RU2389801C2 - Procedure for melting steel micro alloyed with nitrogen - Google Patents
Procedure for melting steel micro alloyed with nitrogen Download PDFInfo
- Publication number
- RU2389801C2 RU2389801C2 RU2008125585/02A RU2008125585A RU2389801C2 RU 2389801 C2 RU2389801 C2 RU 2389801C2 RU 2008125585/02 A RU2008125585/02 A RU 2008125585/02A RU 2008125585 A RU2008125585 A RU 2008125585A RU 2389801 C2 RU2389801 C2 RU 2389801C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nitrogen
- steel
- iron
- ligature
- melt
- Prior art date
Links
Landscapes
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к сталеплавильному производству, а именно к способам выплавки стали, легированной азотом.The invention relates to steelmaking, and in particular to methods of smelting steel alloyed with nitrogen.
В настоящее время выплавляется много различных марок азотсодержащих сталей. Концентрация азота в таких сталях может изменяться в широких пределах: от 0,005-0,010% N в специальных сортах электротехнической стали, до 0,5-1,2% N в высокопрочных нержавеющих сталях. Предлагаемое техническое решение распространяется преимущественно на технологию выплавки сталей, микролегированных азотом, т.е. сталей, количество азота в которых не превышает 0,1%, вместе с тем в отдельных случаях может применяться для производства металла с более высоким его содержанием.Currently, many different grades of nitrogen-containing steels are smelted. The nitrogen concentration in such steels can vary within a wide range: from 0.005-0.010% N in special grades of electrical steel, to 0.5-1.2% N in high-strength stainless steels. The proposed technical solution extends mainly to the technology of smelting steels microalloyed with nitrogen, i.e. steels, the amount of nitrogen in which does not exceed 0.1%, however, in some cases, it can be used for the production of metal with its higher content.
Известно, что в зависимости от агрегатного состояния азот можно вводить в стальной расплав из газовой фазы или при помощи различных азотсодержащих сплавов и соединений. Газовое азотирование осуществляют либо путем длительной выдержки жидкой стали в азотсодержащей атмосфере при нормальном и повышенном давлении или путем продувки азотсодержащего газа через стальной расплав. Твердофазное азотирование происходит путем введения в стальную ванну нитридов марганца, хрома, ванадия и других металлов либо азотсодержащих химикатов, таких как цианамид кальция, карбамид и др.It is known that, depending on the state of aggregation, nitrogen can be introduced into the steel melt from the gas phase or using various nitrogen-containing alloys and compounds. Gas nitriding is carried out either by prolonged exposure of molten steel in a nitrogen-containing atmosphere at normal and elevated pressure or by blowing nitrogen-containing gas through a steel melt. Solid-phase nitriding occurs by introducing nitrides of manganese, chromium, vanadium and other metals or nitrogen-containing chemicals, such as calcium cyanamide, carbamide, etc. into the steel bath.
Известен, например, способ выплавки высокопрочной трубной стали, микролегированной азотом марок 16Г2САФ, 16ГБАФ, в соответствии с которым азотирование осуществляют путем введения в ковш азотированного марганца и феррохрома во время разливки стали из конвертера. Такой способ обеспечивает выплавку стали, содержащей 0,015-0,025% N, однако при этом сам процесс легирования сопровождается угаром большого количества азота и марганца с выделением токсичных газов (Л.Ф.Косой, В.А.Синельников. Выплавка легированной стали в конвертерах. - М.: Металлургия, 1979, с.112-118).A known method, for example, is the smelting of high-strength pipe steel microalloyed with nitrogen of 16G2SAF and 16GBAF grades, in which nitriding is carried out by introducing nitrated manganese and ferrochrome into the ladle during casting of steel from the converter. This method provides the smelting of steel containing 0.015-0.025% N, however, the alloying process itself is accompanied by the burning of a large amount of nitrogen and manganese with the release of toxic gases (L.F. Kosoy, V.A. Sinelnikov. Smelting of alloy steel in converters. - M .: Metallurgy, 1979, p.112-118).
В японском патенте JP 200025673 "Method for adding nitrogen info molten steel", опубл. 09.19.2000 г., для получения в стали свыше 0,01% N предлагается расплав в ковше обрабатывать порошковой проволокой, наполнителем которой является смесь порошков алюминия и цианамида кальция. Побочным эффектом такой технологии является насыщение стального расплава углеродом. Кроме того, при разложении цианамида во время нагрева возможно выделение ядовитых соединений.In Japanese patent JP 200025673 "Method for adding nitrogen info molten steel", publ. 09.19.2000, in order to obtain more than 0.01% N in steel, it is proposed that the melt in the ladle be treated with flux-cored wire, the filler of which is a mixture of powders of aluminum and calcium cyanamide. A side effect of this technology is carbon saturation of the steel melt. In addition, the decomposition of cyanamide during heating may release toxic compounds.
При выплавке рельсовой стали авторы изобретения по заявке RU 2006130580, опубл. 27.02.2007, БИ №6, микролегирование металла азотом предлагают осуществлять либо продувкой расплава в ковше с одновременным введением феррованадия, либо путем присадки в ковш азотированного феррованадия. Указанный способ обеспечивает выплавку сталей с заданными пределами по азоту, однако он не может быть применен при производстве других марок сталей, в составе которых нет ванадия.When smelting rail steel, the inventors according to the application RU 2006130580, publ. 02/27/2007, BI No. 6, it is proposed to microalloy a metal with nitrogen either by blowing the melt in the ladle with the simultaneous introduction of ferrovanadium, or by adding nitrided ferrovanadium to the ladle. The specified method provides the smelting of steels with predetermined limits for nitrogen, however, it cannot be used in the production of other steel grades, which do not contain vanadium.
