Способ производства подшипниковой стали

 

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПОДШИПНИКОВОЙ СТАЛИ, включающий расплавление шихты, проведение окислительного периода, выпуск мет.лла из печи, ва . куумированиё, продувку стали инертными газами, нагрев металла в ковшепечи выше температуры ликвидус, иепрерьюную разливку стали и прокат : ее с удалением центральной части заготовки , отличающийся тем, что, с целью повышения производительности дуговой печи, увеличения выхода годного металла и улучшения его качества, из печи выпускают высоj коуглеродистый полупродукт, а в прр цессе перелива через выпускное отвер с .тие из ковша в ковш-печь производят I отделение металла от печного шлака низкой основности с соотношением СаО, ,-л . ло л равным 0,7-2,0 и содер; , жанием суммы окислов железа и ганца равным 10-20% с одновременным I наведением в ковше-печи 30-60% от общего количества шлака высокой основ/;; . : Сао (ности с соотношением i ным 2,5-5,0 и с содержанием су№1ы окиСЛ слов железа и марганца равным 0,33 ,0%, затем нагревают металл до температуры на 100-180°С вьш1е температуры ликвидус подшипниковой стали и одновременно перемешивают расплав электромагнитным полем и подаваемым через пористый огнеупор в днище ковша аргоном при избыточном давлении газа под крьшхкой ковша-печи 0,01 - ел СЛ СЛ 0,1 атм, причем в процессе подогрева ,. присакивают оставш тося часть шлакообразующих . 00

(1Ю (111

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(sD С 21 С 5/52.

»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ.И ОТКРЫТИЙ

1 -,: -„

ОПИСАНИЕ ИЗОЕРЕТЕНИ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3423279/22-02 (22) 16.04.82 (46) 30.11.83. Бюл. № 44 (72) С.П.Ефименко; Г.Г.Житник;

В.Л.Пилюшенко, Г.С.Легостаев, Б.П.Крикунов, А.Г.Бондаренко;.

В.К.Комельков,. Е.Ф.Мазуров, В.В.Шахно-. вич А.Ф.Каблуковский.и В.И.Листопад (71) Центральный "ордена Трудового

Красного Знамени, научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П.Бардина (53) 669.)87.25(088 ° 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

NI 500241, кл. С 21 С 5/52, 1974, 2. Авторское свидетельство СССР № 652223, кл. С 21 С 5/52, 1976. (54) (57) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПОД1161ПНИКОВОЙ СТАЛЯ, включающий расплавление шихты, проведение окислительного

" периода, выпуск мет лла из печи, ва-о куумирование, продувку стали инертны-. ми газами, нагрев мет алла в ковшепечи выше температуры ликвидус, непрерывную разливку стали и прокат .ее с удалением центральной части заготовки, о т л и ч а ю щ * и с я тем, что, с целью повышения произво-, дительности дуговой печи, увеличения выхода годного металла и улучшения . ..«. « его качества, из печи выпускают высоI коуглеродистый полупродукт а в про7 цессе перелива через выпускное отверicтие из ковша в ковш-печь производят ,отделение металла от печного шлака низкой основности с соотношением

Са0 ,.6 О И О равным 0,7-2,0 и содер-

2 2 ° 3 жанием суммы окислов железа н мар ганца равным 10-20Х с одновременным

: наведением в ковше-печи 30-60 от общего количества шлака высокой основСао

;ности с соотношением с 10 1gg g р" ным 2,5-5,0 и с содержанием суммы оки-. слов железа н марганца равным 0,33 OX затем нагревают металл до тем1 9 о пературы на 100-180 С выше температуры ликвидус подшипниковой стали и одновременно перемешивают расплав электромагнитным полем и подаваемым через пористый огнеупор в днище ковша аргоном при избыточном дав:«енин газа под крышкой ковша-печи 0,01 вЂ

0,1 атм, причем в процессе подогрева

:.присаживают оставшуюся часть шлакообразующих.

l 057553

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способам производства высококачественной подшипниковой стали.

Известен способ получения стали, 5 включающий выплавку стали с проведе-, нием доводки ее по температуре и химическому составу под шлаком с основностью 2,5-3 5 и последующую обработку кислыми шлаками. Отличие дан; 10 ного способа заключается в проведении доводки плавки под шлаком, составляющим 0,7-0I,2X от веса садки, а за 5-10 мин до выпуска плавки основность шлака снижают до 0,3-0,? присадкой кремнесодержащих материалов, при этом вводимую мощность повышают на 20-30Х от оптимальной (I) .

