Способ выплавки стали и сплавов

 

1. СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ , И СПЛАВОВ в электропечах, включающий введение извести, порционную присадку карбида кремния в период расплавления металлической шихты, окислительную продувку металла и доводку металла до заданного химического состава, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью обеспечения совместного протекания процессов десульфурации и дефосфорации в период плавления шихты, повьшения количества используемых на плавке отходов, а также создания возможности применения в качестве шихты менее чистых по примесям серы и фосфора материалов, карбид кремни -, вводят в количестве, превышающем в 1,2-2,0 раза массу извести,причем первую порцию карбида кремния вводят после зарождения жидкого пшака, последнюю - после расплавления 80-95% металлической шихты, в окислительную продувку начинают i после вьщержки расплавленного ме (Л С талла в безокислительной атмосфере в течение 10-40 мин и последующего частичного или полного у;(апения шлака. 2. Способ по П.1, о т л ич а ю щ и и с я тем, что масса каждой .порции карбида кремния составляет 10-40% от общего коли00 4 00 чества карбида кремния.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) !

3(5D С 21 С 5 52

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 1 .". ТЕМ;).

Т-"-БУНИЧ (. Ay

LRLASer i

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3549629/22-02 (22) 09 ° 02.83 (46) 07.04.84. Бнщ. У 13 (,72) Л.P. Тагер, Г.В. Серов, С.Н. Падерин, Д.И. Рыжонков, М.М. Клюев, В.М. Караваев, В.С. Римкевич и Б.Е. Зайцев (71) Московский ордена Октябрьской

Революции и ордена Трудового Красного Знамени институт. стали и сплавов (53) 669.187.25 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 535355, кл.С 21 С .5/52, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 425948, кл. С 21 С 7/00, 1972 (54)(57) 1. СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ

И СПЛАВОВ в электропечах, включающий введение извесги, порционную .присадку карбида кремния в период расплавления металлической шихты, окислительную продувку металла и доводку металла до заданного химического состава, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью обеспечения совместного протекания процессов десульфурации и дефосфорации в период плавления шихты, повышения количества используемых на плавке отходов, а также создания возможности применения в качестве шихты менее чистых .по примесям серы и фосфора материалов, карбид кремни -:. вводят в количестве, превышающем в 1,2-2,0 раза массу извести,причем первую порцию карбида кремния вводят после зарождения жидкого шлака, последнюю — после расплавления 80-95% металлической шихты, в окислительную продувку начинают после выдержки расплавленного металла в безокислительной атмосфере в течение 10-40 мин и последующего частичного или полного удаления шлака.

2. Способ по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что масса каждой .порции карбида кремния составляет 10-40% от общего количества карбида кремния.

1084308

20

1

Изобретение относится к металлургии, а именно к способам выплавки стали и сплавов в электропечах, включающим введение извести, порционную присадку карбида кремния в период расплавления металлической шихты, а также продувку металла окислительным газом.

Известен способ выплавки стали с использованием карбида кремния в качестве восстановителя окалины, согласно которому осуществляют совместное проплавление окалины с карбидом кремния, причем в завалке обеспечивают весовое соотно- 15 шение между окалиной и карбидом кремния (3,0-4,0) 1. Раскисление шлака периода расплавления ведут смесью извести с материалом, содержащим карбид кремния в количестве

50-80 кг/т садки при весовом соотношении между карбидом и известью, равном (0,3-0,8):1,0 P1j .

Недостатком этого способа является невозможность осуществления 2S дефосфорации и достаточной десульфурации металла при его выплавке.

Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ выплавки стали и сплавов в .электропечах, включающий введение извести, порционную присадку карбида кремния в период расплавления металлической шихты Окислительную продув ку металла и доводку металла до заданного химического состава. На шлак периода плавления и восстановления вводится карбид кремния порционно в смеси с глиноземом и криолитом, причем смесь подают в количестве

5-30 кг/т жидкого металла (2j .

Недостатком этого способа является невозможность обеспечения низкого содержания углерода в го- 45 товом металле из-за перехода углерода, образующегося в процессе диссоциации карбида кремния, в жидкий металл в заключительный (восстановительный) период плавки.

