Способ рафинирования особонизкоуглеродистого железоникелевого расплава

 

1. СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ ОСОБОНИЗКОУГЛЕРОДИСТОГО ЖЕЛЕЗОНИКЕЛЕВОГО РАСПЛАВА, включающий завалку металлошихты и лшакообразующих, их расплавление, проведение окислительного периода с получением особониэкоуглеродистого железоникелевого расплава, раскисление его алюминием кремнием, кальцием, марганцем и pjj.работку раскисленного расплава углеродом посредством погружения в ванну графитовых электродов при включенной электропечи, отличающийс я тем, что, с целью снижения степени науглероживания расплава и повшиения технологичности металла при горячей пластической деформацш,. 0,5-2,0% никеля вводят в расплав в процессе и/или после обработки его углеродом. 2.Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что процесс обработки расплава углеродом проводят с одним - пятью перерывами. 3.Способ по. пп. 1 и 2, отличающийся тем, что никель вводят в перерывах между периодами обработки расплава углеродом. 4.Способ по пп. 1-3, отличающийся тем, что соотношение между продолжительностью обработки и перерывс1мй в цикле обработка расплава углеродом - перерыв 4 -изменяет в последовательно проводив мых циклах от l:

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

О НЛС

РЕСПУБЛИН

1(5В С 21 С 5/52

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ CCCP

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3407949/22-02 (22) 16.03..82 (46) 07.10.83. Бюл. 9 37 (72) Н.А. Тулин, A.Ô. Каблуковский, В.М. Бреус, М.Д. Шувалов, А,Г. Шалимов, К.П. Баканов, А.А ° Дедюкин, Е.Я. Чернышов, Б.Г. Вайнштейн, P,Ô. Максутов, Е.В. Мокров, Л.И. Се" нюшкин, В.П. Морозов и В.X. Левинэон (71) Центральный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский институт черной металлургии им. И .П. Бардина и Челябинский ордена Октябрьской Революции; ордена

Трудового Красного Знамени металлургический завод (53) 669.187(088.8) (56) l. Поволоцкий Д.Я. и др. Электрометаллургия стали и ферросплавов.

M., Металлургия, 1974, с. 550.

2. Сталь, 1972, В 8, с. 717719. (54) (57) 1. СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ

ОСОБОНИЗКОУГЛЕРОДИСТОГО ЖЕЛЕЗОНИКЕЛЕВОГО РАСПЛАВА, включающий завалку металлошихты и шлакообразующих, их расплавление, проведение окислительного периода с получением особонизкоуглеродистого железоникелевого

„„Я0„„1046293 А расплава, раскисление его алюминием, кремнием, кальцием, марганцем и оф.— . работку раскисленного расплава углеродом посредством погружения в ванну графитовых электродов при включенной электропечи, о т л и.ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения степени науглероживания расплава и йовишения технологичности металла при горячей пластической деформации,.

0,5-2,0В никеля вводят в расплав в процессе и/или после обработки его углеродом..

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что процесс обработки расплава углеродом проводят с одним - пятью перерывами.

3. Способ по, пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что никель вводят в перерывах между периодами обработки расплава углеродом.

4. Способ по пп. 1 — 3, о т л ич а ю шийся тем, что соотношение между продолжительностью обработки и перерывами в цикле -обработка расплава углеродом — перерыв:

-изменяет в последовательно проводич мых циклах от 1г:(0,2 0,1) в первом до 1:(1,0 0,2) в последнем.

1046293 нием массы рафинируемого металла,что делает невозможным получение особонизкоуглеродистого расплава высокого качества в .крупнотоннажных сталеплавильных агрегатах .и не позволяет широко использовать отходы собственного производства.

Металл, полученный известным способом, имеет низкую деформируемость в горячем состоянии и при прокатке в значительной мере подвержен образованию дефектов в виде рванин, плен, трещин и т.п.

Целью изобретения является снижение степени науглероживания расплава и повышение технологичности металла при горячей пластической деформации.

Для достижения поставленной цели согласно способу рафинирования особонизкоуглеродистого железоникелевого расплава, включающему завалку метал-. лошихты и шлакообразующих, их расплавление, проведение окислительного периода с получением особонизкоуглеродистого железоникелевого расплава, раскисление его алюминием, кремнием, кальцием, марганцем и обработку раскисленного расплава углеродом посредством погружения в ванну графитовых электродов при включенной электропечи, 0,5-2,0Ъ никеля вводят в расплав в процессе и/или после обработки его углеродом.