Недостатками данного сгособа выплавки являются невозможность регулирования содержания серы в стали, - так как окончательная обработки стали производится на выпуске кислыми шлакаьк, которыми, как.известно, нель зя удалять серу из стали, невозможность удаления газов из жидкой стали посредством обработки ее шлаком на выпуске, а также необходимость проведения восстановительного периода в печи для того, чтобы довести металл

30 до заданного химического состава .

Поэтому увеличивается время нахождения жидкого металла в печи и, как следствие, снижается производительность электродуговой печи.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату способ производства подшипниковой стали, включающий расплавление шихты, проведение окислительного периода, выпуск металла из 40 печи, вакуумирование, продувку стали инертными газами, нагрев металла в ковше-печи выше температуры ликвидус, непрерывную разливку стали и прокат ее удалением центральной час- 45 ти заготовок (2) .

Недостаток известного способа выплавки подшипниковой стали — невозможность получения стали высокого .качества по неметаллическим включени 50 ям и макроструктуре после разливки ее на машине непрерывного литья заготовок.

Вб-первых, неметаллические включения, образующиеся в процессе охлаж55 дения стали в непрерывно литой заготовке, не имеют такой воэможности всплывать и ассимилироваться шлаком, как при разливке стали в изложнице-.—

Поэтому, как правило, металл, разливаемый на машинах непрерывного литья заготовок, должен быть непременно чище по неметаллическим включениям, чем металл, разливаемый в изложницы.

В практике выплавки стали известна окончательная обработка стали в конце основным или кислым шлаком. Однако уровень загрязненности неметаллическнми включениями стали, обработанной на выпуске из печи тем или иным шлаком, еще достаточно велик и не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к сталям для непрерывного литья

Во-вторых, выполнение классического требования о необходимости р» ливать сталь с минимальным перегревом выше температуры ликвидус не решает окончательно проблему получения подшипниковой стали с удовлетворительной макроструктурой. Более того, это обстоятельство отрицательно влияет на организацию подготовки к разливке стали на машине непрерывного литья заготовок. Необходимо в этом случае охлаждать металл в ковше, при этом возникает вероятность переохлаждения металла в ковше, что создает аварийную ситуацию на участке разливки стали.

Цель изобретения — повышение производительности дуговой печи, увеличение выхода годного металла и улучшение его качества.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу производства подшипниковой стали, включающему расплавление шихты, проведенпе окислительного периода, выпуск металла иэ печи, вакуумирование, продувку стали инертными газами, нагрев металла в ковше печи выше температуры ликвидус, непрерывную разливку стали и прокат ее с удалением центральной части за" готовкн,из печи выпускают высокоугле», родистый полупродукт, а в процессе ,перелива через выпускное отверстие из ковша в ковш-печь производят от деление металла от печного шлака низкой основности с соотношением сто .> ОА АЕРОЗ равным 0,7-2,0 и содержанием суммы окислов железа и марганца равным 1020% с одновременным наведением в ковше-печи 30-60% от общего количест ва шлака высокой основности с соот553 3 1657

СаО.ношением 5 0 4А8 0 равным 2,5-5,0

1 2 3. и с содержанием суммы окислов железа и марганца Равным 0,3-3,07., затем на- 5 гревают металл до температуры на 100о

180 С выше температуры ликвидус подшипниковой стали и одновременно пе- ремешивают расплав электромагнйтным полем и подаваемым через пористый or-.10 неупор в днище ковша аргоном при избыточном давлении газа под крыш-. кой ковша-печи 0,01-1,0 атм, причем в процессе подогрева присажива-; ют оставшуюся часть шлакообразующих.

Выпуск из печи высокоуглеродистого полупродукта без легирования и раскисления его в печи марганцем и кремнием преследует сокращение пребывания жидкого металла в печи, т.е. задалживание печного агрегата.

