RU2197538C2

RU2197538C2 - Method of making bearing steel

Info

Publication number: RU2197538C2
Application number: RU2000124139A
Authority: RU
Inventors: А.И. Катунин; А.П. Данилов; Н.А. Козырев; В.Н. Крупенков; В.Н. Резник; Т.П. Захарова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Кузнецкий металлургический комбинат"
Priority date: 2000-09-21
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2003-01-27

Abstract

FIELD: methods of making bearing steels in electric arc steel melting furnaces. SUBSTANCE: proposed method includes charging scrap, lime and sinter into electric arc steel melting furnace as slag-forming materials, melting these materials, feeding gaseous oxygen for oxidation of carbon at oxidizing period, adding sinter for dephosphorization of metal, forced slag flushing, performing reducing phase, adding iron in the course of process and tapping steel into ladle. Lime and sinter are charged in the amount of 18 to 21 kg per and 11 to 15 kg per ton of steel, respectively. Molten iron is poured in the amount of 22 to 24% of mass of charge at power requirement of 285 to 340 kWh per ton of charged scrap; after melting, temperature in furnace is maintained by 120 to 160 C higher than liquidus temperature. Gaseous oxygen for oxidation of carbon is fed at rate of 14 to 19 cu nm per ton of steel. For dephosphorization of metal, 19 to 20 kg of sinter and 15 to 17 kg of lime are added per ton of steel followed by forced slag flushing in the amount no less than 2/3 of total initial mass. Proposed method reduces contamination of steel by nonmetallic inclusions (oxides, sulfides and globules). EFFECT: reduced melting time; reduced power requirements. 1 tbl

Description

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способам выплавки подшипниковой стали в дуговых электросталеплавильных печах. The invention relates to the field of ferrous metallurgy, in particular to methods for smelting bearing steel in electric arc furnaces.

Известно, что для достижения требуемых служебных свойств подшипников, их высокой износостойкости, контактной твердости поверхностей качения деталей подшипников и прочности, подшипниковая сталь должна быть чистой по неметаллическим включениям [1] . При этом установлены нормы допустимого уровня загрязненности неметаллическими включениями в зависимости от назначения стали по баллам соответствующих шкал оксидов, сульфидов, глобулей [2]. При неудовлетворительных результатах контроля по одному из вышеперечисленных неметаллических включений сталь бракуется. It is known that in order to achieve the required service properties of bearings, their high wear resistance, contact hardness of rolling surfaces of bearing parts and strength, bearing steel must be clean with respect to non-metallic inclusions [1]. At the same time, the norms of the permissible level of contamination with non-metallic inclusions were established depending on the purpose of the steel according to the points of the corresponding scales of oxides, sulfides, globules [2]. In case of unsatisfactory control results for one of the above non-metallic inclusions, steel is rejected.

Известен выбранный в качестве прототипа способ выплавки подшипниковой стали в дуговых электропечах [3]. Сталь, выплавленная по данному способу, отличается чистотой по неметаллическим включениям (сульфидам, оксидам, глобулям), контролируемым согласно требованиям [2]. Однако при использовании твердого чугуна в связи с увеличением длительности плавки увеличивается количество оксидных и глобулярных включений, а позднее формирование шлака приводит к увеличению сульфидных включений, при этом на ряде плавок возможно получение неметаллических включений недопустимых баллов. Кроме того, при использовании данного способа высок расход электроэнергии и электродов, низка степень дефосфорации. Known selected as a prototype method of smelting bearing steel in an electric arc furnace [3]. Steel smelted by this method is notable for its purity by non-metallic inclusions (sulfides, oxides, globules), controlled according to the requirements of [2]. However, when using solid cast iron, in connection with an increase in the melting time, the number of oxide and globular inclusions increases, and later slag formation leads to an increase in sulfide inclusions, while non-metallic inclusions of unacceptable points can be obtained on a number of melts. In addition, when using this method, the consumption of electricity and electrodes is high, the degree of dephosphorization is low.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются снижение загрязненности стали неметаллическими включениями (сульфидами, оксидами и глобулями), сокращение длительности плавки, уменьшение расхода электроэнергии и электродов, повышение степени дефосфорации стали. The desired technical results of the invention are to reduce the pollution of steel by non-metallic inclusions (sulfides, oxides and globules), reduce the duration of smelting, reduce the consumption of electricity and electrodes, increase the degree of dephosphorization of steel.

