Способ выплавки высокомарганцовистой стали в основных электропечах

 

егоСОБ ВЫПЛАВКИ ВЫСОКОМАРГАНЦОВИСТОЙ СТМИ В ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧАХ , включающий завалку металлошихты и шлакообразующих, их расплавление , окисление примесей, скачивание окислительного шлака, и наведение нового, восстановительное рафинирование с легированием расплава марганцем ираскислением алюминием и углеродеодержащими материалами, отличающий ся тем, что, с целью повьшения механических свойств стали и сокращения длительности плавки , окисление примесей совмещают с расплавлением шихты за счет загрузки известняка на под печи и железной руды в слой металлошихты в количестве соответственно

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

О9) SU (III 1

А (594 С 21 С5 52

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3432016/22-02 (22) 04. 05. 82 (46) 15. 08. 88. Бюл. и 30 (71) Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (72) Р.З.Кац, Н.Я.Самарин,. А.Г.Царенко, Т.Я.Даценко и В.А.1",тарцев (53) 669.187.25 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

I 520406, кл. С 21 С 5/52, 1974.

Авторское свидетельство СССР

У 726178, кл. С 21 С 5/52, 1978.

Авторское свидетельство СССР

У 398626, кл. С 21 С 5/52, 1972. (54) (57) СПОСОБ BbIIUIABKH ВЫСОКОИАРГАНЦОВИСТОЙ СТАЛИ В ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧАХ, включающий завалку металлошихты и шлакообразующих, их расплавление, окисление примесей, скачивание окислительного шлака, и наведение нового, восстановительное рафинирование с легированием расплава а марганцем и раскислением алюминием и. углеродсодержащнми материалами, отличающийся тем, что, с целью повышения механических свойСтв стали и сокращения длительности плавки, окисление примесей совмещают с расплавлением шихты за счет загрузки известняка на под печи и железной руды в слой металлошихты в количестве соответственно (3,0-5,0) и (1,53,0)X от массы завалки, а восстановительное рафинирование проводят пу", тем обработки наведенного шлака алю-, 1, минием в виде гранул или стружки в количестве 1,0-1,5 кг на тонну стали сразу после введения на шлак рас- . кислительной смеси, взятой в количестве -10 кг на тонну стали и состоящей из свежеобожженной извести, углеродосодержащего материала, порошкообразного ферросилиция и плавиковоro шпата при соотношении (3-6): (1,5-2,0):(1, 0-1,5):(1,-0-1,5), за тем после каждой присадки ферромарганца, вводимого в 3-4 приема с интервалом не менее 10 мин осуществляют присадку раскислительной смеси, взятой в количестве 6-8 кг на тонну стали и состоящей из свежеобожженной извести, углеродосодержащего материала и порошкообразного ферросилиция при соотношении (3-6):(1,0-1,5).: .;(0,5-1,0) и не менее чем за 15 мин до выпуска металла ведут его обработку раскислительной смесью, взятой в количестве 5-10 кг на тонну стали и состоящей из свежеобожженной извес ти углеродосодержащего материала и алюминия, при соотношении (3-6): .(1,0-1,5): (2-3), а осадочное раскис.ление проводят алюминием в количестве 0,1-0,3 кг на тонну стали.

1 1056640 2

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения сталей, работающих на износ при высоких ударных нагруэ- 5 ках .

Эффективность примене«ия высокомарганцовистой стали для литых де- талей, работающих в условиях ударноабразивного износа, обусловлена ее 10 высокой степенью упрочнения при деформации, Однако при деформационном: упрочнении наряду с увеличением твердости и прочности снижается пластичность стали. Именно интенсивное сни- 15 жение пластических свойств стали при упрочнении является одной из основных причин возникновения дефектов на рабочих поверхностях литых деталей, например для железнодорожных кресто- 20 вин. Интенсивность снижения пластических свойств высокомарганцовистой стали при приложении ударных нагрузок зависит в первую очередь от качества выплавляемой стали. 25

Известен способ выплавки стали и ферросплавов в основных электропечах.

Суть известного способа заключается в том, что, с целью повышения качества и снижения себестоимости стали, расплавление и окислительный период ведут под известково-глиноэемистым шлаком, а после его скачивания наводят известковый или известково-шамотный шлак, К недостаткам известного способа относятся: повышение себестоимости стали за счет использования известково-глиноземистого шлака, возможность получения повышенной загряз40 ненности стали неметаллическими включениями за счет использования изве стково ro или известково-шамотного шлака в восстановительный период.

