RU2688015C1 - Способ получения железоуглеродистых сплавов в металлургических агрегатах различного функционального назначения - Google Patents
Способ получения железоуглеродистых сплавов в металлургических агрегатах различного функционального назначения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2688015C1 RU2688015C1 RU2018110657A RU2018110657A RU2688015C1 RU 2688015 C1 RU2688015 C1 RU 2688015C1 RU 2018110657 A RU2018110657 A RU 2018110657A RU 2018110657 A RU2018110657 A RU 2018110657A RU 2688015 C1 RU2688015 C1 RU 2688015C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- iron
- silicon
- melting
- mixture
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N methylidyneiron Chemical compound [C].[Fe] QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 36
- 229910001339 C alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 66
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 60
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 60
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 50
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 50
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 50
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 49
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 27
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 24
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 20
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 28
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 25
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 20
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 19
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 5
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 3
- 238000009847 ladle furnace Methods 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 21
- 238000005275 alloying Methods 0.000 abstract description 13
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 9
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 4
- 238000009851 ferrous metallurgy Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 41
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005255 carburizing Methods 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 4
- 229910001021 Ferroalloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 3
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000519 Ferrosilicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 239000004484 Briquette Substances 0.000 description 1
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000015943 Coeliac disease Diseases 0.000 description 1
- 229910001060 Gray iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000954 Medium-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000805 Pig iron Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 SiC compound Chemical class 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001062472 Stokellia anisodon Species 0.000 description 1
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 239000000320 mechanical mixture Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000012254 powdered material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
- C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C37/00—Cast-iron alloys
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Abstract
Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к получению железоуглеродистых сплавов в металлургических агрегатах. Способ включает загрузку металлической части шихты, плавление и слив железоуглеродистого расплава из плавильной печи с доводкой металла по химическому составу смесью, содержащей кремний и углерод, при этом используют смесь из карбидкремнийсодержащего материала с содержанием SiC не менее 70% в количестве 0,5-99,8 мас. % и углеродсодержащего материала в количестве 0,2-99,5 мас. %, которую для науглероживания, легирования и раскисления подают на различных технологических этапах получения железоуглеродистого расплава в количестве, определяемом выражением, причем упомянутую смесь подают в период завалки и плавления металлической шихты, при сливе железоуглеродистого расплава из плавильной печи в разливочный ковш или печь-ковш. Изобретение позволяет усовершенствовать производство железоуглеродистых сплавов за счет корректировки технологии выплавки и ковшевой обработки для получения заданных марочных сплавов с заранее установленными свойствами и регламентируемым содержанием кремния и углерода. 3 з.п. ф-лы, 3 табл.
Description
Область техники
Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к получению железоуглеродистых сплавов в металлургических агрегатах различного функционального назначения.
Уровень техники
Известно техническое решение на материал раскислителя для сталей "Комплексный раскислитель стали на основе кускового карбида кремния" (патент № RU 2631570, С21С 7/06, С22В 1/243). Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для раскисления и легирования железоуглеродистых сплавов кремнием и углеродом. В качестве материала используют кусковой карбид кремния (SiC) с фракцией более 1 мм и его брикетированный отсев фракции менее 1 мм с конечным содержанием в брикетах основного элемента SiC 70-90%. Данное изобретение позволяет только снизить себестоимость производства стали и чугуна за счет замены ферросилиция отсевами фракций карбида кремния, который по техническим характеристикам превосходит ферросилиций, т.к. содержит до 30% общего углерода и существенно повышает усвоение кремния в металле.
Недостатком данного изобретения является использование только карбида кремния, что делает невозможным варьирование соотношения C/Si и значительно сужает сортамент обрабатываемых сталей. Применение крупных фракций комплексного раскислителя стали на основе кускового карбида кремния, а так же его отсевов в брикетированном виде не позволяет использовать данный материал для раскисления шлака.
