печи активности растворенного в стали кислорода (а0). массы металла (ММет), массы шлака (Мш) и последующей их корректировки до соответстви  граничным услови м зкспёрймёнтал йЬ ус- Ми 100 тановленного соотношени  а0: М мет 0.002-0,006 в количестве, определ емом из сротн бт енГи  Ф -. Ммет -(тр-юо 2 34.2+0.032/ао-(). табл. «О

Description

Изобретение относитс  к металлургии и может быть использовано при производстве сталей легированных титаном.

Известен способ производства стали в дуговой печи, при котором добавки шлако- образующих и легирующих материалов производ тс  в зависимости от. посто нно замер емой походу процесса массы жидкого металла.

Недостатком такого способа  вл етс , высока  себестоимость стали, св занна  с перерасходом легирующих материалов, так как не учитываютс  важные дл  процесса легировани  технологические параметры, такие как температура металла, активность растворенного в стали кислорода, масса шлака участвующего в химических реакци х процесса легировани .

Известен способ производства стали при котором подготовленный в дуговой печи, расплав хорошо нагревают и раскисл ют, после чего производ т легирование его титаном в печи за 10-12 мин до выпуска плавки после скачивани  шлака, из расчета на верхний предел заданного состава С учетом 40- 60% угара.

Недостатком этого способа  вл етс  то, что присадка ферросплавов в печь малоэффективна из-за повышенного их угара, а расчет на верхний предел заданного состава с учетом 40-60%-ного угара приводит как к повышенному расходу титан со держащих материалов, так и к случа м непопадани  в заданные пределы по содержанию титана в готовой стали, что существенно увеличивает себестоимость металла.

Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  способ, при котором подготовленный в дуговой печи расплав раскисл ют перед выпуском из печи , а требуемую дл  легировани  массу ти- тансодержащегоматериала присаживаемого в ковш определ ют по формуле

Х (100ЕТ/УС)1000. где Ё - масса плавки, т;

Т - расчетна  концентраци  легирующего элемента/определ ема  по разности

Ј

С

L

vi

00

ON

О 00

среднего дл  данной марки содержани  элемента и остаточного его содержани  в металле, %;

У - степень усвоени  (100% - потери,

%).%:

С - содержание легирующего элемента

в ферросплаве, %.

Недостатком известного способа  вл етс  то, что ввод ферросплава по среднеста- тической величине, практически установленной, степени усвоени  не в полной мере учитывает различные дл  каждой плавки технологические параметры, такие как, температура металла, активность растворенного в стали кислорода и масса шлака участвующего в химических реакци х 1 процесса легировани . Это приводит к колебани м расхода титансддёржащего мате- ри;ала и не позвол ет повысить степень усвоени  Читана. :

.. Целью изобретени   вл етс  повышение степени усвоени  титана.

Поставленна  цель достигаетс i тем, что в способе производства титансодёржащей стали, включающем загрузку и расплавление шихты в дуговой печи, наведение шлака , присадку раскислителёй, выпуск металла и шлака в ковш, ввод титансЬдёржащего материала, согласно изобретени , перед выпуском в ковш определ ют массу металла и шлака в печи, активность кислорода в металле и корректируют величину активности или массы шлака до получени  соотношени :; Ми-100

Эо

М

мет

- 0.002-0,006

где Зо - активность растворённого в стали кислорода перед выпуском из печи дл  легировани , %; ; ; ;; :: v---;;Cs: .:v .: - 1Д : Д

. Мш - масса печного шлаки перед выпус;1ю|м дл  легировани ,кг; 1; ;:

; v7 Ммвт-1 масса1 |ёгируем6гйi ме/галлаГкг,

ц количество титансодержащего мате- Ай| &|водимого в ковш, определ ют по ймфсти - V y; ;: -: ::. -:- ; -: .;.; ;..

Ммет ТО/ 100 , . ..-Д ...:.-, . :.

Я. 1, ) .. . ; :Ш { 34,2 + 0,032Л0 - (

Мщ 100 Ммет .

-в)

r|i| | титансодёр ащето материа- присйжй(ваема  в крвш дл  обеспечени  з ау ОРбсодержЙни  титане 6 готовой стаЩ- Г ..:: .- ; : .: : . : .

