Способ выплавки рельсовой стали

 

СПОСОБ ВЬШЛАВКИ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ, включающий продувку металла в конвертере до содержания углерода ниже марочного, науглероживание и модифицирование металла природнолегированг: .ным, содержащим ванадий и титан чугуном в количестве 5-15% от веса металла, раскисление металла в ковше ферромарганцем, силикомарганцем и силикокальцием и продувку инертным газом, отличающийся тем, что, с целью уменьшения угара раскислителей , предотвращения выбррсов и резкого охлаждения металла, после выпуска металла и шлака природнолегированный чугун заливают в конвертер, где осуществляют его выдержку в течение 2-5 мин, а затем сливают в « ковш с металлом, при этом 20-40% общего количества силикокальция вводят под струю чугуна.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН зло с 21 с ПОJ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3589536/22-02 (22) 12.05.83 (46) 30.04.84, Бюл. N - 16 (72) И.С.Тришевский, А.Г.Рабинович, N.Ñ.Ãîðäèåíêî,.Â.À.Ïàëÿíè÷êà, С.З.Афонин, В.А.Степанов, Е.И.Арзамасцев, И.Я.Винокуров, С.П.Киселев и Н.И.Исаев (71) Украинский ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт металлов (53) 669.184.232(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 539081, кл. С 21 С 7/06, 1974.

2. Комплексная переработка железных руд. Труды УралНИИЧМ, т.28, 1976, с.95-100. (54)(57) СПОСОБ BbIIIJIABKH РЕЛЬСОВОЙ

СТАЛИ, включающий продувку металла в конвертере до содержания углерода ниже марочного, науглероживание и модифицирование металла природнолегированным, содержащим ванадий и титан чугуном в количестве 5-15Х от веса металла, раскисление металла в ковше ферромарганцем, силикомарганцем и силикокальцием и продувку инертным газом, отличающийся тем, что, с целью уменьшения угара раскислителей, предотвращения выбррсов и резкого охлаждения металла, после выпуска металла и шлака природнолегированный чугун заливают в конвертер, где .осуществляют его выдержку в течение 2-5 мин, а затем сливают в

Q ковш с металлом, при этом 20-40Х общего количества силикокальция вводят под струю чугуна.

1089149

Наиболее близким по технической сущности к .предлагаемому является спо 5 соб выплавки рельсовой стали, включающий продувку металла в конвертере до содержания углерода ниже марочно

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в сталеплавильных цехах.

Известен способ выплавки углеродистой стали, включающий раскисление металла ферромарганцем, силикокальцием, вайадием и титаном: в ковш перед . выпуском стали заливается 10-20Х от веса плавки природнолегированного ванадием и титаном чугуна, в чугун 1О дают 20-60Х силикокальция и 10-907 ферромарганца от необходимого расхо.да их на плавку, а остальное количество вводят в ковш под струю металла И .

Недостатком данного способа явля- IS ется крайне неблагоприятные темперагурные условия процесса. Жидкий чугун, температура которого не превышает

1300 С, заливают в холодный ковш (температура поверхности футеровки обычно не превышает 500 С) и подвер

Ф гают здесь резкому охлаждению, так как чугун занимает всего от 1/5 до 1/10 объема ковша. В этих усло— виях присадка значительного количест- 2 ва раскислителей может привести не только к закозлению раскислителей в ковше, но и самого чугуна. По организаци-энным причинам трудно точно совместить заливку чугуна в ковш и 30 выпуск плавки. При выдержке в ковше малого объема чугуна его температура быстро снижается. Велико также охлаждающее влияние чугуна: при его температуре 1300 С, минимально предус-З5 о мотренном расходе 10Х и температу8 ре жидкой стали 1600 С снижение тем-. пературы стали только под влиянием о этого фактора составит 30 С, в случае температуры чугуна 1150 составит 40

45. С. Присадку раскислителей в ковш начинают с 1/3 — 1/2 высоты ковша, в этот момент температура расплава будет еще ниже. Если учесть, что при выплавке стали в конвертерах 45 все количество раскислителей присаживают в ковш и выпуск плавки занимает несколько минут, то закозле° ние раскислителей при значительной, присадке их (например присадка 5О силикомарганца при выплавке рельсовой стали составляет 1,37 от веса плавок) будет неизбежной. го, науглерожнвание и модифицирование металла природнолегированным, содержащим ванадий и титан чугуном, в количестве 5-157. от веса металла, раскисление металла в ковше ферро- марганцем, снликомарганцем и силикокальцием и продувку инертным газом (2) .