Процесс обработки расплава углеродом проводят с одним-пятью перерывами.

Никель вводят в перерывах между периодами обработки расплава углеродом.

Соотношение между продолжительностью .обработки и перерывами в цикле обработка расплава углеродом †. перерыв изменяют в последовательно проводимых циклах от 1:(0,2 0,1) в первом до 1:(1+0,2)в последнем цикле.

Присадки никеля в особонизкоуглеродистый расплав повышают активность кислорода в локальных участках ванны и интенсифицируют реакцию взаимодействия кислорода с углеродом. В результате кислород и углерод удаляются из металла в виде окиси углерода, существенно уменьшается науглероживание расплава и создаются условия для увеличения продолжительности обработки расплава углеродом и, как следствие, более глубокого раскисления ванны, поскольку при особонизких концентрациях углерода менее 0,05% реакция раскисления реализуется в диффузионном режиме.

Поскольку лимитирующей стадией реакции взаимодействия углерода с растворенным в металле кислородом является диффузия кислорода к месту реакции, эффективность процесса nol

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к выплавке сталей и сплавов в электропечах.

При производстве особонизкоуглеродистых расплавов черных металлов .с содержанием углерода менее О,ОЗВ серьезные затруднения вызывает снижение содержания кислорода в расплаве и получение металла, обпадающего высокой технологичностью при горячей пластической деформации, обеспечивающего высокий выход годного при последующих переделах.

Никельсодержащую сталь выплавляют в дуговой электропечи с легированием расплава присадкой никеля, раскисле- 15 кием в печи алюминием, кремнием, марганцем и последующей обработкой углеродом посредством введения в ванну кокса или электродного боя и нагревом металла графитовими электродами. gQ

Введение в металл никеля осуществляется "с целью корректировки его содержания и допускается не позже,чем за 10 мин до выпуска плавки в количестве не более 0,2Ъ f1 ). 25

Способ предназначен для производ > ства средне- и высокоуглеродистых сталей и сплавов и не пригоден для производства особонизкоуглеродистых сталей и сплавов из-за высокого на- gg углероживания металла в восстановительный период.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является способ рафи- З5 нирования особонизкоуглеродистого железоникелевого расплава, включающий завалку металлошихты и шлакообразующих, их расплавление, проведение окислительного периода с получением особонизкоуглеродистого желе- 4О зоникелевого расплава, раскисление его алюминием, кремнием, кальцием и марганцем и обработку раскисленного расплава углеродом посредством погружения в ванну графитовых электродов 45 при включенной электропечи f2 .

С целью снижения степени науглероживания металла шлакообразующие материалы загружают в зону горящих дуг — под электроды. Однако даже при использовании специальных приемов науглероживание остается значительным и составляет 0,01+0,025%, что является крайне нежелательным при производстве особонизкоуглеродистого металла. Корректировку содержания никеля осуществляют введением никеля в нераскисленный расйлав, а в восстановительный период никель не присаживается.

Кроме того, известным способом нельзя получить особониэкоуглеродистый расплав с низким содержанием кислорода из-за относительно быстрого насыщения расплава углеродом. Науглероживание увеличивается с увеличе-. 65

1046293

Таблица 1

Содержа- Продолжительность периодов обработки (числитель ) ние угле- и перерывов (знаменатель ), мин, в цикле

Общая продолжительность процесса, мин

0,01 и менее

12

5

10

0,02

12

ТО

0,03

0,04

0 05

30 вышается в том случае, если процесс обработки расплава углеродом ведут с перерывами, в течение которых концентрация кислорода в объеме расплава выравнивается. Никель может быть введен в расплав как в период обработки углеродом, так и во время перерыва. в обработке.

Введение в расплав при обработке

1углеродом никеля менее 0,5% являет,ся недостаточным для эффективного снижения содержания кислорода в металле и улучшения его качественных характеристик. При увеличении количества вводимого никеля выше 2% снижается эффективность процесса раскисления металла вследствие значительного переохлаждения расплава.