Введение кремния и марганца в ковш из дозатора вакуум-камеры благоприятно отражается на организации процесса доводки плавки по химическому составу.Наведение 30-60% шлака высокой основности:в ковше-печй объясняется тем, что температура .стали после вакуумирования может колебаться в ши30 роких пределах. При минимальном за- пасе тепла расплава в ковше с.температурой-его около 1550 С допустима наводка .307, шлака высокой основности от общего количества его в ковше-пе-: чи. Наведение меньшего количества шлака не дает эффективного рафини-. рования стали шлаком.

При максимальном запасе тепла расплава после вакуумирования, т.е.

)600Î 40 личества шлака в ковше-печи свыше

60г. от его основного количества приводит к переохлаждению металла и дальнейшему затягиванию процесса подогрева его в ковше-печи. Подогрев 45 одной.и той же массы металла в ковшепечи по сравнению с подогревом в дуговой печи гораздо более продолжительный. уменьшение содержания неметаллических включений в готовой стали вомногом зависит от использования шлака того или иного состава при перемешивании его с жидким металлом. Использование состава шлака с повышен- 55 ным.содержанием кремния, т.е. с низкой основностью а затем другого со.става шлака с высокой основностью позволяет наиболее полно удалить неметаллические включения из стали в результате химического взаимодействия кислой и основной составляющей окислов элементов.

Выпуск углеродистого полупродукта из печи со шлаком основностью cäà

SiQg+A8gO>J равной 0,7-2,0 и содер- жанием суммы окислов FeO +Mn0 равЭ ным 10-20 вес.Х не влечет за собой восстановления кальция нэ шлака и исключают вероятность образования неметаллических вкЛючений, характерных для металла, рафинированного шлаком восстановительного периода плавки.

При основности ниже 0,7 вязкость шлака становится настолько высокой что он не выходит нз выпускного отверстия печи и остается на,подине.

Более того, в процессе выпуска металл .не перемешивается со шпаком и не покрывает металл теплозащитным слоем.

6 .Повышение отношения =., . свыше 2,0 приводит к воэможности вос-. становления углеродом стали определенного количества кальция и образоВаННУр комплекса неметаллических включений, характерных для стали, рафинированной шлаком восстановительного периода плавки. Это обстоятельство не создает предпосылок .для благоприятного удаления из стали включений в . процессе дальнейшей обработки в ковше-печи шлаком с основйостью более 2,0.

Однако, когда вся масса углеродис- того полупродукта в процессе выпуска его из печи в ковш интенсивно пере-. мешивается со шлаком с низкой основностью, для рафинирования полупродукта во второй раз целесообразно, как показали опыты, перемешивать его со шлаком с более высокой основностью т.е. более 2,5 и содержанием суммы

Fe0 и Ип0 равным 0,3-3 вес.X.

В этом случае активность окислов кальция уже не столь ограничена и неизбежные встречи оставшихся в металле после обработки его шлаком с. низкой основностью окисных кислых неметаллических.включений с высокоосновным шлаком при переливе металла в ковш-печь приводят к эффективному рафинированию стали от неметаллических включений и серы.

1057553

J

Удаление неметаллических включений и серы более полно происходит и завершается во второй стадии вне.печной обработки стали, когда и металл, и шлак доводят по химическому составу и раскисляют.

Увеличение оснонности шлака свыше 5 ухудшает физические свойства жидкого шлака, а именно вязкость даже при использовании больших .количеств разжижителей, и поэтому неэкономично и нетехнологично.

Содержание в шлаке суммы окислов железа и марганца менее 10 вес.F.

4 ухудшает проведение процесса дефос- . 15 форации в дуговой печи и поэтому нецелесообразно. Увеличение сумйы окислов железа и марганца в шлаке свыше

20 вес.Х ведет к нежелательному уга ру железа. 20

Уменьшение содержания суммы окислов марганца и железа менее 0,3 вес.Ж для нысокоосновного шлака с отношеСОО кием равные 2,5-5 неь<о, е,о, желательно потому,. что образуется карбидный шлак, особенно прк дальней-/ шем нагреве в конше-печи, и контроль за содержанием углерода в жидком ме- 30 талле становится затруднительным, что в свою очередь, дезорганизует технологический процесс.Превьппение содержания суммы оккдлов свыше 3,0 вес.X не приводит к эффективному рафинированию стали по неметаллическим включениям. Более того содержание в шлаке суммы окислов железа и марганца более 3 0 вес.Ж резко снижает активность окиси кальция в шлаке, и удаление серы из металла становится невозмбжным Поэтому во второй стадии процесса внепеч" ного рафинирования производят глубокое раскисление металла к шлака, О доводят шлак до состояния высокой активности и жидкоподвижности и удаляют серу из металла.

