Способ рафинирования нержавеющей стали

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (ц ) 002370 ( фф„. (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 05.10.81 (21) 3346872/22-02 (и)М.К . с присоединением заявки ¹

С 21 С 7/10

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 070383 Бюллетень Мо 9

t 3lУДК 669.046. .517(088.8) Дата опубликования описания 07.03.83

Д.И.Бородин,. С.И .Быстров, В.И.Мирошниченко, .А.Áåëÿêîâ, Б.С.Петров, В.N.Áóøìåëåâ, С.С.СивкОв, В.A.Èè ффкб -,": --. : =- .. .:"- ч

В.П.Ширяев и Е.И.Тюрин в- -;-; .; -;„",, -. -::д (Фэ

Московский ордена Октябрьской Революции ч ордена .Трудового Красного Знамени институт стали и сплавов (72) Авторы изобретения (7! ) Заявитель (54) СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно, к способам получения хромистых нержавеющих сталей с использованием установок вакуумного окислительного рафинирования, и может быть и польэовано в электросталеплавильных цехах металлургических заводов.

В настоящее время известны спосо. бы полуения хромистых нержавеющих сталей с расплавлением исходной металлической шихты в дуговой электропечи и последующим ее обеэуглероживанием на установке вакуумного окислительного рафинирования $1) .

К недостаткам данных способов получения сталей, легированных хромом, следует отнести относительно высокий угар легирующих компонентов металлошихты, что обусловливает повышенную себестоимость. получаемых сталей.

Наиболее близKHM к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ рафини ° рования хромистых сталей,.включающий эавалку и расплавление легированных отходов, продувку металла в окислительный период кислородом, выпуск в ковш с последующей обработкой аргоном и окислителем под вакуумом 1 2) .

В качестве окислителя применяют кислород, продувку аргоном и кислородом ведут е постоянной интенсивностью.

Недостатками этого способа рафинирования хромистых сталей являются относительно низкая производительность установки вакуумного окислительного рафинирования, а также высокий угар хрома и других компонентов расплава, что обусловливает повышенную себестоимость выплавляемой стали.

Первый недостаток известного способа рафинирования нержавеющих сталей обусловлен удлинением процесса вакуумного обеэуглероживания легированного расплава при начале обработки последнего аргоном спустя 4-7 мин после включения вакуумных насосов.

Это замедляет скорость обезуглероживания в начальный период обработки и удлиняет процесс в целом.

Второй недостаток известного способа рафинирования нержавеющих ста25 лей обусловлен, во-первых, имеющей место при верхней продувке расплава газообразным кислородом значительной переокисленностью .металла в высокотемпературной реакционной зоне, во30 вторых, применяемым режимом продув1002370 ки металла аргоном, при котором по ходу вакуумного рафинирования в. системе не обеспечиваются требуемые для эффективного протекания процесса обеэуглероживания при максимальном сохранении в расплаве хрома и других легирующих значения парциального дав ления окиси углерода.

Целью изобретения является снижение себестоимости выплавляемой стали., цель достигается тем, что по спо-:f0 собу рафинирования нержавеющих сталей,, 1 включающему завалку и расплавление легированных отходов, продувку ме- талла в окислительный период кислоро. дам, выпуск в, ковш с последующей об- 35 работкой аргоном и окислением под вакуумом, интенсивность обработки расплава аргоном в течение времени вакуумирования и остаточное давление в системе изменяют непрерывно так, 20 что соотношение начальных и конечных расходов аргона и остаточного давления сбставляет соответственно 0,30,5 и 15-80, а в качестве окислителя используют конечный шлак окислитель- 25 ного периода. Соотношение весов шлака окислительного периода и рафинируемого металла составляет 0,01-0,04.

Осуществляют способ рафинирования нержавеющей стали следующим образом. у}

Исходную металлическую шихту, состоящую на 70-100% иэ отходов хромистых марок сталей, на О-ЗОВ из отходов углеродистых марок сталей и раэ личных сортов феррохРома (высокоуг- 35 леродистого 15-30 кг/тонну, среднеуглеродистого 0-15 кг/т ниэкоуглеродистого 0-15,0 кг/т) загружают в дуговую электропечь.

Исходная шихта. содержит, вес.Ъ: 4 углерод 0,35-1,00 кремний 0,10-0,30; марганец 0,20-0,80, никель 0,15-0,50 хром 26-28 сера 0,015-0,35> фосфор

0Ä020-О,О35.

После расплавления металлической шихты при температуре металла 1600- . 45

1650ОС производят скачивание шЛака (для уменьшения последующего угара хрома).

Далее в расплав присаживают известь (10-20 кг/т) и чушковый алю- 50 миний (10-15 кг/т). Возможна также замена алюминия 45%-ным ферросилицием (14-20 кг/т) или алюминиевыми отходами из расчета введения в ме.талл 10-15 кг/т алюминия. 55

При достижении температуры металла 1630-1670 С осуществляют в течение 4-12 мин продувку металлической ванны техническим кислородом с расходом 0,9-1,1 HM /т мин.