Наиболее эффективное снижение концентрации кислорода имеет место в том случае, когда обработку расплава углеродом проводят с перерывами, во время которых осуществляется присадка никеля. Одновременная присадка никеля при этом рекомендуется

Способ рекомендуется для рафинирования железоникелевых расплавов, содержащих менее 0,03-0,05%. Углерода. При содержании, углерода 0,050,07% улучшение качественных характеристик достигается не всегда, а при увеличении содержания углерода более 0,07% способ .неэффективен.

Пример. В дуговых электропечах емкостью 5,40 и 100 т выплавляют особонизкоуглеродистый железоникелевый сплав специального назначения с различной долей отходов сплава в шнхте от 30 до 100% (табл. 2) .

/ в пределах 0,3-0,7%. В зависимости от количества никечя, вводимого в расплав, число пе эрывов может изменяться от одного до пяти.

Соотношение между продолжитель5 ностью обработки и перерывами в одном цикле зависит от концентрации кислорода в расплаве и уменьшается в последовательно проводимых циклах от 1:(0,2 0,1) в начальном цикле до

10. 1:(1,0+0,2) в конечном, что может осуществляться как за счет сокращения длительности собственно обработки, так и за счет увеличения длительности перерывов. Выход за рамки 5 укаэанных пределов по соотношению длительности обработки расплава и перерывов не позволяет достигать необходимого эффекта дегазации металла.

В табл.1 приведены оптимальные варианты режима обработки углеродом в зависимости от содержания углерода в расплаве, установленные экспериментальным путем.

После получения в расплаве углерода менее 0,.05% его раскисляют алюминием, кремнием и марганцем и под50 вергают обработке углеродом.

Обработку углеродом осуществляют посредством-погружения в расплав графитовых электродов как при включенной, так и при отключенной (на

55 плавках 3 и 6) печи по разным режимам, описанны л в табл.2, от однократной (плавки 7 и 8 )и двукратной с одним перерывом (плавка 5 ) до шестикратной с пятью перерывами (плав60 ка 4).

1. !

1

1 о. 1

I д

Ф

1

1

I.

Ю . о

М о СО

tV о

Э ъ ж о

lV

О

М

О О («!

"о с

С> «!

М н о! о

О !

1Л

tV о

« «

M о

Ъ

О в о

М о

CO «I

Ь о о ю ., м (Ч (Ч М

I

1

1

1

1 м

tA Ю

° 0 Ь

О

% о

O 1

Ю м

Ю

Ю

«1 о

М

1

< гэ I, tA

1О СЧ E о о. LA

° \

Ю о м о

«У о Ф

О м

I н-1

1

I. I

0О м

Ю о о !

D о

% о

1 Ф

«Ф

О

Ь о м

Я

О а

tD (Ч

E о о

lA

М о о о

«! «Й

О м

О м ( Ф

О

Ю

« о

О1

Р3 Ю

Ъ о

Ot

0Ч

C)

LA

00 (Ч

Q О

Ю о

%-1

Ю

«-1 о о с-! м м о

Ю

М

%-!

Ю

Ю с

D !

Ю

«I

Ю о

Ch м о

М

C)

Г . СЧ

« о о

\ о

0О

Г о

Ю

«-!

C)

О м

«-« о с

C) СЧ о

tD, о о1 м с о о

Ю о

Ю

«

Ch

Ю

C)

М Ю м

Ю

О

М

tD

«-!

Ю

М

tA м, м

% Ю с

О

Ф-(о м

ГЧ о о

Ю Ч

Ot о

Ю

М

О СО

C) Ю

«

tD о

Ю

% о

I сЧ I

«Р

М («-1 м с

LA

C) м а о м <ч

Ю

Ю

C) о

1О

О о

«

Ю!

Ю о

Ю о о о

Ot СЧ ь .о о

Ю м

Э с

X ф

9 Ц хо ао, Э Э

Ц о.«

u >

Э с х Ф. х Ц

9О м а ао

Э 1

Цv ох

v x и х

1

I

I

1

1 «!

I

1 3

1

à — — 1

1 Р! н,х

О . 9Х ц & ,0<. RR н х Ф х ц ц

991«9 х mн ох э

Э аХ Ф gtttt и х 9 х

1«Х 9

Д ° Ф !Ц fLI ltl 9 н ц ыах о а ацх

О t0O ФЕЕ

Х ЦЦ ЦО0!

ОО ОФО

Й !ц!0 и o,а.