Известно технологическое решение - способ обработки стали в ковше с целью предотвращения насыщения стали газами в процессе внепечной обработки раскислителями и уменьшение содержания неметаллических включений в стали. «Способ внепечной обработки стали в ковше» (патент №RU 2219249, С21С 7/00, С21С 7/06, 20.12.2003). Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к внепечной обработке выплавленной стали в ковше при помощи комплексных раскислителей. Способ внепечной обработки стали в ковше включает выпуск расплава из сталеплавильного агрегата в ковш, подачу в ковш, в процессе выпуска расплава раскислителя, легирующих и шлакообразующих материалов. В качестве раскислителя используют карбид кремния с фракцией 0,1-10 мм, содержащий 80-90 мас. % чистого карбида кремния, 2-5 мас. % свободного углерода, остальное примеси. Раскислитель подают в процессе выпуска с расходом 1-5 кг/т расплава по зависимости: Q1=K1(C2-C1)/(Si2-Si1). После выпуска дополнительно подают комплексный раскислитель в пределах 0,2-0,4 кг/т расплава и алюминий с расходом в пределах 0,1-1,5 кг/т расплава. Раскислитель подают по зависимости: Q1=K2(C2-C1)/(Si2-Si1), где Q1 - расход комплексного раскислителя в процессе выпуска, кг/т; Q2 - расход комплексного раскислителя после выпуска, кг/т; C1 и С2 - содержание углерода в расплаве при начале выпуска и необходимое содержание углерода в готовой стали, мас. %; Si1 и Si2 - содержание кремния при начале выпуска и необходимое содержание кремния в готовой стали, мас. %; K1 и K2 - эмпирические коэффициенты, равные 1,6-10,0 и 0,33-8,0 соответственно, кг/т. Затем расплав легируют алюминием в виде катанки с расходом в пределах 0,3-0,7 кг/т расплава и продувают аргоном в течение 1-15 мин с расходом 0,5-2,0 л/мин на тонну.
Недостатком указанного способа является невозможность корректировки соотношения кремний/углерод при выплавке спокойных или полуспокойных сталей, что сужает диапазон сортамента выплавляемых марок сталей и затрудняет получение марочного содержания кремния и углерода в готовой стали. Кроме того, карбид кремния по патенту №2219249 используется только как раскислитель, а не как лигатура. А так же его узконаправленность, не позволяющая использовать данный материал при завалке шихты, а также по ходу плавки и раскислении шлака. Незначительное варьирование состава смеси в пределах содержаний 80-90 мас. % чистого карбида кремния и 2-5 мас. % свободного углерода значительно сужает сортамент производимых марок сталей и снижает технологичность процесса, затрудняет получение марочного содержания кремния и углерода в готовой стали. Кроме того, карбид кремния по патенту №2219249 используется только как раскислитель, а не как лигатура, при этом никак не учитывается поведение свободного углерода. А также данный способ предполагает легирование расплава алюминием, исключая при этом другие типы ферросплавов, что может негативно отразится на морфологии неметаллических включений.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту решением является «Способ выплавки железоуглеродистых сплавов в индукционных печах» (патент № RU 2395589, С21С 1/00, С21С 1/10, 10.02.2009). Изобретение относится к черной металлургии, в частности к выплавке железоуглеродистых сплавов в индукционных печах. Способ позволяет выплавить железоуглеродистые сплавы с заранее заданными свойствами и марочным содержанием кремния и углерода в расплаве с возможностью гибкой корректировки его химического состава.
Недостатком данного изобретения является то, что способ обеспечивает получение заданных свойств железоуглеродистых сплавов только при индукционной плавке. Отсутствие в прототипе учета физико-химического состояния металла и шлака не позволяет получить заданное содержания кислорода (О) в металле и (FeO) в шлаке.
Раскрытие изобретения
Технической задачей данного изобретения является усовершенствование способов производства железоуглеродистых сплавов в различных металлургических агрегатах за счет корректировки технологии выплавки и ковшевой обработки с целью получение заданных марочных сплавов различного функционального назначения с заранее установленными свойствами и регламентируемым содержанием кремния и углерода. Достижение управления химическим составом на разных стадиях технологического процесса с возможностью гибкой корректировки содержания кремния и углерода, а также обеспечение регламентированного содержания кислорода (О) в металле и (FeO) в шлаке в зависимости от физико-химического состояния системы.