Нагрев жидкого металла свыше температуры ликвидус подшипниковой стали до 100-180 С без превьппения дав50 ленкя сверх атмосферного увеличивает растноримость газов в стали и может свести на нет результаты пре-. дь1дущей вакуумной обработки стали.

Поэтому давление в ковше-печи под крышкой поддерживают вьппе атмосферного на 0,01-1,0 атм, Давление менее 0,01 атм не позволяет получить сталь с минимумом содержания водорода. Превышение давления сверх

1,0 атм >неэкономично из-за большого расхода аргона, к тому же это не снижает содержание водорода;

Давление в ковше-печи поддерживают продувкой инертными газами (аргон, азот и др.) через днище ковша, а также через фурму сверху или сбоку через фурму в станке ковша-печи.

Перегрев металла для разливки стали на машине непрерывного литья заготовки сверх необходимого уровня, существующего в практике разлинки стали, объясняется необходимоспью сосредоточить как можно больше ликвирующих лримесей в центральной части заготовки,.которая в процессе прокатки ее удаляется специальными калибрами.

Предлагаемый диапазон температур жидкого металла перед непрерывной разливкой обусловлен необходимостью разливки металла с максимальным йерегревом выше температуры ликнидуса, так как значительный перегрев приводит к увеличению времени существования двухфазной зоны при кристаллизации металла, что, н конечном счете обусловливает ухудшение макроструктуры центральной части литой заготовки путем улучшения макрострукту1 ы периферийных зои литой заготовки. Это объясняется большим градиентом температур края заготовки при охлаждении ее в крксталлизаторе в том случае, когда сталь была перегрета. Образуется зона мелких равноосных кристаллов, чистая по неметаллическим включениям и крупным карбидам.

Перегрев ниже 100 С не позволяет получить сталь с широкой полосой ранноосных кристаллов, и поэтому приходится удалять много металла при прокате из центральной зоны заготонки. Перегрев свыше 180 С невыгоден.

Во-первых, ухудшается стойкость футеровки ковшей, появляется опасность прорыва, металла после кристаллизатора, Во-вторых, неэкономично, так как затягивает процесс нагрева металла в ковше-печи.

П р и и е р 1. Выпланка, внепечкое рафинирование и разливка в кристаллизатор стали JX)5 включают следующие операции;

Заливка шихты, состоящей, на,пример, из ЗОБ углеродистого стально-1

° 1057553

ro лома и 70% металлизованных железорудных окатышей.

2. Расплавление шихты с одновременным проведением окислительного периода и последующий контроль пробы ,металла на полный химический анализ..

3. Легирование металла присадкой феррохрома на нижний предел заданного химического состава стали и под.— качивание окислительного шлака. 10

4. Перевод остатка окислительиого шлака в шлак низкой основности перед выпуском плавки в ковш за 5-,10 мин присадкой, кг/т: кварцит 18, извести 7 и силикатная глыба 6,0, f5

5. Перевод мощности трансформатора печи эа 10 мин до выпуска на 2030% выше оптимальной для окислительного периода.

6. Выпуск расплава в ковш со стопором.

7. Вакуумирование углеродистого полупродукта и доведение его до марочного состава стали присадками феррохрома, ферромарганца, ферросилиция,25 алюминия, углерода.

8. Перелив из "ковша в ковш-печь с отсечением стопором шлака низкой осCQO иовности с отношением

,э;О,, gg Q> 30 равным 0,7 и содержанием суммы окислов железа и марганца,р вным 20 вес,-X

Наведение в ковше-печи 30% шлака с

СаО

35 отношением . равным 2,5 ьо, е,о

2. Расплавление шихты с одновременным проведением окислительного периода и последующий контроль пробы металла на полный химический анализ.

3. Легирование металла присадкой феррохрома на нижний предел заданного,химического состава стали и подкачивание окислительного шлака.

4. Перевод остатка окнЩнтельного шлака в шлак низкой.основности перед выпуском плавки в ковш за 5-10 мин присадкой 10 кг/т шамота и 7 кг/т извести.