Температура металла после продувки составляет 1720-1820ОС.

После продувки металл имеет следующий химический состав, вес.%: углерод 0,25-0,35; марганец 0,15-0,40;, хром 25, 0-27), никель О, 20-0,50;; кремний 0,05-0,10 сера 0,010-0,025 фосфор О, О 20 -О, О 35 . Далее металл с частью шлака (1,04,0Ъ от массы металла) выпускают в рафинировочный ковш, снабженный пористой пробкой для обработки металла инертным газом. Температура металла в ковше составляет 1700-1800 C.

После установки ковша с металлом в вакуумную камеру производят набор вакуума в системе от среднего начального остаточного давления 400 ммрт.ст (устанавливается в системе спустя

20-40 с, после включения вауумных насосов ) до конечного значения 527 мм рт.ст.

По ходу вакуумирования металл продувают аргоном. Интенсивность подачи аргона изменяют линейно от

0,5-0,75 нм /т ° ч в начале вакуумирования до 1,25-1,75 нм /м ч в его конце.

Время перемешивания металла аргоном под вакуумом составляет 1015 мин, При непрерывном снижении в вакуумной камере остаточного давления, а также перемешивании расплава аргоном, с увеличением расхода последнего по ходу вакуумирования в системе складываются термодинамические и кинетические условия, способствующие. повышению относительной скорости окисления углерода, что приводит к снижению угара хрома и других компонентов металла.

Протекание реакции обезуглероживания обеспечивается как за счет кислорода, растворенного в металле, так и за счет кислорода, содержащегося в шлаке.

При оставлейии .. в ковше шлака в количестве менее 1% от массы металла не обеспечивается полное протекание реакции обЕзуглероживания.

Во время продувки иэ рафинировочного ковша наблюдаются выбросы шлака, если количество последнего превышает 4Ъ от массы металла. Кроме того, при большом количестве шлака увеличивается окисленность металла после вакуумной обработки и угар корректирующих добавок и раскислителей .

Окислительный шлак имеет следующий химический состав, вес.Ъ:

СаО Si О MgD МЯэ Сг,,о Fe O>

10-12 20-25 15-18 12-15 30-35 6-12 ос таль нсе до 100

Продувка металла аргоном одновременно с набором вакуума позволяет существенно. увеличить скорость окисления углерода и повысить производи1002370

6 тельность вакуумной камеры на 2030% .

При проведении окислительного рафинирования кислородом, содержащимся в металле и в шлаке, в системе отсутствует переокисленная реакционная зона, что дополнительно позволяет снизить угар хрома и других компонентов, расплава.

Использование перемешивания расплава аргоном с соотношением начальных и конечных расходов последнего менее 0,3, а также разряжения в вакуумной камере с соотношением начального и конечного остаточного давления более 80 экономически нецелесооб- «5 разно, так как связано с перерасхопом аргона, электроэнергии, воды и перегретого пара.

При использовании аргоновой продувки с соотношением начальной и ко- 20 нечной интенсивности последней более 0,5 и создания величины вакуума ! в системе с соотношением начального и конечного остаточного давления ме.нее 15 существенно ухудшаются термо- 25 дина«лические и кинематические условия протекания реакции обеэуглероживания, что приводит к росту угара хрома и других гелирующих компонентов расплава. 30

Температура металла в конце вакуумирования составляет 1650-1700 С.

После вакуумирования металл имеет следующий химический состав, вес. Ъ: углерод 0,08- 0,12) кремний 0,04-0,06« 5 марганец 0,08-0,25> никель 0,25-0,55; хром. 2 4, 5-26, 5 «сера О, 010-0, 0 25; фосфор 0,020-0,035.

После проведения вакуумного окислительного рафинирования металл раскисляют чушковы«л алюминием (1,0.—

1,5 кг/т), который вводят в ковш на штангах..

Присадкой на поверхность рафинировочного ковша порошкообраэного алюминия или алюминиевой стружки 45 (1,5-2„0 кг/т) добиваются эффективной раскисленности шлаковой- фазы. Далее в рафинировочный ковш присаживают 70%-ный ферротитан (3,5-12 кг/т), металлический марганец (5-7 кг/т ), 50

45%-ный ферросилиций (6-10 кг/т) и в случае необходи«лости, корректирующие добавки феррохрома и никеля.

После присадок в рафиннровочный ковш раскислителей и легирующих производят набор вакуума (6-20 мм рт.ст) и перемешивание металла в течение

3-5 мин аргоном с расходом 0.050.07 нм /т. 60

Температура металла .после усредне н ия металла составляет 1 б 20-1б 50 С.

Далее металл из рафинировочного ковша переливают в стопорный ковш (в случае оборудования .ковшей шибер- 65 ными затворами операция перелива отсутствует ).

Температура. металла в ковше составляет 1570-1610 С.

