Способ производства титансодержащей стали

 

Сущность изобретения: присадку требуемого для легирования стали титансодержащего материала осуществляют после определения в печи активности растворенного в стали кислорода (а0). массы металла (ММет), массы шлака (Мш) и последующей их корректировки до соответствия граничным условиям зкспёрймёнтал йЬ ус- Ми 100 тановленного соотношения а0: М мет 0.002-0,006 в количестве, определяемом из сротн бт енГия Ф -. Ммет -(тр-юо 2 34.2+0.032/ао-(). табл. «О

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 21 С 5/52

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ гцдщщур

1Д 1",„тГ (:1:" с

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ (21) 4887020/02 (22) 30.11,90 (46) 07,01.93. Een . М 1 (71) Московский институт стал 4 и сплавов и

Московский металлургический завод "Серп и Молот" (72) С. В. Куберс кий; Н.Н.Перевалов, .. Ю.М.Нечкин, Р.B.Êàêàáàäýå, А,Ф.Колосов, : B.Ï,Ïàâëîâ, В.Л.Трошин и В.И.Савченко (56) Рашев Ц.В. Производство легированной стали. M.: Металлургия, 1981, с. 22-44. (54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТИТАНСОДЕРЖАЩЕЙ СТАЛИ

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве сталей легированных титаном.

Известен способ производства стали в дуговой печи, при котором добавки шлакообразующих и легирующих материалов производятся в зависимости от постоянно замеряемой походу процесса массы жидкого металла.

Недостатком такого способа является. высокая себестоимость стали, связанная с перерасходом легирующих материалов, так как не учитываются важные для процесса легирования технологические параметры, такие как температура металла, активность растворенного в стали кйслорада, масса шлака участвующего в химических реакциях процесса легирования.

Известен способ производства стали при котором подготовленный в дуговой печи. расплав хорошо нагревают и раскисляют, после чего производят легирование его титаном в печи за 10-12 мин до выпуска плавки после скачивания шлака, из расчета на вер,, ЯЛ,, 1786103 А1 (57) Сущность изобретения: присадку требуемого для легирования стали титансодержащего материала осуществляют после определения в печи активности растворенного в стали кислорода (ао), массы металла (Ммет), массы шлака (Мш) и последующей их корректировки до соответствия граничным условиям эксперимейтально усЦи 100 тановленного соотношения ао .

Миет

= 0,002-0,006 в количестве, определяемом из соотношейия Ф

Ммет Т1 100 (34,2+0,032/ао — („„ 8) В) P табл. хний предел заданного состава с учетом 40607; угара.

Недостатком этого способа является то, что присадка ферросплавов в печь малоэф- фективна из-за повйшенного их угара, а расчет на верхний предел заданного состава с учетом 40-60 (,-ного угара приводит как к повышенному расходу титансодержащих материалов, так и к случаям непопадания в заданные пределы по содержанию титана в готовой стали, что существенно увеличивает себестоимость металла, Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ, при котором подготовленный в дуговой печи расплав раскисляют перед выпуском из печи, а требуемую для легирования массу титансодержащего материала присаживаемого в ковш определяют по фор- муле

Х = (100 Е Т/У С) 1000; где Š— масса плавки, т;

Т вЂ” расчетная концентрация легирующего элемента, определяемая по разности

1786103 среднего для данной марки содержания элемента и остаточного его содержания в металле, %;

У вЂ” степень усвоения (100% — потери, ао — активность растворенного в стали кислорода перед выпуском из печи для легирования, %;

M>1 — масса печного шлака после кор%) %: 5 ректировки соотношения (1) попадающая в

С вЂ” содержание легирующего элемента ковш, кг; в ферросплаве, %.  — экспериментально установленный

Недостатком известного способа явля- коэффициент, учитывающий влияние массы ется то, что ввод ферросплава по среднестапечного шлака, попадающего в ковш и учатической величине, практически 10 ствующего в химических реакциях процесса установленной, степени усвоения не в пол-. легирования, на усвоение титана, изменяюной мере учитывает различные для каждой. щийся от 2,3 до 3,2 в интервале изменения плавки технояогическйе параметры, такие активности растворенного в стали кислорокак, температура металла, активность рас- да от 0,001% до 0,0055%; творенного в стали кислорода и масса шла- 15 P — содержание титана в титансодержака участвующего в химических реакциях щем материале, %. процесса легирования. Это приводит к ко- При производстве сталей легированных лебаниям расхода титансодержащего мате- титаном пределы допустимого содержания риала и йе позволяет повысить степень титана в готовой стали значительны и завиусвоения титана.: . 20 сят от ряда эксплуатационных характери . Целью изобретения является повыше- стик (найример, для коррозионностойких ниестепени усвоения титана.. — сталей титан вводится для обеспечения