Недостатком известного способа является необходимость перегрева металла примерно на 30 С, что экономически невыгодно и приводит к ухудшению качества металла, усугубляет опасность выбросов металла при контакте чугуна с окнсленными металлом и шлаком. При контакте чугуна с окисленными шлаком и металлом теряется также около 10Х ванадия.

Цель изобретения — уменьшение yraра раскислителей, предотвращение выброса металла из конвертера и резкого охлаждения металла.

Поставленная цель достигается тем, что в способе выплавки рельсовой стали, включающем продувку металла в конвертере до содержания углерода ниже марочного, науглероживание и модифицирование металла природнолегированным, содержащим ванадий и титан чугуном в количестве 5-157 от массы металла, раскисление металла в ковше ферромарганцем, силикомарганцем и силикокальцием и продувку металла в ковше инертным газом, согласно изобретению, после выпуска металла и шлака природнолегированный чугун заливают в конвертер, где осуществляют его выдержку, в течение 2-5 мин, а затем сливают в ковш с металлом, при этом

20-40Х общего количества силикокальция вводят под струю чугуна.

Основным преимуществом предлагаемого способа является полное исключение контакта жидкого чугуна с окисленными шлаком и металлом в конвертере, так как чугун заливается в конвертер после полного удаления металла и шлака. Это целиком исключает возможность выбросов металла из конвертера, а также окисление ванадия чугуна. Чугун с температурой 1300 С сливается в конвер- тер сразу после выпуска металла и шлака, когда температура футеровки составляет 1580-1590 С. Конвертер на клоняют и покачивают, чугун тонким слоем разливается по стенке конвертера. Нагрев чугуна осуществляется интенсивно за счет теплоизлучения в замкнутом пространстве конвертера и

1089149

Для установления доли силикокаль-, ция, вводимого в ковш во время выпуска стали и чугуна, провели следующий эксперимент.

В дуговой индукционной печи

УкрНИИМЕТа выплавляют 1000 кг рельсовой стали, содержащей, 7: С 0,33, Мп 0,85, Si 0,35, Р 0,025, S 0,022 в индукционной печи выплавляют 100 кг синтетического чугуна, содержащего,7.:

С 4,3,, У 0,42, Si 0,20, Мп 0,25, Ti 0,15. В 200-кг ковше по футеровке деляют отметку на 180 кг металла (расчет по объему). Из дуговой печи 180 xr металла сливают в ковш, под струю дают часть силикокальция, затем ковш с металлом подают под индукционную печь, из нее сливают 20 кг ,чугуна (до верха ковша), присаживая. оставшееся количество силикокальция под струю чугуна. Готовый металл содержит, 7: С 0,72-0,75, Мп 0,81-0,84, Si 0,30-0,34, V 0,035-0,045, 40 конвективного нагрева при контакте чугуна с футеровкой. Расчет показывает, что скорость нагрева чугуна в первую минуту составляет 100 С при расо ходе его 57 от веса металла, 70 С при расходе 107 и 50 С при расходе о

157. во вторую минуту скорость нагреу

Ф ва уменьшается до 40-70 С в минуту.

Таким образом, нагрев 5%-ного чугуна до 1470 С осуществляется за 2 мин, 10 а 157-ного — за 5 мин. При нагреве

0 металла в конвертере до 1590 С, как показали замеры, в процессе выпуска и раскисления металла в ковше темпео, ратура его снижается до 1525-1535 С. 15

В этих условиях поступление в ковш в среднем 107-ного чугуна с темперао турой около 1450 С приведет к незначительному снижению температуры стали (на 8 С). 20

Для рельсовой стали важно правильно подобрать режим раскисления, так как кальций, входящий в состав силикокальция является одним из основных

Ф модификаторов (как и ванадий). С уче- 25 том этого был исследован способ ввода силикокальция двумя порциями: первую, большую, вводили в ковш при выпуске плавки в ковш, вторую, меньшую, при сливе чугуна в ковш под струю. При 30 этом силикокальций со струей чугуна вводили в металл, учитывая его повышенную растворимость в чугуне, и наличие всего объема металла в ковше (а не 107 его как в аналоге).

