SU655724A1 - Способ получени стали и сплавов - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТАЛИ И СП.ЧАВОВ

Изобретение относитс  к черной металлургии и может быть использова-, но дл  получени  качественных сталей и сплавов.

При производстве сталей и сплавов из углеродсодержшдей шихты современными способами обезуглероживани  провод т путем обработки металлической ванны газообразным кислородом или металлическими, окислами.

Известен мартеновский способ производства сталей, заключающийс  в окислительном обезуглероживании жидкого чугуна, раскислении и дегазации стали. В окислительный период в расплаве протекают физико-химические реакции, основными из которых авл ютс :

tol-Ccl 24Q14C3--К г

За счет окислени  снижаетс  содержание углерода (от 4-6 вес.%) -до пределов, соответствующих определенным маркам сталей.

Известен кислородно-конверторный способ производства сталей, заключающийс  в продувке кислородной струей ванны жидкого чугуна. В реакционной зоне протекают окислительные процессы , в результате которых содерЖание углерода снижаетс  до необходимых пределов 1.

Недостатком описанных способов получени  сталей, основанных на кислородном обезуглероживании чугуна,  вл етс  низкое качество слитков, обусловленное повышенным содержанием кислорода в металле. При кристаллизации и охлаждении слнтков вследствие ликвидации кислорода образуютс  окислы (СО, МпО, SiO, АЕгО и т.д.), вьедел ющиес  в виде газообразной , жидкой или твердой фазы. В результате в металле создаютс  пустоты и поры или он чрезмерно загр зн етс  окисными включени ми. Кроме этого, в полученных из углеродистой шихты слитках не удаетс  снизить содержание водорода и азота. Все это может  витьс  причиной плохой деформируемости в гор чем состо нии, пониженной пластичности (особенно низкой ударной в зкости), окрупчинивани  в результате старени  стали при ее эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному  вл етс  способ получени  стали из углеродистой шихты в дуговых электропечах, заключающийс  в том, что дл  снижени  содержани  углерода на металличес- кую ванну подают газообразный кислород или окислы железа, причем по ходу плавки на расплав накладывают вращающеес  или бегущее магнитное поле таким образом, что вектор напр женности пол  измен етс  по величине и направлению в пространстве 2 Добавочное магнитное поле при работе электросталеплавильной.печи соз дает механические силы, действующие на электрический ток в дуге и в жидком металле. Механические силы, обус ловленные взаимодействием магнитного пол  и электрического тока, проход щего через расплав, привод т в движение металлическую ванну. В результате перемешивани  физико-химические процессы протекают более интенсивно и качество слитков несколько улучша етс . Недостатками известного способа  вл ютс  развитие осевой пористости грубой углеродной ликвадии и образование зон повышенной травимости, обогащенных серой, кислородом и углеродом. Кроме того, слитки имеют высокое содержание водорода и азота Причины образовани  и развити  дефектов в слитках, полученных этим способом, следующие.- Углеродистый расплав (например, жидкий чугун) имеет неоднородное строение, и в нем существуют углеродные ассоциации, средний размер которых по нашим данн составл ет 20-150 А, Углеродные ассоциации соответствуют структуре графита и сохран ют физические и химические свойства последнего. Элек тронно-микроскопические исследовани  показали, что углеродные ассоциации вход т в состав расплава систе мы CaFs 3 содержанием углерода 0,1 вес.%, расплава особочисто го карбонильного железа (содержание углерода 0,0027 вес.%); а также в расплавы систем на основе железа с содержанием, углерода 0,07; 0,16; 0,20; 0,30; 0,60 и более вес.%. Хот  в результате окислительного обезуглероживани  и удаетс  уменьшить содержание углерода и количест во углеродных ассоциаций,., полностью устранить существование ассоциаций и получить равномерное атомно-дисперсное „распределение углерода в расплавах не представл етс  возможным . Наложение электромагнитных полей на зону плавлени  и кристаллиза ции, в результате чего перемешиваетс  металлическа  ванна и дроб т- с  углеродные ассоциации, также не может полностью устранить существование ассоциаций. Это св зано с тем что энерги  св зи между атомами углерода , вход щими в ассоциации, оче валика, и поэтому углеродные ассоци ции  вл ютс  прочными соединени ми. Кроме того, углеродные ассоциаци сохран   свойства кристаллов графит обладают диамагнитными магнитно-анизотропными свойствами. Магнитна  восприимчивость кристаллов графита вдоль слоев в 44 раза больше (алгебраически) восприимчивости вдоль гексагональной оси. При наложении магнитного пол  на расплав, содержащий магнитно-анизотропные ассоциации углерода, ассоциации будут ориентироватьс  плоскостью базиса (слоев) вдоль магнитных силовых линий. Кроме этого, если магнитное поле неоднородно (что наблюдаетс  в электросталеплавильном производстве и при наложении электромагнитных полей на зону плавлени ), диамагнитные углеродные ассоциации, подчин  сь принципу Ле-Шателье, будут стремитьс  расположитьс  в тех участках расплава, где напр женность магнитного пол  минимальна. В результате этого при выплавке стали известным способом осева  часть расплава, наход ща с  в магнитном поле с минимальной напр женностью будет иметь, повышенное содержание углерода, наход щегос  в виде крупных углеродных ассоциаций размером (1-5)- Ю А. В этих же участках расплава будут концентрироватьс  и вредные примеси, такие как сера, кислород, азот, водород и т.д., которые блокируют поверхностные слои кристаллов графита или вход т в свободные межслоевые пространства кристаллов. Это подт ;ерждено электронно-микроскопическими иследовани ми дефектов в слитках различных марок доэвтектоидных сталей с содержанием углерода от 0,08 до 0,35 вес.%. Как правило, в тех участках дефектов, где имеютс  тонкопластинчатые выделени  графита, обнаруживаютс  флокены, выделени  нитридов , окислов или сульфидов. Таким образом, ни один из известных способов получени  сталей и сплавов из углеродсодержащих материалов, основанных на кислородном обезуглероживании , не обеспечивает равномерного атомно-дисперсного распределени  углерода в расплавах и снижени  количества химических неравномерностей , обусловленных существованием в расплавах углеродных ассоциаций. Целью изобретени   вл етс  .бескислородное обезуглероживание углеродсодержащих материалов, снижение содержани  вредных примесей и получение химически равномерного расплава . Поставлен-на . цель достигаетс  тем, что при получении сталей из углеродистой шихты способом, включающим обезуглероживание металлической ванны и наложение на расплав по ходу плавки магнитного пол , ориентированное магнитное поле напр женностью 100- 15000 э накладывают так, что градиент напр женности, равный 10-