Изве стен способ диффузионного раскисления стали в сталеплавильных агрегатах, который заключается в том, что, с целью повышения качества стали, перед присадкой алюминия шлак обрабатывают углеродосодержащими материалами, после чего вводят снова алюминий в виде гранул.

К недостаткам способа можно отнести значительное увеличение длительности процесса за диффузионного раскисления металлической ванны.

Наиболее близким по технической сущности является способ выплавки высокомарганцовистой стали в основ «ых электропечах, включающий закалку металлошихты и шлакообразующих, их расплавление, окисление примесей, скачивание окисл«тельного шлака и наведение нового восстановительного рафинирования с легированием расплава марганцем и раскислением алюминием и углеродосодержащими материалами. Суть известного способа состоит в том, что, с целью снижения содержания неметаллических включений, алюминий вводят перед легированием в металл, а после легирования алюминий присаживают в шлак совместно с углеродосодержащими материалами.

К н едостаткам данного способа относится высокий и нестабильный угар алюминия. Это способствует образов анию зн ачительно ro, количе ств а неметаллических включений глинозема, снижающих механические свойства стали.

Целью изобретения является повышение механических свойств стали и сокращение длительности плавки.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе выплавки высокомарганцовистой стали, включающем закалку металлошихты и шлакообразующий, их расплавление, окисление примесей, скачивание окислительного шлака и наведение нового восстановительное рафинирование с легированием расплава марганцем и раскислением алюминием и углеродосодержащими материалами, согласно изобретению окисление примесей совмещают с расплавлением шихты за счет загрузки известняка на под печи и железной руды в слой металлошихты в количестве соответственно (3,0-5,0) и (1,5-3,0) Ж от массы завалки, а восстановительное рафинирование проводят путем обработки наведенного шлака алюминием в виде гранул или стружки в количестве 1,0

-1,5 кг на тонну стали сразу после введения на шлак раскислительной смеси, взятой в количестве 8-10 кг на тонну стали и состоящей из свежеобожженной извести, углеродосодержащего материала, порошкообраэного ферросилиция и плавикового шпата при соотношении (3-6):(1,5-2,0):(1,01,5)й(1,0-1,5), затем после каждой присадки ферромарганца, вводимоro в 3-4 приема с интервалом «е менее

10 мин осуществляют присадку рас3 105664 кислительной смеси, взятой в количестве 6-8 кг на тонну стали и состоящей из свежеобожженной извести, углеродо соде ржаще го материала и

5 порошкообразного ферросилиция при соотношении (3-6):(1,0-1,5):(0,5-1,0) и не менее чем за 15 мин до выпуска металла ведут его обработку раскислительной смесью, взятой в количестве 5-10 кг на тонну стали и состоящей из свежеобожженной извести, углеродосодержащего материала и алюминия при соотношении (3-6):(1,0-1,5):

:(2-3), а осадочное раскисление проводят алюминием в количестве 0,1 0,3 кг на тонну стали.

Введение свежеобожженной извести и плавикового шпата в раокислительную смесь в указанном соотношении компонентов способствует поддержанию основности шлака не менее 2,0, а наличие углеродсодержащего материала и

Ф порошкового ферросилиция обеспечивает эффективное раскисление стали через шлак. Эффективность диффузионного раскисления железоуглеродистого расплава в период до легирования оценивали по содержанию закиси железа в шлаке.

Результаты экспериментов приведены в табл. 1.

Расход алюминия от 1 до 1,5 кг на тонну стали также позволяет снижать окисленность шлака. Расход алюминия менее 1 кг на тонну стали не приводит к заметному снижению FeO в шлаке. Увеличение расхода алюминия

-свыше 1,5 кг на тонну стали не приводит к эффективному снижению окисленности шлака и имеет место перерасход раскислителя. Исследования показали, что оптимальным соотношением компонентов в раскислительной смеси оказалось соответственно 3:1,5:1:1 при расходе ее 9. кг на тонну стали; а расход алюминия при этом составлял в среднем 1,4 кг на тонну стали.