В способе выплавки высокопрочной низколегированной стали 14Г2АФ, содержащей 0,015-0,025% N (ГОСТ 19282-73), микролегирование азотом предлагается проводить путем донной продувки расплава азотом с расходом ~1 м3/т.ч. Способ обеспечивает получение в стали ~0,015% N. Однако, несмотря на видимую простоту такого технического решения, большая продолжительность продувки (~26 мин) и связанное с этим переохлаждение расплава делают этот способ трудно применимым в промышленных условиях (SU 1440049, Способ легирования стали азотом, опубл. 15.01.1992 г., БИ №2).In the method of smelting high-strength low-alloy steel 14G2AF containing 0.015-0.025% N (GOST 19282-73), it is proposed that microalloying with nitrogen be carried out by bottom purging the melt with nitrogen at a flow rate of ~ 1 m 3 / t. The method provides ~ 0.015% N in steel. However, despite the apparent simplicity of such a technical solution, the long purge time (~ 26 min) and the associated supercooling of the melt make this method difficult to apply under industrial conditions (SU 1440049, Steel alloying method with nitrogen , publ. 01/15/1992, BI No. 2).
В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбран «Способ микролегирования стали азотом», RU 2266338, С21С 7/04, опубл. 20.12.2005 г., БИ №35. По этому способу микролегирование стали азотом осуществляют в две стадии: предварительное насыщение расплава азотом проводят за счет присадки азотированного ферросплава, а окончательную корректировку химического состава металла по содержанию азота осуществляют продувкой газообразным азотом с расходом, определяемым специальным эмпирическим соотношением. Применительно к трансформаторной стали способ-прототип позволил выплавить металл, содержащий 0,0059% N. Вместе с тем для достижения в стали сравнительно небольшой концентрации азота было израсходовано 350 кг азотированного феррохрома, а продолжительность последующей продувки азотом составила 8 мин. Столь большой расход азотсодержащего легирующего материала (~1 кг/т) приводит к заметному удорожанию металла, а большая продолжительность продувки увеличивает длительность всего технологического процесса и приводит к дополнительному снижению температуры металла.As a prototype of the invention, the selected "Method of microalloying steel with nitrogen", RU 2266338, C21C 7/04, publ. December 20, 2005, BI No. 35. According to this method, steel microalloying with nitrogen is carried out in two stages: the melt is pre-saturated with nitrogen due to nitriding of the ferroalloy, and the chemical composition of the metal is finally adjusted for nitrogen content by purging with nitrogen gas at a rate determined by a special empirical ratio. In the case of transformer steel, the prototype method allowed melt metal containing 0.0059% N. At the same time, 350 kg of nitrided ferrochrome was used up in the steel to achieve a relatively low nitrogen concentration, and the duration of the subsequent nitrogen purge was 8 min. Such a large consumption of nitrogen-containing alloying material (~ 1 kg / t) leads to a noticeable rise in price of metal, and a large purge duration increases the duration of the entire process and leads to an additional decrease in the temperature of the metal.
В предлагаемом изобретении ставится задача разработки такого нового способа выплавки стали, микролегированной азотом, который при минимальных расходах азотсодержащих легирующих материалов обеспечивал бы стабильное получение в стали заданных концентраций азота без увеличения продолжительности технологического процесса производства азотсодержащего металла.In the present invention, the task is to develop such a new method of smelting steel, microalloyed with nitrogen, which, with minimal consumption of nitrogen-containing alloying materials, would ensure the stable production of specified nitrogen concentrations in steel without increasing the duration of the technological process for the production of nitrogen-containing metal.
Поставленная задача решается тем, что предлагается способ выплавки стали, микролегированной азотом, включающий получение исходного стального расплава в сталеплавильном агрегате и выпуск его в ковш, обработку упомянутого расплава в ковше путем введения раскислителей и легирующих материалов, в том числе азотсодержащего, продувку аргоном, вакуумирование, корректировку стального расплава и его разливку, в котором для обработки стального расплава в ковше азотсодержащим материалом используют азотсодержащую лигатуру на основе нитрида кремния с ферросилицидной связкой, состоящей из кремния, силицидов железа и/или железа, при следующем соотношении компонентов, мас.%:The problem is solved by the fact that a method is proposed for smelting steel microalloyed with nitrogen, which includes obtaining the initial steel melt in a steelmaking unit and releasing it into a ladle, processing said melt in a ladle by introducing deoxidizers and alloying materials, including nitrogen-containing ones, purging with argon, evacuation, adjustment of the steel melt and its casting, in which a nitrogen-containing ligature based on cross-nitride is used to process the steel melt in the ladle with a nitrogen-containing material Nia ferrosilitsidnoy with a binder consisting of silicon, iron silicide and / or iron, with the following component ratio, wt.%:
при этом азотсодержащая лигатура имеет пористость в пределах 20-60%.while the nitrogen-containing ligature has a porosity in the range of 20-60%.
Таким образом, сущность предлагаемого технического решения заключается в использовании при выплавке стали, микролегированной азотом, специальной азотсодержащей лигатуры, имеющей пористую композиционную структуру, основой которой является нитрид кремния. Связкой в такой композиции служит ферросилицидный сплав, состоящий из кремния, силицидов железа и железа. Опытным путем было найдено, что оптимальная концентрация такого связующего сплава находится в пределах 20-50%, а пористость самой лигатуры от 20 до 60%.Thus, the essence of the proposed technical solution is to use in the smelting of steel, microalloyed with nitrogen, a special nitrogen-containing ligature, having a porous composite structure, the basis of which is silicon nitride. A binder in such a composition is a ferrosilicidal alloy consisting of silicon, iron silicides and iron. It was experimentally found that the optimal concentration of such a binder alloy is in the range of 20-50%, and the porosity of the ligature itself is from 20 to 60%.