1000 э/см направлен вдоль оси расплава .

При наложении ориентированного ма нитного пол  на расплав, содержащий диамагнитные магнитно-анизотропные ассоциации углерода, происходит ориетаци  ассоциаций плоскостью базиса (в силу анизотропности) вдоль магнитных силовый линий, объединение, укрупнение и удаление их (в силу диамагнитизма ) в те участки расплава где напр женность магнитного пол  минимальна , т.е. в направлении, противоположном ингредиенту напр женности В этих же участках расплава, где скапливаютс  углеродные ассоциации, будут концентрироватьс  и вредные примеси (водород, азот, кислород, сера и т.д.), способные блокировать поверхностные слои кристаллов графита или входить в межслоевые свободные пространства кристаллов. В результате наложени  на расплав магнитного пол  достигаетс  обеднение углеродом (бескислородное обезуглероживание) части расплава, наход щейс  в магнитном поле с максимальной напр женностью, рафинирование от вредных примесей, а также получение расплава, характеризующегос  равномерным распределением углерода .

На основании опытных данных установлено , что обезуглероживание расплава и рафинирование от вредных примесей тем интенсивнее, чем выше напр женность магнитного пол , причем верхним пределом напр женности можно прин ть технически достижимую величину, подцержание которой обеспечиваетс  в течение всего времени обработки расплава магнитным полем. В насто щее врем  за таку величину может быть прин та напр женность 15000 э.

При подобной обработке углеродсодержащих расплавов, включающей обезуглероживание и рафинирование от вредных примесей, возможно перемещение магнитного пол  вдоль оси расплава со скоростью 2-30 см/мин в направлении , противоположном направлению действи  вектора градиента напр женности . При этом угл зодные ассоциаци с блокированными вредными -примес ми выталкиваютс  магнитным полем в прибыльную часть расплава, а расплав, . прошедший через неоднородную зону манитного пол  будет обедн тьс  углеродом и приобретать химическую равномерность .

Кроме этого, возможно перемещение расплава со скоростью 2-30 см/мин через неподвижное магнитное поле.