Выбор соотношения компонентов раскислительной смеси предложенного состава диктуется необходимостью быстрого растворения извести в шлаке и эффективного диффузионого раскисления стали.

Эффективность раскисления металла через шлак в период легирования оценивалась по содержанию закиси железа и марганца в шлаке. Пробы шлака от0 бирались по истечению не менее 10 мин после введения на шлак очередной порции раскислительной сме си, составленной иэ свежеобожженной извести, молотого кокса и порошкового ферросилиция, взятых в соотношении (3-6): (1-1,5) (0,5-1) из расчета 6-8 кг на. тонну стали.

Данные исследования приведены в табл. 2.

Оптимальным соотношением компонентов раскислительной смеси необходимо признать 3:1:0,5, а расход смеси — 7 кг/т.

Ввод всего количества ферромар.— ганца в 3-4 приема позволяет осуществить равномерное растворение и усреднение марганца в расплаве и оптимизировать раскисляющее воздействие добавки, присаживаемой на шлак после ввода ферромарганца.

Восстановительное рафинирование стали после легирования марганцем проводилось путем обработки шлака алюминием совместно со свежеобожженной известью, молотым коксом и порошковым ферросилицием, взятых в соотношении (3"6):(2-3):(1-1,5) из расчета 5-10 кг на тонну стали. Эф фективность раскисления стали путем обработки шлака раскислительной смесью при предложенном соотношении компонентов и расходе оценивалась по

З5 содержанию неметаллических включений и по величине характеристик прочностных и пластических свойств стали.

Результаты испытания металла при40 ведены в табл. 3.

Оптимальное соотношение компонен тов раскислительной смеси для периода восстановительного рафинирования оказалось 3:2:1 при расходе смеси

8 кг на тонну стали.

Применение раскислительной смеси оптимального состава и расхода для обработки шлака восстановительного периода длительностью 15-20 мин поз " волило получать высокие значения характеристик механических свойств высокомарганцовистой стали, выплавленной в основных электропечах. Так, средний уровень механических свойств стали по 48 плавкам составил по вре55 менному сопротивлению разрыву 880 MIIa, по относительному удлинению .и сужению

367., по ударной вязкости 2,6 Мдж/м2 °

При этом разброс отдельных значений

После введения последней порции ферромарганца диффузионное раскисление обеспечивается введением на шлак раскислительной смеси, состоящей из свежеобожженной извести, мою

5 10566 находится в следующих пределах: временное сопротивление разрыву 780—

1060 МПа, относительное удлинение

25-48Х, ударная вязкость 1,8—

3,2 Мдж/м2.

Высокая раскисленность металла, достигаемая по данному способу выплавки высокомарганцовистой стали, позволила ограничить количество кускового алюминия для осаждающего раскисления до 0,1-0,3 кг на тонну стали.

Так как на механические свойства высокомарганцовистой стали оказывает влияние содержание неметаллических включений и их состав, то с целью уточнения интервала значений остаточ.ного алюминия, определяющего механические свойства металла в отлив0 ках, было проведено 65 плавок высокомарганцовистой стали в электродуговых печах с получением в готовом металле алюминия .в пределах от 0,006 до 0,027Х. Оценку влияния содержания 25 алюминия в стали на ее свойства производили по изменению максимальной величины временного сопротивления разрыву.

Исследованием установлено, что в интервале концентрации алюминия 0,0110,021Х временное сопротивление разрыву практически сохраняется постоянным и не превышает 840 МПа. В стали при остаточном алюминии 0,007-0,010 наблюдается повышение временного со35 противления от 850 до 980 МПа при среднем значении 878 МПа. (Средние значения 46 плавок). При увеличении содержания остаточного алюминия более

0,021Х заметно снижается прочность и пластичность металла.

Для обеспечения указанного интер- вала остаточного алюминия в стали опытным путем был установлен интервал количества вводимого в жидкую сталь 45 кускового алюминия О, 1-0, 3 кг на тонну стали. Необходимость введения в жидкую сталь кускового алюминия в количестве 0,1-0,3 кг на тонну стали диктуется и условиями формирования 50 струи металла при стопорной заливке в формы.