Для достижения этого в способе выплавки подшипниковой стали, включающем завалку в дуговую электросталеплавильную печь металлолома, извести и агломерата в качестве шлакообразующих материалов, их расплавление, подачу газообразного кислорода для окисления углерода в окислительный период, присадку агломерата для деформации металла, принудительное скачивание шлака, проведение восстановительного периода, присадку чугуна по ходу плавки и выпуск стали в ковш, вводят в завалку известь и агломерат, загружаемые в количестве 18-21 кг на тонну выплавляемой стали и 11-15 кг на тонну выплавляемой стали, соответственно, при этом используют жидкий чугун, который заливают в количестве 22-24% от массы завалки при расходе электроэнергии 285-340 кВт•ч на тонну заваливаемого металлолома, температуру стали в печи после расплавления поддерживают выше температуры ликвидуса на 120-160^oC, а газообразный кислород для окисления углерода подают с расходом 14-19 нм³ на тонну выплавляемой стали, при этом для дефосфорации металла присаживают 19-20 кг на тонну выплавляемой стали агломерата и известь в количестве 15-17 кг на тонну выплавляемой стали с последующим принудительным скачиванием из печи шлака в количестве не менее 2/3 от его общей первоначальной массы.To achieve this, in a method of smelting bearing steel, which includes filling scrap metal, lime and sinter as slag-forming materials in an electric arc furnace, melting them, supplying gaseous oxygen to oxidize carbon in the oxidation period, adding an agglomerate to deform the metal, forcibly downloading slag, and performing reduction period, the addition of pig iron during melting and the release of steel into the ladle, lime and sinter are introduced into the filling, which are loaded in the amount of 18-21 kg per ton steel and 11-15 kg per ton of smelted steel, respectively, using liquid cast iron, which is poured in the amount of 22-24% of the weight of the filling at an electric power consumption of 285-340 kWh per ton of scrap metal, the temperature of the steel in the furnace after the melts are maintained above the liquidus temperature by 120-160 ^o C, and gaseous oxygen for carbon oxidation is supplied at a flow rate of 14-19 nm ³ per ton of smelted steel, while for dephosphorization of the metal, 19-20 kg per ton of smelted steel of sinter and lime are added 15-17 kg per ton of smelted steel, followed by forced downloading of slag from the furnace in an amount of at least 2/3 of its total initial mass.

Введение в состав завалки извести в заявляемых пределах обеспечивает получение шлака с требуемой для рафинирования основностью, при этом введение извести в количестве менее 18 кг на тонну выплавляемой стали не обеспечивает достаточную степень дефосфорации стали, а при увеличении больше 21 кг на тонну выплавляемой стали увеличивается кратность шлака и связанные с этим материальные затраты без повышения степени дефосфорации. Количество агломерата обеспечивает высокую окисленность шлака, которая наряду с требуемой дефосфорацией обеспечивает высокую скорость выгорания углерода. The introduction of lime filling within the claimed limits ensures the production of slag with the required basicity for refining, while the introduction of lime in an amount of less than 18 kg per ton of smelted steel does not provide a sufficient degree of dephosphorization of steel, and with an increase of more than 21 kg per ton of smelted steel, the slag multiplicity increases and associated material costs without increasing the degree of dephosphorization. The amount of agglomerate provides high slag oxidation, which, along with the required dephosphorization, provides a high rate of carbon burnout.

Заливка жидкого чугуна в количестве 22-24% от массы завалки обеспечивает требуемое содержание углерода при расплавлении, при повышении массы заливаемого жидкого чугуна в количестве более 24% повышается концентрация углерода при расплавлении и увеличивается длительность плавки, причем при окислении избыточного углерода происходит эрозия футеровки, увеличение MgO в шлаке и повышение глобулярных шлаковых включений. Заливка чугуна в количестве менее 22% от веса завалки не обеспечивает требуемого при расплавлении стали содержания углерода. При заливке чугуна и расходе электроэнергии менее 285 кВт•ч на тонну заваливаемого металлолома образуется чугунно-стальной конгломерат, расплавление которого увеличивает длительность плавки, возрастает расход электроэнергии и электродов. При расходе электроэнергии более 340 кВт•ч на тонну заваливаемого металлолома в результате интенсивного окисления высокоуглеродистого продукта происходят выбросы шлака и стали в околопечное пространство. Pouring liquid cast iron in an amount of 22-24% of the filling weight provides the required carbon content during melting, while increasing the mass of molten liquid cast iron in an amount of more than 24%, the carbon concentration during melting increases and the melting time increases, and lining erosion occurs when oxidizing excess carbon, increasing MgO in slag and an increase in globular slag inclusions. Pouring cast iron in an amount of less than 22% of the weight of the filling does not provide the carbon content required when melting the steel. When cast iron is cast and the electric power consumption is less than 285 kWh per ton of scrap metal to be dumped, a cast iron-steel conglomerate is formed, the melting of which increases the melting time, and the consumption of electric energy and electrodes increases. At an electric power consumption of more than 340 kW • h per ton of dumped scrap metal, slag and steel are emitted into the near-furnace space as a result of intensive oxidation of the high-carbon product.