Преимущества использования нитрида кремния в качестве источника азота при выплавке стали вполне очевидны. В первую очередь это рекордная концентрация в нем азота - 40%, во-вторых, универсальность нитрида кремния, а именно в отличие от других нитридов он совместим с большинством известных марок азотсодержащих сталей, ибо он входит в их состав в достаточных концентрациях. Кроме того, сырьем для получения нитрида кремния и композиций на его основе служит кремний и его сплавы, недорогие, широко распространенные и экологически безопасные материалы.The advantages of using silicon nitride as a source of nitrogen in steelmaking are quite obvious. First of all, this is a record concentration of nitrogen in it - 40%, and secondly, the universality of silicon nitride, namely, unlike other nitrides, it is compatible with most well-known brands of nitrogen-containing steels, because it is included in their composition in sufficient concentrations. In addition, silicon and its alloys, inexpensive, widespread and environmentally friendly materials, serve as raw materials for the production of silicon nitride and compositions based on it.
В то же время нитрид кремния широко известен как высокоэффективный керамический и огнеупорный материал (Р.А.Андриевский, И.И.Спивак. Нитрид кремния и материалы на его основе. - М.: Металлургия, 1984, 136 с.). Нитрид кремния не взаимодействует с жидким чугуном и расплавами цветных металлов и медленно растворяется в стальном расплаве. Вследствие этого нитридкремниевые огнеупорные материалы широко используются в металлургии для футеровки печей для выплавки чугуна, алюминия и других металлов. Поэтому трудно было ожидать, что нитрид кремния можно будет применить в технологии производства стали, микролегированной азотом, при условии, что такое микролегирование осуществляется непосредственно в ковше при минимуме времени на растворение азотсодержащей лигатуры.At the same time, silicon nitride is widely known as a highly effective ceramic and refractory material (R.A. Andrievsky, I.I. Spivak. Silicon nitride and materials based on it. - M .: Metallurgy, 1984, 136 pp.). Silicon nitride does not interact with molten iron and non-ferrous metal melts and slowly dissolves in steel melt. As a result, silicon nitride refractory materials are widely used in metallurgy for lining furnaces for smelting cast iron, aluminum and other metals. Therefore, it was difficult to expect that silicon nitride could be used in the technology of steel production, microalloyed with nitrogen, provided that such microalloying is carried out directly in the ladle with a minimum of time for dissolution of the nitrogen-containing ligature.
Попытка использования нитрида кремния при выплавке стали в общем-то известна (DE 2924415, Verfahren zur Aufstickung von Stahlen mit hohen Chom - und Mangangehalten, опубл. 23.02.1984 г.). В указанном патенте описывается технология введения азота в хромомарганцевую нержавеющую сталь при помощи нитрида кремния во время электрошлакового переплава электрода под давлением 5-60 атм. Нитридкремниевые гранулы непрерывно подаются в шлак и растворяются в нем. Сам же стальной электрод насыщается азотом уже из шлакового расплава. Для хорошей растворимости нитрида кремния в шлаке предлагается специальный его состав с повышенным содержанием CaF2. Таким образом в сталь может вводиться от 0,1 до 0,8% N. Авторы изобретения проблему плохой растворимости нитрида кремния в стальном расплаве решают путем предварительного его растворения в шлаке. И уже из шлакового расплава происходит азотирование стальной ванны. Такой процесс легирования азотом исключительно медленный и длительный, а для его практической реализации требуется дорогостоящее оборудование для электрошлаковой плавки под высоким давлением. Для массового производства стали в других агрегатах, в частности в конвертерах и дуговых электропечах, такой способ не может быть применен. Особенностью современного конвертерного и электросталеплавильного производства является то, что основные операции обработки стали, такие как раскисление, легирование, рафинирование и другие, проводят уже вне сталеплавильного агрегата, непосредственно в ковше.An attempt to use silicon nitride in steelmaking is generally known (DE 2924415, Verfahren zur Aufstickung von Stahlen mit hohen Chom - und Mangangehalten, published 23.02.1984). This patent describes the technology of introducing nitrogen into chromomanganese stainless steel using silicon nitride during electroslag remelting of the electrode under a pressure of 5-60 atm. Silicon nitride granules are continuously fed into the slag and dissolved in it. The steel electrode itself is saturated with nitrogen already from the slag melt. For good solubility of silicon nitride in the slag, its special composition with a high content of CaF 2 is proposed. Thus, 0.1 to 0.8% N can be introduced into steel. The inventors solve the problem of poor solubility of silicon nitride in a steel melt by first dissolving it in slag. And already from the slag melt, nitriding of the steel bath takes place. Such a nitrogen doping process is exceptionally slow and long, and its practical implementation requires expensive equipment for electroslag smelting under high pressure. For mass production of steel in other units, in particular in converters and electric arc furnaces, this method cannot be applied. A feature of modern converter and electric steelmaking is that the main operations of steel processing, such as deoxidation, alloying, refining and others, are carried out outside the steelmaking unit, directly in the ladle.