Указанный технический результат достигают тем, что способ получения железоуглеродистых сплавов в металлургических агрегатах различного функционального назначения, включает загрузку металлической части шихты, ввод в ванну печи неметаллических материалов, включая углеродсодержащие и шлакообразующие материалы, плавление, легирование и раскисление металла и шлака, выпуск железоуглеродистого расплава из плавильного агрегата в «печь-ковш» или разливочный ковш с доводкой металла по химическому составу по кремнию и углероду, с последующим окончательным раскислением, при этом в качестве неметаллической части шихты используют комплексную смесь из карбидкремний-содержащего материала чистотой не менее 70% SiC в колличестве 0,5-99,8 мас. % и углерод-содержащего материала 0,2-99,5 мас. %, при значениях углеродного модуля CΣ:(CΣ+SiC)=0,22÷0,995, при этом комплексную смесь подают в печь для науглероживания и легирования в количестве, определяемом выражением:
M=K[m×(Cзад-Cн)/Cсм+n×(Siзад-Siн)/Siсм],
где М - масса комплексной смеси, задаваемой в агрегат на различных этапах плавки, кг/т;
K - эмпирический коэффициент характеризующий количество металла (0,1-10), кг/т;
m, n - эмпирические коэффициенты окислительно-восстановительных процессов, происходящих в расплаве и шлаке по ходу плавки (0,2-0,97) и (0,1-1,1) соответственно;
Сзад, Siзад - заданное содержание углерода и кремния в металлической части, масс. %;
Cн, Siн - начальное содержание углерода и кремния в металлической части для данного процесса, масс. %;
Ccм, Siсм - суммарное содержание активного углерода и приведенное содержание активного кремния SiC в комплексной смеси, масс. %.
Причем комплексную смесь задают в брикетированном виде: в виде цилиндров, или торов, или кубов. Комплексную смесь применяют в качестве легирующего компонента. При этом комплексную смесь задают на стадии выпуска железоуглеродистого расплава из плавильного агрегата в копильник, или миксер, или ковш, или в установку внепечной обработки, также комплексную смесь применяют в качестве раскислителя. Комплексную смесь применяют в качестве диффузионного раскислителя, при этом соотношение углерода и кремния для раскисления шлака задают соотношением C : Si = 0,42-290.
Реализация изобретения Заявленный способ получения железоуглеродистых сплавов в металлургических агрегатах различного функционального назначения включающий загрузку металлической части шихты, ввод неметаллических материалов, используют комплексную смесь из карбидкремний-содержащего материала (чистотой не менее 70% SiC) в колличестве 0,5-99,8 мас. % и углерод-содержащего материала 0,2-99,5 мас. %, при значениях углеродного модуля CΣ:(CΣ+SiC)=0,22+0,995, комплексную смесь подают в печь для науглероживания и легирования в количестве, определяемом выражением:
M=K[m×(Cзад-Cн)/Cсм+n×(Siзад-Siн)/Siсм],
где М - масса комплексной смеси, задаваемой в агрегат на различных этапах плавки, кг/т;
K - эмпирический коэффициент характеризующий количество металла (0,1-10),кг/т;
m, n - эмпирические коэффициенты окислительно-восстановительных процессов, происходящих в расплаве и шлаке по ходу плавки (0,2-0,97) и (0,1-1,1) соответственно;
Сзад, Siзад - заданное содержание углерода и кремния в металлической части, масс. %;
Сн, Siн - начальное содержание углерода и кремния в металлической части для данного процесса, масс. %;
Cсм, Siсм - суммарное содержание активного углерода и приведенное содержание активного кремния SiC в комплексной смеси, масс. %.
Комплексную смесь задают в брикетированном виде (в виде цилиндров, торов, кубов и других форм), комплексная смесь применяется в качестве лигатуры, комплексная смесь задается на стадии выпуска железоуглеродистого расплава из плавильного агрегата в разливочный ковш или «печь-ковш», комплексная смесь применяется в качестве раскислителя, комплексная смесь применяется в качестве диффузионного раскислителя, при этом соотношение углерода и кремния для раскисления шлака задается соотношением C : Si = 0,42-290.
Используя вышеприведенное уравнение можно подбирать любой состав смеси, исходя из конкретных производственных условий, начального и заданного содержания кремния и углерода в металле и/или металлической части шихты и степени ее окисленности.
Исходя из конкретных технологических условий производства, при которых применение порошкообразных материалов не рационально. А именно: повышенный вынос, вследствие восходящих тепловых потоков, особые требования к механическим свойствам шихты, технологические особенности подачи шихтовых материалов в металлургический агрегат, возникает необходимость использования комплексной смеси в брикетированном виде (в виде цилиндров, торов, кубов и других форм) с использованием всех типов связующих. Для данной технологии вышеуказанные зависимости также является корректными.
