Способ выплавки высокохромистых сплавов и лигатур и шихта для его осуществления

 

1. Способ выплавки высоких хромистых Сплавов и лигатур в дуговой печи, включающий продувку высокохромистого расплава кислородом после нагрева его до 1600-1650°С, присадку на шлак порошкообразных и в металл кусковых кремнийсодержащих материалов, отличающий- , с я тем,, что, с целью получения низкЬуглеродистого металла, максимального использования углеродсодержащего феррохрома, уменьшения угара хрома, снижения себестоимости , продувку 20-45%-ного хромистого расплава кислородом производят после введения в него 7-10 кг/т расплава кускового 45%-ного ферросилиция и ведут до содержания углерода 0,02-0,06%, затем шлак раскисляют 4-7 кг/т расплава 75%-ным порошкообразным ферросилицием и 2-3 кг/т расплава порои кообразным алюминием при одновременном введении в металл 5-7 кг/т расплава кускового 45%-ного ферросилиция и 2-3 кг/т расплава кускового алюминия. 2.Способ по п. 1, отличаю щ и и с я тем, что, с целью резкого снижения перегрева расплава, увеличения стойкости футеровки печи , в расплав после продувки его в кислородом вводят 150-18Q кг/т расплава безуглеродистого феррохрома и/или отходы низкоуглеродистых марок сталей. (Л С 3.Шихта для получения высокохромистых сплава и лигатур, содержащая среднеуглеродистый феррохром и отходы нержавеющих марок сталей, отличающаяся тем, что, с целью получения низкоуглеродистого металла, максимального использования углеродсодержащего феррохрома , уменьшения угара хрома, снижения себестоимости , шихта дополнительно содержит углеродистый , 00 феррохром и никель при следующем эо соотношении компонентов, вес. %:, Среднеуглеродис00 тый и углероо: Д14ртый феррохрсмл 30-60 Никель30-45 ел Отходы нержавеющих марок сталей 10-25

ПЕ 01) СОЮЗ.СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

- РЕСПУБЛИН

8(Д) С 21 С 5/52

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

10-25

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2952305/22-02 (22) 04.07.80 (46) 30.08.83. Бюл. Р 32 (72) A. Ф. Козлов, Л.М. Мирсон, E.Н. Коровкин, В.И. Александрович, A.Ã. Лискин, Г.П. Матвеев, A.A ° Дурнев и В.A. Дурынин (53) 669.187.25(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 381690, кл. С 21 C 5/52, 1973.

2. Крамаров A.Ä. Производство стали в электропечах. М., "Металлургия". 1969, с. 276 °

3. Авторское свидетельство СССР

Р 459513, кл. С 21 С 7/00, 1975. (54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ВЫСОКОХРОМИСТЫХ СПЛАВОВ И ЛИГАТУР И ШИХТА ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ выплавки высоких хромистых сплавов и лигатур в дуговой печи, включающий продувку высокохромистого расплава кислородом после нагрева его до 1600-1650 С, присадку на шлак порошкообраэных и в металл кусковых кремнийсодержащих материалов, о т л и ч а ю щ и и с я тем,, что, с целью получения низкоуглеродистого металла, максимального использования углеродсодержащего феррохрома, уменьшения угара хрома, снижения себестоимости, продувку 20-45%-ного хромистого распЛава кислородом производят после введения в него 7-10 кг/т расплава кускового 45%-ного ферросилиция и ведут до содержания углерода

0,02-0,06%, затем шлак раскисляют

4-7 кг/т расплава 75%-ным порошкообразным ферросилицием и 2-3 кг/т расплава порошкообразным алюминием при одновременном введении в металл

5-7 кг/т расплава кускового 45%-ного ферросилиция и 2-3 кг/т расплава кускового алюминия.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю . шийся тем, что, с целью резкого снижения перегрева расплава, увеличения стойкости футеровки печи, в расплав после продувки его

% кислородом. вводят 150-180 кг/т расплава безуглеродистого феррохрома и/или отходы низкоуглеродистых марок сталей.