Кроме того, не обеспечивается достаточная дефосфорация металла, особенно в случае присадки смеси на шлак с основностью ниже 2.

Цель изобретения — обеспечение 55 совместного протекания процессов десульфурации и дефосфорации в период плавления шихты, повышение ко личества используемых на плавке отходов, а также создание возможности применения в качестве шихты менее чистых по примесям серы и фосфора материалов.

Поставленная цель достигается тем, что,согласно способу выплавки стали и сплавов в электропечах, включающему введение извести, порционную присадку карбида кремния в период расплавления металлической шихты, окислительную продувку металла и доводку металла до заданного химического состава, карбид кремния вводят в количестве, превышающем в 1,2-2,0 раза массу извести, причем первую порцию карбида кремния вводят после зарождения жидкого шлака, последнюю — после расплавления 80-95% металлической шихты, а окислительную продувку начинают после выдержки расплавленного металла в безокислительной атмосфере в течение 10-40 мин и последующего частичного или полного удаления шлака.

Масса каждой порции карбида кремния составляет 10-40% от общего количества карбида кремния.

При традиционной технологии производства углеродистой стали с целью удаления фосфора используют многократное обновление шлака в окислительных условиях и при относительно низких температурах. Реакцию дефосфорации можно записать следующим образом

5(Fe0)+4(Ca0)+2 (Р) (Ca4P>0 )+5Fe .

В известной технологии выплавки хромоникелевых нержавеющих сталей с использованием собственных отходов в количестве до 70% от массы металлической шихты с применением окислительной продувки дефосфорация металла вообще не производится, поскольку в металле содержится до

12% хрома и более. Термодинамика окисления фосфора и хрома близка и в окислительных условиях при выплавке.хромоникелевых нержавеющих сталей, где концентрация в металле хрома превышает концентрацию фосфора в сотни раз, окисляется хром.

Окисление же фосфора начинается при концентрации хрома, не превышающей 1-2% а иногда и меньше. Десульфурация в соответствии с из1084308 (Са)+ jS) (CaS) (SiC) — » (Si) + С после чего

P .

= 1,2-1,4, Рсао

3 вестной технологией производится в период восстановительного рафинирования металла, хотя основной целью этого периода является восста.новление хрома из шлака после окис- 5 лительной продувки и доведение металла по химсоставу.

В случае применения предлагаемого способа основная масса фосфора и серы удаляется в период до окислительной продувки в безокислительных условиях. Кроме того, сера удаляется и после окислительного рафинирования в восстановительный период,как и в известном способе выплавки.По указанным причинам в готовом металле, выплавленном по известной технологии, содержание серы .и фосфора существенно вышее, чем в металле, полученном согласно предлагаемого способа. 20

Физико-химический процесс удаления фосфора и серы в период плавления металла по предлагаемой технологии может быть представлен следующим обра- 25 зом. При существующих температурах ,выплавки стали и сплавов в основных шлаках возможна следующая реакция с образованием карбида кальция

30 (БдС)+(СаО) - (СаС )+(Щ ) (Бь) Карбид кремния, имеющий неэначио тельную прочность (аС 8оо„

= -9000 кал/моль, Ояооок 35

= -7200 кал/моль) также диссоциирует (CaO) +3C (CaC< )+(CO) В условиях плавки при ненасыщенности металла углеродом возможна 45 реакция (СаС2) — (Ca)+2IC) Выделившийся кальций реагирует с фосфором металла с образованием фос- 50 фида кальция

3(Ca)+2)PJ .-(Са Р ) . Эти процессы можно описать суммарной реакцией (& С 3(Cq О)+2 (Р) (Са Р2) (Б P>)>(gg) 4

Образование СО способствует соз-данию безокислительной атмосферы и препятствует протеканию таких реакций, как, например

2(Са)+О „,„— 2(СаО)

2(Ca)+N2 г — э (Ca N ) и тем способствует связыванию фосфора в фосфид кальция. Десульфурация при осуществлении предлагаемого способа протекает по реакции, осуществляемой и в известной технологии (Ca0)+ PFeSJ .,. (CaS)+(Fe0),,С увеличением основности шлака и его раскисленности (за счет введения извести и карбида кремния) эта реакция сдвигается вправо, т.е. возрастает степень десульфурации. Возможна также реакция

Для того, чтобы протекали реакции дефосфорации и десульфурации, необходимо поддерживать определенные соотношения между СаО и SiC в зависимости от исходного суммарного содержания серы и фосфора в металлической шихте.