ч : - масса легируемого металла, кг;

. заданное содержание титана в то- стали за вычётбм имеющегос  в ме- моменту легировани , %;

а0 - активность растворенного в стали кислорода перед выпуском из печи дл  легировани , %;

МШ1 - масса печного шлака после кор5 ректировки соотношени  (1) попадающа  в ковш, кг;

В - экспериментально установленный коэффициент/учитывающий вли ние массы печного шлака, попадающего в ковш и уча0 ствующего в химических реакци х процесса легировани , на усвоение титана, измен ющийс  от 2,3 до 3,2 в интервале изменени  активности растворенного в стали кислорода от 0,001 % до 0,0055%;

5 Р-содержаниетитана втитансодержа- щем материале, %.

При производстве сталей легированных титаном пределы допустимого содержани  титана в готовой стали значительны и зави0 с т от р да эксплуатационных характеристик (например, дл  коррозионнострйких сталей титан вводитс  дл  обеспечени  стойкости стали против межкристаллитной коррозии и концентраци  его зависит от

5 концентрации углерода, который требуетс  св зать в карбиды).

Дл  многих марок стали избыточное содержание титана отрицательно вли ет на технологическую пластичность в ходе по0 следующей обработки из-за повышенного содержани  неметаллических включений, а : также приводит к повышению себестоимости стали в результате перерасхода титан- содержащих материалов.

5;,.. В св зи с колебани ми усвоени  титана

при легировании стали/от плавки к плавке, св занными с различными значени ми температуры легируемого металла, активности растворенного в стали кислорода, массы ко0 нечного печного шлака участвующего в химических реакци х процесса легировани , , имеютс  труднести определени  экономного расхода титансодержащего материала. Расход титансодержащего материала боль45 ше минимально необходимого приводит к увеличению себестоимости стали.

Эффективным путем решени  этой задачи  вл етс  хорошее раскисление стали легированием, учет активности рас50 творенного в стали кислорода и массы конечного печного шлака участвующего в химических реакци х процесса легирова ни , при определении необходимой массы титансодержащего материала дл  обёспе- 55 чени  заданйого содержани  титана втото- ; вой стали. .;. ,.-.... . .

В результате проведенной работы.

опытным путём была установлена зависи . мость усвоени  титана от измер емой перед

выпуском из печи дл  легировани  величины активности растворенного в стали кислорода , при отношении массы конечного печ- ного шлака попадающего в ковш и участвующего в химических реакци х процесса легировани  к массе легируемого металла равной 0,08. Эта зависимость представл ет собой гиперболу и хорошо описываетс  уравнением регрессии

У 34,2 + 0,032/а0, г 0.95 где У - усвоение титана, %;

ао -активность растворенного в стали кислорода перед выпуском из печи дл  легировани , %.

Однако, так как на усвоение титана существенное вли ние оказывает колебание массы шлака участвующего в химических реакци х процесса легировани  экспериментально было установлено соотношение, учитывающее это вли ние при отклонени х величины отношени  ot 0,08, которое описываетс  выражением

К,(Ж-8ГВг-С.99

Ммет

где К - поправка в усвоении титана,-учитывающа  колебани  массы шлака участвующего в химических реакци х процесса легировани , %;

Мш1 масса конечного печного шлака попадающего в ковш и участвующего в химических реакци х процесса легировани , кг;.- ...

Ммет - масса легируемого металла, кг;

В - экспериметальнр установленный коэффициент учитывающий вли ние массы конечного печного шлака, попадающего в ковш и участвующего в химических реакци х процесса легировани , на усвоение титана , измен ющийс  от 2,3 до 3,2 в интервале изменени  активности растворенного в стали кислорода от 0,001% до 0.0055%.