Готовый металл имеет следующий химический состав, вес.Ъ: углерод

О, 08-0,1 2; кремний 0,5-0,7) «ларганец 0,5-0,7 никель О, 20-0,50; хром

24-27j сера 0,010-0,025«. фосфор

О, О 20-0, 035; титан 0„5-0,8.

Разливку металла осуществляют по действующей на заводе технологии .

Полученный с использованием уста новки вакуумного окислительк >го рафинирования металл характеризуется повышенным качеством. Так, содержание азота в готовой стали составляет

0,02-0,03Ъ вместо 0,04-0,06%, характерных для металла, полученного по обычной технологии. Хро«ле того, îмкстые включения имеют благоприятную форму.

П р и м:е р . Исходную металличес. кую шихту, состоящую на 1003 из отходов хромистых марок сталей и высокоуглеродистого феррохрома (30 кг/т) загружают в дуговую электропечь.

Исходная шихта содержит, вес.Ъ| углерод 0,35 кремний 0,20; «ларга;нец 0,40; никель 0,30« хром 27 сера 0 025 фосфор 0,025.

После расплавления металлической шихты при температуре металла 1650 С производят скачивание шлака.

Далее в расплав нрисаживают известь (15 кг/т) и чушковый алюминий (12 кг/т) или отходы алюминия нз рас чета введения 1,0-1,5Ъ алюминия от массы металла.

При достижении температуры металла 1660 С осуществляют в течение

4 мин продувку металлической ванныо техническим кислородом с расходом

1, О нм /т - ми н.

Температура метаЛла после продувки составляет 1750 С.

После продувки металл имеет следу. ющий химический состав, вес.Ъ: углерод 0,25 i марганец 0,35; хро«л 2б,5 никель 0,35; кремний 0,10;сера 0,020; фосфор 0,025.

Далее металл с частью шлака (2% от массы металла) выпускают в рафинировочный ковш.

Температура металла в ковше составляет 1730 С.

После установки ковша с металлом в вакуумную камеру производят набор вакуума в системе от среднего остаточного давления 400 мм рт.ст. до конечного значения 10 мм рт ° ст.

По ходу вакуумировання металл продувают аргоном. Интенсивность подачи аргона изменяют линейно от

0,6 нм /т-ч в начале вакуумирования до 1,5 нм /т ч в его конце.

1002370

Формула изобретения

Составитель Г. Прусс

Редактор О. Юркова Техред М.Тепер Корректор В. Бутяга

Заказ 1730/10 Тираж 566 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по,делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Время перемешивания металла аргоном под вакуумом составляет 10 мин

Температура металла в конце вакуумирования составляет 1670 С.

После вакуумирования металл .имеет следующий химический состав. вес,.В: углерод 0,09; кремний 0,05; марганец 0,15> никель 0,40; хром

26,0; сера 0,020> фосфор 0,025.

Далее металл раскисляют чушковым алюминием (1,0 кг/т), а шлак порошкообразным алюминием (1,5 кг/т), В рафинировочный ков присаживают

70% -ный ферротитан 7 кг/т), металлический марганец (5 кг/т), 45% -ный ферросилиций (7 кг/т). 15

После присадок в рафинировочный ковш раскислителей и легирующих производят набор вакуума Г10 мм рт..ст) и перемядивание металла в течение

4 мин аргоном с расходом 0,06 им /т. yQ

Температура металла после усреднения составляет 1630 С.

Полученный металл имеет следующий химический состав, вес.%: углерод

0,085; кремний 0,40; марганец 0,60j 25 никель 0,35; хром 26,5j сера 0,020 фосфор 0,025; титан 0,50.

Разливку металла осуществляют по действующей на заводе технологии.

При использовании предлагаемого gg способа рафинирования нержавеющей стали зкономия хрома составляет

1,5 абсЪ. или 2,1 абс.Ъ феррохрома.

При средней цене феррохрома

300 руб/т и годовой производитель ности 50 тыс. тонн экономический эффект составит

2,1х3,0х50000=305 тыс. руб.

Таким образом, предлагаемый способ рафинирования нержавеющей стали позволяет существенно снизить ее себестоимость за счет уменьшения yraра хрома при применении в процессе вакуумного обезуглероживания эффективного режима обработки металла аргоном и окислительного шлака.

1. Способ рафинирования нержавеющей.стали, включающий завалку и расплавление легированных отходов, продувку металла в окислительный период кислородом, выпуск в ковш с последующей обработкой аргоном и > окислителем под вакуумом, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения себестоимости выплавляемой стали, интенсивность обработки расплава аргоном в течение времени вакуумирования и остаточное давление в системе изменяют непрерывно, причем соотношение начальных и конечных расходов аргона и остаточного давления составляет соответственно

0,3-0,5 и 15-80, а в качестве окислителя используют конечный шлак окио-. лительного периода.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем,,что соотношение весов шлака окислительного периода и рафинируемого металла составляет

О, 01-0, 04.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ф 532629, кл. С 21 С 7/10, 1974.

2. Морозов A Н. и др. Внепечное вакуумирование стали. М., "Металлургия", 1975, с. 254-259.