104629 3 х Ф

Ц

u g g

:A х о ох

-ФЯ Х а х ай ц.х я

01«Ц

ХФФ оц

3 х х х

K н цо оа

ЦФх оах ахи до

ЫАЕ ано

Риц еоо ох а х д х

g Е

Ц Э

Й Й

Ф и ни е о

Ох! и х х х

Ф Е

Ц о

Ц Ф ои ао

И Э

ы хо

t0,а х и а

Ф A

Ф

Х х

Ц о. х о

Ii) а

K а

Ц о о с х е

Э Ц а й

1046293 в

I, f (Ч 1

Ill о а

Ц о о

Ф а х х (О с 1Ч

Ю а-< ь

aD

a1j

I х

X! о

ill

ot

Ф 0a la: с Ц

I. о

ot

Фах ! I 1ЖИЦ аА (Ч с о

° ° (") а"1

СО . с ГЧ о

Ю г4 . Ф

Ы 1

1 о

Ц! о

0 I ,И I

1

I

I

I

1 !

1

1

1

I

1 о

ot .Ф,а д! а

° ь ь аА о

Ю Pl

I о х он

Ф 0 М

Х1=Ц с

Ф . Э„ хФ! н" о ъ I Ф

«осч g

1 о

Ill

ot

Ф ак

Ж 1 Ц (Ч с о

Ul о о. 1 I

1 о он

Ю g5 (Г

Ф с о

CV а"4 аА

an с о.

СЧ с о а 1 1

1 о

Q он

ФÎХ

Ж 1=Ц

1 о

Р3

ot

Фах

g Ц

Ю аА с . а

Ю rV

4Ч с о

1

1

1 X

1 ..Ф

1 atl

1 Д

1 !

1

I

1 !

I !

I! с (Ч о аА аА с .aA

Ю rl

00 аА

СЧ с

Ю

° «

%-1

1с с. о а

° ° с ч о с

%-1

Ю а-1 т-( I аА

Г

<Ч о аА (Ч с

1. с ю .а

« о

1 о

1 с 1Ч

Ю rl а

СЧ с о

% 1 с с-4 Г о

Оъ а o с о an

° °

%-1 Ю

1О с (Ч

Ю ч-3 ф с

Ц Ф

1 М

Ф Р

Ф

Ф x

z o а ох

4 о.е х e

Ц ь ох

1ч а о

Ц ч о х х

2 0

Ш 1

I

1.

1 и

1 4

1 N

I Ф

1 Х ! о

1 И

I

I

I

3 х а

1

Ц 00. о е и сЧ CV СЧ н 4") и и х и

|х о а о

1 1 ,1

I I

I I

I .1 ! о

Iw I,1

I I

1 1.

Г 1, I1

«I 1

to t

t I

1 t

1 I !

IcO )

1 1

l I

1

I 1

I 1

I 1 ! гI 1

1 I

l I

1 1 ч

I t

ta!a I

1 1

1 . I.

1 1

I I

1 I ! а

1 1

1 1

l I

1 1

I I.

I I

I )

1 1

1 I ! ч

I I

I 1

1 I

I: I

I ("1 I

I 1

1 . 1

I. 4

I .!

1- 1

1 I

1гЧ 1

1 I

1 1

I I

1» 1

1 1

1 I

1т I

I l. l

I!!!

I

1

1 а

1. 1

1 !

1 (Ч с о

ul . t-1 Ю

1 1 .х.х х

0ФW

1 Р Ф

Ia3. Х Я 1= г «Ц ХФ

o ° 1 О 1г Ох

CO с о а

° ° с

m 1 О

СЧ М с о с а о

1 с с о

Ю -<

%-1 с

%-1 о ° °

О1 а- .1 ч-4

1 C аяоицхх

Р с &466 о Q 0 L

1046293

t

I с

3

1 с

) t

В

1 й!

I

I !

1

1%3 (с) с г"(° ° с о

1 a)f

1 М

1 333 (-(an

В1 с (о :3 с л ! ь

1 I

I 1!

I г )

1 1

I 1

1 4 ! 1 е е .

1 I

13Ч 1

I 1 ! I

1

I

I

1

-1 !

I

I

1

1

I ((1 о он (n с о!

1 о о н

Й б

Сс) с о

1 й

1.3

1 I

I I

1 I

l о он

Э 33(Х ! 3:3 аА

h3 с о

1 в

I

I

I t !