Испытания показали, что если куски или гранулы нитрида кремния вводить непосредственно в стальной расплав в ковше, то растворение их будет длительным, а усвоение азота крайне низким и нестабильным.Tests have shown that if pieces or granules of silicon nitride are introduced directly into the steel melt in the ladle, then their dissolution will be long and the assimilation of nitrogen is extremely low and unstable.
Весьма неожиданным решением проблемы легирования стали в ковше при помощи нитрида кремния явилось использование не отдельно нитрида кремния, а композиционного материала на его основе. Причем такая композиционная лигатура должна состоять из небольших частиц нитрида кремния, связанных друг с другом металлической связкой. При этом наилучшим вариантом такой связки оказался ферросилицидный сплав, состоящий из кремния, силицидов железа и/или железа и концентрация которого может изменяться в пределах 20-50%.A very unexpected solution to the problem of alloying steel in a ladle with silicon nitride was to use not only silicon nitride, but a composite material based on it. Moreover, such a composite ligature should consist of small particles of silicon nitride bonded to each other by a metal bond. In this case, the best option for such a binder was a ferrosilicon alloy consisting of silicon, silicides of iron and / or iron, and the concentration of which can vary between 20-50%.
Важным является также то, что такой композиционный легирующий материал на основе нитрида кремния является пористым, причем экспериментально было найдено, что наилучшие результаты при эксплуатации показывает композиция с пористостью 20-60%.It is also important that such a composite alloying material based on silicon nitride is porous, and it was experimentally found that the best results during operation are shown by a composition with a porosity of 20-60%.
Выбор связки для нитрида кремния в виде кремния, силицидов железа и/или железа обусловлен рядом факторов. Во-первых, такой сплав исключительно хорошо и быстро растворяется в стальном расплаве благодаря низкой температуре плавления и положительному тепловому эффекту растворения. Во-вторых, такую связку легко можно получить азотированием хорошо доступных сплавов ферросилиция и кремния. И, наконец, предлагаемый состав связующей экологически безопасен, а сама композиционная лигатура может длительное время храниться, полностью сохраняя состав и свойства.The choice of a binder for silicon nitride in the form of silicon, silicides of iron and / or iron is due to several factors. Firstly, such an alloy dissolves exceptionally well and quickly in a steel melt due to its low melting point and the positive thermal dissolution effect. Secondly, such a bundle can easily be obtained by nitriding well-known alloys of ferrosilicon and silicon. And, finally, the proposed binder composition is environmentally friendly, and the composite ligature itself can be stored for a long time, fully preserving the composition and properties.
В качестве ферросилицидной связки в предлагаемом техническом решении кремний, силициды железа и железо могут использоваться каждый в отдельности. Азотсодержащая лигатура составов нитрид кремния-кремний, нитрид кремния-силициды железа и нитрид кремния-железо может успешно использоваться в предлагаемом способе выплавки стали для решения задачи, поставленной в изобретении. Кремний, силициды железа и железо имеют сравнительно невысокую температуру плавления и способствуют более быстрому растворению в стальном расплаве тугоплавкого нитрида кремния. При использовании двухкомпонентной ферросилицидной связки, например, состоящей из кремния и силицидов железа, силицидов железа и железа, удается несколько повысить скорость растворения азотсодержащей лигатуры за счет снижения температуры плавления в результате образования легкоплавких эвтектик. Однако, как показали исследования, наилучшие результаты достигаются при решении поставленной задачи при использовании азотсодержащей лигатуры на основе нитрида кремния с ферросилицидной связкой одновременно, включающей все три компонента: кремний, силициды железа и железо.As a ferrosilicidal binder in the proposed technical solution, silicon, iron silicides and iron can be used individually. Nitrogen-containing alloys of the compositions of silicon nitride-silicon, silicon nitride-iron silicides and silicon nitride-iron can be successfully used in the proposed method of steelmaking to solve the problem posed in the invention. Silicon, iron silicides, and iron have a relatively low melting point and contribute to faster dissolution of refractory silicon nitride in a steel melt. When using a two-component ferrosilicidal binder, for example, consisting of silicon and iron silicides, iron silicides and iron, it is possible to slightly increase the dissolution rate of nitrogen-containing ligatures due to lower melting points as a result of the formation of low-melting eutectics. However, studies have shown that the best results are achieved when solving the problem when using a nitrogen-containing ligature based on silicon nitride with a ferrosilicidal binder at the same time, including all three components: silicon, iron silicides and iron.
Концентрация ферросилицидной связки в композиционном легирующем материале на основе нитрида кремния, используемом во время выплавки стали, микролегированной азотом, находится в пределах 20-50%. Такие пределы были выбраны из условия быстрого растворения композиционной лигатуры в стальном расплаве при высоком и стабильном усвоении азота и при минимальном расходе самой лигатуры. Наименьшее содержание связующего компонента (20%) выбрано из условия хорошей и быстрой растворимости азотсодержащей лигатуры в расплаве, а наибольшее (50%) - из условия сохранения в ней высокой концентрации нитрида кремния, а значит, и азота. При этом соотношение компонентов внутри ферросилицидной связки может изменяться в самых широких пределах.The concentration of the ferrosilicidal binder in the composite alloying material based on silicon nitride used during the smelting of steel microalloyed with nitrogen is in the range of 20-50%. Such limits were chosen from the condition of rapid dissolution of the composite ligature in the steel melt with high and stable assimilation of nitrogen and with a minimum consumption of the ligature itself. The smallest content of the binder component (20%) was selected from the condition of good and fast solubility of the nitrogen-containing ligature in the melt, and the largest (50%) was chosen from the condition that it retains a high concentration of silicon nitride, and hence nitrogen. In this case, the ratio of the components within the ferrosilicidal ligament can vary within the widest range.
