11 Изобретение относитс к металлургии и может быть использовано в стал плавильных цехах. Известен способ выплавки углеродистой стали, включающий раскисление металла ферромарганцем, силикокальци ем, ванадием и титаном: в ковш перед выпуском стали заливаетс 10-20% от веса плавки природнолегированного ванадием и титаном чугуна, в чугун дают 20-60% силикокальци и 10-90% ферромарганца от необходимого расхо .да их на плавку, а остальное количес во ввод т в ковш под струю металлаD Недостатком данного способа вл етс крайне неблагопри тные температурные услови процесса. Жидкий чугу температура которого не превышает ISOOc, заливают в холодный ковш (температура поверхности футеровки обычно не превьш1ает ) и подвер гают здесь резкому охлаждению, так как чугун занимает всего от 1/5 до 1/10 объема ковша. В этих уело- ВИЯХ присадка значительного количест ва раскислителей может привести не только к закозлению раскислителей в ковше, но и самого чугуна. По организационным причинам трудно точно совместить заливку чугуна в ковш и выпуск плавки. При выдержке в ковше малого объема чугуна его темпера тура быстро снижаетс . Велико также охлаждающее вли ние чугуна: при его температуре 1300 С, минимально пред 10% и температумотренном расходе ре жидкой стали 1600 С снижение тем пературы стали только под вли нием этого фактора составит , в случае температуры чугуна 1150состави 4,5°С. Присадку раскислителей в ковш начинают с 1/3 - 1/2 высоты ковша, в этот момент температура расплава будет еще ниже. Если учесть, что при выплавке стали в конвертерах все количество раскислителей присаживают в ковш и вьшуск плавки занимает несколько минут, то закозление раскислителей при значительной, присадке их (например присадка силикомарганца при выплавке рельсовой стали составл ет 1,3% от веса плавок) будет неизбежной. Наиболее близким по технической сущности к .предлагаемому вл етс с
соб выплавки рельсовой стали, включающий продувку металла в конпертере до содержани углерода ниже марочно
тера. Нагрев чугуна осуществл етс интенсивно за счет теплоизлучени в замкнутом пространстве конвертера и 9 го, науглероживание и модифицирование металла природнолегированным; содержащим ванадий и титан чугуном, в количестве 5-15% от веса металла, раскисление металла в ковше ферро-марганцем , силикомарганцем и силикокальцием и продувку инертным газом С2 Недостатком известного способа вл етс необходимость перегрева металла примерно на 30°С, что экономически невыгодно и приводит к ухудшению качества металла, усугубл ет опасность выбросов металла при кон-такте чугуна с окисленными металлом и шлаком. При контакте чугуна с окисленными шлаком и металлом тер етс также около 10% ванади . Цель изобретени - уменьшение угара раскислителей, предотвращение выброса металла из конвертера и резкого охлаждени металла. Поставленна цель достигаетс Тем, что в способе вьтлавки рельсовой стали , включающем продувку металла в конвертере до содержани углерода ниже марочного, науглероживание и модифицирование металла природнолегированным , содержапщм ванадий и титан /чугуном в количестве 5-15% от массы металла, раскисление металла в ковше ферромарганцем, силикомарганцем и силикокальцием и продувку металла в ковше инертным газом, согласно изобретению , после выпуска металла и шлака природнолегированный чугун заливают в конвертер, где осуществл ют его выдержку , в течение 2-5 мин, а затем сливают в ковш с металлом, при этом 20-40% общего количества силикокальци ввод т под струю чугуна. Основным преимуществом предлагаемого способа вл етс полное исключение контакта жидкого чугуна с окисленньми шлаком и металлом в конвертере, так как чугун заливаетс в конвертер после полного удалени металла и шлака . Это целиком исключает возможность выбросов металла из конвертера, а также окисление ванади чугуна. Чугун с температурой сливаетс в конвертер сразу после выпуска металла и шлака, когда температура футеровки составл ет 1580-1590 с. Конвертер на клон ют и покачивают, чугун тонким слоем разливаетс по стенке конверконвективного нагрева при контакте чугуна с футеровкой. Расчет показывает , что скорость нагрева чугуна в пер вую минуту составл ет при расот веса металла, ходе его при расходе 10% и при расходе 