При выплавке большинства низкоуглеродистых сталей (преимущественно нержавеющих) исходное суммарное содержание в шихте находится в пределах 0,05-0,10 по массе. Опытным пу-. тем установлено, если в шихте серы и фосфора содержится 0,10, то необходимо иметь где Р 0 — масса извести, — масса карбида кремния.

Если же серы и фосфора в шихте содержится в сумме 0,05, то должно быть в пределах 1,8-2,0

Pci(; саО

Если Р ; /Pc a + 1,2, то процессы рафинирования от серы и фосфора становятся неэффективными, поскольку понижается раскисленность металла, уменьшается количество образующегося карбида кальция, а в итоге и свободного кальция, необходимого для свя-) 1084308.зывания примеси в соединение. Если

Р /Рс о > 2, то образующаяся SiOg являющаяся продуктом реакции кремния из SiC с окислами шлака, связывает почти весь СаО в прочные сое- 5 динения типа m CaO n SiO (например 2CaO-SiO>). Поэтому свободных окиси кальция и кальция недостаточно для связывания серы и фосфора в шлаке. Первую порцию карбида кремния необходимо вводить после зарождения жидкого шлака с целью обеспечения достаточной реакционной способности SiC, так как последний может взаимодействовать только с 15 жидким шлаком. Для достижения наилучших условий перехода серы и фосфора в шлак, присадку карбида кремния следует заканчивать после расплавления 80-95Х металлической садки, так как .введение карбида кремния в более поздний период, например, после полного расплавления шихты приводит к существенному увеличению длительности плавки вследствие того, что скорость взаимодействия карбида кремния с известью в шлаке невелика и для начала реакции каждой новой порции вводимого карбида кремния требуется время на 30 прогревание и подготовку к взаимодействию с известью (так называемый скрытый период реакции) .

Если присадку карбида кремния производить раньше расплавления 80Х металлической садки, то температура жидких металла и шлака лишь несущественно превышает температуру не асплавившейся части металлической шихты, и значительная часть извести 40 пребывает в твердом (неофлюеованном) состоянии. Скорость протекания реакций низкая, вследствие чего SiC взаимодействует не со шлаком, а с металлом, приводя к его науглероживанию. Если присадку карбида кремния производить позже расплавления

95% металлической садки, то плавка неоправданно затягивается.

С целью создания наилучших условий дефосфорацни и десульфурации необходимо после полного расплавления металла выдерживать его под шлаком в течение 10-40 мин в безокисленных условиях. Выбор продолжительности выдержки зависит от емкости печи и наличия электромагнитного перемешивания : 10 мин требуется для печей емкостью до 10 т без электромагнитного перемешивания и для печей с большой емкостью при наличии электромагнитного перемешивания: 40 мин необходимо для печей емкостью более 40 т. Выдержка менее

10 мин не обеспечивает полноты протекания реакции дефосфорации и десултйьрации. Выдержка более 40 мин неоправданно затягивает плавку, так как все процессы, как показывает

O практика, уже завершаются.

Необходимым элементом предлагаемого способа является полное или частичное скачивание шлака с целью удаления перешедших в него из металла фосфора и серы. Полнота скачивания шлака зависит от концентрации серы и фосфора в шлаке и от предельно допустимых содержаний этих элементов в готовом металле.