Поставленная цель достигаектстя тем, что стойкости стали против- межкристаллитной в способе производства титансодержащей : коррозии и концентрация его зависит от стали, включающем загрузку и расплавле- 25 концентрации углерода, который требуется ййе шихты в дуговой печи, наведение шла- связать в карбиды). ка, присадку раскислителей, выпуск Длямногих.мароксталииэбыточноесометалла и шлака в ковш, ввод титансодержа-: держание титана отрицательно влияет на щего материала, согласно изобретения, пе- технологическую пластичность в ходе поред выпуском в ковш определяют массу 30 следующей обработки из-за повышенного металла и шлака в печи, активность кисло- содержания неметаллических включений, а . рода в металле и корректируют величину также приводит к повышению себестоимоактивности или массы шлака до получения сти стали в результате перерасхода титансоотношения:: .: содержащих материалов.

Ые 100 0 0б . 35 . В связй с колебаниями усвоения титана

Цвет,: -: при летироваиии стали, от плавки к плавке, где ао — активность растворенного в стали связанными с различными значениями темкислорода перед выпуском из печи для ле- пературы легируемого металла, активности гифования, %;: ::.:::.::, растворенного в стали кислорода. массы коМщ - масса пачного шлака перед выпу- 40 нечного печного шлака участвующего в хисКфм для легирования, кг;:. -..- .: мических реакциях процесса легирования, ", „ Ммвт — масса летируемого металла; кг, имеются трудности определения экономно,.:Г:,;j количество титансодержащего мате- го расхода титансодержащего материала.

p)4hn), вводимого в ковш, определяют по Расходтитансодержащего материала больфарибиМфсти . . 45 ше минимально необходимого приводит к увеличению себестоимости стали.

Ммет М 100 : — :: . ЭффЕКтИВНЫМ ПутЕМ рЕШЕНИя Этсй За:+ (M 100 ..- дачи является хорошее раскисление стали ао . Ммет . 8 В Р перед легированием, учет активности рас 50 творенного в стали кислорода и массы ко"К .:. :. " ".:.-.: :. .:, ;.:-:- " нечного печногО шлака участвующего в . фф ф -" масса трталнсОдержащего материе- . химических реакциях процесса легировала, йрибатживаемэя в ковш для Обеспечения ния, при определении необходимой массы заданйогбсодержайиятиктанМготовойста- титансодержащего материала для обеспе лф; кг:; ..: -: . 55 чения заданного содержания титана в гото.;;. Миет — масса легируемого металла, кг, . вой стали.

Щ - заданное содержание титана в го- В результате проведенной работы тфой стали за вычетбм имеющегося в ме- опытным путем была установлена зависи. тффле-к моменту легирования, %; : мость усвоения титана от измеряемой перед выпуском из печи для легирования величи1786103 I0

20

30

40 ны активности растворенного в стали кислорода, при отношении массы конечного печного шлака попадающего в ковш и участвующего в химических реакциях процесса легирования к массе легируемого металла равной 0,08. Эта зависимость представляет собой гиперболу и хорошо описывается уравнением регрессии

У = 34,2 + 0,032/ао, r = 0,95 где У вЂ” усвоение титана, ; ао - активность растворенного в стали кислорода перед выпуском из печи для легирования, %.

Однако, так как на усвоение титана существенное влияние оказывает колебание массы шлака участвующего в химических реакциях процесса легирования эксйериментально было установлено соотношение, учитывающее это влияние при отклонениях величины отношения от 0,08, которое описывается выражением

К= (-8) В r=0,99

М» 100

Ммет где К вЂ” поправка в усвоении титана, учитывающая колебания массы шлака участвующего в химических реакциях процесса легирования, %;

М,щ — масса конечного печного шлака попадающего в ковш и участвующего в химических реакциях процесса легирования, кг;

MMe — масса легируемого металла, кг;

 — экспериметально установленный коэффициент учитывающий влияние массы конечного печного шлака, попадающего в ковш и участвующего в химических реакциях процесса легирования, на усвоение титана, изменяющийся от 2,3 до 3,2 в интервале изменения активности растворенного в стали кислорода от 0,001% до 0,0055%.

В результате объединения установленных зависимостей было получено соотношение для определения массы титансодержащего материала требуемой для получения в стали заданного содержания титана которое описывается выражением:

М:П| ЮО мет I() (34,2+0,032бао (8) В) P

Гиперболическая зависимость характерна для реакций раскисления стали элементами-раскислителями имеющими большое сродство к кислороду. В соответствии с этой зависимостью угар элементов раскислителей тем больше, чем больше активность растворенного в стали кислорода.