I б

1

I

I

° °

1 Э

1 х

1

2 х

;., а

,И.1

I Be

1

1 (х о

Э

B к (о

1 ! I

Э I

I

K )

I ) I ц I о

1 I

I !

I

I

I

I

I

I

1 ,I

I

I

3 !

1 1

I 1

I I ! I ео), ен I

1 I i ! 1

3 1

1 I, I l(I 1 !

" е, 3 I

I 1

3 — 4

I 3

1 I

I (3

3cO 3

I I

I ° 1

1 1

1 1. !

3 lj

I Ii

1 1, 1- — 1

I I

I

I ч>

1 (r.

1 .

I,. и ) Ф» 3- (б- (4 (((((3Л О .О О О

v ж w а o и и х о ! х

)й

),I

1 Э

)д, 0!.

)о

IÎ

)m ! о ! 3(3

1 3 ! Э ! Р. ! o(! Э

13

1, о

1 о

1 ! ! Ц ! с(! х

1 о

1

I ! ! о ! д ! !о

Ц с.

) O3= х

10 Х

1 Э

1(»

1OO е-! хех (Э

)Нх Х

)ХхЭХ

133 C(! охо !

oou . ! а,ою

3):VO, 1 1 1 ! 3-"O с( з

1046293

Наилучшие результаты получены превышает 1 мпн.руб.

Составитель С, Бакума

Редактор Н. Джуган Техред M.Кузьма Корректор A. IloBx

Заказ 7665/24 Тираж 568 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Соотношение между продолжительностью периодов обработки и перерыва. изменяют от 1:(О;13 0,27) в начале обработки до 1: (0,8 1,2) в конце обработки. В процессе обработки на всех плавках, кроме плавки 8, вводят

0,3-1,6% никеля. Никель вводят либо в период обработки углеродом, как на плавке 7 на 20-оА минуте обработки, либо во время перерывов (плавки 1-6 ) !

После окончания обработки на всех плавках в металл вводят 0,2-0,5% никеля.

Суммарное количество никеля, вводимого в процессе и после обработки углеродом, .составляет 0,5-2% °

Сравнение ведут с плавками 9 и

10, в которых особонизкоуглеродистый железоникелевый расплав рафинируют в 5 т печи по известному способу без введения никеля в расплав в процес-. се обработки углеродом или после обработки.. Результаты плавок 1-10 приведены в табл.2 °

I

Увеличение доли собственных отходов в шихте плавки 9 по сравнению с плавкой 10 приводит к значительному ухудшению качественных характеристик металла и деформируемости его при горячей прокатке.

Осуществление рафинирования расплава по данному способу в 5 т печи (плавка 1 )значительно улучшает качественные характеристики сплава по сравнению с. плавкой 10, несмотря на более высокое содержание в шихте отходов (такое же,как на плавке 9 ).

Увеличение массы одновременно обрабатываемого расплава до 40 и

100 т сопровождается некоторым снижением качественных характеристик металла по сравнению с плавкой в 5 т лечи. Тем не менее качества сплава з начительно выше, чем у металла, обработанного по известному способу, Плавки 4-8 иллюстрируют различные варианты осуществления способа, при которых достигается улучшение качественных характеристик металла .по сравнению с металлом плавки 10. на плавках.2, 4 и 6, где режим обработки расплава проводился циклически с двумя-пятью перерывами и с изменением соотношения между продолжительностью обработки углеродом и перерыва от 1:(0,2 0,1) в начале до 1:(1 0,2) в конце обработки.

15 Реализация данного способа рафинирования особонизкоуглеродистого железоникелевого расплава позволяет уменьшить степень науглероживания расплава, увеличить продолжитель20 ность обработки расплава углеродом, сократить расход раскислителей и легирующих, снизить содержание кислорода в ме)галле и за счет этого увеличить массу обрабатываемого ме- .

25.талла и выплавлять его в большегрузных сталеплавильных агрегатах, увеличить долю собственных отходов в шихте, улучшить технологичность металла лри горячей пластической де30 формации .и увеличить выход годногo проката.

Экономический эффект изобретения ,определяется за счет снижения расхода раскислителей и легирующих, использо- вания отходов, снижения расходов по переделу, увеличения выхода годного сплава..За счет увеличения выхода годного металла на 20% при разнице в стоимости годного и отходов 500руб/т

40 экономия составляет 500 0,2 100 руб/т.

Годовой экономический эффект при производстве более 10 тыс.т металла