3. Шихта для получения высокохро. мистых сплава и лигатур, содержащая среднеуглеродистый феррохром и отходы нержавеющих марок сталей, отличающаяся тем, что, с целью получения низкоуглеродистого металла, максимального использования углеродсодержащего ферро- хрома, уменьшения угара хрома, снижения себестоимости, шихта дополнительно содержит углеродистый феррохром и никель при следующем соотношении компонентов, вес. %„ Среднеуглеродис.тый и углероди тый феррохром 30-60

Никель 30-45

Отходы нержавеющих марок сталей

1038365

Изобретение относится к металлургии хромосодержащих сталей и сплавов и может быть использовано в металлургическом производстве для выплавки сплавов и лигатур.

Известны способы выплавки хромосодержащих сталей и сплавов в дуговой печи, включающие продувку хромосодержащего расплава кислородом, присадку в металл в процессе продувки кремнийсодержащих раскислителей, дополнительное легирование его феррохромом (1) .

Недостатком данных способов являются трудности, возникающие при выплавке сталей и сплавОв вследствие образования тугоплавкого высокохромистого шлака, длительного периода расплавления феррохрома, боль. шого угара хрома, невозможность продувки расплава, содержащего более 20% хрома и невозможность получения металла с низким содержанием углерода.

При высоком содержании хрома и низком содержании углерода в металле при низких температурах расплава хром обладает более высоким сродством к кислороду, чем углероду. Поэтому введенный в ванну при низких температурах расплава кислород взаимодействует не с углеродом, а с хромом (2) .

Поэтому целесообразно начинать продувку расплава кислородом цри температуре не ниже 1600-1650 С..

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ выплавки высокохромистых . сплавов и лигатур а дуговой печи, включающий продувку высокохромисто-. го расплава кислородом после нагрева его до 1600-1650 С, присадку на шлак порошкообразных и в металл кусковых кремнийсодержащих материалов.

В известном способе расплав с содержанием хрома 10-14% и углерода на 0,6-0,8% выше верхнего предела его содержания в готовой ста-. ли продувают кислородом и с повышением содержания хрома сверх укаэанного на каждый процент момент начала продувки по содержанию углерода в металле сдвигается вверх на

0,1%.

По ходу продувки расплава кислородом на шлак равномерными порциями по 0,3-1,0 кг/т с интервалами 30-60 с присаживают кремнийсодержащие порошкообразные материалы, при атом величина присадки зависит о минимального 5-10 м /т и максимального 20-30 м3/т расхода кислорода. При содержании углерода в расплаве 0,15-0,20% в металл по ходу продувки присаживают кусковой ферросилиций со скоростью 0,2-0,8 кг/мин на тонну жидкой стали $3) .

Данный способ не обеспечивает воэможность продувки кислородом расплава; содержащего более 20% хрома, вследствие образования тугоплавкого высокохромистого шлака, так как продувка хромистого расплава и присадка раскислителей ведется только в зависимости от

1Î химического состава металла и расхода кислорода без учета температурного режима и состояния плавки. Это приводит к невозможности получениянизкоуглеродистого высокохромистого металла, к затягиванию продолжительности продувки расплава кислородом, ухудшению шлакового режима плавки, повышенному угару хрома и увеличению себестоимости металла.

Цель изобретения — получение низкоуглеродистого металла, максимальное использование углеродсодержащего феррохрома, уменьшение yraра хрома„ снижение себестоимости.

Поставленная цель достигается тем, что.согласно способу выплавки высокохромистых сплавов и лигатур в дуговой печи, включающему продувку высокохромистого расплава кислородом после нагрева его до 1600ЗО 1650 С, присадку на шлак порошкообразных и в металл кусковых кремнийсодержащих материалов, продувку 20-45%-ного хромистого расплава кислородом производят после ввеЗ5 дения в него 7-10 кг/т расплава кус4 кового 45%-ного ферросилиция и ведут до содержания углерода 0,020,06%, затем шлак раскисляют 4

7 кг/т расплава 75%-ным порошкооб"

4О разным ферросилицием и 2-3 кг/т расплава порошкообраэным алюминием при одновременном введении в металл 5-7 кг/т расплава кускового 45%-ного .ферросилиция и 2-3 кг/т расплава кускового алюминия.