Поэтому для увеличения степени усвоения титана и других легкоокисляющихся в металлическом расплаве ферросплавов необходимо иметь активность растворенного в стали кислорода как можно ниже, т.е, раскйслять металл более дешевыми раскислителями до требуемого уровня и лишь после этого применять дорогостоящие легирующие приСадки. Таким образом, для увеличения эффективности процесса легирования требуется тщательное раскисление металла в печи с учетом конкретных для каждой плавки технологических параметров, таких как температура металла, активность растворенного в стали кислорода, масса шлака которое можно провести используя соотношение ао = .0,002-0,006, мет которое позволяет для каждой отдельной плавки провести раскисление так, чтобы усвоение титана при последующем легировании было максимальным. Регулирование окисленности стали и массы шлака позволяет эффективно подготовить металл к легированию и провести этот процесс, Использование установленных соотношений позволяет повысить степень усвоения титана и снизить расход титансодержащих материалов.

Граничные пределы соотношения: ао 0,002-0,006

Ммет обусловлены тем, что при величине соотношения менее 0,002 требуется либо снижение величины активности растворенного в стали кислорода, либо сильное уменьшение массы печного шлака, Снижение величины активностй растворенного в стали кислорода возможно в следствии раскисления расплава элементами, имеющими большое сродство к кислороду (кремний, марганец, . алюминий, РЗМ и др.), что увеличивает себестоимость стали. Корректировка этого соотношения путем скачивания всего или большей части шлака приводит к тому, что в

45 процессе легирования металла в ковще происходит сильное вторичное окисление зеркала металла кислородом воздуха, из-за недостаточной либо вообще отсутствующей защиты стали шлаком. Плохая защита ме50 талла шлаком ведет к увеличению угара титана и - соответственно расхода титансодержащего материала, связанного с тем, что при легировании часть его окисляется растворившимся в металле кислородом

55 атмосферы, а это в свою очередь увеличивает себестоимость стали.

При величине соотношения более 0,006 значения активности растворенного в стали кислорода и массы печного шлака, который

1786103

/ после корректировки соотношения .попадает в ковш и участвует в химических реакциях процесса легирования настолько велики, что степень усвоения титана не превышает

6O%, что приводит к увеличению расхода 5 титансодержащих материалов и себестоимости стали.

Наиболее оптимальным является значение соотношения равное 0,003 при котором степень усвоения титана максимальна, а 10 расход титансодержащего материала и себестоимость стали минимальны.

Пример конкретного осуществления способа.

Способ опробовали при производстве 15 нержаве1ощей коррозионностойкой стали

° марки 12Х18Н10T, производимой методом переплава отходов в основной дуговой печи емкостью 10 тонн.

В качестве шихты в печь загружали 20

2550 кг слитков(АРМКО), собственные отходы данной марки стали 4200 кг, 400 кг нике ля и 1200 кг феррохрома (марки ФХ005);

Общий вес завалки составил 8350 кг.:

После полного расплавления ших ы 25 ванну размешивали, отбирали пробу металла на химический анализ, скачивали 3/4 : шлака и наводили новый шлак присадкой 30 кг/т извести и 7 кг/т плавикового шпата.

Шлак раскисляли смесью порошков ферро- 30 силиция 1,5 кг/т, алюминия 0,5 кг/т, извести

3 кг/т и плавикового шпата 0,6 кг/т.

После полного расплавления и сформи, рования жидкоподвижногб шлака металл и шлак перемешивали, отбирали пробу на хи- 35 мический анализ и шлак подкачивали.

Рафинировочйый шлак наводили присадками в печь 20 кг/т извести и 6 кг/т плавикового шпата.

После расплавления шлаковой смеси в 40 печь присаживали на штанге 0,8 кг/т кускового ферросилиция и ферромарганца из расчета получения в металле массовой доли кремния и марганца по 0,2%. После присадки кусковых раскислителей в печь по расче- 45 ту присаживали 200 кг феррохрома (марки

ФХ005) и 115 кг никеля. Ванну тщательно . перемешивали. Во время расплавления феррохрома шлак раскисляли смесью 65%го ферросилиция, извести 4 кг/т, плавиково- 50 го шпата 1 кг/т. После расплавл.ения феррохрома и получения светло-коричневого шлака последний скачивали.

Новый шлак наводили присадками 25 . кг/т извести и 6 кг/т плавикового шпата. 55

Перед выпуском металла из печи для легирования измеряли температуру стали погружными термопарами и ЭДС устройством типа УКОС, а также массу металла и шлака по известной методике (4) основанной на определении плотности и объема.

