RU2002814C1 - Способ производства непрерывнолитых заготовок из коррозионно-стойкой титансодержащей стали - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано в металлургии при производстве непрерывнолитых заготовок из коррозионностойкой титансодержащей стали. Сущность: титан ввод т в ковш при температуре на 140 - 170° С выше температуры ликвидуса стали, в внепечную обработку стали провод т до температуры, превышающей температуру ее ликвидуса на 70 - 106° С, при этом разливку на ВНЛЗ осуществл ют с перепадом температур на участке сталеразливочный - промежуточный ковши от 20 до 50° С. Зтабл,3ил.

Description

Изобретение относитс  к черной металлургии , в частности к производству непре- рывнолитых заготовок из коррозионно- стойкой титансодержащей стали, преимущественно марок 08-12Х18Н10Т.

Основным типом неметаллических включений в коррозионностойкой титансодержащей стали  вл ютс  нитриды и карбо- нитриды титана, от содержани  которых в металле на стадии затвердевани  существенно зависит качество поверхности непре- рывнолитых заготовок. Поэтому дл  данной стали одним из основных условий получени  качественной непрерывнолитой заготовки  вл етс  минимальное выделение нитридной фазы в процессе разливки, что в свою очередь подразумевает наиболее полное удаление азота в процессе внепечной обработки.

Известен способ производства непре- рывнолитых заготовок из коррозионностойкой титансодержащей стали (08-12X18Н1 ОТ) на Череповецком металлургическом комбинате , включающий выплавку стали в 100- тонной дуговой электропечи, внепечную обработку (вакуумирование с одновременной продувкой металла аргоном) до температуры металла в сталеразливочном ковше 1565-1580°С, разливку на МНЛЗ вертикального типа в кристаллизаторы сечени  175- 200 х 1100-1350 мм со скоростью 0,6 м/мин. Температура металла в промежуточном ковше регламентируетс  в пределах 1520- 1540°С. На участках сталеразливочный ковш - промежуточный ковш - кристаллизатор стру  металла при разливке защищаетс  аргоном и огнеупорными трубами. Поверхность металла в промежуточном ковше и кристаллизаторе защищаетс  шлако- образующими смес ми 1.

Недостатком данного способа  вл ютс  высока  отбраковка сл бов по поверхностным дефектам (до 6-8%) и необходимость сплошной зачистки широких граней сл бов перед прокаткой на глубину до 15 мм.

Известен также способ производства коррозионностойкой стали на заводе в Кап- фенберге (Австри ), где разливают хромо- никелевые коррозионностойкие стали типа 18-8 (с титаном и без него) в сл бы сечением (125-165) х 1000 мм. Скорость разливки 0,9 м/мин. Наилучшие результаты получают при температуре разливки, превышающей на 40-60°С температуру ликвидуса стали, т.е. температура в промежуточном ковше должна составл ть 1500-1520°С дл  стали 08-12Х18Н10 2.

Недостатком данного способа  вл етс  отсутствие учета особенностей поведени  азота в процессе подготовки к разливке и

разливки стали на МНЛЗ, поскольку отдельно вз тый параметр, в данном случае температура металла в промежуточном ковше, не обеспечивает необходимого качества литых

сл бов.

Таким образом, анализ отечественных и зарубежных технологий производства не- прерыв-нолитых заготовок коррозионно- стойкой титансодержащей стали показывает , что температурный режим разливки и внепечной обработки в комплексе (температура металла перед разливкой и перепад температур металла на участке сталеразли- вочный - промежуточный ковши) не регла5 ментируетс . В зависимости от условий внепечной обработки и разливки (масса разливаемого металла, сечение кристаллизатора , скорость разливки) и уровн  технологии подбираетс  сво  оптимальна  температу0 ра металла в промежуточном ковше. Диапазон температур в зависимости от условий составл ет 1482-1550°С (Бородулин Г.М., Мошкевич Е.И, Нержавеюща  сталь, М,: Металлурги , 1973, с. 258-262, авт.св. СССР №

5 1420032, кл. 4 С 21 С 7/00).