45 „ С целью резкого снижения перегрева расплава, увеличения стойкости футеровки печи, в расплав после продувки его кислородом вводят

150-180 кг/т расплава безуглеродис5Q того феррохрома и/или отходы низкоуглеродистых марок сталей, Состав шихты для осуществления способа, содержащей среднеуглеродистый феррохром и отходы нержавеу ющих марок сталей, дополнительно содержит углеродистый феррохром и никель при следующем соотйошении компонентов, вес. %:

Среднеуглеродистый и углеродистый феррохром 30-60

Никель 30-45

Отходы нержавеющих,марок сталей 10-25

При разработке спосОба выплавки

65 высоколегированных сплавов и лига1038365

55 тур и шихты для его осуществления исходят из необходимости обеспечить возможно более низкое содержание углерода в металле при максимальном использовании при выплавке дешевого и недефицитного углеродсодержащего феррохрома,а также из того что применяемые раскислители должны обеспечить минимальный угар хрома при продувке высокохромистого расплава кислородом до низких содержаний углерода 0,02-0,06Ъ, небольшов содержание тугоплавких окислов хрома и шлака в металле,,минимальное содержание растворенного кислорода и неметаллических включений в готовом металле.

Для получения низкоуглеродистого расплава с содержанием хрома 2045Ъ путем продувки его кислородом необходимо пОвысить активность углерода в таком расплаве, что можно достигнуть посредством добавки в металл никеля. Как известно, никель повышает активность углерода в желеэохромоникелевом расплаве.

Нижний предел по содержанию хрома в расплаве. перед началом продувки его кислородом определяется неразработанностью процесса продувки таких расплавов, а верхний его предел ограничивается необходимостью быстрого снятия перегрева расплава после окончания продувки, для чего требуется присадить в расплав низкоуглеродистые отходы или фферохром. Кроме того, верхний предел -по содержанию хрома ограничивается содержанием никеля в расплаве.

Нижний предел содержания никеля (31Ъ) в расплаве перед началом продувки кислородом определяют по существенному повышению активности углерода в высокохромистом расплаве, что позволяет осуществить про-( цесс продувки расплава кислородом до содержания углерода 0,02-0,.06Ъ.

При более низком содержании никеля процесс обезуглероживания расплава замедляется и становится малоэффективным. Верхний предел по содержанию никеля определяется требуемым химическим составом конкретного сплава (лигатуры) по никелю и содержанию хрома в сплаве.

В соответствии с вышеизложенным, а также учитывая угар хрома в процессе плавления шихты, химический состав феррохрома и отходов нержавеющих марок сталей разработан состав шихтовых материалов.

При этом использование лома и/или стружки нержавеющих марок сталей вызвано необходимостью утилизировать высоколегированные отходы и снизить себестоимость сплава.

Температура расплава перед началом продувки его кислородом выбрана 6

1600-1650 С поскольку при этой температуре сразу же начинается процесс обезуглероживания высоколегированного железохромоникелевого расплава. Интервал по температуре определяется чисто практическими методами измерения температуры в производственных условиях и техническими возможностями.

Для быстрого разогрева металла и, следовательно, интенсивного обезуглероживания, уменьшения угара хрома при продувке расплава кислородом и частичного ошлакования образующихся тугоплавких кислот хрома перед началом продувки вводят в жидкий металл 7-10 кг/т металлического расплава кускового 45Ъ ферросилиция. Введение меньшего количества малоэффективно, а. большие его количества ведут к сильному перегреву металла из-эа окисления больших количеств кремния.

Для быстрого снятия переокисленности металла после продувки его кис лородом, раскисления шлака и для восстановления образовавшихся тугоплавких окислов хрома металл раскисляется 5-7 кг/т жидкого металла кусковым 45Ъ-ным ферросилицием и 2-3 кг/т жидкого металла кусковым алюминием при одновременном раскислении шлака 4-7 кг/т жидкого металла 75Ъ-ным порошкообразным ферросилицием и 2-3 кг/т порошкообраэным алюминием. Образующиеся при этом окислы кремния и алюминия приводят к ошлакованию невосстановившихся тугоплавких окислов õðoма (100Ъ восстановления окислов хрома практически добиться очень трудно с образованием комплексных включений легкоудаляемых из металла и разжижающих шлак, меньшие количества присаживаемых раскислителей не обеспечивают высокую степень восстановления окислов хрома и раскисленности металла и шлака, и нужной консистенции последнего, а большие количества раскислителей приводят к повышенному их расходу.