В предлагаемом техническом решении получение исходного стального расплава можно осуществлять в сталеплавильных агрегатах любых известных типов: мартеновских печах, конвертерах, электропечах и др. Однако, с экономической точки зрения наиболее эффективно применение конвертеров или дуговых электропечей. Причем дуговые электропечи целесообразно использовать для выплавки стали с максимальной концентрацией азота.In the proposed technical solution, the initial steel melt can be obtained in steelmaking units of any known types: open-hearth furnaces, converters, electric furnaces, etc. However, from an economic point of view, the use of converters or arc electric furnaces is most effective. Moreover, electric arc furnaces should be used for steelmaking with a maximum nitrogen concentration.
В предпочтительных вариантах выполнение изобретения количество компонентов связки должно находиться в следующих пределах, мас.%:In preferred embodiments, the implementation of the invention, the number of components of the ligament should be in the following ranges, wt.%:
Оптимальным же составом ферросилицидной связки и всей лигатуры является, мас.%:The optimal composition of the ferrosilicidal ligament and the entire ligature is, wt.%:
Пористость предлагаемого для выплавки азотсодержащей микролегированной стали композиционного легирующего материала на основе нитрида кремния составляет 20-60%. Такие пределы по пористости предложены из условия достижения оптимальной продолжительности растворения. При пористости менее 20% практически исчезает открытая пористость, контакт расплава с поверхностью лигатуры резко сокращается, и интенсивность растворения сильно уменьшается. При увеличении пористости свыше 60% уменьшается степень усвоения азота расплавом вследствие чрезмерной низкой плотности и прочности композиционной лигатуры, а также вследствие образования большого количества мелкодисперсного порошка. В предпочтительных вариантах выполнения изобретения пористость должна находиться в пределах 26-54%, оптимально - 32-48%.The porosity of the composite alloying material based on silicon nitride for the smelting of nitrogen-containing microalloyed steel is 20-60%. Such porosity limits are proposed from the condition of achieving the optimal dissolution time. With a porosity of less than 20%, open porosity practically disappears, the contact of the melt with the surface of the ligature is sharply reduced, and the intensity of dissolution is greatly reduced. With an increase in porosity of more than 60%, the degree of assimilation of nitrogen by the melt decreases due to excessive low density and strength of the composite ligature, as well as due to the formation of a large amount of fine powder. In preferred embodiments of the invention, the porosity should be in the range of 26-54%, optimally 32-48%.
Предлагаемый способ выплавки стали, микролегированной азотом, позволяет осуществлять обработку стального расплава в ковше композиционным легирующим материалом на основе нитрида кремния в любом виде: кусковом, брикетированном, порошкообразном, смеси с другими материалами, а также в виде наполнителя порошковой проволоки. Однако, как показали испытания, наилучшим вариантом использования композиционной азотсодержащей лигатуры с технологической точки зрения являются введения в виде кусков, в виде порошка и/или в виде порошковой проволоки. Причем в ряде случаев, например для достижения максимальной концентрации азота, возможно одновременное использование азотсодержащей лигатуры трех видов: и в виде кусков, и в виде порошка, и в виде порошковой проволоки. Первичная концентрация азота задается при помощи кусковой лигатуры, далее основное количество азота вводится путем вдувания в стальной расплав порошковой лигатуры и, при необходимости, окончательная корректировка состава по азоту осуществляется при помощи порошковой проволоки. В большинстве вариантов выплавки стали бывает достаточным использование двух видов азотсодержащей лигатуры, например в виде кусков и в виде порошка либо в виде кусков и в виде порошковой проволоки.The proposed method of smelting steel, microalloyed with nitrogen, allows the steel melt to be treated in the ladle with a composite alloying material based on silicon nitride in any form: lump, briquetted, powder, mixture with other materials, as well as in the form of a filler of flux-cored wire. However, as tests have shown, the best use of a composite nitrogen-containing ligature from a technological point of view is the introduction in the form of pieces, in the form of a powder and / or in the form of a flux-cored wire. Moreover, in some cases, for example, to achieve the maximum nitrogen concentration, it is possible to simultaneously use nitrogen-containing ligatures of three types: in the form of pieces, and in the form of a powder, and in the form of a flux-cored wire. The primary nitrogen concentration is set using lump ligatures, then the main amount of nitrogen is introduced by injection of a powder ligature into the steel melt and, if necessary, the final adjustment of the composition with respect to nitrogen is carried out using a flux-cored wire. In most steelmaking options, it is sufficient to use two types of nitrogen-containing ligatures, for example in the form of pieces and in the form of powder or in the form of pieces and in the form of flux-cored wire.
Предпочтительным же является вариант способа выплавки стали, микролегированной азотом, при котором азотсодержащая легирующая композиция присаживается в стальной расплав в виде кусков разрезом 1-30 см, которые задают на дно ковша перед разливкой и/или непосредственно в ковш во время разливки. При этом количество задаваемого материала определяется из условия введения в стальной расплав 0,002-0,009% N. В общем случае часть азотсодержащей лигатуры можно задавать на дно ковша перед разливкой, а оставшуюся часть лигатуры вводить непосредственно во время разливки. Такой режим выплавки целесообразно применять для достижения максимальных концентраций азота. При получении в стали сравнительно небольших концентраций азота бывает достаточно использования только одного приема: либо введение кусков лигатуры на дно ковша перед разливкой, либо введение их непосредственно во время разливки.Preferred is a variant of the method of smelting steel, microalloyed with nitrogen, in which the nitrogen-containing alloying composition sits in the steel melt in the form of pieces with a cut of 1-30 cm, which are set to the bottom of the ladle before casting and / or directly into the ladle during casting. The amount of material to be specified is determined from the condition of introducing 0.002-0.009% N into the steel melt. In the general case, part of the nitrogen-containing ligature can be set to the bottom of the ladle before casting, and the remaining part of the ligature can be introduced directly during casting. This mode of smelting is advisable to apply to achieve maximum concentrations of nitrogen. When relatively small concentrations of nitrogen are obtained in steel, it is sufficient to use only one technique: either introducing ligature pieces to the bottom of the ladle before casting, or introducing them directly during casting.