Известен способ производства хромистой подшипниковой стали 3, который с целью повышени  качества стали и повышени  производительности печи предусмат0 ривает в качестве одного из отличительных признаков снижение температуры металла в процесса внепечной обработки до температуры , превышаю.щей температуру ликвидуса на 50-90°С. Однако регламентаци 

5 температуры металла в конце внепечной обработки в этом техническом решении, как указано в описании данного изобретени , обусловлена необходимостью разливки стали с минимальным перегревом выше темпе0 ратуры ликвидуса дл  улучшени  макроструктуры слитков, а при превышении над ликвидусом в 90°С дл  обеспечени  запаса тепла на случай непредвиденных задержек , неизбежных в промышленных усло5 ви х.

Учитыва  это, можно заключить, что достижение поставленных целей в этом техническом решении при использовании отличительного признака, касающегос 

0 температуры металла перед разливкой, может быть осуществлено в совокупности с другими техническими приемами (выпуск металла с содержанием углерода 0,6-0,9%, ввод в металл при вакуумировании алюми5 ни  в количестве 0,1-0,8.кг/т, карбида кальци  в количестве 2-15 кг/т), вход щими в отличительную часть формулы изобретени . Совокупность этих отличительных признаков учитывает особенность выплавки только высокоуглеродистой подшипниковой стали

дл  снижени  содержани  азота в готовой жидкой стали и повышени  качества поверхности слитков вследствие сдерживани  выделени  нитридной неметаллической фазы в процессе разливки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту в сравнении с предлагаемым способом  вл етс  способ производства нержавеющей (коррозионностой- кой) стали на заводе в Хикаре (Японии) 4.

Способ предусматривает выплавку металла в 50-тонной дуговой печи, внепечную обработку металла на вакууматоре порционного типа дл  понижение содержани  газов-и разливку стали на МНЛЗ в сл бы сечение до 150 х 1270 мм со скоростью 1,12 м/мин с температурой стали в промежуточном ковше 1482-1510°С.

Недостатком указанного способа  вл етс  отсутствие регламентации температу- ры проведени  внепечной обработки и перепадов температур при разливке, что  вл етс  важным критерием оценки поведени  азота в стали и вли ни  его на качество непрерывнолитой заготовки.

Целью изобретени   вл етс  повышение выхода годного за счет улучшени  качества поверхности непрерывнолитых заготовок путем увеличени  степени деазо- тации металла при внепечной обработке и подавлени  ее при непрерывной разливке.

Цель достигаетс  тем, что согласно способу производства непрерывнолитых заготовок из коррозионностойкой титансодер- жащей стали, включающему выплавку в ста- леплавильном агрегате, введение в жидкий металл титана, внепечную обработку и разливку на МНЛЗ, титан в жидкий металл ввод т при температуре на 140-170°С выше температуры ликвидуса стали, заканчива- ют внепечную обработку стали при температуре , превышающей температуру ее ликвидуса на 70-106°С, при этом разливку на МНЛЗ осуществл ют с перепадом температур на участке сталеразливочный ковш - промежуточный ковш от 20 до 50°С.

Повышение выхода годного при использовании предлагаемого способа производства непрерывнолитых коррозионностойкой титан соде ржа щей стали обеспечивает- с  в результате улучшени  качества поверх- ности за счет увеличени  степени деазотации металла при внепечной обработке и подавлени  ее при непрерывной разливке. Это обусловлено следующими об- сто тельствами.

Как известно (Изв. ВУЗов Черна  металлурги , 1971, Ns 7, с. 60-63; Бородулин Г.М., Мошкевич Е.И. Нержавеюща  сталь, М,: Металлурги , 1973, с. 89 идо.), наиболее

существенное снижение содержани  азота в жидкой коррозионностойкой стали происходит после присадки титана, что объ сн етс  образованием и всплыванием в шлак нитридов титана.

