UA35140A - Спосіб виробництва сталі (варіанти) - Google Patents

Abstract

Винахід належить до чорної металургії. Спосіб включає завалку, розплавлення, регулювання активності кисню в печі за рахунок присадки кускового алюмінію, рафінування із частковим скачуванням шлаку періоду плавлення і наведенням нового шлаку з порошку феросиліцію у суміші з вапном і коксом, розкислення силікокальцієм перед випуском плавки у ковш, випуск, остаточне розкислення, продувку метала у ковші інертним газом.

Description

Винахід відноситься до чорної металургії, зокрема до способу виробництва сталей будь-якого класу (швидкорізальних, конструкційних, корозійностійких) у дугових та індукційних печах.

Відомі способи виробництва сталей з метою покращення їхньої пластичності, що передбачують попереднє розкислення розплаву алюмінієм перед випуском плавки з подальшим модифікуванням сталі силікокальцієм у ковші під час зливу плавки |(Солнцев Ю.П., Андреєв А.К., Гречин Р.И. Литейнье хладостойкие стали. - М.: Металлургия, 1991. - б. 104-106). Недоліками даного способу є низька ефективність взаємодії рідкого металу з кальцієм внаслідок високої пружності його пари при температурах сталеплавильних процесів.

Крім того, з досвіду виробництва сталей, які розкислюються алюмінієм та кальцієм, виходить, що в процесі розливки сталей може здійснюватися затягування стакана сталерозливочного ковша, яке перешкоджає нормальній розливці сталі Останнє приводить до підвищення забрудненості сталі неметалічними включеннями - (внаслідок інтенсивного вторинного окислювання у процесі розливки сталі), що сприяє зниженню механічних властивостей металу.

Відомий спосіб виробництва сталі, при здійсненні якого у попередньо розкислений метал шляхом продувки у ковші вводять з різною інтенсивністю порошкоподібні матеріали, які містять у собі барій, у струмені інтенсивного газу, а потім мікролегуючі додатки, в яких містяться матеріали, до складу яких входять ніобій, ванадій, титан (А.с. 1125263 СССР, МКИ С21С7/06, 7/04. Способ производства стали / В.П.Кириленко, Ю.М.

Балабанов, Л.П. Климов, П.М. Югов. - Мо 3627256/22-02; Заявл. 27.07.1983; Опубл. 20.11.1984; Бюл .Мо 43 //

Открьтия. Изобретения. - С.77). Недоліками цього способу є: висока вартість виробництва сталей, складність засвоєння способу, нестабільність засвоєння матеріалів, до складу яких входить барій внаслідок низької технологічності процесу виробництва. Крім того, для багатьох низьколегованих сталей неприпустима наявність ніобію, ванадію, титану, тому що їх зміст суворо лімітовано, а у ряді випадків негативно впливає на якість готової металопродукції.

Відомий спосіб виробництва сталі, при здійсненні якого у попередньо розкислений метал вводять сумісно силікокальцій та фероцерій (Лунев В.В., Аверин В.В. Сера и фосфор в стали. - М.: Металлургия, 1983. - 256 сі.

Недоліками цього способу є нестабільність процесу розкислення розплаву, перемодифікування металу, яке проявляється у збільшенні забрудненості великими неметалічними включеннями складних сполук, формуванні церієвої неоднорідності, що у цілому знижує якість металопродукції.

Відомий спосіб виплавки швидкорізальних сталей із використанням для попереднього розкислення алюмінію у кількості 0,5-0,8 кг/т при температурі на 15-20"С нижчій за температури випуску сталі із подальшою витримкою у печі протягом 4-5 хвилин, потім метал зливають у ківш з одночасним розкисленням з металічним кальцієм у кількості 1-2 кг/т, при цьому 50-60 95 кальцію присаджують на дно ковша перед випуском металу, а залишок присаджують на струмінь під час зливу після наповнення третини ковша (А.с.655725 СССР, МКИ

С2165/52; С21С7/06. Способ производства биістрорежущих сталей / Н.Т. Заозерньй, А.М. Швец, А.Н. Осадчий и др. - Ме 2385330/22-02; Заявл. 08.07.1976; Опубл. 05.04.1979; Бюл. Ме 13. // Открьттия. Изобретения. - С. 961).