Другим предпочтительным вариантом предлагаемого способа является введение композиционного легирующего материала на основе нитрида кремния в виде порошка с размером частиц не более 0,315 мм, который вдувают в стальной расплав с помощью газового потока, состоящего из аргона и/или азота.Another preferred variant of the proposed method is the introduction of a composite alloying material based on silicon nitride in the form of a powder with a particle size of not more than 0.315 mm, which is blown into the steel melt using a gas stream consisting of argon and / or nitrogen.
При обработке стального расплава в ковше композиционным легирующим материалом на основе нитрида кремния на стадии корректировки состава предпочтительно азотирование осуществлять при помощи порошковой проволоки диаметром 9-16 мм с коэффициентом заполнения 35-70%. Такую проволоку необходимо вводить с помощью трайб-аппарата со скоростью 0,5-5 м/с из расчета введения в сталь 0,001-0,012% N. Наилучшим вариантом реализации изобретения является использование порошковой проволоки диаметром 14 мм с коэффициентом заполнения 45-60%, которая вводится в стальной расплав со скоростью 1,0-4,0 м/с из расчета введения в стальной расплав 0,002-0,008% N.When treating the steel melt in the ladle with a silicon alloy nitride composite alloying material at the stage of composition adjustment, nitriding is preferably carried out using flux-cored wire with a diameter of 9-16 mm with a fill factor of 35-70%. Such a wire must be introduced using a tribamer at a speed of 0.5-5 m / s based on the introduction of 0.001-0.012% N into steel. The best embodiment of the invention is the use of flux-cored wire with a diameter of 14 mm with a fill factor of 45-60%, which introduced into the steel melt at a speed of 1.0-4.0 m / s based on the introduction of 0.002-0.008% N into the steel melt
В ряде случаев оптимальным вариантом выполнения предлагаемого технического решения является стадийное азотирование, а именно первоначально композиционный легирующий материал используют в виде кусков размером 1-30 мм, которые задают на дно ковша перед разливкой из расчета введения в стальной расплав 0,003-0,008% N, с последующей корректировкой состава порошковой проволокой диаметром 14 мм, коэффициентом заполнения 50-56% из расчета введения 0,002-0,007% N.In some cases, the optimal embodiment of the proposed technical solution is stage nitriding, namely, initially the composite alloying material is used in the form of pieces 1-30 mm in size, which are set to the bottom of the ladle before casting, based on the introduction of 0.003-0.008% N into the steel melt, followed by composition adjustment by flux-cored wire with a diameter of 14 mm, filling factor 50-56% based on the introduction of 0.002-0.007% N.
Предлагаемый способ выплавки стали, микролегированной азотом, может быть реализован при производстве стали, концентрация азота в которой может изменяться в широких пределах от 0,005 до 0,1 и даже более процентов. Однако в предпочтительных случаях выполнения изобретения новое техническое решение целесообразно применять для выплавки стали, содержащей 0,006-0,030% N.The proposed method for smelting steel microalloyed with nitrogen can be implemented in the production of steel, the nitrogen concentration in which can vary over a wide range from 0.005 to 0.1 and even more percent. However, in preferred cases of carrying out the invention, a new technical solution is advisable to use for smelting steel containing 0.006-0.030% N.
Используя новый способ выплавки стали, микролегированной азотом, можно производить самые различные марки азотсодержащей стали. В предпочтительных вариантах реализации способа целесообразно выплавлять анизотропную электротехническую сталь, содержащую 0,006-0,014% азота, высокопрочную низколегированную сталь, содержащую 0,008-0,025% N, рельсовую сталь, содержащую 0,007-0,022% азота. Наилучшим вариантом выполнения предлагаемого решения является применение его для выплавки анизотропной электротехнической стали, содержащей 0,007-0,012% N, 0,02-0,06% С, 2,6-3,6% Si, 0,10-0,50% Mn, 0,2-0,7% Cu, 0,01-0,03% Al, остальное железо и примеси; или для выплавки высокопрочной низколегированной стали, содержащей 0,012-0,020% N, 0,05-0,25% С, 0,1-1,0% Si, 0,4-2,1% Mn, 0,01-0,05% Al, 0,1-0,5% Cu, 0,005-0,15% P, 0,005-0,03% Ti, 0,005-0,2% V и/или 0,005-0,02% Nb, остальное железо и примеси; или рельсовой стали, содержащей 0,008-0,020% N, 0,65-1,15% С, 0,2-0,6% Si, 0,6-1,8% Mn, 0,1-0,6% Cr, 0,01-0,25% Ni, 0,05-0,15% V, 0,0005-0,005% Са, остальное железо и примеси.Using a new method of smelting steel microalloyed with nitrogen, it is possible to produce a wide variety of grades of nitrogen-containing steel. In preferred embodiments of the method, it is advisable to melt anisotropic electrical steel containing 0.006-0.014% nitrogen, high-strength low alloy steel containing 0.008-0.025% N, rail steel containing 0.007-0.022% nitrogen. The best option for implementing the proposed solution is to use it for the smelting of anisotropic electrical steel containing 0.007-0.012% N, 0.02-0.06% C, 2.6-3.6% Si, 0.10-0.50% Mn 0.2-0.7% Cu, 0.01-0.03% Al, the rest is iron and impurities; or for smelting high-strength low-alloy steel containing 0.012-0.020% N, 0.05-0.25% C, 0.1-1.0% Si, 0.4-2.1% Mn, 0.01-0, 05% Al, 0.1-0.5% Cu, 0.005-0.15% P, 0.005-0.03% Ti, 0.005-0.2% V and / or 0.005-0.02% Nb, the rest is iron and impurities; or rail steel containing 0.008-0.020% N, 0.65-1.15% C, 0.2-0.6% Si, 0.6-1.8% Mn, 0.1-0.6% Cr , 0.01-0.25% Ni, 0.05-0.15% V, 0.0005-0.005% Ca, the rest is iron and impurities.