Заявляемые параметры расхода газообразного кислорода обеспечивают оптимальную скорость окисления углерода: при расходе ниже заявляемого предела снижается скорость окисления углерода, увеличивается длительность плавки, при расходе выше верхнего заявляемого предела повышается скорость окисления углерода, окисленность металла, дополнительная эрозия футеровки ванны, вследствие чего образуются недопустимые оксидные включения. The claimed parameters of the flow rate of gaseous oxygen provide an optimal rate of carbon oxidation: at a rate below the declared limit, the rate of carbon oxidation decreases, the melting time increases, and at a rate above the upper declared limit, the rate of carbon oxidation increases, metal oxidation, additional erosion of the bath lining, resulting in unacceptable oxide inclusions .

При температуре стали в печи после расплавления выше температуры ликвидус на 160^oС вследствие значительного перегрева разрушается футеровка печи и происходит загрязнение стали глобулярными включениями, кроме того, высокая температура способствует значительному росту содержания кислорода в стали, вследствие чего сталь загрязняется недопустимыми оксидными включениями, кроме того, повышение температуры снижает дефосфорацию стали. При температуре стали в печи после расплавления ниже температуры ликвидус на 140^oС увеличивается длительность плавки из-за торможения процессов легирования, шлакообразования и, как следствие, увеличивается расход электроэнергии и электродов.At a steel temperature in the furnace after melting above liquidus temperature by 160 ^o С, the furnace lining is destroyed due to significant overheating and the steel becomes contaminated with globular inclusions, in addition, the high temperature contributes to a significant increase in the oxygen content in the steel, as a result of which the steel is contaminated with unacceptable oxide inclusions, in addition An increase in temperature reduces the dephosphorization of steel. When the steel temperature in the furnace after melting below the liquidus temperature is increased by 140 ^o C, the melting time increases due to the inhibition of alloying processes, slag formation and, as a result, the consumption of electricity and electrodes increases.

Расход агломерата в количестве 19-20 кг на тонну выплавляемой стали и извести в количестве 15-17 кг на тонну выплавляемой стали, а также удаление шлака из печи не менее чем на 2/3 от общей первоначальной массы шлака обеспечивают максимальную степень дефосфорации. Снижение расхода извести и агломерата ниже нижних заявляемых пределов не обеспечивает получения требуемого уровня фосфора в стали вследствие низкой степени дефосфорации. Увеличение расхода агломерата и извести выше верхних заявляемых пределов не увеличивает степень дефосфорации, однако за счет повышения кратности шлака увеличиваются материальные затраты. При удалении шлака из печи менее, чем на 2/3 от общей первоначальной массы шлака последующее раскисление шлака в печи приводит при последующем раскислении шлака в печи к дефосфорации и увеличению содержания фосфора в готовой стали. The consumption of sinter in the amount of 19-20 kg per ton of smelted steel and lime in the amount of 15-17 kg per ton of smelted steel, as well as the removal of slag from the furnace by at least 2/3 of the total initial mass of slag, provide the maximum degree of dephosphorization. Reducing the consumption of lime and sinter below the lower declared limits does not provide the required level of phosphorus in steel due to the low degree of dephosphorization. Increasing the consumption of sinter and lime above the upper declared limits does not increase the degree of dephosphorization, however, due to an increase in the multiplicity of slag, material costs increase. When the slag is removed from the furnace less than 2/3 of the total initial slag mass, subsequent slag deoxidation in the furnace leads to dephosphorization and an increase in the phosphorus content of the finished steel during subsequent slag deoxidation in the furnace.

Заявляемый способ был опробован при выплавке подшипниковой стали марок ШХ15, ШХ15СГ в 40-тонных дуговых электросталеплавильных печах. После завалки металлолома, извести и агломерата проводили расплавление на максимально допустимой мощности трансформатора. При расходе электроэнергии 280-350 кВт•ч на тонну выплавляемой стали проводили заливку жидкого чугуна в количестве 22-24% от веса завалки. The inventive method was tested in the smelting of bearing steel grades ШХ15, ШХ15СГ in 40-ton electric arc furnaces. After filling the scrap metal, lime and sinter, they were melted at the maximum permissible transformer power. At an electric power consumption of 280-350 kWh per ton of smelted steel, cast iron was cast in the amount of 22-24% of the weight of the filling.