До недоліків цього способу треба віднести ускладнення технологічного процесу, наявність піроефекту при вводі металічного кальцію, утворення відносно великих включень у зв'язку з тим, що при попередньому розкисленні металу алюмінієм у існуючих сталеплавильних процесах неможливо одержати вміст сірки менше ніж 0,008 95. Металічний кальцій, що вводиться в сталь, знижує в основному окисленність розплаву, а ефект десульфурації і модифікування при цьому практично відсутній.

Найбільш близьким до запропонованого за технічною сутністю та досягненим ефектом є спосіб виробництва швидкорізальних сталей |Сборник технологических инструкций по вьіплавке стали в основньх дуговьїх печах завода "Злектросталь", 1987. - С. 33-41. (ТИ МоД -1-86, изменение Ме 2)), який містить в собі завалку, розплавлення, регулювання активності кисню в печі за рахунок присадки кускового алюмінію, рафінування із частковим скачуванням шлаку періоду плавлення і наведенням нового шлаку з порошку феросиліцію у суміші з вапном та коксом, розкислення силікокальцієм у печі перед випуском плавки, випуск, остаточне розкислення, продувку металу в ковші інертним газом. При цьому, при здійсненні відомого способу метал для підвищення пластичності обробляється у такій послідовності.

Рафінування здійснюється під білим або слабокарбідним шлаком. Після скачування шлаку рекомендується витратити 5-10 кг/т порошку 7595 феросиліцію у суміші з 3-5 кг/т коксу. Розкислювачі присаджують рівномірними порціями через 5-8 хвилин у суміші з вапном.

Дозволяється для розкислення шлаку використовувати рафініровочну суміш, яка складається з 70-75 95 карбіду кремнію, 20-25 95 АІгОз та 3-5 90 кріоліту у кількості 1,5-2,0 кг/т або порошку силікокальцію у кількості 2-

З кг/т.

Витримання під одним із зазначених шлаків повинно бути не менше 30 хвилин.

За 20-30 хвилин до випуску металу (перед присаджуванням ферованадію) рекомендується довести окисленність металу до показань приладу УКОС-1 450-650 мВ (активність кисню у розплаві 0,0005-0,00015 95).

При цьому дозволяється присаджування кускового алюмінію у кількості 0,3 кг/т або феросиліцію.

За 10 хвилин до випуску рекомендується увести для розкислення 2-3 кг/т порошку силікокальцію у суміші з вапном.

Потім за 3-5 хвилин до випуску рекомендується довести окисленність металу до показань приладу УКОС- 1 500-680 мВ (активність кисню у розплаві 0,0003-0,0001 95). Для цього дозволяється присаджування на штангах алюмінію у кількості 0,3 кг/т або металічного кальцію до 0,1 95 однією або декількома порціями вагою не менше ніж З кг.

Дозволяється присаджувати за 5-10 хвилин до випуску лігатури СІТМІШ (ФС30 РЗМ3ЗО) 2 кг/т.

Дозволяється продувка металу у ковші аргоном.

Як і в (А.с. 655725 СССР, МКИ С21С5/52; С21С7/06. Способ производства бьиістрорежущих сталей / Н.Т.

Заозерньй, А.М. Швец, А.Н. Осадчий и др. - Мо 2385330/22-02; Заявл. 08.07.1976; Опубл. 05.04.1979;

Бюл. Ме 13 // Открьттия. Изобретения. - С. 96), окисленність металу у печі досягає необхідного значення, але під час випуску розплаву із печі у ковш метал знову окислюється за рахунок вторинного окислювання. Крім того, при такому способі виробництва сталі відсутній ефект модифікування металу.

У результаті виникає пекуча потреба розробки технічного рішення, реалізація якого дозволить підвищити ступінь розкислення, десульфурації та ефекту модифікування, збільшити пластичність металу і вихід годящого металопродукції шляхом спеціальної обробки стального розплаву в окислювальний період, при рафінуванні та на випуску із печі і у ковші.