В результате объединени  установленных зависимостей было получено соотношение дл  определени  массы титансодержащего материала требуемой дл  получени  в стали заданного содержани  титана которое описываетс  выражением: . ,

ф Ммет Ч Tl i 100

С 34,2 + 0,032/ао - ( М 1°° - 8 ) В Р v Ммет

Гиперболическа  зависимость характерна дл  реакций раскислени  стали элемента ми-раскисл ител   ми имеющими большое сродство к кислороду. В соответствии с этой зависимостью угар элементов раскислителей тем больше, чем больше активность растворенного в стали кислорода. Поэтому дл  увеличени  степени усвоени  титана и других легкоокисл ющихс  в металлическом расплаве ферросплавов необходимо иметь активность растворенного в стали кислорода как можно ниже, т.е. раскисл ть металл более дешевыми раскислител ми до требуемого уровн  и лишь после этого примен ть дорогосто щие легирующие приСадки. Таким образом, дл  увеличени  эффективности процесса легировани  требуетс  тщательное раскисление металла

0 в печи с учетом конкретных дл  каждой плавки технологических параметров, таких как температура металла, активность растворенного в стали кислорода, масса шлака которбе можно провести использу  соотно5 шение. Ми 100

а0 М

мет

-.0,002-0.006,

которое позвол ет дл  каждой отдельной плавки провести раскисление так, что:

бы усвоение титана при последующем легировании было максимальным. Регулирование окисленности стали и массы шлака позвол ет эффективно подготовить металл к легированию и провести этот процесс.

Использование установленных соотношений позвол ет повысить степень усвоени  титана и снизить расход титансодержащих материалов.

Граничные пределы соотношени :

Ми 100

а0

М

мет

0,002-0,006

обусловлены тем, что при величине соотношени  менее 0,002 требуетс  либо снижение величины активности растворённого в

стали кислорода, либо сильное уменьшение массы печного шлака. Снижение величины активности растворенного в стали кислорода возможно в следствии раскислени  расплава элементами, имеющими большое

сродство к кислороду (кремний, марганец, алюминий, РЗМ и др.), что увеличивает себестоимость стали. Корректировка этого соотношени  путем скачивани  всего или большей части шлака приводит к тому, что в

процессе легировани  металла в ковше происходит сильное вторичное Окисление зеркала металла кислородом воздуха, из-за недостаточной либо вообще отсутствующей защиты стали шлаком. Плоха  защита металла шлаком ведет к увеличению угара титана и соответственно расхода титансодержащего материала, св занного с тем, что при легировании часть его окисл етс  растворившимс  в металле кислородом

атмосферы, а это в свою очередь увеличивает себестоимость с тали.

При величине соотношени  более 0,006 значени  активности растворенного в стали кислорода и массы печного шлака, который

после корректировки соотношени  попадает в ковш и участвует в химических реакци х процесса легировани  настолько велики, что степень усвоени  титана не превышает 60%, что приводит к увеличению расхода титансодержащих материалов и себестоимости стали.. .......... :

Наиболее оптимальным  вл етс  значение соотношени  равное 0,003 при котором степень усвоени  титана максимальна, а расход титансодержащего материала и себестоимость стали минимальны.

Пример конкретного осуществлени  способа. .; :

Способ опробовали при производстве

нержавеющей коррозионностойкой стали

марки 12Х18Н10Т, производимой методом

переплава отходов в основной дуговой печи

емкостью 10 тонн. .. -;,.-.- - :

В качестве шихты в печь загружали 2550 кг слитков (АРМКО), собственные отходы данной марки стали 4200 кг, 400 кг никел  и 1200 кг феррохрома (марки ФХ005). Общий вес завалки составил 8350 кг..

После полного расплавлени  шихты ванну размешивали, отбирали пробу металла на химический анализ, скачивали 3/4 шлака и наводили новый шлак присадкой 30 кг/т извести и 7 кг/т плавикового шпата. Шлак раскисл ли смесью порошков ферросилици  1,5 кг/т, алюмини  0,5 кг/т, извести 3 кг/т и плавикового шпата 0,6 кг/т.

После полного расплавлени  и сформировани  жидкоподвижного шлака металл и шлак перемешивали, отбирали пробу на химический анализ и шлак подкачивали,

Рафинировочный шлак наводили присадками в печь 20 кг/т извести и 6 кг/т плавикового шпата.

После расплавлени  шлаковой смеси в печь присаживали нз штанге 0,8 кг/т кускового ферросилици  и ферромарганца из расчета получени  в металле массовой доли кремни  и марганца по 0,2%. После присадки кусковых раскислителей в печь по расчету присаживали 200 кг феррохрома (марки ФХ005) и 115 кг никел . Ванну тщательно перемешивали. Во врем  расплавлени  феррохрома шлак раскисл ли смесью 65%- го ферросилици , извести 4 кг/т, плавикового шпата 1 кг/т. После расплавлени  феррохрома и получени  светло-коричнево- то шлака последний скачивали. .

