Способ выплавки высокомарганцевой ванадийсодержащей литейной стали

 

Сущность изобретения: для повышения хладостойкости, увеличения долговечности литых деталей и повышения степени усвоения марганца и ванадия в период плавления доводят концентрацию кремния в металле до 0,65-0,90%, концентрацию марганца до .7,5-9,0%, а в период рафинировки шлак в течение 15-30 мин обрабатывают дроблеными углеродсодержащими материалами порциями по 4-6 кг/м площади ванны через 5-10 мин. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s С 21 С 5/52

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

СО « » ,4a)

Ф (21) 4923783/02 (22) 01,04.91 (46) 23.03.93. Бюл. № 11 (71) Чебоксарский агрегатный завод (72) В.И.Канторович, А,Л.Овсянников, Л.Б,Ефимова, И.А.Малов, Ф.С.Раковский, В.В.Демьянов, Е.А.Новоселов, Ю.М.Качанов, С,Г,Хисин, В.А,Полетаев и В,А,Тимошин (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1344783, кл. С 21 С 5/52, 1987.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1452114, кл. С 21 С 5/52, 1988.

Изобретение относится к металлургии, в частности к выплавке в электродуговых печах высокомарганцевой литейной стали для изготовления литых деталей методом переплава отходов или сплавления.

Целью изобретения является повышение хладостойкости стали, увеличение долговечности литых деталей и повышение степени усвоения сталью марганца и ванадия.

Способ предусматривает получение в период плавления металлического расплава, содержащего 0,65 — 0,90% кремния и 7,59,0% марганца, и последующее рафинирование металла в течение 15-30 мин образовавшимся печным шлаком,обрабатываемым присадками дробленого углеродсодержащего материала порциями по 7

4 — 6 кг/м площади ванны через 5 — 10 мин.

Предлагаемый способ может быть использован при выплавке в дуговых электропечах методом переплава стали типа. ЫЛ 1803432 А1 (54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ВЫСОКОМАРГАНЦЕВОЙ ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩЕЙ ЛИТЕЙНОЙ СТАЛИ (57) Сущность изобретения: для повышения хладостойкости, увеличения долговечности литых деталей и повышения степени усвоения марганца и ванадия в период плавления доводят концентрацию кремния в металле до 0,65 — 0,90%, концентрацию марганца до

7,5 — 9,0%, а в период рафинировки шлак в течение 15 — 30 мин обрабатывают дроблеными углеродсодержащими материалами порциями по 4 — 6 кг/м площади ванны че2 рез 5 — 10 мин. 2 табл.

110Г13Л-120Г10ФЛ, используемой для отливки звеньев гусениц сельскохозяйственных тракторов.

Преимущества предлагаемого способа в отличие от известных заключается в том, что он позволяет осуществить целенаправленное положительное воздействие на количество, морфологию и распределение оксидных НВ в стали, химический состав образующегося при плавке шлака.

Регламентация состава металла по содержанию кремния и марганца в период плавления позволяет получить металл с высокой активностью сильного раскислителякремния — и с пониженной активностью марганца, При взаимодействии металла такого состава с печным шлаком, печной атмосферой и образовавшимися в стали НВ, формируется малоокисленный шлак с низким содержанием оксидов железа и марганца,тормозятся процессы образования

1803432 новых Н В, происходит восстановление марганца из ранее образовавшихся НВ.

Дальнейшая обработка шлака углеродсодержащим материалом по предложенному режиму, при указанном составе металла, позволяет осуществить рафинировку металла от значительной части содержащихся в ней HB и существенно изменить химический состав оставшихся НВ в сторону снижения в них концентрации оксидов марганца, благодаря чему НВ не образуют пленочных включений, а разлагаются отдельными глобулями по объему металла, что обуславливает повышение физико-механических свойств стали, прежде всего хладостойкость и долговечность стальных изделий, Наряду с повышением качества стали обработка шлака углеродсодержащим материалом по предлагаемому режиму, без использования известняка, оказывающего окислительное воздействие на шлак, и ферросилиция позволяет существенно уменьшить массу шлака и содержание в нем оксидов марганца, за счет чего достигается повышенное усвоение сталью легирующих элементов — марганца и ванадия.

Параметры предлагаемого способа выплавки определены экспериментально из следующих условий.

При концентрации кремния в металле менее 0,65 его восстановительная способность невелика и не оказывает заметного влияния на процессы образования и модификации состава НВ, формирования печного шлака и, следовательно, на качественные характеристики стали и степень усвоения легирующих элементов. При концентрации кремния более 0,9 может быть превышен предел, допускаемый по

ГОСТ, Содержание в металле марганца ниже

8,5 вызывает необходимость больших присадок марганцевых ферросплавов в доводку, при этом в металл вносится дополнительное количество НВ и газов, снижается температура металла и ухудшается его качество. Содержание марганца выше 9,0 приводит к его усиленному окислению и снижению качественных характеристик металла, увеличению потерь марганца с печным шлаком.