Для реалізації поставленої задачі відповідно до запропонованого технічного вирішення при виробництві сталі в дугових та індукційних печах після завалки і розплавлення металу виконують рафінування, розкислення, випуск і кінцеве розкислення металу у ковші матеріалами, до складу яких входить барій, продувку інертним газом. Причому, рафінування виконують із частковим скачуванням шлаку періоду розплавлення та наведення нового шлаку з вапна 8-10 кг/т, шпату 3-4 кг/т, порошків феросиліцію 0,3-0,5 кг/т та кускового силікокальцію 0,5-0,7 кг/т. Відповідно до другого варіанта винаходу рафінування виконують наведенням нового шлаку з порошку алюмінію у кількості 0,3-0,5 кг/т замість порошку феросиліцію за першим варіантом. Решта аналогічно 1 варіанту. За 10-15 хвилин до випуску регулюють активність кисню у розплаві (доводять до 0,0003 95) за рахунок уведення додаткової присадки кускового (на штангах) алюмінію у кількості 0,1 кг/т, що забезпечить замір (приладом УКОС-1) окисленності металу у межах 550-650 мВ.

Відповідно до третього варіанта винаходу регулювання активності кисню здійснюють за рахунок присадки кускового металічного кальцію у кількості 0,1 кг/л. Решта аналогічно першого і другого варіантам. За 2-4 хвилини до випуску на шлак присаджують суміш, яка складається із порошку алюмінію 0,8-1,0 кг/т, коксу 0,2-

О,З кг/т, вапна 1,0-1,5 кг/т, шпату 1,0-1,5 кг/т.

Перед випуском металу в піч присаджують силікокальцій у кількості 1,5-2,5 кг/т, потім при випуску плавки на струмінь при наповненні третини об'єму ковша присаджують кусковий алюмобарій або силікобарій у кількості 0,5-3,0 кг/т, після чого у ківш додатково присаджують мішметал церієвої групи у кількості 0,3-0,5 кг/т.

Після наповнення всього об'єму ковша виконують продувку аргоном (або іншим інертним газом) протягом 5-6 хвилин.

Об'єднання трьох технічних рішень в одну заявку пов'язане з тим, що три дані способи вирішують одну й ту же задачу - підвищення ступеню розкислення, десульфурації та ефекту модифікування, пластичності металу і збільшення виходу годящого, які є рівноцінними для вирішення задачі і не можуть бути об'єднані узагальненим параметром.

Порівняльний аналіз технічних рішень, що заявляються, із прототипом показує, що зазначені способи відрізняються від відомих тим, що: - при розкисленні розплаву додають кусковий силікокальцій у кількості 1,5-2,5 кг/т; - при рафінуванні після скачування шлаку в розплав при наведенні нового шлаку вводять вапна 8-10 кг/т, порошку феросиліцій (або порошку алюмінію - варіант 3) 0,3-0,5кг/т, кускового силікокальцію 0,5-0,7 кг/т; - при регулюванні активності кисню здійснюють додаткову присадку кускового алюмінію (або кускового металічного кальцію - варіант 2) у кількості 0,1 кг/т для забезпечення заміру окисленності металу у межах 550- 650 мВ; - за 2-4 хвилини до випуску на шлак присаджують суміш, яка складається із порошку алюмінію 0,8-1,0 кг/т, коксу 0,2-0,3 кг/т, вапна 1,5-4,0 кг/т, шпату 1,0-1,5 кг/т, силікокальцію 1,5-2,5 кг/т; - під час випуску на струмінь при наповненні третини об'єму ковша здійснюють остаточне розкислення лігатурою, до складу якої входить барій, яка береться у кількості 0,5-3,0 кг/т, після чого у ківш додатково присаджують мішметал церієвої групи у кількості 0,3-0,5 кг/т, продувку інертним газом здійснюють протягом 5- 8 хвилин.

Таким чином, спосіб, що заявляється, відповідає критерію винаходу "новизна". Аналоги, що містять в собі ознаки, які відрізняють рішення від прототипу, не виявлені і рішення явно не виходить із рівня техніки. На підставі цього можна зробити висновок, що запропоноване технічне рішення задовольняє критерію "винахідницький рівень".

Суть відомого винаходу міститься в тому, що при попередньому розкисленні металу алюмінієм в існуючих сталеплавильних процесах виробництва сталі можна одержати в металі достатньо низький вміст кисню, але неможливо одержати вміст сірки менший за 0,008 95. При цьому неметалеві вкраплини утворюються великими; модифікування структури металевої матриці практично відсутнє.