Способ позвол ет проводить бескислородное обезуглероживание углеродистой шихты и получать химически равномерные расплавы, что обеспечивает высокое качество слитков. Кроме

этого, способ обеспечивает рафинирование сталей и сплавов от угле- -родных ассоциаций и вредных примесей путем переплава в магнитном поле с указанными параметрами.

Пример 1. Чугун с содержанием углерода 4,05 вес,% был расплавлен в нагревательной печи сопротивлени  в емкости из немагнитного материала. Конструкци  печи была выбрана такой,что исключалось

0 наложение собственных, электрического и магнитного, полей нагревател  на расплав. После расплавлени  чугуна на расплав накладывали ориентированное магнитное поле напр женностью 800 э. Градиент магнитного пол  был

5 направлен вдоль оси расплава и составл л 70 э/см, В результате этого одна часть расплава находилась в магнитном поле напр женностью 800 э, а друга  - в поле напр женностью 30 э.

0 Сориентированные углеродные диамагнитные ассоциации под действием неоднородного магнитного пол  вьаталкивались в часть расплава с минимальной напр женностью.

5

После выдержки расплава в магнитном поле он был закристаллизован. Химический анализ показал, что в. части слитка, расплав которого находилс  в магнитном поле с максимальной

0 напр женностью, содержание углерода 2,5 вес.%, а в части слитка, расплав которого находилс  в магнитном поле с минимальной напр женностью, содержание углерода 4,3 Бес.%.

5 Распределение серы соответственно 0,03 и 0,05 вес.%.

П р и м е р 2. Была проведена опытна  плавка с наложением на расплав чугуна (4,05 вес.% С) ориентиро0 ванного магнитного пол  напр женностью 100 3 и градиентом 10 э/см, направленным вдоль оси расплава. При этом магнитное поле перемещали вдоль оси расплава в направлении, противоположном действию вектора градиента

5 напр женности, со скоростью 2 см/мин.

Расплав, прошедший через магнитное поле, имел содержание углерода 2,0 вес.%.

Пример 3. Была проведена

0 опытна  плавка чугуна в магнитном поле напр женностью 3000 э при градиенте 1000 э/см с перемещением расплава через магнитное поле со скоростью 10 см/мин. Содержание углерода,,

5 в расплаве, прошедшем через магнитное поле, составл ло 1,8 вес.%.

П р и м е р 4. Услови  опытной плавки те же, что и в примере 3, но расплав перемещаши со скоростью

0 30 см/мин. Содержание углерода в расплаве, прошедшем через магнитное поле, составл ло 2,2 вес.%.

Использование изобретени  позволит:

а)получать качественные стали и сплавы из углеродистой шихты посредством бескислородного обезуглероживани  расплавов и устранить таким образом вредное вли ние кислорода на свойства металла;

б)удал ть углеродные ассоциации и вредные примеси в процессе передела углеродистой шихты в сталь или сплав и получать химически однородные расплавы и качественные слитки из них

в)рафинировать в процессе pat- плава углеродсодержайще стали и сплавы от углеродных ассоциаций и вреднык примесей;

г)значительно снизить себестоимость процесса получени  сталей и сплавов из углеродистой шихты и рафинировани  углеродсодержащих материалов .

Claims (3)

1. Способ получени  стали и сплавов из углеродсодержащей шихты, заключакидуйс  в ее расплавлении, обезуглероживании и наложений на нее магнитного пол , отличающи й655724

с   тем, что, с целью снижени  со- держани  вредных примесей и повышени  химической равномерности расплава, на расплав накладывают ориентирован-ное магнитное поле напр женностью 100-15000 э, создают градиент напр женности , равный 10-1000 э/см, направленный вдоль оси расплава.

2.Способ ПОП.1, отличающийс  тем, что магнитное поле перемещают вдоль оси расплава со скоростью 2-30 см/мин в направлении, противоположном действию вектора градиента напр женности.

3.Способ ПОП.1, отличающийс  тем, что через неподвижное магнитное поле перемещают расплав со скоростью 2-30 см/мин в направлении вектора градиента напр женности.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Металлурги  стали под ред. В.И. Явойского и Г.Н. Ойкса. М.,

Металлурги  . 1973, с. 121-186.

2,Крамаров А.Д. Производство стали в электропечах. М., Металлурги  , 1969 , с. .