5. Перевод мощности трансформатора .печи за 10 мин до выпуска на 2030% выше оптимальной для окислительного периода.

6. Выпуск расплава в ковш с ши- берным затвором.

7. Вакуумирование стали, доведение плавки по химическому составу до заданного присадками феррохрома, ферромарганца, ферросилиция, алюминия, углерода.

8. Перелив нэ ковша в ковш-печь с отсечением шиберным затвором шлака низкой основности с отношением

CoО равным 2 и содержанием суммы окислов железа и марганца равным 10 вес.%. Наведение в ковше-пеСао чи 50% шлака с.отношением

5402 i Akoj равным 5 и содержанием суммы окислов марганца и железа, равным 0,3 вес.%. и содержанием суммы окислов железа и марганца равным т.",вес.%, 9. Подогрев металла и шлака в ковше-.печи до температуры выше тем40 пературы ликвидус подшипниковой стали на 100 С при избыточном давлении

0,01 атм. При этом присаживают оставшуюся часть шлакообразующих 70".) и расплав продувают аргоном в.течение 10 мин через фурму сверху.

10. Разливку жидкой стали на машине непрерывного литья заготовок проводят с защитой струи металла от окисления атмосферным воздухом. 50

Пример 2. Выплавка, внепечное рафинирование и разливка в кристаллизатор стали 1Ж!5СГ включают следуюшие операции:

1. Завалка шихты, состоящей, на- 55 пример, из 50% углеродистого стального лома и 50% смеси чугуна и металлизованных окатьппей .

9. Подогрев металла и шлака в ковше-печи до температуры вьппе темпера-, туры ликвидус подшипниковой стали на 120 С при избыточном давлении

0,5 атм. При этом присаживают оставшуюся часть шпакообраэующих (50%/ и расплав продувают аргоном в течение 10 мин через пористую пробку в днище ковша.

10. Разливку жидкой стали на машине непрерывного литья заготовок проводят с защитой струи металла от окисления воздухом.

Пример 3. Выплавка, впепечное рафинирование и разливка в крис таллизатор стали LX15 включают с.ыдующие операции:

1. Завалка шихты, состоящей из

80% углеродистого стального лома и

20% чугуна.

1057553

Составитель А.Прусс

Редактор Л.!(челинская Техред С.Легеза Корректор Г.0гар

Заказ 9525/32 Тираж 568 Подписное

ВШП1ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

d илиал 1П!И "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4

2. Расплавление шихты с одновременным проведением дефосфорации и окисления углерода и последующий контроль пробы металла на полный химический анализ. 5

3 ° Легирование металла присадкой феррохрома на нижний предел заданного химического состава стали и максимальное подкачнвание окислительного шлака. 10

4. Перевод остатка окислительного шлака в шлак низкой основности пе4" ред выпуском плавки в ковш за 510 мин присадкой, кг/т: кварцит 20, известь 6,5, силикатная глыба 5,5, t5 марганцевая руда 5,5.

5. Перевод мощности трансформатора печи за 10 мин до выпуска на 20-30 выше оптимального для окислительного периода. 20

6, Выпуск расплава в ковш с шиберным затвором. .7. Вакуумирование стали, доведение плавки bio химическому составу до заданного присадками феррохрома, фер-25 ромарганца, ферросилиция, алюминия, углерода.

8. Перелив из ковша ь ковш-печь с отсечением шлака низкой основности

30 с отношением g

2 3

1,5 и содержанием суммы окислов же-, леза и марганца равным 15 вес. . Наве. дение в печи-ковше 60 шлака с отноCOO шением равным 3,5 и содерsioÄ< вс,о жанием суммы окислов железа и марганца равным 1 вес.X.

9. Подогрев металла н шлака в ковше-печи до температуры выше температуры ликвидус подшипниковой стали на 180 С при избыточном давлении

1 атм. При этом присаживают ог.тавшуюся часть шлакообразующих (40X)H расплав перемешивают электромагнитным перемешивателем и продувают азотом в течение 10 мин .через боковую фурI му в стенке ковша-печи..10. Разливку жидкой стали на машине непрерывного литья заготовок проводят с защитой струи металла от окисления воздухом.

Производстко подшипниковой стали прЕдлагаемым способом обеспечйвает повышение ее качества, увеличение производительности дуговой печи и повышение выхода годного, металла, что дает значительный экономический эффект.