Для забезпечення більш глибокого розкислення і вилучення сірки (десульфурації) потрібно підтримувати певний шлаковий режим, здійснювати додаткове уведення, крім алюмінію, сильних окисо-, сульфідоутворювачів із необхідною концентрацією матеріалів, до складу яких входить барій, або сплавів, наприклад, алюмобарію, силіко-барію, алюмокальційбарію.

Використання сплавів барію у сполученні з кремнієм, алюмінієм, кальцієм підвищує модифікуючу ефективність застосування барію при обробці рідкої сталі. Сам барій (у чистому вигляді) має обмежену розчинність у рідкій сталі.

Пружність пари барію дорівнює 105 кПа при температурі 16472С. Пружність пари сплаву, до складу якого входить барій та інші зазначені елементи, значно менша, ніж кожного елемента зокрема. В результаті збільшується "живучість" барію, тобто тривалість перебування барію в рідкій сталі. Цим підвищується його модифікуючий вплив на неметалеві вкраплини, особливо у порівнянні з кальцієм і церієм, що дозволяє одержати дисперсні вкраплини глобулярної форми, забезпечує здрібнювання дендритної структури, зерна. У підсумку підвищується пластичність металу в різному стані та вихід годящого (придатного).

Виплавка за запропонованою технологією, що забезпечує високу ступінь розкисленності шлаку, дозволяє здійснювати активну десульфурацію металу.

При присадках матеріалів, до складу яких входить барій у кількості меншій за 0,5 кг/т, не досягається ефект модифікування: частина неметалевих вкраплин не глобулюзується, залишаються блоки "непроробленої" структури. Присадки більш 3 кг/т не змінюють досягнений стабільний ефект модифікування, але призводять до виправданої витрати матеріалів, до складу яких входить барій, хоча і не схильних до перемодифікування.

Присадка силікокальцію 1,5-2,5 кг/т перед випуском забезпечує досягнений стабільно низький вміст кисню у ковші.

Уведення барію в сталь, до складу якої входить кальцій, забезпечує здрібнення дендритної структури, зерна, зменшення частки перлітної складової, кількості і розмірів неметалевих вкраплин та їх глобуляризацію.

Ефективність модифікування складала 0,1-0,2 см/см"7.

Останнє особливо суттєво при вмісті сірки менше ніж 0,008 95, тому що переважним типом неметалевих вкраплин є оксиди, ступінь негативного впливу яких на фізико-механічні властивості у значній мірі визнається їхньою конфігурацією.

Вміст алюмінію у готовому металі було стабілізовано і знаходилось в межах 0,035-0,050 95, що підтверджує достатню розкисленість металу.

Присадка мішметалу церієвої групи марки МЦ-50-Жб, МЦ-50-ЖЗ дозволяє не тільки додатково знизити вміст кисню як у металевій матриці, так і у вкраплинах із барієм, де частка його витрачається не на модифікування, а на розкислення, але і сформувати сумісно з барієм дрібні, розміром до 2,5 мкм, глобулі, частини яких ще під час рафінування металу у ковші спливає у шлак. Останній факт підтверджується якістю проб, відібраних від рідкого металу у ковші і при розливці у виливниці.

Продувка металу у ковші інертним газом (аргоном) дає зменшення кількості кисню у металі, здрібнення литої структури, очищення розплаву від неметалевих вкраплин, підвищення густини полікристалічної матриці і подальшу стабілізацію властивостей.

В результаті підвищується пластичність металу (таблиці 1 і 2). При цьому вихід придатного (годящого) по всіх переділах сталей збільшується на 4-5 95.

В умовах виробництва зазначені способи можуть бути здійснені так: сталі марок РБМ5, РІ8, ЗП894 виплавляють у 20-тонній електродуговій (або індукційній відкритій) печі з основною футеровкою.