Согласно данным работы (Теори  металлургических процессов: Темат. отраслевой сб. № 1 - МЧМ СССР (ЦНИИЧМ), М., Металлурги , 1972. с. 190-196) дл  концентраций титана 0,4-0,6% и азота 0,020- 0,030%, имеющих место при выплавке стали Х18Н101, образование нитридов титана термодинамически возможно при температурах ниже 1590-1620°С (130-160°С над температурой ликвидуса).

При температурах выше температуры начала нитридообразовани  даже в услови х интенсивной, например, вакуумной вне- печной обработки достаточно заметного удалени  азота путем его экстракции в газовую фазу не происходит. Это св зано с высокой растворимостью азота в высокохромистых расплавах. Тал, согласно данным работы (Теори  металлургических процессов: Темат. отраслевой сб. Ns 2 - МЧМ СССР (ЦНИИЧМ), М., Металлурги , 1974, с. 22-27) дл  сплава Х18Н10 растворимость азота при 1600°С составл ет 0,207% (дл  чистого железа эта величина, как известно , равна 0,044%).

В соответствии с вышеизложенным соблюдение регламентируемой в предложенном способе температуры ввода титана (на 140-170°С выше температуры ликвидуса стали) позвол ет с уче: ом необходимых температурных затрат на растворение титана, вводимого, как правило, в виде ферротита- на, создать необходимые термодинамические услови  дл  протекани  процесса нитридообразовани  в ходе внепечной обработки .

Регламентаци  температуры металла в конце внепечной обработки стали в сочетании с устанавливаемым контролем температуры ввода титана позвол ет использовать эффективные технологические методы обработки стали, например интенсивную продувку металла аргоном в вакууме. Сочетание этих двух приемов способствует повышению качества непрерывнолитых сл бов за счет снижени  содержани  азота в жидкой стали перед развилкой и, следовательно, загр зненности сл бов нитридными включени ми .

Эмпирическа  зависимость потерь металла при зачистке (G, кг/т) от содержани  азота в непрерывнолитом металле (N, % по массе) имеет вид:

G 47,2+1902 ГМ, ,50; (,7 кг/т,

де г - выборочный коэффициент коррел ии;

п - число экспериментальных точек плавок);

д - среднеквадратичное отклонение. Вли ние содержани  азота на брак сл ов показано в табл.1.

Снижение температуры окончани  вне- ечной обработки увеличивает степень деа- отации стали (см. фиг. 1). Однако при этом величиваетс  веро тность разливки хоодного металла, что может привести к созданию аварийной ситуации при разливке на МНЛЗ, например некрытию стопора или зат гиванию стакана промежуточного ковша .

Увеличение перепада температур в процессе непрерывной разливки титансодер- жащей коррозионностойкой стали также сопровождаетс  увеличением степени деа- зотации металла (см. фиг. 2). Это сообствен- но означает увеличение интенсивности образовани  нитридов титана с последующим их всплыванием к поверхности металла в промежуточном ковше и кристаллизаторе. Однако в отличие от стадии внепечной обработки процесс нитридообразовани  в услови х разливки на МНЛЗ не  вл етс  благопри тным с точки зрени  повышени  выхода годного. Целесообразность подав- лени  процесса деазотации при непрерывной разливке обусловлена следующими обсто тельствами.

Дл  защиты мениска металла в кристаллизаторе используетс  шлакообразующа  смесь, одной из основных задач которой  вл етс  ассимил ци  неметаллических включений. При значительном выделении нитридов титана шлак быстро насыщаетс  титаном, вследствие чего ухудшаютс  его технологические свойства, а именно: увеличиваетс  в зкость, снижаетс  ассимилирующа  способность. Это приводит к накоплению на поверхности раздела металл-шлак нитридов титана, которые,  вл  сь центрами кристаллизации, образуют плавающие грубые корки или шлакометал- лические конгломераты. Благодар  возвратно-поступательному движению кристаллизатора они зат гиваютс  в корочку сл ба, образу  поверхностный дефект типа краевой титановой пористости, классифицируемый на ЧерМК как шлаковое включение. Коррел ци  между перепадами температур при разливке и браком сл бов показана на фиг. 3.