Количество присаживаемых раскислителей (в рекомендуемых пределах) определяется содержанием углерода в металле после окончания продувки его кислородом. При низком содержании углерода в металле раскислители присаживаются на верхних пределах и наоборот.

Способ осуществляют следующим образом.

В дуговую электропечь загружают среднеуглеродистый и углеродистый феррохром, никель, стружку или лом нержавеющих марок сталей. В зависимости от требований конкретного химического состава сплава (лигатуры) составляющие шихтовых ма1038365 териалов берут на нижнем, среднем . или верхнем рекомендуемых. пределах.

Пример 1 (по шихте). Если требуется иметь в готовом сплаве (лигатуре) нижний предел по содержа. нию хрома, в эавалку дают 300 кг/т среднеуглеродистого и углеродистого феррохрома, 450 кг/т никеля и

250 кг/т стружки и/или лома нержавеющих марок сталей.

Пример 2 (по шихте). Если 10 в сплаве (лигатуре) необходимо иметь возможно большее содержание хрома, в завалку дают 600 кг/т феррохрома, 300 кг/т никеля и 100 кг/т отходбв нержавеющих марок. сталей. При этом охлаждение металла после его продувки кислородом необходимо производить безуглеродистым феррохромом.

Пример 3 (по шихте). При среднем химическом составе по хрому готового сплава (лигатуры) шихта состоит из 450 кг/т феррохрома, 350 кг/т никеля и 200 кг/т отходов нержавеющих марок сталей.

В середину завалки дают 15-18 кг/т извести. После расплавления шихты металлическая ванна нагревается до температуры 1600-1650 С и в нее прис саживают 7 кг/т кускового 45%-ного ферросилиция при содержании феррохрома в шихте 300 кг/т (пример 1) 30 или 10 кг/т ферросилиций при содержании феррохрома в шихте 600 кг/т (пример 2), соответственно при среднем содержании феррохрома в шихте 450 кг/т в ванну присаживают 35

8,5 кг/т ферросилиция (пример 3).

Затем производят частичное подкачивание шлака и металлический расплав продувают кислородом до содержания углерода 0,02-0,06% (в за- 40 .висимости от химического состава готового металла), после чего шлак раскисляют порошками 4-7 кг/т жидкого металла 75%-ного ферросилиция и 2-3 кг/т алюминия, а в металл вводят 5-7 кг/т кускового 45%-ного ферросилиция и 2-3 кг/т кускового алюминия.

Вьппе подробно рассмотрены примеры выполнения способа с обоснованием конкретных параметров. Одно- 50 временно с вводом раскислителей для резкого снижения температуры в металл присаживают 150-180 кг/т безуг. леродистого феррохрома или лома низкоуглеродистых марок сталей в зависимости от химического состава,готового сплава (лигатуры) по хрому. Во время проплавления лома или феррохрома .на шлак (в зависимости от его состояния) могут присаживаться порошкообразные раскислители до получения светло-серого шлака: ферросилиций, силикокальций алюминий. После нагрева расплава до 1530-1550 С его выпускают в ковш.

По предлагаемому способу проведено четыре плавки низкоуглеродистого хромоникелевого сплава в

50 т дуговой печи по нижним, средним и верхним параметрам процесса выплавки и химического составашихтовых и добавочных материалов. Подробные сведения по этим плавкам приведены в табл. 1 и 2. Эти сплавы используют в качестве лигатуры для получения больших масс 120-150 т нержавеющей стали марки 08Х18Н10Т. Испытания поковок и листов, полученных из этой стали, показали, что они полностью удовлетворяют всем необходимым требованиям.

Сплавы выплавляют в открытых и вакуумных индукционных печах с использованием беэуглеродистого феррохрома.

В табл. 2 приведен фактический экономический эффект от использования предлагаемого способа. Данные по выплавке сплавов в открытой индукциочной печи приведены по расчету. Для сопоставимости результатов плавок в дуговой и индукционной печах общее количество использованного феррохрома, никеля и отходов соответственно одинаково.

Иэ приведенных данных следует, что предлагаемый способ обеспечивает получение ниэкоуглеродистых высокохромистых никельсодержащих сплавов в крупнотоннажных электропечах при использовании в шихте углеродсодержащего феррохрома и отходов нержавеющих марок сталей.

При этом в зависимости от марок применяемого феррохрома и его количества получен экономический эффект в сумме 25-53 р./т сплава.