Температура стали была равна 1 605 С, величина ЗДС составила 380 MB. масса металла 8000 кг, масса шлака 300 кг. Рассчитав активность растворенного в стали кислорода определяли величину соотношения ао — 0,00417 х ч мет

300 х 100 0 015

В связи с тем, что величина соотноше- . ния выходит за допустимые пределы, равные 0,002-0,006, в печь присаживали раскислительную смесь состоящую из 10 кг алюминиевого йорошка, 5 кг силикокальция, 5 кг плавикового шпата и 5 xr извести, после чего частично подкачивали шлак, После проведения этих операций активность растворенного в стали кислорода составила

0,00200%, а масса шлака 240 кг.

Величина соотношения составила ао — 0,00200 х

Ммет

240 х 100

Так как величина 0,006 входит в экспериментально установленные границы соотношения ао — 0,002 — 0,006, мет рассчитывали массу 70%-ного ферротитана необходимого для обеспечения заданного содержания титана в готовой стали по соотношению

Ммет ГП1 100 (34,2+0,032/ао (8) В1 P

8000 . 0,50 100 (34,2 +0,032/0,00200 — (а -8) 2,6) 70

-90.5 кт и присаживали ее в ковш, после чего выпускали из печи расплав, Степень усвоения титана составила 63,2%, расход 70%-ного ферротитана на 1 т стали составил 11,300 кг, Себестоимость 1 т стали снизилась на

0;66 руб.

Аналогично были проведены и другие плавки, результаты которых приведены в табл. 1, В табл. 2 представлены результаты сравнения экономических показателей предлагаемого способа и способа-прототипа.

Формула изобретения

Способ производства титансодержащей стали, включающий загрузку и расплавление шихты в дуговой печи, наведение шлака, присадку раскислителей, выпуск ме10

17Â 6103

Т а бл и ц а 1

Результаты опытных плавок Пример

УсвоЬние титаHG a

Расход

704"ного ферротитина на

1 т стали, кг/т фактическое содержание титана в Гото вой стали,ь

Расчет ное со держан титана готово стали, Масса шлака

И„,кг

Масса металла .

Интт s кг

Активность кислорода (а-), Коэффи циент учитыв яций влияни шлака, О

11 . 100 а.- "-"---!!

9,100

9,600

10,200

»,3ао

:1

3

5

SO0O

sooo еаоо еаоо

saoo еооа еооо

0,00! о,00125 о,оо»5

0,002

0,002

0,00260

О,ОО!

240

О, 003

О, 002

О, 005 о,006

o,0О4 о,oo65

0,0015

78,0

74,о

70,0

63,2

65,0

59,0

Брак по ставу

0,50

0,50

0,50

0,50

0,50

0,50

0 50

0,50

0 50

0,50

0,50 о,5о

0,50

0,45

2,3

2,35

2,33

2,60

2,50

2,60

2,30

1ге

36S

240 60

-2, 07

-0,66

11,000 -1,10

12,100 +0,24

200

120 химическому со\»»Ъ | «ь

» талла и шлака в ковш, ввод титансодержащего материала, отличающийся тем, что, с целью повышейия"степени усвоения титана, перед выпуском в ковй определя!от массу металла и шлака в печи, активность кислорода в металле и корректируют величину активности или массы шлака до получения соотношения

00 "00002 200066 ! у!мет где ао — активность растворенного в стали кислорода перед выпуском из печи, %;

M> — масса печного шлака перед выпуском, кг;

Ммет — масса металла, кг; а количество титансодержащего материала, вводимого в ковш, определяют по следующей зависимости: ммет (Т(1 - 100 ф Ю

I (34,2 +0.032/ао — („„8) В) Р где Ф вЂ” масса титансодержащего материала, кг;

Ммет — масса металла, кг; (Ti) — заданное содержание титана в го5 товой стали за вычетом имеющегося в металле к моменту легирования, %; ао — имеет указанное значение;

M — масса печного шлака после корректировки до соотношения 1;

10  — экспериментально установленный коэффициент, учитывающий влияние массы печного шлака, попадающего в ковш и участвующего в химических реакциях процесСа легирования, на усвоение титана, изменяю15 щийся от 2,3 до 3,2 s интервале изменения активности растворенного в сталй кислорода 0,001-0,0055%;

p — содержание титана в титансодержа20 щем материале. %.

Сниже-, ние (-) увеличе ние (+) себестоимости по сра- внению с прототи- . пом, руб/т

»

-3,!4

-2,81

1786103

Таблица 2

Сравнение экономических показателей прототипа и предлагаемого способа е

Составитель С. Куберский

Техред М;Моргентал Корректор M. Керецман

: Редактор

Производственно-издательский комбинат "Озтент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Заказ. 229 Тираж: .. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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