Применение смеси при комплексном легировании железоуглеродистых сплавов кремнием и углеродом, с обеспечением возможности получения большого диапазона сортамента выплавляемых марок сталей и чугунов в количестве, определенном эмпирической зависимостью, позволяет варьировать в широком интервале содержание кремния и углерода, исходя из их начальной концентрации в расплаве и окисленности печного шлака. Применение заявляемого материала, кроме непосредственного использования в плавильном агрегате, хорошо зарекомендовало себя на стадии выпуска железоуглеродистого расплава в разливочный ковш или «печь-ковш». Введение механической смеси или брикетов в соответствии с заявляемым выражением снижает окисленность металла и позволяет получить достаточно раскисленный металл (спокойный, полуспокойный) заданного химического состава при экономии алюминия и других ферросплавов.
Соотношение компонентов смеси C : Si = 0,42-290, при применении ее в качестве диффузионного раскислителя, зависит от содержания FeO в шлаке (окисленности металла), при этом учитывается расход SiC и С на удаление кислорода из расплава, восстановление железа из FeO с перераспределением продуктов реакции между металлом и шлаком (диффузионное раскисление).
Применение в качестве кремний-содержащего материала и углерод-содержащего материала карбидкремний-содержащего материала (SiC) позволяет комплексно легировать железоуглеродистый расплав кремнием и углеродом, а также эффективно раскислять металл и шлак. Совместное введение кремния и углерода в соединении SiC, которое является химически инертным, обеспечивает достижение заданных параметров по химсоставу. Комбинация углеродсодержащих материалов с карбидкремний-содержащим материалом обеспечивает достаточность процесса науглероживания, легирования и раскисления металла и шлака.
В качестве основных компонентов комплексной смеси выступают карбид кремния (SiC) и углеродсодержащие материалы (С) во всех технически и экономически обоснованных проявлениях.
Количество вводимой смеси или брикетов рассчитывается по заявляемой эмпирической зависимостью, исходя из физико-химических закономерностей науглероживания, легирования железоуглеродистых расплавов, раскисления металла и шлака, химического состава расплава в соответствие с требованиями нормативной документации (ГОСТы, НД и т.д.), содержания кислорода в металле и FeO в шлаке. Заявляемый способ применения комплексной смеси позволяет легировать железоуглеродистые расплавы различного функционального назначения кремнием и углеродом, как в период завалки, плавления, так и в период доводки в печи и/или при выпуске металла из печи, строго соблюдая заданное соотношение Si/C, с учетом физико-химического состояния системы. Вводимое количество смеси и соотношение компонентов в комплексной смеси (брикете) варьируется, исходя из конкретных производственных условий и содержания Si и С в металлической части шихты, расплаве и в готовом металле заданной марки стали или чугуна.
Диапазон содержания карбидкремний-содержащего материала 0,5-99,8 мас. % объясняется физико-химическими закономерностями науглероживания, легирования и раскисления железоуглеродистых расплавов кремнием и углеродом, а также технологическими особенностями производства стали или чугуна. При меньших значениях будет происходить увеличение окисленности шлака (FeO>10%) и металла, что, в свою очередь, приводит к повышенному угару легирующих компонентов (кремния, углерода, марганца). При больших значениях не будет обеспечиваться необходимый химический состав металла и снизится основность шлака. Карбид кремния чистотой выше 99,8 мас. % применяется при производстве огнеупоров и абразивов и имеет более высокую стоимость, что снижает его практическую применимость для целей, заявленных в данном способе.
Диапазон значений содержания углеродсодержащего материала 0,2-99,5 мас. %, обеспечивает высокую и стабильную науглероживающую способность смеси. При содержании в смеси углеродсодержащего материала менее 0,2% науглероживающая способность ее снижается. При содержании углерод-содержащего материала более 99,5 мас. % снижается раскислительная способность смеси и экономическая эффективность из-за высокой стоимости особо чистого углерода или графита.