На примере получения анизотропной электротехнической стали с нитридным вариантом ингибирования марки 0400Д рассмотрим подробнее предлагаемый способ выплавки стали, микролегированной азотом. В соответствии с техническими условиями содержание азота и других легирующих элементов должно находиться в следующих пределах: 0,009-0,013% N, 0,025-0,035% C, 3,05-3,30% Si, 0,15-0,30% Mn, 0,40-0,55% Cu, 0,013-0,017% Al, остальное железо и неизбежные примеси.Using the example of producing anisotropic electrical steel with a nitride variant of inhibition of the 0400D grade, let us consider in more detail the proposed method for smelting steel microalloyed with nitrogen. In accordance with the technical conditions, the content of nitrogen and other alloying elements should be in the following limits: 0.009-0.013% N, 0.025-0.035% C, 3.05-3.30% Si, 0.15-0.30% Mn, 0 , 40-0.55% Cu, 0.013-0.017% Al, the rest is iron and inevitable impurities.
Сталь выплавляли в кислородном конвертере объемом 385 т. Исходная завалка состояла из 100 т металлолома с добавкой 1,8 т меди также в виде лома, которую заливали 300 т жидкого чугуна, содержащего 4,1% С, 0,43% Si, 0,14% Mn, 0,015% S, 0,039% P. Продувку кислородом осуществляли в два приема с интенсивностью 1250-1400 м3/мин с общим расходом 4000 м3. Температура металла перед его выпуском из конвертера составила 1670°С. Во время выпуска расплава в ковш, на дно которого было уложено 80 кг кускового легирующего материала на основе нитрида кремния состава 1,2% Si, 34,0% (Fe-Si), 1,9% Fe, 61,7% Si3N4 и 1,9% примесей (Al, Ca, S, P, С и др.), присаживали 18 т ферросилиция марки ФС65. Таким количеством лигатуры в стальной расплав было введено 0,0051% N. Для снижения содержания серы после подачи ферросилиция в ковш ввели 2,5 т извести. После этого металл в ковше продували аргоном в течение 8 мин с целью полного растворения ферросилиция и уравнивания состава стали по объему. В результате этой процедуры температура расплава составила 1640°С. Далее определялся химический состав металла и проводилась его корректировка путем присадки силикомарганца, ферросилиция, медного лома и алюминиевой катанки. Корректировку состава по азоту осуществляли порошковой проволокой диаметром 14 мм с коэффициентом заполнения 54% в количестве 90 кг (48,6 кг наполнителя). Состав наполнителя: нитрид кремния 50,0%, кремний 6,8%, силициды железа 31,9%, железо 10,0%, остальное 1,3% - примеси. Порошковую проволоку вводили с помощью трайб-апарата со скоростью 2 м/с. Расход порошковой проволоки составил 0,23 кг/т или 0,12 кг/т в пересчете на наполнитель. Количество введенного в ковш азота составило 0,005% N.Steel was smelted in an oxygen converter with a volume of 385 tons. The initial filling consisted of 100 tons of scrap metal with the addition of 1.8 tons of copper also in the form of scrap, which was poured into 300 tons of molten iron containing 4.1% C, 0.43% Si, 0, 14% Mn, 0.015% S, 0.039% P. Oxygen was flushed in two stages with an intensity of 1250-1400 m 3 / min with a total flow rate of 4000 m 3 . The temperature of the metal before its release from the converter was 1670 ° C. During the release of the melt into the bucket, on the bottom of which 80 kg of bulk alloy material based on silicon nitride of 1.2% Si, 34.0% (Fe-Si), 1.9% Fe, 61.7% Si 3 N 4 and 1.9% of impurities (Al, Ca, S, P, C, etc.), 18 tons of FS65 grade ferrosilicon were planted. With this amount of ligature, 0.0051% N was introduced into the steel melt. To reduce the sulfur content after feeding ferrosilicon, 2.5 tons of lime were introduced into the ladle. After that, the metal in the ladle was purged with argon for 8 min in order to completely dissolve the ferrosilicon and equalize the steel composition in volume. As a result of this procedure, the melt temperature was 1640 ° C. Next, the chemical composition of the metal was determined and its correction was carried out by the addition of silicomanganese, ferrosilicon, copper scrap and aluminum wire rod. The composition was adjusted for nitrogen by cored wire with a diameter of 14 mm with a fill factor of 54% in the amount of 90 kg (48.6 kg of filler). The composition of the filler: silicon nitride 50.0%, silicon 6.8%, iron silicides 31.9%, iron 10.0%, the rest 1.3% impurities. The flux-cored wire was introduced using a tribameter at a speed of 2 m / s. The flux-cored wire consumption was 0.23 kg / t or 0.12 kg / t in terms of filler. The amount of nitrogen introduced into the bucket was 0.005% N.