Окисление углерода проводили через сводовую водоохлаждаемую фурму при расходе газообразного кислорода 13-20 нм³ на тонну выплавляемой стали, при этом температуру в печи поддерживали в пределах выше температуры ликвидус на 115-170^oС. Для обеспечения требуемой дефосфорации осуществляли подбор количества присаживаемых в печь агломерата и извести в количестве соответственно 18,5-20,5 и 14-18 кг на тонну выплавляемой стали, после чего проводили удаление шлака из печи через порог рабочего окна деревянными гребками в шлаковую чашу. После удаления шлака из печи проводилась оценка массы шлака, оставшегося в печи (визуально) и количества шлака в шлаковой чаше (взвешиванием). Далее по базовой технологии [3] проводилась рафинировка, выпуск стали из печи, разливка в изложницы и прокатка подшипниковой стали. В таблице приведены некоторые технико-экономические показатели 13-ти опытных плавок, проведенных по заявляемой технологии по граничным и заявляемым пределам в сравнении с базовой технологией-прототипом.Carbon oxidation was carried out through a water-cooled vaulted lance with a gaseous oxygen flow rate of 13–20 nm ³ per ton of steel being smelted, while the temperature in the furnace was kept at a temperature of 115-170 ^° C above the liquidus temperature. and lime in the amount of 18.5–20.5 and 14–18 kg, respectively, per tonne of smelted steel, after which the slag was removed from the furnace through the threshold of the working window with wooden strokes into the slag bowl. After removing the slag from the furnace, the mass of slag remaining in the furnace (visually) and the amount of slag in the slag bowl (by weighing) were estimated. Further, according to the basic technology [3], refining, steel production from the furnace, casting into molds and rolling of bearing steel were carried out. The table shows some technical and economic indicators of 13 experimental swimming trunks carried out according to the claimed technology according to the boundary and declared limits in comparison with the basic prototype technology.

Как видно из таблицы, технология позволяет снизить загрязненность стали неметаллическими включениями (оксидами, сульфидами и глобулями), сократить длительность плавки, уменьшить расход электроэнергии и электродов, повысить степень дефосфорации. As can be seen from the table, the technology allows to reduce the contamination of steel by non-metallic inclusions (oxides, sulfides and globules), to reduce the melting time, to reduce the consumption of electricity and electrodes, to increase the degree of dephosphorization.

Источники информации
1. Воинов С. Г. , Шалимов А.Г. Шарикоподшипниковая сталь. - М.: Металлургиздат, 1962.- 480 с.Sources of information
1. Voinov S. G., Shalimov A. G. Ball bearing steel. - M.: Metallurgizdat, 1962. - 480 p.

2. ГОСТ 801-78 "Сталь подшипниковая. Технические условия". 2. GOST 801-78 "Bearing steel. Technical conditions".

3. Технологическая инструкция ОАО "Кузнецкий металлургический комбинат" ТИ 103-СТ.П.-506-96 "Производство и передел подшипниковых сталей". - Новокузнецк: ЛОТ КМК, 1996.-50 с. 3. The technological instruction of OAO Kuznetsk Metallurgical Plant TI 103-ST.P.-506-96 "Production and redistribution of bearing steels." - Novokuznetsk: LOT KMK, 1996.-50 p.

Claims

A method of smelting bearing steel, including filling scrap metal, lime and sinter as slag-forming materials in an electric arc furnace, melting them, supplying gaseous oxygen to oxidize carbon in the oxidation period, adding sinter to dephosphorize the metal, forcing slag to download, carrying out a reduction period, and adding an iron in the course of melting and steel production into a ladle, characterized in that lime and sinter are loaded into the filling in the amount of 18-21 and 11-15 kg per ton of smelting my steel, respectively, with the liquid cast iron is used, which is poured in an amount of 22-24% by weight of filling at a rate of 285-340 kW of electric power • h per ton of scrap collapses, steel temperature in the furnace after melting is maintained above the liquidus temperature to 120-160 ^o C, and oxygen gas to oxidize carbon supplied at a rate of 14-19 nm ³ per ton of steel produced, with a seat for the metal dephosphorization 19-20 kg per ton produced steel sinter and lime in an amount of 15-17 kg per ton produced steel, followed by conductive forced downloading of furnace slag in an amount not less than 2/3 of its total original weight.