Окислювальний період здійснюють із дотриманням таких особливостей: 1. Рафінування проводять із частковим скачуванням шлаку періоду плавлення. Новий шлак наводять з вапна 8-10 кг/т, плавикового шпату 3-4 кг/т, порошків феросиліцію або алюмінію 0,3-0,5 кг/т і кускового силікокальцію 0,5-0,7 кг/т. 2. Після кожного відбору проб на хімічний аналіз розкислення шлаку виконують сумішшю, яка складається із порошків алюмінію 0,3-0,5 кг/т, коксу 0,5-0,7 кг/т і вапна 0,5-0,8 кг/т. 3. Під час присадки додатків піч включають на електричну потужність 2-3 МВт, після закінчення присадки - на 0,5-0,8 МВт, далі піч повинна працювати на цій потужності до випуску. 4. На рафінуванні перед присадкою легуючих додатків (наприклад, ферованадію) шлак розкислюють порошками алюмінію (феросиліцію) 0,2-0,3 кг/т і коксу 0,2-0,4 кг/т; після присадки всіх додатків для корегування плавки шлак розкислюють сумішшю алюмінію (феросиліцію) 0,3-0,5 кг/т і коксу 0,4-0,6 кг/т. 5. За 10-15 хвилин до випуску металу з печі здійснюють його розкислення кусковим (на штангах) алюмінієм 0,6-0,8 кг/т, після чого ванну перемішують за допомогою установки ЕМП і виконують замір окисленності металу. 6. Окисленність металу визначають за допомогою приладу УКОС-1, показання якого повинні бути не менше за 550 мВ (активність кисню у розплаві 0,0003-0,00015 95).

Доводку окислення металу до показань приладу УКОС-1 550-650 мВ виконують за рахунок додаткової присадки кускового алюмінію (або металічного кальцію по 0,1 кг/т). 7. За 2-4 хвилини до випуску на шлак присаджують суміш, яка складається з порошку алюмінію 0,8-1,0 кг/т, коксу 0,2-0,3 кг/т, вапна 1,5-2,0 кг/т, шпату 1,0-1,5 кг/т, кускового силікокальцію 1,5-2,5 кг/т із розрахунку одержання в контрольній пробі 0,15-0,25 95 кремнію для сталей із марочним вмістом до 0,40 95.

Після присадки суміші шлак "обганяють" дерев'яним гребком і метал зливають у ковш. 8. Кінцеве (остаточне) розкислення здійснюють під час випуску металу з печі під струмінь при наповненні металом приблизно третини об'єму ковша присадкою кускового алюмобарію 0,5-0,7 кг/т.

Виплавку конструкційних сталей типу 12-2О0ХНЗА, 12-20Х2Н4А, ЗОХГСО (Н2)А, 4О0ХНМ, 40-6ОХФА, а також корозійностійких сталей типу ХІЗНУ, Х18НІТОТ та ін. здійснюють за наведеним прикладом. При здійсненні операції 8 присадка сплавів, до складу яких входить барій, збільшується до 2-3 кг/т.

Було виплавлено по 50 плавок сталей кожного класу. Крізний вихід придатного (годящого) по дослідних плавках збільшився на 5 95.

З вищевикладеного виходить, що запропоноване технічне рішення відповідає критерію "промислова застосовність". щ Таблиця 1

Змінювання величини ударної в'язкості ви, кемісмо, для стат РЕМ в інтервалі температур 1000-1200 за. лежно від витрати матеріалів, до скипаду яких входить барій

Витрата матеріалів. | Тампертурь с п 0 ЖНх 1000 | пов ШО чво 1206 с - 127 1-3 1,30 1,25 п о ех 287 я то зва 3.07 | зо 3,8 2.0 | 3,87 зле 24 Зв

За с Я ! ЇЇ. 4,О8. 3,87

Ї Таблиця З

Змінювання величини ударної в'язкостьан кгм/см о. статі 40Х натпоздовжніх зразках піспа стандартної. тер- шо МІЧНОЇ обробки залежно від витрати матеріалів, до складу яких входить барій д

Витрата матеріанів, кчх вес щ - й | (Бе й пи ШИ ВАВ ї

Що о (в. 9З7Уво ц 2,0 (5,2-5,6)/9,4 зо (958-102 ж цисельник «мінімальні і максимальні значення вк; є пи знаменник -- середні значення ак "

Claims (3)