Эмпирический коэффициент К, характеризующий количество металла (0,1-10),кг/т и связывает металлическую часть шихты с неметаллической (шлаковой). При значении коэффициента менее 0,1 кг/т не достигается технический результат, легирующие и раскисляющие свойства смеси нивелируются. При значении коэффициента более 10 кг/т содержание кремния и углерода выходят за пределы марочного состава.
m,n - эмпирические коэффициенты окислительно-восстановительных процессов, происходящих в расплаве и шлаке по ходу плавки (0,2-0,97) и (0,1-1,1) соответственно, определяются физико-химическими процессами происходящими в системе при получении железоуглеродистых сплавов в различных плавильных агрегатах, а также термодинамикой взаимодействия кремния и углерода с расплавами, футеровкой и печной атмосферой, химическим составом, температурой и степенью перемешивания расплава. Вышеуказанный диапазон коэффициентов определен многочисленными исследованиями степени усвоения углерода и кремния железоуглеродистыми расплавами на различных этапах плавки. Эмпирические коэффициенты устанавливаются на каждом производстве отдельно, исходя из конкретных условий производственного процесса.
Предлагаемая комплексная смесь и способы получения железоуглеродистых сплавов в металлургических агрегатах различного функционального назначения с ее использованием разработаны соавторами.
Различные варианты технологии получения железоуглеродистых сплавов в различных металлургических агрегатах с применением комплексных смесей и брикетов опробованы ООО «НПФ АМЮС» в лабораторных и промышленных условиях на предприятиях машиностроительного и металлургического комплексов.
Ниже приведены примеры осуществления изобретения, не исключающие другие варианты использования заявляемого изобретения в пределах формулы изобретения.
Примеры.
С целью определения легирующего эффекта углеродом и кремнием по заявляемому способу проводились опытные плавки железоуглеродистых сплавов в 25-ти тонной дуговой печи (ДСП-25) с основной футеровкой, в электродуговой печи садкой 5 тонн (ДСП-5А) с кислой футеровкой и в индукционных тигельных печах средней частоты емкостью 4000 кг с кислой футеровкой.
Опыты проводились на низко- и среднеуглеродистых марках стали 25Г, 20Л, Ст40 и сером чугуне марок СЧ18, 22, 25.
Шихтовые материалы при выплавке стали составляли, исходя из содержания углерода по расплавлению, превышающий нижний марочный предел на 0,3%, для других стадий процесса получения стали и чугуна, исходя из их среднемарочного содержания углерода и кремния. В качестве шихты применяли лом стали 1А, 2А (ГОСТ 2787-88), чугун передельный ПЛ1, ПЛ2 (ГОСТ 805-95), возврат собственного производства (литники, брак). После расплавления металлошихты отбирали пробу на экспресс-химический анализ. В опытах (Примеры - 1-9) легирование осуществлялось при сливе металла из печи в ковш. В опытах (Примеры - 10-27) комплексная смесь давалась в завалку.
Все данные опытных плавок приведены в таблицах 1, 2, 3. Номера примеров указаны в таблицах, как порядковые номера от 1 до 27.
В Таблице №1 представлены результаты опытно-промышленных испытаний заявляемой технологии в ДСП-25 с основной футеровкой с доводкой металла на выпуске из печи / на установке «печь-ковш» - Примеры 1-9.
В Таблице №2 представлены результаты опытно-промышленных испытаний заявляемой технологии в ИТ-4000 с кислой футеровкой - Примеры 10-18.
В таблице №3 представлены результаты опытно-промышленных испытаний заявляемой технологии в ДСП-5А с кислой футеровкой при выплавке стали полным циклом, а также при выплавке чугуна - Примеры 19-27.
В примерах 10, 13, 16, 25 шихта состояла из 90-100% возврата собственного производства и стального лома 0-10%.
В примерах 12, 15, 18, 27 шихта состояла из около 75% чугуна ПЛ1 и стального лома около 25%.
В примерах 11, 14, 17, 26 шихта состояла из 30-50% возврата собственного производства и стального лома 50-70%.
Анализ таблиц показывает, что применение комплексной смеси в пределах параметров, заявляемых в формуле, обеспечивает нормальное ведение процесса выплавки железоуглеродистых сплавов с заданными технологическими параметрами и обеспечивает требуемый химический состав и механические свойства.
Примеры 2-5 и 8-27 характеризуются оптимальными значениями процесса выплавки железоуглеродистых сплавов, которые обеспечиваются формулой изобретения.