10383á5

I е

333 К

О4 ж и и оо

4 .о о

O ce

o) н

3C L ltt 1

Х Е 333 1

Х Я и е, е к 1

Я 1

И х х

CO Ф о

Рь ц

1»

С 3

Ю

%Р Ф

Ю Ю

Ю Ю

»3

Ю

C) I Ф ое х к и е в и

Х Ж к си

I о а ео к к

v v ох

3 Х Н

Х (6 m н л ецй

zoo ац

Р3 И иЪ

П3 и и

OI Е ь а .5

43@ W аи

I »йе

3л.

Ф Х

5m X . "о

Фцц хоot» а а

С304

Ф к х кеи екх них о

I ои

И Х о и

333 Е на и о к 5 оо ма

ИЪ И). E

3Ч Ч!

Ю

33Ъ СП

1 t Э

1 33»

I

1

1

I

I

1gl С Ъ

Ю Ю

Ю Ю

СЧ

Ю

° Э

Ю

C) С3

Ю

1Р

С3

СЧ

1Р

% »

С Ъ

\ -3

СЧ

Ю

° Ф

М Ф

СЧ с"Ъ

1О

< \ (") Ю

»

РЪ Ъ

1 3

CO

Ф Ъ ч

33\

Ф ) и

3 о

О 4

3: О

3Ф

4 оо

oo м н о ие оа

I 1

1 1

I 1

I I

1

l

I g I а1 1 Хо

K4Ô е mR» агнце w î е Окж цеаиокоиа онест бахо

VжК4O*ИХЦ! dP 1

Е 1 а 1 I

Е3 Ц1. ОИ мои ец кон кфм34И1аоеиц о и ао "е ао м о 4

w v к,a к к ы а 3

1 I

Ю 1 1И а е1 mao

&4 наm а4 m к:

Ц 1 а

mIЕ1ИХ ю аа м о

a e Ì К Е >* 33 Ц

ЕийККЦ 03 цмои орла о е аееаоо и ж х а 333 к х к

1

С Ъ . 0Ъ Ф

М с

Ю Ю .3

tF R M

СЧ а . ц>

М М

Ю m a

С 3 СЧ <Ч

1038365

Т а,б л и ц а 2

Состав шихтовых и добавочных материалов и данные по эффективности предлагаемого способа при выплавке ннэкоуглероднстого хромоникелевого сплава в 50 т дуговой печи.

Состав шихтовых материалов, кг/т шииты

Плавка

Эикель

Предлагаеьый способ

100

300 100

150

450 250

150

139192 450

1ЭО

139221 350

100

Иэвестный способ

30О )00

Уол. 1

600

Усл ° 2

450 250.

300

Уов.3

ЗЪО 300.

180

Уаа 4

450

100 юваааеавюеююваюе аюававюавюеюа ееюеюеавеававвае юее

° аееееюю» ююав юа юю а

Среднеуг- Углерою лероднс- дистый тый FeCr FeCr

ФХ1ОО ФХХ650

139113 500

13913В 300

Отходы нержавеющих сталей. 350 200

400 150

Беэуглеродистый

FeCr

ФХОО4

Состав добавочных материалов, кг/т . расплава

Беэугле- Отходы родистый низко-, ГеСг углероФХ004 дистыя сталей

1038365

Продолхеяие табл. 2

Стоимость Феррохрома кяхти, р;/т сплава

Стоимость Феррохрома, р./т

Ферросплава

ФХ100 ФХ100 ФХ650

ФХ650

;ФХ100

ФХ004

Предлагаемы способ

139113 250

147

220

332

125

53

139138

75

139192

112

112

139221

22

110

Иэвестный "пособ

Усл. 1

200

200

Усл. 2

100

Усл. Э

150

150

Усл. 4

150

150

Составитель Л. Магаюмова

Редактор Й. Кешеля Техред И.Teriep Корректор С. Шекмар

Суммарн- аяя стоимость ферро" хрома пихты, р./т сплава еиспоаъвоваиие в иихте узмеродхстого феррохрома более 100 кг/т вжхты нехелательно, поскольку вто ведет х ватягнванна процесса продувки расплава кислородом и ухудвенмв awaxosore ревмма.

Заказ 6145/26 Тирам 568 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Экономический эфФект предлагаемого способа р./т сплава