После корректировки состава ковш с металлом устанавливался для вакуумирования с целью снижения концентрации водорода и других летучих примесей. Вакуумная обработка осуществлялась в течение 10 мин. Далее металл подавался на разливку. Окончательное содержание азота в стали составило 0,0093%.After adjusting the composition, the bucket with the metal was installed for evacuation in order to reduce the concentration of hydrogen and other volatile impurities. Vacuum treatment was carried out for 10 minutes Next, the metal was fed to the casting. The final nitrogen content in the steel was 0.0093%.
Таким образом, предлагаемый способ выплавки стали, микролегированной азотом, в частности анизотропной электротехнической, позволяет получать марочное содержание азота. При этом по сравнению со способом-прототипом расход легирующего материала снизился более чем в 2,7 раза, а продолжительность плавки сократилась на время, затрачиваемое на продувку расплава азотом. Кроме того, в сталь не было привнесено 0,065% хрома, нежелательной для этой марки стали примеси.Thus, the proposed method of smelting steel, microalloyed with nitrogen, in particular anisotropic electrical, allows you to get a branded nitrogen content. Moreover, in comparison with the prototype method, the consumption of alloying material decreased by more than 2.7 times, and the duration of the smelting was reduced by the time taken to purge the melt with nitrogen. In addition, 0.065% chromium was not introduced into the steel, impurities undesirable for this grade of steel.
Другие примеры выполнения изобретения представлены в таблице.Other examples of the invention are presented in the table.
Claims (17)
при этом азотсодержащая лигатура имеет пористость от 20 до 60%.1. A method of smelting steel microalloyed with nitrogen, including obtaining the initial steel melt in the steelmaking unit and releasing it into the ladle, processing the said melt in the ladle by introducing deoxidizers and alloying materials, including nitrogen-containing, purging with argon, vacuum, adjusting the composition of the steel melt and its casting, characterized in that as the alloying nitrogen-containing material using a nitrogen-containing ligature based on silicon nitride with a ferrosilicidal binder consisting of cre mniya, silicides of iron and / or iron, in the following ratio of components, wt.%:
while the nitrogen-containing ligature has a porosity of from 20 to 60%.
при этом азотсодержащая лигатура имеет пористость 26-54%.3. The method according to claim 1, characterized in that the nitrogen-containing ligature contains components in the following ratio, wt.%:
while the nitrogen-containing ligature has a porosity of 26-54%.
при этом азотсодержащая лигатура имеет пористость 32-48%.4. The method according to claim 1, characterized in that the nitrogen-containing ligature contains components in the following ratio, wt.%:
while the nitrogen-containing ligature has a porosity of 32-48%.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008125585/02A RU2389801C2 (en) | 2008-06-23 | 2008-06-23 | Procedure for melting steel micro alloyed with nitrogen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008125585/02A RU2389801C2 (en) | 2008-06-23 | 2008-06-23 | Procedure for melting steel micro alloyed with nitrogen |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008125585A RU2008125585A (en) | 2009-12-27 |
| RU2389801C2 true RU2389801C2 (en) | 2010-05-20 |
Family
ID=41642601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008125585/02A RU2389801C2 (en) | 2008-06-23 | 2008-06-23 | Procedure for melting steel micro alloyed with nitrogen |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2389801C2 (en) |
-
2008
- 2008-06-23 RU RU2008125585/02A patent/RU2389801C2/en active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008125585A (en) | 2009-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102071287A (en) | Method for melting high-temperature-resistance and high-pressure-resistance alloy steel | |
| JP2018034189A (en) | Sulfur-added steel continuous casting nozzle block preventing method | |
| JP5406516B2 (en) | Method for producing high nitrogen content stainless steel | |
| JP5971484B2 (en) | Melting method of high carbon steel | |
| RU2389801C2 (en) | Procedure for melting steel micro alloyed with nitrogen | |
| RU2394107C2 (en) | Procedure for alloying steel with nitrogen | |
| RU2471601C1 (en) | Ceramic flux | |
| JP5266903B2 (en) | Method for producing Mn alloy | |
| JP2010132982A (en) | Method of denitrizing molten steel | |
| RU2382086C1 (en) | Manufacturing method of boron steel | |
| RU2365630C1 (en) | Method of secondary treatment of steel in ladle (versions) | |
| RU2219249C1 (en) | Off-furnace steel treatment in ladle | |
| RU2637194C1 (en) | Method of ladle treatment of alloyed steels | |
| RU2415180C1 (en) | Procedure for production of rail steel | |
| RU2461635C1 (en) | Method of steel out-of-furnace processing by calcium | |
| RU2392333C1 (en) | Method of low-carbon steel production | |
| RU2241046C2 (en) | Method for recrement foaming in steel manufacturing by using calcium nitrate | |
| RU2394918C2 (en) | Procedure for melting and degassing rail steel | |
| RU2608010C1 (en) | Method of steel making in electric arc furnace | |
| RU2233339C1 (en) | Method of making steel | |
| RU2069232C1 (en) | Method of producing | |
| RU2206625C1 (en) | Method of treatment of steel in ladle | |
| JPH03502361A (en) | Manufacturing method of general-purpose steel | |
| RU2681961C1 (en) | Method of producing extremely low-carbon steel | |
| KR100554739B1 (en) | Method for Producing Molten steel with High Calcium Content |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20210611 |