Новый шлак наводили присадками 25 кг/т извести и 6 кг/т плавикового шпата.

Перед выпуском металла из печи дл  легировани  измер ли температуру стали погружными термопарами и ЭДС устройством типа УКОС, а также массу металла и

шлака по известной методике (4) основанной на определении плотности и объема.

Температура стали была равна 1605°С, величина ЭДС составила 380 мВ, масса ме- талла 8000 кг, масса шлака 300 кг. Рассчитав активность растворенного в стали кислорода определ ли величину соотношени  IVU ЮО

0

а0

Ммет

300 х100

0.00417 х

0,015.

8000

В св зи с тем, что величина соотношени  выходит за допустимые пределы, равные 0,002-0,006, в печь присаживали 5 раскислительную смесь состо щую из 10 кг алюминиевого порошка, 5 кг силикокаль- ци , 5 кг плавикового шпата и 5 кг извести, после чего частично подкачивали шлак. После проведени  этих операций активность 0 растворенного в стали кислорода составила 0,00200%, а масса шлака 240 кг.

Величина соотношени  составила РЛи 100

а0

5

Ммет 240x100

0,00200 х -0,006.

л 8000

:Так как величина 0,006 входит в экспериментально установленные границы соотношени  0 1VU -100

а0

М

мет

0,002-0,006,

рассчитывали массу 70%-ного ферротитана необходимого дл  обеспечени  заданного содержани  титана в готовой стали по соот- 5 ношению

Ммет 100

Ф

34,2 +0,032/а0-(

Мш 100

-8)

Ммет - 8000 -0,50 -100 ,

0 . 34.2 + 0,032/0,00200 - ( pJj00 - 8 ) 2,6 70 ..ч ouuu

: .. -90.5кг -.:

и присаживали ее в ковш, после чего выпускали из печи расплав. Степень усвоени  5 титана составила 63,2%, расход 70%-ного ферротитана на 1 т стали составил 11,300 кг. Себестоимость 1 т стали снизилась на 0,66руб.

Аналогично были проведены и другие

50 плавки, результаты которых приведены в табл.1. ,

.. :. В табл. 2 представлены результаты сравнени  экономических показателей

предлагаемого способа и способа-прототи- 55 па.. - -- ; -:- : : - - - Фор м у лаизобретени  Способ производства тйтансодержа- щей стали, включающий загрузку и расплавление шихты в дуговой печи, наведение шлака, присадку раскислителей, выпуск металла и шлака в ковш, ввод титансодержа- щего материала, отличающийс  тем, что, с целью повышени  Степени усвоени  титана, перед выпуском в KOBUJ определ ют массу металла и шлака в печи, активность кислорода в металле и корректируют величину активности или массы шлака до получени  соотношени  Ми 100

а0

0.002-0,006

Ммет

где Эо - активность растворенного в стали кислорода перед выпуском из печи, %;

Мш масса печного шлака перед выпуском , кг;Ммет - масса металла, кг;

а количество титансодержащего материала , вводимого в ковш, определ ют по следующей зависимости:.

Ммет У IjTfl. -.100.....

Ф- 34,2 + 0,032/ао - (

Мщ 100 Ммет

-8)

где Ф - масса титансодержащего материала , кг;

Ммет масса металла, кг;

Т| - заданное содержание титана в готовой стали за вычетом имеющегос  в металле к моменту легировани , %;

ар имеет указанное значение;

МШ1 - масса печного шлака после корректировки до соотношени  1; в - экспериментально установленный коэффициент, учитывающий вли ние массы печного шлака, попадающего в ковш и участвующего в химических реакци х процесса легировани , на усвоение титана, йзмён ю- щийс  от 2,3 до 3,2 в интервале изменени  активности растворенного в стали кислорода 0,001-0,0055%;

Р - содержание титана в титансодержал щем материале. %.

Результаты опытных плавок

Таблица

111786103 12

Та б л и ца 2

Сравнение экономических показателей прототипа и предлагаемого

..; .... .-. .. . Способа:.;.