15%, во вторую минуту скорость нагрева уменьшаетс до 40-70с в минуту. Таким образом, нагрев 5%-ного чугуна до осуществл етс за 2 мин а 15%-ного - за 5 мин. При нагреве металла в конвертере до 1590 С, как показали замеры, в процессе выпуска и раскислени металла в ковше температура его снижаетс до 1525-1535 С. В этих услови х поступление в ковш в среднем 10%-ного чугуна с температурой около 1450 С приведет к незначи тельному снижению температуры стали (на 8О. Дл рельсовой стали важно правильно подобрать режим раскислени , так как кальций, вход щий в состав силикокальци вл етс одним из основных модификаторов (как и ванадий). С учатом этого был исследован способ ввода силикокальци двум порци ми: первую большую, вводили в ковш при выпуске плавки вковш, вторую, меньшую, при сливе чугуна в ковш под струю. При этом силикокальций со струей чугуна вводили в металл, учитыва его повышенную растворимость в чугуне, и наличие всего объема металла в ковше (а не 10% его как в аналоге). Дл установлени доли силикокальци , вводимого в ковш во врем выпус ка стали и чугуна, провели следующий эксперимент. В дуговой индукционной печи УкрНИИМЕТа выплавл ют 1000 кг рельсовой стали, содержащей, %: С 0,33, МП 0,85, Si 0,35, Р 0,025, S 0,022 в индукционной печи выплавл ют 100к синтетического чугуна,содержаш,его,%: С 4,3,,У 0,42, Si 0,20, Мп 0,25, Ti 0,15. В 200-кг ковше по футеровке дел ют отметку на 180 кг металла (расчет по объему). Из дуговой печи 180 кг металла сливают в ковш, под струю дают часть силикокальци , затем ковш с металлом подают под индукционную печь, из нее сливают 20 к , чугуна (до верха ковша), присажива , оставшеес количество силикокальци под струю чугуна. Готовый металл содержит , %: С 0,72-0,75, Мп 0,81-0,84 Si 0,30-0,34, V 0,035-0,045, 10 94 Ti 0,006-0,008, Р 0,022-0,027, S 0,021-0,025. Всего налито п ть ковшей с различным распределением силикокальци при выпуске стали и чугуна. Из каждого ковша отливают два 50-кг слитка, один режут дл исследовани макроструктуры, другой прокатывают на квадрат 56 мм. Заготовку подвергают закалке и отпуску и испытывают нд ударную в зкость (по результатам проведенных ранее исследований известно , что сталь при данном способе раскислени чиста по строчечным оксидным включени м). Макроструктура всех слитков оказалась удовлетворительной. Результаты опытов раскислени металла силикокальцием и ударна в зкость металла привод тс в таблице. Как видно из таблицы, при расходе 600 г ферросиликокальци на 200 кг металла (необходимый расход 3 кг/т стали установлен на основании многолетней практики выплавки стали с ванадием дл рельсов первой группы) наилучшие результаты по ударной в зкости достигаютс в плавках-ковшах 2-4, когда 20-40% ферросиликокальци присаживаютс при сливе чугуна. Металлографическое исследование показало, что причиной этого вл етс образование глобул рных включений кальциевых силикатов в стали, в то врем как в металле из плавок-ковшей 1 и 5 в зкачительном количестве обнаружены выт нутые вдоль прокатки включени железо-марганцевые силикаты. Технологи производства стали дл рельсов первой группы согласно изобретению включает в себ проведение .таких операций в их последовательности: продувку чугуна на полупродукт следующего состава, %: С 3,2-3,6, V 0,03-0,04, до Мп 0,05 в первом . конвертере, выпуск полупродукта из первого конвертера и заливку его во второй конвертер, продувку полупродукта во втором конвертере до содержани углерода 0,10-0,55% при температуре металла 1580-1600 с, выпуск металла из конвертера, раскисление металла ферромарганцем, силикомарганцем и ферросиликокальцием (в количестве 60-80% от общего его расхода 1,8-2,4 кг/т стали) во врем выпуска металла, слив шлака из конвертера , заливка-в конвертер 5-15%-ного жидкого чугуна, выдержка в конвертере чугуна в течение 2-5 мин, выпуск 1 жидкого чугуна из конвертера в ковш с металлом, присадку под струю чугуна оставшегос количества ферросиликокальци 20-40% (1,2-0,6 кг/т стали выдержка металла в ковше 7-10 мин, продувка металла в ковше аргоном в течение 5-10 мин, разливка металла йа слитки. Пример, В конвертер заливают 130 т полупродукта, содержащего, %: С 3,4 и V 0,04, температура его со тавл ет 1410°С, Продувку осуществл ют