Для более равномерного и полного протекания процессов дефосфорации и десульфурации масса каждой порции карбида кремния должна составлять 10-40Х от общего количества вводимого на плавку карбида кремния. Масса порции зависит от емкости печи или, в конечном счете, от отношения площади поверхности ванны к ее объему. Чем меньше это соотношение или чем больше емкость печи, тем меньше должна быть величина порции и больше количество порций с цепью обеспечения достаточной ско рости реагирования смеси за счет улучшения условий ее прогревания и повышения газопроницаемости.Если величина порции карбида кремния меньше 10%, то увеличиваются потери тепла от неоправданно частой подачи

SiC, захолаживается поверхность, увеличивается подсос воздуха и замедляются процессы. Если величина порции карбида кремния больше 40% от общего количества вводимого на плавку карбида кремния, то смесь плохо прогревается и снижается ее газопроницаемость.

Примеры конкретного выполнения.

В 20-и тонной дуговой электропечи выплавляют плавку стали марки

12Õ18Í10Ò. В качестве шихтовых материалов используют отходы (кусковые и стружку) металла соответствующего химического состава в количестве до 10% от веса садки, остальное — свежие материалы. На

1084308

20

30

Содержание в шихте,%

Мас- ISiС/Ca0

ИасСодержание в готовом металле,%

ВреКоличество и масса порции SiC

У опыта, п/п са са са са выпорции

SiÑ, % ввоизвесметал. шихты,г держ ки под шладимого

SiC, r ти

P ком, мин

1 400 8 9,6 10 1,2 10240996 r . 10 0,034 0,029 0,027 0,021

2 400 8 16,0 40 2,0 2я694 r +

1Х392 г

40 0,028 0,020 0,020 0,014

3 400 8 11,2 30 1,4 32 3973 r 25 0,034 0,029 0,026 0,022

20 0,034 0,029 0,034 0,025

0 034 0,029 0,034 0,023

5 400 8

ДНйлПН Заказ 1927/19 Тидаи 940 Подписное

Филиал ППП Патежт", г. Ужгород, ул.Проектиаи,4 подину печи предварительно дают из= весть в количестве 300 кг. Расчетное содержание в шихте серы составляет 0,0327, фосфора — 0,037%.

В процессе расплавления шихты в печь порционно вводят порошок карбида кремния, всего в количестве

486 кг, причем первую порцию карбида кремния вводят после зарождения жидкого шлака, через 40 мин от начала плавки. Всего дают три порции карбида кремния по 162 кг каждая. Последнюю порцию карбида кремния вводят через 1 ч от начала плавки, после расплавления 90% металлической завалки. После полного расплавления шихты включают электромагнитное перемешивание и металл выдерживают в печи под образовавшимся шлаком в течение 15 мин„после чего шлак полностью удаляют. Затем проводят окислительную продувку до содержания углерода 0,077., восста- новительный период. Доводку металла по химическому составу и разливку металла осуществляют по известной технологии. В готовом металле содержание серы составляет 0,012%, фосфора — 0,0147ое Полученные результаты сравнивают с результатами контрольной плавки, проведенной на аналогичных шихтовых материалах по известной технологии. Содержание серы в готЬвом металле контрольной

4 400 8 9,1 30 1,01 Зх2,7 г плавки составляет 0,022%, фосфора — 0,0347.

Кроме того, в лабораторной печи проводят 4 плавки стали марки

12X18H10T ° Масса металлической садки каждой плавки составляет 400 г. В качестве шихтовых материалов используют отходы выплавляемой марки стали в количестве 70% от массы садки, остальное — свежие материалы. Перед загрузкой металлической шихты на дно тигля засыпают 8 г свежеобожженной извести. По ходу расплавления шихты в печь вводят порциями, порошок карбида кремния. Первую порцию карбида кремния присаживают после появления жидкого шлака, т.е..после 50 мин от начала плавления, последнюю— после расплавления 80-957. всей металлической садки. Время выдержки металла под шлаком после присадки последней порции карбида кремния в опытах составляет 10-40 мин, после чего шлак удаляют и проводят окислительную продувку металла газообразным кислородом до содержания углерода в металле 0,06-0,087ое

Ф

Восстановительный период проводят по обычной технологии.

Данные опытных плавок (п9 1-4), одной контрольной плавки (У5), проведенной на аналогичных шихтовых.материалах по известной технологии, приведены в таблице.