Отступление параметров от необходимых значений приводят к ухудшению технико-экономических показателей процесса.
Так, при выплавке низкоуглеродистых сталей в примерах 1 и 7 получили недостаточное содержание кремния в металле (-0,16% и -0,19%) и низкоосновный шлак, что потребовало дополнительного введения ферросплавов и увеличило время доводки металла, что в свою очередь негативно отражается на себестоимости металла.
В примере 6 получили избыточное содержание кремния, что привело к незначительному увеличению времени плавки, перегреву металла и снижению его литейно-технологических свойств, а так же способствовало увеличению неметаллических включений на основе оксида кремния, ухудшающие механические свойства металла.
В примере 20 в сильно окисленную мелкую шихту было добавлено до 30% окисленной стальной дроби, что повлекло повышенный расход комплексной смеси, но при этом обеспечило заданные требования к процессу и готовому металлу.
При выплавке чугуна в примере 25 наблюдалось содержание кремния близкое к нижнему пределу, что предопределяет химический состав, необходимый для крупногабаритного литья.
Все указанные примеры подтверждают выполнение технической задачи, а именно - усовершенствование способов производства железоуглеродистых сплавов в различных металлургических агрегатах за счет корректировки технологии выплавки и ковшевой обработки с целью получение заданных марочных сплавов различного функционального назначения с заранее установленными свойствами и регламентируемым содержанием кремния и углерода, а также достижение управления химическим составом на разных стадиях технологического процесса с возможностью гибкой корректировки содержания кремния и углерода, а также обеспечение регламентированного содержания кислорода (О) в металле и (FeO) в шлаке в зависимости от физико-химического состояния системы.
Промышленная применимость
Все указанные примеры также подтверждают промышленную применимость заявляемого изобретения
Claims (11)
1. Способ получения железоуглеродистых сплавов, включающий загрузку металлической части шихты, плавление и слив железоуглеродистого расплава из плавильной печи с доводкой металла по химическому составу смесью, содержащей кремний и углерод, отличающийся тем, что используют смесь из карбидкремнийсодержащего материала с содержанием SiC не менее 70% в количестве 0,5-99,8 мас.% и углеродсодержащего материала в количестве 0,2-99,5 мас.%, которую для науглероживания, легирования и раскисления подают на различных технологических этапах получения железоуглеродистого расплава в количестве, определяемом выражением:
М=K[m×(Сзад-Сн)/Ссм+n×(Siзад-Siн)/Siсм],
где М - масса комплексной смеси, задаваемой в агрегат на различных этапах плавки, кг/т;
K - эмпирический коэффициент, характеризующий количество металла, (0,1-10), кг/т;
m, n - эмпирические коэффициенты окислительно-восстановительных процессов, происходящих в расплаве и шлаке по ходу плавки, (0,2-0,97) и (0,1-1,1) соответственно;
Cзад,Siзад - заданное содержание углерода и кремния в металлической части, мас.%;
Cн,Siн - начальное содержание углерода и кремния в металлической части для данного процесса, мас.%;
Ссм, Siсм - суммарное содержание активного углерода и активного кремния в смеси, мас. %, причем упомянутую смесь подают в период завалки и плавления металлической шихты, при сливе железоуглеродистого расплава из плавильной печи в разливочный ковш или печь-ковш.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что комплексную смесь задают в брикетированном виде, например, в виде цилиндра, тора или куба.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для раскисления железоуглеродистого расплава и шлака соотношение углерода и кремния в смеси составляет Cсм:Siсм=0,42-290.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве плавильной печи используют все типы плавильных печей с различной футеровкой, применяемых для выплавки стали и/или чугуна с полным циклом плавки и/или с выплавкой в печи полупродукта с дальнейшей его внепечной доводкой по химическому составу.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018110657A RU2688015C1 (ru) | 2018-03-26 | 2018-03-26 | Способ получения железоуглеродистых сплавов в металлургических агрегатах различного функционального назначения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018110657A RU2688015C1 (ru) | 2018-03-26 | 2018-03-26 | Способ получения железоуглеродистых сплавов в металлургических агрегатах различного функционального назначения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2688015C1 true RU2688015C1 (ru) | 2019-05-17 |