Ti 0,006-0,008, P 0,022-0,027, S 0,021-0,025. Всего налито пять ковшей с различным распределением силикокальция при выпуске стали и чугуна.

Иэ каждого ковша отливают два 50-кг слитка, один режут для исследования макроструктуры, другой прокатывают на квадрат 56 мм. Заготовку подвергают закалке и отпуску и испытывают на ударную вязкость (по результатам проведенных ранее исследований известно, что сталь при данном способе раскисления чиста по строчечным оксидным включениям).

Макроструктура всех слитков оказалась удовлетворительной.

Результаты опытов раскисления металла силикокальцием и ударная вязкость металла приводятся в таблице.

Как видно из таблицы, при расходе

600 г ферросиликокальция на 200 кг металла (необходимый расход 3 кг/т стали установлен на основании многолетней практики выплавки стали с ванадием для рельсов первой группы) наилучшие результаты по ударной вязкости достигаются в плавках-ковшах 2-4, когда 20-407 ферросиликокальция присаживаются при сливе чугуна. Металлографическое исследование показало, что причиной этого является образование глобулярных включений кальциевых силикатов в стали, в то время как в металле из плавок-ковшей 1 и 5 в значительном количестве обнаружены вытянутые вдоль прокатки включения же:лезо-марганцевые силикаты.

Технология производства стали для рельсов первой группы согласно изобретению включает в себя проведение такйх операций в их последовательности: продувку чугуна на полупродукт следующего состава, 7: С 3,2-3,6, V 0,03-0,04, до Мп 0,05 в первом . конвертере, выпуск полупродукта из первого конвертера и заливку его во второй конвертер, продувку полупродукта во втором конвертере до содержания углерода 0,10-0,557 при температуре металла 1580-1600 С, выпуск металла из конвертера, раскисление металла ферромарганцем, силикомарганцем и ферросиликокальцием (в количестве 60-80Х от общего его расхода

1,8-2,4 кг/т стали) во время выпуска металла, слив шлака из конвертера, заливка. в конвертер 5-157-ного жидкого чугуна, выдержка в конвертере чугуна в течение 2-5 мин, выпуск 1 089149 жидкого чугуна из конвертера в ковш с металлом, присадку под струю чугуна оставшегося количества ферросиликокальция 20-40Х (1,2-0,6 кг/т стали), выдержка металла в ковше 7-10 мин, продувка металла в ковше аргоном в течение 5-10 мин, разливка металла на слитки.

Пример. В конвертер заливают

130 т полупродукта, содержащего, Х:

С 3,4 и Ч 0,04, температура его составляет 1410 С. Продувку осуществляют через трехсопловую фурму с интенсивностью подачи кислорода 1,7з Ф

-2,2 нм /т при. высоте фурмы над ван- 15 ной 2,0-2,5 м в течение первых трех минут и 0,7-1,4 м — в остальное время продувки. На второй минуте присаживают 1,8 т извести и 0,7 т плавикового шпата, на третьей минуте — 20

1 т марганцевого агломерата и 1 т железной руды, на седьмой минуте — 0 5 т извести. Через 15 мин после начала продувки фурму поднимают, конвертер наклоняют и берут пробу металла, за- 2 меряют era температуру, которая составляет 1595 С. Через 5 мин получают анализ металла: содержание, Х: углерод 0,42, ванадий 0,015, сера 0 025 фосфор 0,020. 30

Э 3

Состав чугуна в миксере следующий, Х:С 4,3 V 0,47, Si 0,20, Мп 0,24, Ti 0,12, P 0,04 и S 0,035, температура чугуна 1280 С. Из расчета3 требуемого содержания углерода в готовой стали, Х: 0,7 1-0,82 и ванадия 0,03-0,07 заказали 10 т чугуна (7,1Х от веса плавки) и начинают выпуск металла из конвертера. По ходу выпуска под струю металла присажи-. вают в ковш 1600 кг силикомарганца и 300 кг ферросиликокальция. Через