Таким образом, регламентируемые в предложенном способе производства не- прерывмолитых заготовок технологические параметры представл ют собой взаимосв занный комплекс мер, направленных на повышение выхода годного. Каждый из отличительных признаков соответствующим образом вли ет на снижение загр эненности сл бов нитридными включени ми. При этом положительный эффект достигаетс  только совокупностью используемых технологических приемов.

Дополнительный поиск известных в науке и технике решений показал, что признаки способа производства непрерывнолитых заготовок из коррозионностойкой титансо- держащий стали в совокупности получаемого положительного эффекта в известных

технических решени х не обнаружены.

Предложенный способ производства непрерывнолитых заготовок из коррозионностойкой титаносодержащей стали включает выплавку стали в сталеплавильном

агрегате, например в 100-тонной дуговой электропечи, введение в жидкий металл после выпуска плавки титана, например, в виде 70%-ного ферротитана, при температуре металла на 140-170°С выше температуры

ликвидуса стали, внепечную обработку, например продувку аргоном в вакууме, которую заканчивают при температуре, . превышающей температуре ликвидуса стали иа70-106°С, разливку на МНЛЗ, которую

осуществл ют с перепадом температур на участке сталеразливочный ковш - промежуточный ковш от 20 до 50°С.

Опытно-промышленное опробование данного способа производства непрерывнолитых заготовок из коррозионностойкой титаносодержащей стали марок 08- 12Х18Н10Твуслови хЭСПЦЧерМК показало его высокую эффективность.

Все регламентируемые параметры при

производстве непрерывнолитых заготовок по предложенному способу были установлены опытным путем.

Практика показала, что введение титана при температуре, более чем на 170°С превышающей температуру ликвидуса стали, приводит к повышенному окислению титана и, как следствие, к повышению расхода ферротитана и загр знению стали оксидными неметаллическими включени ми.

Введение титана при температуре, менее чем на 140°С превышающей температуру ликвидуса стали, не позвол ет при применении последующей интенсивной внепечной обработки обеспечить регламентируемый температурный режим дальнейших технологических операций.

Проведение внепечной обработки стали до температуры, более чем на J06°C превышающей температуру ее ликвидуса, не позвол ет получить достаточную степень

деазотации за счет образовани  нитридов и удалени  их в шлак сталеразливочного ковша .

Окончание внепечной обработки при температуре, превышающей температуру ликвидуса стали менее чем на 70°С, ведет к увеличению веро тности разливки на МНЛЗ в аварийных услови х.

Разливка стали на МНЛЗ с перепадом температур более 50°С сопровождаетс  увеличением степени деазотации металла за счет выделени  нитридов титана. Повышенное выделение нитридов титана, как указывалось выше, отрицательно вли ет на работу шлакообразующей смеси на мениске металла при разливке, что приводит к увеличению потерь при зачистке сл бов и повышенной отбраковке их по поверхностным дефектам (см. табл. 2).

Обеспечение перепада температур при разливке менее 20°С технически сложно и экономически нецелесообразно.

Перепад температур на разливке от 20 до 50°С обеспечиваетс  использованием высокотемпературного нагрева футеровок сталеразливочного и промежуточного ковшей перед приемом металла до 1100- 1200°С и применением футерованной крышки на сталеразливочном ковше дл  сохранени  тепла футеровки; снижение вре- мени просто  сталеразливочного ковша без жидкого металла между плавками; использованием теплоизолирующих засыпок дл  снижени  теплопотерь на зеркале металла; увеличением массового расхода металла при разливке, которое можно достигнуть; повышение скорости разливки; увеличением площади сечени  кристаллизатора; увеличением количества ручьев, через которые разливаетс  металл.