Family
ID=66578712
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018110657A RU2688015C1 (ru) | 2018-03-26 | 2018-03-26 | Способ получения железоуглеродистых сплавов в металлургических агрегатах различного функционального назначения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2688015C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4545817A (en) * | 1982-03-29 | 1985-10-08 | Elkem Metals Company | Alloy useful for producing ductile and compacted graphite cast irons |
DE3726053A1 (de) * | 1986-08-13 | 1988-02-25 | Kuettner Gmbh & Co Kg Dr | Kugelgraphit-gusseisen aus schrott |
RU2219249C1 (ru) * | 2002-06-17 | 2003-12-20 | Открытое акционерное общество "Северсталь" | Способ внепечной обработки стали в ковше |
RU2380428C2 (ru) * | 2006-11-07 | 2010-01-27 | Владимир Николаевич Смакота | Науглероживатель |
RU2395589C2 (ru) * | 2007-08-01 | 2010-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "НЛАН" | Способ выплавки железоуглеродистых сплавов в индукционных печах |
-
2018
- 2018-03-26 RU RU2018110657A patent/RU2688015C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4545817A (en) * | 1982-03-29 | 1985-10-08 | Elkem Metals Company | Alloy useful for producing ductile and compacted graphite cast irons |
DE3726053A1 (de) * | 1986-08-13 | 1988-02-25 | Kuettner Gmbh & Co Kg Dr | Kugelgraphit-gusseisen aus schrott |
RU2219249C1 (ru) * | 2002-06-17 | 2003-12-20 | Открытое акционерное общество "Северсталь" | Способ внепечной обработки стали в ковше |
RU2380428C2 (ru) * | 2006-11-07 | 2010-01-27 | Владимир Николаевич Смакота | Науглероживатель |
RU2395589C2 (ru) * | 2007-08-01 | 2010-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "НЛАН" | Способ выплавки железоуглеродистых сплавов в индукционных печах |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2451090C1 (ru) | Способ выплавки конструкционной стали пониженной и регламентированной прокаливаемости | |
JP2006233264A (ja) | 高クロム溶鋼の溶製方法 | |
RU2688015C1 (ru) | Способ получения железоуглеродистых сплавов в металлургических агрегатах различного функционального назначения | |
RU2620206C2 (ru) | Способ графитизирующего модифицирования чугуна | |
RU2365630C1 (ru) | Способ внепечной обработки стали в ковше (варианты) | |
RU2302471C1 (ru) | Способ выплавки стали в дуговой электропечи | |
RU2566230C2 (ru) | Способ переработки в кислородном конвертере низкокремнистого ванадийсодержащего металлического расплава | |
RU2465337C1 (ru) | Способ выплавки стали в кислородном конвертере | |
RU2542157C1 (ru) | Способ выплавки стали в дуговой электропечи | |
RU2219249C1 (ru) | Способ внепечной обработки стали в ковше | |
RU2392333C1 (ru) | Способ производства низкоуглеродистой стали | |
RU2564202C1 (ru) | Способ внепечной обработки стали | |
RU2608010C1 (ru) | Способ выплавки стали в электросталеплавильной печи | |
RU2784899C1 (ru) | Способ выплавки стали в кислородном конвертере | |
RU2233339C1 (ru) | Способ производства стали | |
RU2294382C1 (ru) | Шихта для выплавки стали в дуговых электросталеплавильных печах | |
RU2312902C1 (ru) | Способ рафинирования рельсовой стали в печи-ковше | |
RU2243269C1 (ru) | Способ выплавки низкоуглеродистой титансодержащей стали | |
JP5454313B2 (ja) | クロム含有鋼の吹酸脱炭方法 | |
RU2681961C1 (ru) | Способ производства особонизкоуглеродистой стали | |
RU2243268C1 (ru) | Способ выплавки ниобийсодержащей стали | |
RU2255119C1 (ru) | Способ наведения синтетического рафинирующего шлака при обработке жидкой стальной заготовки на установке "печь-ковш" и шихта для наведения синтетического рафинирующего шлака | |
RU2228366C1 (ru) | Способ выплавки стали в конвертере | |
RU2102497C1 (ru) | Способ выплавки ванадийсодержащей стали в дуговой электропечи | |
RU2355776C2 (ru) | Способ производства марганецсодержащей стали |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20191008 Effective date: 20191008 |