Продолжительность рафинировки менее 15 мин не обеспечивает достаточно полного протекания восстановительных процессов между металлом, шлаком и НВ и положительного влияния на качество стали, а при продолжительности более 30 мин отмечается снижение положительного эффекта вследствие развития активного

55 взаимодействия между футеровкой ванны с одной стороны и металлом и шлаком с другой, Разовая присадка углеродсодержаще-го материала менее 4,0 кг/м площади ванны не позволяет достичь восстановительной печной атмосферы и достаточной скорости восстановления в шлаке оксидов железа и марганца, обеспечивающих повышение качества металла и степени усвоения легирующих элементов. При добавке углеродсодержащего материала более 6,0 кг/м положительный эффект не увеличивается и возможно науглероживание металла выше допустимого предела содержания углерода.

Интервал между разовыми присадками углеродсодержащего материала менее 5 мин приводит к его избытку, не дающему положительного эффекта и ведущему к науглероживанию металла, а увеличение интервала сверх 10 мин не позволяет непрерывно поддерживать в газовой фазе печи и в шлаке высокий восстановительный потенциал, обеспечивающий активное и полное протекание рафинировочных процессов и, следовательно, высокое качество стали.

Пример. В основной дуговой электропечи на однотипной шихте методом переплава отходов выплавляли стали марки

120Г10ФЛ (ГОСТ 977-88), содержащую, : углерод 1,26, кремний 0,81, марганец 10,2, ванадий 0,04, фосфор 0,11 (значения усреднены), Шихта состояла из 80 отходов этой стали, 20 стальной стружки и добавок известняка, ванадиевого конвертерного шлака и молотого кокса, При выплавке стали по известному способу ванадиевый шлак в количестве 40 от необходимого для получения в стали заданного содержания ванадия вводили в завалку в смеси с известняком и молотым коксом в соотношении 7;150:15 (оптимальный вариант). После расплавления металла и рафинировочной выдержки металл доводился по химическому составу и температуре, обрабатывался корректирующей смесью, содержащей, ; алюминий 12, молотый кокс 7, криолит 6, щелочно-земельные металлы 12, окислы ниобия, тантала, циркония, титана 6, известь — остальное в количестве 6,5 кг/т, и выпускался в ковш, При выплавке стали по предлагаемому способу ванадиевый шлак вводился в завалку в количестве, необходимом для получения в стали заданного содержания ванадия в смеси с молотым коксом, Количество добавляемого в завалку известняка не изменялось. В процессе плавления, после расплавления 2/3 - 3/4

1803432

25

55 шихты, добавками кремнистых и марганцевых ферросплавов концентрацию кремния-в металле доводили до 0,60 — 0,95, а марганца до 7,0 — 9,5, После расплавления шихты проводили рафинировку металла, обрабатывая шлак в течение 15 — 55 мин разовыми присадками молотого кокса по 3-6,5 кгlм г площади ванны через 7 — 18 мин и выпускали металл в ковш. За 10 — 15 мин до выпуска корректировали содержание марганца присадкой марганцевых ферросплавов.

Исследовано 6-ть вариантов технологического процесса плавки по предлагаемому и известному способам, параметры которых приведены в табл, 1, На каждой плавке отбирались пробы для определения химического состава металла и шлака, заливались трефовидные пробы по ГОСТ 977-88, из которых после термообработки изготавливались образцы для исследований, и отливки — звенья гусениц сельскохозяйственных тракторов для проведения стендовых испытаний, Содержания в стали НВ и их состав определяли химическим анализом зле ктролитически выделенного осадка. Хладостойкость оценивали по уровню ударной вязкости при отрицательных температурах на образцах типа 1 по ГОСТ 9454-78, Долговечность отливок-звеньев гусениц определяли по принятой в тракторостроении методике — по величине предельной нагрузки до разрушения на испытательном стенде.

Усвоение сталью марганца и ванадия определялось расчетом по содержанию элементов в шлаке и металле и определяемой кратности шлака (отношение массы шлака к массе металла), По каждому варианту способа выплавки усредненные результаты по 3-м плавкам приведены в табл. 2.