4 мин выпуск металла заканчивается, еще через 1 мин в шлаковую чашу 4 сливают шлак из конвертера и приступают к заливке чугуна в конвертер, через 0,5 мин 10 т чугуна заливают

1 в конвертер. Конвертер наклоняют в горизонтальное положение и слегка пока- 0 чивают. Через 3 мин чугун сливают в ковш, под струю чугуна в ковш присаживают 120 кг силикокальция. После слива чугуна, который длится 0,5 мин ) и восьмиминутной выдержки ковш с металлом подают на установку для продувки металла аргоном. Температура металла перед продувкой было 1540 С, после семиминутной продувки с интенсивностью 0,7 м /мин она составила 1525 С.

Ковш подают на разливку. Химический состав готового металла, Х: С 0,77, Мп 0,80, V 0,05, Si 0,31, Ti 0,005, S 0,,027 и Р 0,028.

Рассмотрим граничные параметры процесса. о

Требуемая температура металла 1580 С получена при содержании, : С 0,10.

При таком низком содержании углерода в металле практически ванадия не будет.

Для обеспечения заданного содержания углерода в рельсовой стали 0,71—

0,82Х необходимо будет долить 15Х-ного чугуна (23 т), при этом будет введено V 0,07Х, т.е. ванадий будет получен на верхнем пределе (допускается содержание ванадия до 0,1Х) .

Выдержка чугуна в конвертере должна быть 5 мин для обеспечения нагрева чугуна до 1480 С, В этом случае целесообразно заменить силикомарганец ферромарганцем и дать корректирующие присадки ферросилиция. 1800 кг углеродистого ферромарганца вносят 126 кг углерода, т.е. столько, сколько 3 т чугуна, тем самым добавка чугуна составляет не 23, а 20 т.

В случае получения заданной температуры 1580 С при содержании Х: углерода в металле 0,55 (верхний предел) необходимо будет ввести в ме талл всего 0,22Х С, для, этого понадобится около 5Х чугуна (7 т), он внесет 0,023Х ванадия, что при остаточном содержании ванадия 0,015Х обеспечит получение около 0,04Х ванадия в металле, что выше требуемого нижнего предела. При таком малом расходе чугуна достаточна выдержка его в конвертере в течение 2 мин.

Как показывает исследование и опытная проверка, по сравнению с базовым объектом, в качестве которого принят, способ легирования стали путем долив-( ки ванадийсодержащего чугуна(2, пред .( лагаемый способ обладает рядом преимуществ. Он позволяет экономить 10Х ванадия благодаря исключению угара его при контакте с окисленным металлом и шлаком, исключает случаи выброса металла и шлака из конвертера, что создает безопасные условия работы в цехе и позволяет в промышленных масштабах применять предлагаемый способ.

Кроме того, он разрешает снизить температуру металла перед выпуском

1089149

Расход ферросиликокальция в ковш

Ударная вязкость, МДж/м

Ковш

При выпуске чугуна

При выпуске стали

% от общего расхода

7 от общего расхода

Г

540

60

0,35

0,41

120

480

420

180

0,43

360

240

0,40

300

300

0,36

Составитель А.Тимофеев

Техред М. Гер гель Корректор А. Ильин

Редактор Е. Кривина

Заказ 2874/24

Тираж 540 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

7 плавки на 20-30 С, что позволяет увеличить расход лома и охладителей и экономически выгодно, за счет использования рациональной технологии раскисления повышаются механические свойства рельсов. Благодаря расширению производства рельсов первой группы с ванадием увеличивается доля рельсов с повышенной эксплуатационной стойкостью (на 337).

Вследствие исключения присадок феррованадия для легирования стали исключается связанное с производством его загрязнение окружающей сре— ды (выделение газов в атмосферу, отходы . в виде шпаков и хвостов при обогащении шлаков, загрязнение атмосферы и воды при химической переработке шлаков).

Ожидаемый экономический эффект от использования изобретения составляет 1,89 руб/т стали.