через трехсопловую фурму с интенсивностью подачи кислорода 1,7-2 ,2 нм /т при. высоте фурмы над ванной 2,0-2,5 м в течение первых трех минут и 0,7-1,4 м - в остальное врем продувки, На второй минуте присаживают 1,8 т извести и 0,7 т плавикового шпата, на третьей минуте 1 т марганцевого агломерата и 1 т же лезной руды, на седьмой минуте - 0,5 извести с Через 15 мин после начала продувки фурму поднимают, конвертер наклон ют и берут пробу металла, замер ют его температуру, котора составл ет , Через 5 мин получают анализ металла: содержание, %: углерод 0,42, ванадий 0,015, сера 0,025, фосфор 0,020. Состав чугуна в миксере следую щий, %:С 4,3, V 0,47, Si 0,20, Мп 0,24, Ti 0,12, Р 0,04 и S 0,035 температура чугуна . Из расчет требуемого содержани углерода в готовой стали, %: 0,71-0,82 и ванади 0,03-0,07 заказали 10 т чугуна (7,1% от веса плавки) и начинают выпуск металла из конвертера. По ходу выпуска под струю металла присажи вают в ковш 1600 кг силикомарганца и 300 кг ферросиликокальци . Чере 4 мин выпуск металла заканчиваетс , еще через 1 мин в шлаковую чашу сливают шлак из конвертера и приступают к заливке чугуна в конвертер, через 0,5 мин 10 т чугуна заливают в конвертер. Конвертер наклон ют в г ризонтальное положение и слегка пока чивают. Через 3 мин чугун сливают живают 120 кг силикокальци . После слива чугуна, который длитс 0,5 ми и восьмиминутной выдержки ковш с метал лом подают на установку дл продувки металла аргоном. Температура металла перед продувкой было 1540°С, после 496 семиминутной продувки с интенсивностью 0,7 она составила 1525 С. Ковш подают на разливку. Химический состав готового металла, %: С 0,77, Мп 0,80, V 0,05, Si 0,31, Ti 0,005, S 0,027 и Р 0,028. Рассмотрим граничные параметры процесса. Требуема температура металла 1580 С получена при содержании, %: С 0,10. При таком низком содержании углерода в металле практически ванади не будет. Дл обеспечени заданного содержани углерода в рельсовой стали 0,710 ,82% необходимо будет долить 15%-ного чугуна (23 т), при этом будет введено V 0,07%, т.е. ванадий будет получен на верхнем пределе (допускаетс содержание ванади до 0,1%), Выдержка чугуна в конвертере должна быть 5 мин дл обеспечени нагрева чугуна до 1480 С. В этом случае целесообразно заменить силикомарганец ферромарганцем и дать корректирующие присадки ферросилици . 1800 кг углеродистого ферромарганца внос т 126 кг углерода, т.е. столько, сколько 3 т чугуна , тем самым добавка чугуна составл ет не 23, а 20 т. В случае получени заданной температуры при содержании %: углерода в металле 0,55 (верхний предел) необходимо будет ввести в ме талл всего 0,22% С, дл . этого понаДобитс около 5% чугуна (7 т), он внесет 0,023% ванади , что при остаточном содержании ванади 0,015% обеспечит получение около 0,04% ванади в металле, что вьш1е требуемого нижнего предела. При таком малом расходе чугуна достаточна вьщержка его в конвертере в течение 2 мин. Как показывает исследование и опытна проверка, по сравнению с базовым объектом, в качестве которого прин т способ легировани стали путем доливЧ ки ванадийсодержащего чугунаfzj , предлагаемый способ обладает р дом преимуществ . Он позвол ет экономить 10% ванади благодар исключению угара его при контакте с окисленным металлом и шлаком, исключает случаи выброса металла и шлака из конвертера, что создает безопасные услови работы в цехе и позвол ет в промьшшенных масштабах примен ть предлагаемый способ. Кроме того, он разрешает снизить Температуру металла перед выпуском плавки на 20-30 С, что позвол ет увеличить расход лома и охладителей и экономически выгодно/ за счет использовани рациональной технологии раскислени повышаютс механические свойства рельсов. Благодар расширению производства рельсов первой группы с ванадием увеличиваетс дол рельсов с повышенной эксплуатационной стойкостью (на 33%). Вследствие исключени присадок феррованади дл легировани стали 10 8 исключаетс св занное с производством его загр знение окружающей среды (выделение газов в атмосферу, отходы в виде шпаков и хвостов при обогащении шлаков, загр знение атмосферы и воды при химической переработке шпаков ) . Ожидаемый экономический эффект от использовани изобретени составл ет 1,89 руб/т стали.