Анализ качественных характеристик стали показывает, что при практически одинаковом химическом составе стали использование предлагаемого способа (варианты

3 — 5) позволяет по сравнению с известным (вариант 1) повысить определяющие характеристики — хладостойкость и долговечность — на 30 и 20 соответственно (вариант 4). При этом ударная вязкость при температуре -40 С возрастает в значительно большей степени (на 30 ), чем при температуре +20 С (10 o), что обусловлено главным образом малым содержанием НВ, которые, являясь концентратором напряжений, инициируют возникновение и развитие трещины, а также сильным рафинирующим эффектом шлака, При слабом воздействии этих факторов (вариант 3) или отрицательном влиянии дополнительных факторов— взаимодействие с футеровкой (вариант 5) уровень свойств несколько понижается. Использование запредельных параметров предлагаемого способа (варианты 2 и 6) приводит к дальнейшему снижению качественных характеристик стали до нежелательного уровня, Показатели эффективности процесса плавки — кратность шлака, остаточное содержание в шлаке марганца и ванадия и степень их усвоения сталью, приведенные в табл, 2, показывают, что наиболее оптимальными параметрами заявляемого способа являются параметры, соответствующие заявляемым (варианты 3 — 5), что обусловлено рациональным шлакообраэованием и активным углеродным восстановлением.

Использование запредельных значений параметров приводит либо к недостаточному раскислению шлака (вариант 2), либо к ухудшению качества шлака из-за активного взаимодействия с футеровкой ванны, При использовании известного способа (вариант 1) вследствие неуправляемого шлакообразования и использования в рафинировочные периоды окислительных материалов (известняк, ванадиевый шлак и др.) отмечается: высокая кратность шлака, большие пбтери легирующих элементов и негативное влияние на качество стали, Таким образом, полученные результаты показывают, что использование предлагаемого способа выплавки -литейной высокомарганцевой стали позволяет повысить хладостойкость стали, увеличить долговечность отливок, увеличить степень извлечения в сталь марганца и ванадия по сравнению с показателями, достигаемыми при использовании известного способа.

Формула изобретения

Способ выплавки высокомарганцевой ванадийсодержащей литейной стали, включающий плавление шихты, содержащей марганец, кремний, ванадий, шлакообразование, рафинирование, доводку и выпуск металла, отличающийся тем, что, с целью повышения хладостойкости стали, долговечности отливок и степени усвоения марганца и ванадия, в период плавления концентрацию кремния в металле доводят до 0,65 — 0,90, концентрацию марганца— до 7,5 — 9,0 /,, а в период рафинирования шлак в течение 15 — 30 мин обрабатывают дроблеными углеродсодержащими материалами порциями по 4 — кг/м площади ванны через 5 — 10 мин.

1803432

Т а бл и ц а !

Насса разовой при" садки кокса, кг/мэ (Д) Продолжительность рафинировки, мин

Соотношение параметров

Концентрация в металле при расплавлении, а

Номер варианта кремния (А) марганца (Б) Известный спосоь прототип

Оптимальное соот- . ношение параметров

Введение в эавалку смеси - ванадиевый шлак;известняк!молотый кокс в соотношении 7:150!15, в количестве 42 кг/т стали. Введение я доводку в количестве 6,3 кг/т смеси - алюминий 122; ЦЗН 102> молотый кокс 72, ванадиевый шлак 402, крислит 68, оксиды тугоплавких металлов 62, известь 198

Параметры А,В,С.

Д и Е ниже нижнего предела

0,60

3,5

7,0

Паранетры А,В,С

Д и Е на нижнеи пределе

4,0

0,65

7,5

Параметры А,В,С, Д и Е на среднем уров не

8,3

5,0

0,78

Параметры А,В,С, Д и Е на верхнем пределе

6,0

9,0

0,90

Параметры А,В,С, Д и Е выше верхнего уровня

6,5

9,5

0,95

Т а б л и ц а 2

Качественные характеристики технологического процесса

Качественные характеристики стали

Номер варианта ударная вязкость, НДж/и при оС предельная насодержание НВ, усвоение сталью, содержание в шлаке,3 кратность шлака грузка при разрушении, т

-40 с20 -20 — - — --4 ванадий

ПО !О марганец

18,1

18,2 !

2,1

0,19

0,17.

0,15

9,1 0,15

10,9 0,15

1 12

1,06

12,8 0,15

15,3

Составитель Ф.Раковский

Редактор А,Полионова Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор M,Ïåòðoâà

Заказ 1033 Тираж Подпис

ВНИИП Г одписное

ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

1 0,047

2 . 0,047

3 0,040

4 0,026

5 0,032

6 0,038

1,02

0,99

1,05

1,!8

О;68

0,69

0,72

0,82

0,77

0,74

0,49

0,48

0,52

0,63

0,58

0,53

14,2

14„2

15,4

16,8

15,8

О, 098

О, 071 .О, 072

О, 075

0,077

0,088

Интервал иежду разовыми присадками кокса, мин (Е) 87,5 79,5

91,5 84,8

94,0 86,3

94,9 86,8

93,8 86,0

91,2 84,5