Приведенные в табл. 3 данные убедительно свидетельствуют о преимуществе предлагаемого способа производства не- прерывнолитых заготовок коррозионно- стойкой титаносодержащей стали. Эти же данные подтверждают оптимальность выбора пределов регламентируемых параметров .

В качестве базового объекта дл  сравнени  технико-экономических показателей вз та технологи  производства непрерыв- нолитых заготовок стали 08-12Х18Н10Т на ЧерМК.

П р и м е р 1. При производстве непре- рывнолитых заготовок из стали марки 12Х18Н10Т, температура ликвидуса которой равна 1459°С (Сталь, 1988, № 3, с. 37),

после выплавки в 100-тонной дуговой электропечи металл выпустили в нагретый до- красна сталеразливочный ковш. Температура металла в ковше после выпуска и установки ковша в вакууматор ковшевого типа составила 1610°С (151°С над ликвидусов). В металл присадили 70%-ный ферротитан и произвели продувку аргоном в вакууме. Через 12 мин при 1550°С (91°С над ликвидусом) внепечную обработку закончили , ковш накрыли специальной крышкой и сразу подали на МНЛЗ дл  разливки в сл бы сечением 200 х 1200 мм, Температура металла в промежуточном ковше составила 1520°С, т.е. перепад температур равен 30°С. В процессе разливки на мениске металла в кристаллизаторе плавающих корок не образовывалось. Брака сл бов не было. Потери металла при зачистке составили 44,2 кг/т.

П р и м е р 2. То же, что в примере 1. Температура металла после установки ковша в вакууматор 1650°С (191 °С над ликвидусом ). После продувки расплава аргоном на воздухе до 1600°С (141°С над ликвидусом) присадили титановую губку и в течение 15 мин продували аргоном в вакууме до 1530°С (71 °С над ликвидусом). Поверхность шлака в ковше засыпали вермикулитом. Перепад темпердтир на участке сталеразливочный ковш - промежуточный ковш составил 20°С. Брака сл бов не было. Потери металла при зачистке полученных сл бов 41.6 кг/т.

Приведенные выше примеры не исчерпывают всех случаев применени  предлагаемого изобретени , а  вл ютс  лишь его иллюстрацией.

Использование предлагаемого способа при производстве непрырвнолитых заготовок позволит снизить брак сл бов по поверхностным дефектам на 4 абс.%, уменьшить потери металла при сплошной зачистке сл бов на 20 кг/т.

(56) 1. ЧерМК ТИ-105-С1.ЭС-08-87 Производство коррозионностойкой стали марки 08-412Х18Н10Т с применением ваку- умировани  дл  легировани  титаном ЧерМК ТИ-105-С1.ЭС-27-86 Разливка на УНРС коррозионностойкой стали марок 08- 12Х18Н10Т, 12Х18Н9, 17Х18Н9.

2,Бюллетень Института Черметинфор- мзци , 1974, №5, с. 15.

3,Авторское свидетельство СССР Ns 652223, кл, С 21 С 7/00, 1979.

4,Бюллетень Института Черметинфор- маци , 1974, Ms 5, с. 15.

Таблица 1

Зависимость качества коррозионнойстойкой стали 08-12Х18Н101 от содержани  азота в литом сл бе

Температурна  зависимость качественных показателей непрерывнолитойкоррозионностойкой стали 08-12X18Н1 ОТ

Таблица 2

Таблица 3

Продолжение табл.3.

Продолжение табл.3,

Шр-ю

-J

175

,7094 + п«25; Г « 0,67} ,

130

85

40

1550156015701580

Температура-металла перед разливкой,°С Фие, 7

R

75

50

25

30

40

Перепад температур иекду сталеразли- вочнын и промежуточным ковшами, °С Фиг. 2

50

60

70

40 .6080

Перепады температур между сталераз- ливочнын и промежуточным ковшами, °С Фи&3