1. Спосіб виробництва сталі, що включає завалку, розплавлення, регулювання активності кисню в печі за рахунок присадки кускового алюмінію, рафінування із частковим скачуванням шлаку періоду плавлення і наведенням нового шлаку з порошку феросиліцію у суміші з вапном і коксом, розкислення силікокальцієм перед випуском плавки у ковш, випуск, остаточне розкислення, продувку метала у ковші інертним газом, який відрізняється тим, що при розкисленні розплаву додають кусковий силікокальцій у кількості 1,5 -2,5 кг/т; при рафінуванні, після скачування шлаку, в розплав при наведенні нового шлаку, уводять вапна 8-10 кг/т, порошку феросиліцію 0,3-0,5 кг/т, кускового силікокальцію 0,5-0,7 кг/т і коксу 0,5-0,7 кг/т; при регулюванні активності кисню здійснюють додаткову присадку кускового алюмінію у кількості 0,1 кгл/л до забезпечення заміру окисленості металу в межах 550-650 мВ( за показаннями приладу УКОС-1); за 2-4 хвилини до випуску на шлак присаджують суміш, яка складається з порошку алюмінію 0,8-1,0 кг/т, коксу 0,2-0,3 кг/т, вапна 1,0-1,5 кг/т, шпату 1,0-1,5 кг/т, алюмокальцію 1,5-2,5 кг/т.

2 Спосіб виробництва сталі, що включає завалку, розплавлення, регулювання активності кисню в печі за рахунок присадки кускового алюмінію, рафінування із частковим скачуванням шлаку періоду плавлення і наведенням нового шлаку, розкислення силікокальцієм перед випуском плавки у ківш, випуск, остаточне розкислення, продувку металу інертним газом, який відрізняється тим, що: при розкисленні розплаву додають кусковий силікокальцій у кількості 1,5-2,5 кг/т; при рафінуванні, після скачування шлаку, в розплав, після наведення нового шлаку, уводять вапна 8-10 кг/т, порошку алюмінію у кількості 0,3-0,5 кг/т, кускового силікокальцію 0,5-0,7 кг/т і коксу 0,5-0,7 кг/т; при регулюванні активності кисню здійснюють додаткову присадку кускового алюмінію у кількості 0,1 кг/т до забезпечення заміру окисленності металу в межах 550-650 мВ( за показаннями приладу УКОС-1); за 2-4 хвилини до випуску на шлак присаджують суміш, яка складається з порошку алюмінію 0,8-1,0 кг/т, коксу 0,2-0,3 кг/т, вапна 1,0-1,5 кг/т, шпату 1,0-1,5 кг/т, силікокальцію 1,5-2,5 кг/т; під час випуску плавки на струмінь, при наповненні металом не менше ніж третини об'єму ковша, здійснюють остаточне розкислення лігатурою, до складу якої входить барій, у кількості 0,5-3,0 кг/т, після чого у ківш додатково присаджують мішметал церієвої групи у кількості 0,3-0,5 кг/т; продувку інертним газом здійснюють протягом 5-8 хвилин.

3. Спосіб виробництва сталі, що включає завалку, розплавлення, регулювання активності кисню в печі, рафінування із частковим скачуванням шлаку періоду плавлення і наведенням нового шлаку з порошку феросиліцію у суміші з вапном і коксом, розкислення силікокальцієм перед випуском плавки в ківш, випуск, остаточне розкислення, продувку металу в ковші інертним газом, який відрізняється тим, що регулювання активності кисню здійснюють за рахунок присадки кускового металічного кальцію у кількості 0,1 кг/т до забезпечення заміру окисленності металу в межах 550-650 мВ( за показаннями приладу УКОС-1), при розкисленні розплаву додають кусковий силікокальцій у кількості 1,5-2,5 кг/л; при рафінуванні, після скачування шлаку, в розплав при наведенні нового шлаку, уводять вапна 8-10 кг/т, порошку феросиліцію 0,3- 0,5 кг/т, кускового силікокальцію 0,5-0,7 кг/т і коксу 0,5-0,7 кг/т; за 2-4 хвилини до випуску на шлак присаджують суміш, яка складається з порошку алюмінію 0,8-1,0 кг/т, коксу 0,2-0,3 кг/т, вапна 1,0-1,5 кг/т, шпату 1,0-1,5 кг/т, силікокальцію 1,5-2,5 кг/т; під час випуску плавки на струмінь, при наповненні металом не менш ніж третини об'єму ковша, здійснюють остаточне розкислення лігатурою, до складу якої входить барій, у кількості 0,5- 3,0 кг/т, після чого в ківш додатково присаджують мішметал церієвої групи у кількості 0,3-0,5 кг/т; продувку інертним газом здійснюють протягом 5-8 хвилин.