Применение данного способа выплавки высокомарганцовистой стали позволило получить высокие значения ха- 55 рактеристик механических свойств металла в отливке, которые заметно отличаются от качественных показателей

40 6 выплавляемой высокомарганцовистой стали не только в нашей стране, но и за рубежом.

Данный способ выплавки стали с содержанием марганца более 8Х, например стали 110Г13Л (ГОСТ 7370-76),осуществляется следующим образом.

После заправки печи магие зитовым порошком на под набрасывают известняк в требуемом количестве и производится эавалка шихты, сверху которой при эавалке бадьей насыпана железная руда. По мере образования жидкой ванны дополнительно вводится свежеобожженная известь с содержанием

СаО не менее 80Х. Железная руда добавляется для поддержания равномерного "кипа" расплавленного металла.

Расплавленный металл доводится до требуемого содержания углерода (20Х), затем производится скачивание окислительного шлака и наводка рафинировочного шлака свежеобожженной известью и плавиковым шпатом. После образования шлака основностью не менее 2,О в печь присаживают раскислительную смесь из свежеобожженной извести, молотого кокса, порошкового. ферросилиция и плавикового шпата. Сразу после введения раскислительной смеси на шлак вводится алюминий и делается выдержка при закрытой заслонке печи в течение 8-10 мин.

По истечению указанного времени приступают к легированию расплава марганцем, который вводят в 3-4 приема с интервалом не менее 10 мин. Раскисление в период легирования проводят после каждой порции ферромар- ганца путем обработки шлака раскислительной .смесью из свежеобожженной извести, молотого кокса и порошкового ферросилиция.

Введение свежеобожженной извести в состав раскислительной смеси обес" печивает поддержание высокой основности шлака (не менее 2,0), а наличие порошковых кокса и ферросилиция создают благоприятные условия восстановления окислов в шлаке. лотого кокса и алюминия, при этом

7 1 05 6640 8 создаются условия для перевода бе- Осадочное раскисление жидкой сталого известкового шлака в карбидный. ли проводят кусковым алюминием, ввоB этих условиях раскисляющими элемен- димым в объем жидкого металла. тами являются кальций алюминий. Обj °

Проведение опытных плавок показащая выдержка металла под карбидным ло, что выплавка высокомарганцовистой шлаком длится не менее 15 мин, а пе- стали (ГОСТ 7370-76) в электродугоред выпуском карбидный шлак перево- вых печах по предлагаемому способу дят в белый путем добавления в печь обеспечивает высокое качество литого извести с плавиковым шпатом и от- 10 металла, уровень свойств которых прикрытия заслонки рабочего окна печи. веден выше.

Таблица 1

Кол-во плавок

Соотношение комРасход алюмиРасход сме си, кг/т

Содержание в шлаке

Fe0, Е понентов в смеси

СаО:С:FeSi СаР ния, кг/т

3:1,5:1:1

0,8-1,30

3:1,5:1:1

0,.71-1, 18

6:2:1,5:1,5

1 8

1 10

1,4 9

О, 93-1,48

0,82-1,26

6:2:1,5:1,5

3:1,5:1:1

0,68-1,10

Таблица 2

Расхсд смеси, кг/т

Кол-во плавок одержание в шлаке, Е

Fe0 оо тношенне комонентов в смеси

Са0: С: FeSi

МпО

6 2,2

3:1:0,5

3,2

1,8

3:1:0,5

2,9

6:1,5:1

2,3

3,18

6:1,5:1

2,1

2,8

2,9

1,8

3:1:0,5

1056640

10 т а о л н д а 3

Иеханическне характеристики

Соотноаенне ком- РасходТОбщая еа- Содерхание в нлаке, Кол-во плавок

РеО МпО

62 3:2!1

34 3:2:1

6:3:1,5

1,80

2,30

6г 3! 1,5

10 0,0082

813 33,1 2 ° 2

1,30

2 ° 10

48 3:2: 1

8 0,0076

1,20 1,20

880 36 0 2 ° 6

Корректор В. Гирняк

Редактор Н. Сильнягина Техред М.Моргентал

Заказ 4398

Тираж 545 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, онентов в смеси смеси, гряэненСао:С:Al кгl т ность

; стали, Х

5 0,010

10 0,0080

5 0,0084

1,50 2,26

1,27 1,80

784 30,5 2,0

854 34 О . 2 ° 4

803 29,5 1 ° 9