Способ выплавки и вакуумирования стали

 

Изобретение может быть использовано в металлургии, в частности при выплавке и вакуумировании подшипниковой стали. Сущность; способ включает последовательную обработку металла в ковше сначала основным восстановительным шлаком посредством слива из печи на твердые шлакообразующие материалы с одновременной продувкой расплава аргоном с интенсивностью 0,01-0,07 м3/т.мин и через 30 -90 с основным окислительным шлаком и аргоном с интенсивностью 0,2-0,8 интенсивности первоначальной продувки в течение 30-180 с, после чего удаляют 20-40% массы окислительного шлака, присаживают нейтрализатор и осуществляют вакуумирование нераскисленного металла. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 21 С 7/10

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ

О > (21) 4912937/02 (22) 19,02.91 (46) 23.03.93. Бюл. № 11 (71) Украинский научно-исследовательский институт специальных сталей, сплавов и ферросплавов (72) B,Ï.Äåíècåíêî, А.B.×åðíûé, Е.Я,Чернышов, P.Ô.Ìàêñóòîâ, И.Ю.Зинуров, А,Х. Карадметов, Г,А,Братко и В,Г,Ефремов (56) А,Н,Морозов и др. Внепечное вакуумирование стали. — M„1975, с.288.

А,Н.Самсонов и др, Пути снижения загрязненности подшипниковой стали глобулярными включениями. Сб.

Инструментальные и подшипниковые стали, № 4, — M,; Металлургия, 1979, с.44 — 48, Авторское свидетельство СССР

¹ 1520109, кл. С 21 С 5/52, 1987.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1534063, кл. С 21, С 7/10, 1988.

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к выплавке подшипниковой стали и обработке ее на агрегате вакуумирования.

Целью предлагаемого изобретения является повышение производительности процесса и снижение загрязненности сульфидными включениями при сохранении на прежнем уровне загрязненности по оксидам и глобулям.

Поставленная цель достигается тем, что сначала осуществляют обработку металла в ковше основным восстановительным шлаком посредством слива металла из печи в ковш на твердые шлакообразующие мате„„Я „„1803434 А1 (54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ И ВАКУУМИРОВАНИЯ СТАЛИ (57) Изобретение может быть использовано в металлургии, в частности при выплавке и вакуумировании подшипниковой стали.

Сущность; способ включает последовательную обработку металла в ковше сначала основным восстановительным шлаком посредством слива из печи на твердые шлакообразующие материалы с одновременной продувкой расплава аргоном с интенсивностью 0,01 — 0,07 м /т.мин и через 30 -90 с основным окислительным шлаком и аргоном с интенсивностью 0,2 — 0,8 интенсивности первоначальной продувки в течение

30 — 180 с, после чего удаляют 20-40% массы окислительного шлака, присаживают нейтрализатор и осуществляют вакуумирование нераскисленного металла. риалы с одновременной продувкой расплава аргоном с интенсивностью 0,01 — 0.07 м /т,мин и через 30-90 с - основным окис3 лительным шлаком и аргоном с интенсивностью 0,2 — 0,8 от первоначальной величины продувки в течение 30 — 180 с, после чего удаляют 20 — 40% массы шлака, присаживают нейтрализатор и осуществляют вакуумирование металла.

Предлагаемый способ вакуумирования нераскисленной подшипниковой стали является более эффективным и быстротечным при удалении серы (обработка нераскисленной стали в ковше основным восстановительным шлаком посредством слива

1803434 металла в ковш на твердые шлакообразующие) и более эффективным и быстротечным при формировании окислительного шлака после обработки восстановительным (посредством слива окислительного печного шлака в ковш после слива металла), причем без черезмерного насыщения металла кислородом. Поскольку обработка металла окислительным шлаком быстротечна (30 — 180 с) и производится без применения продувки металла кислородом, что позволяет получать в исходном и вакуумированном металле более низкую массовую долю кислорода.

Организованная таким образом шлаковая и вакуумная обработка подшипниковой стали позволяет в значительной степени избежать недостатков, перечисленных выше.

В предлагаемой технологии осуществляется обработка металла основным восстановительным шлаком с массовой долей FeO менее 1,0, что повышает эффективность удаления серы из металла в шлак. Поскольку обрабатывается нераскисленный или слабораскисленный металл, то уменьшается переход кальция и титана из восстановительного шлака в металл, хотя этот поток элементов присутствует и в этом случае. Для более глубокого очищения металла от кальция, титана и создания благоприятных условий для углеродного раскисления в вакууме металл обрабатывается основным окислительным шлаком. При этом создается поток кислорода из шлака в металл такой интенсивности, которая позволяет связать избыток кальция и титана в неметаллические включения с последующей их ассимиляцией шлаком в процессе продувки аргоном шлакометаллической смеси, Правда, в этом случае несколько повышается массовая доля кислорода, растворенного в металле. Однако это обстоятельство в конкретном случае играет положительную роль для последующего вакуумирования данного металла. Поскольку в этом случае более полно реализуется условие для углеродного раскисления металла в вакууме,т.е, для раскисления без дополнительного образования неметаллических включений с участием элемента-рас кисл ителя.

Обработка металла в ковше основным восстановительным шлаком (из твердых шлакообразующих) с одновременной продувкой расплава аргоном через шибер во время слива создает интенсивное перемешивание металла и шлака, Это позволяет получать металл с заданной низкой массовой долей серы (от 0,005 до 0,008 ), регулируя составом восстановительного шлака и интенсивностью продувки.

Для более полного очищения металла от кальция, титана и др. элементов, перешедших в металл в результате обработки основным восстановительным шлаком, используется обработка металла основным окислительным шлаком с массовой долей

FeO от 1,0 до 6,0, Данная операция необходима также для создания благоприятных условий углеродного раскисления металла при вакуумировании (повышение в необходимой мере массовой доли кислорода в исходном металле).

Необходимая и достаточная степень окисленности металла после его обработки основным восстановительным шлаком и перед вакуумированием определяется массовой долей FeO от 1 0 до 6,0, интенсивностью и длительностью продувки расплава аргоном, количеством окислительного шлака в ковше перед вакуумированием металла.

Оптимальные и граничные значения заявляемых параметров и их влияние на цель изобретения были определены экспериментально с использованием данных по выплавке и внепечной обработке подшипниковой стали в 100-т дуговых печах

Челябинского металлургического комбината, Пауза в 30-90 с между обработкой металла восстановительным и окислительным шлаками ограничивает время (30 с), меньше которого не представляется возможным образование гомогенного окислительного шлака в ковше и время (90 с), больше которого возникают необоснованные тепловые потери, Продувка нейтральным газом шлакометаллической смеси в течение времени менее

30 с и более 180 с нецелесообразна, В первом случае из-за недостатка времени контакта фаз и, как следствие, ухудшения удаления из металла кальция, титана, уменьшения углеродного раскисления металла в вакууме. Во-втором, из-за черезмерного времени контакта фаз, приводящего к увеличению тепловых потерь и загрязненности стали огнеупорной футеровкой ковша.

Продувка расплава аргоном с интенсивностью меньше 0,01 м /т,мин не обеспечиз вает условия для эффективного удаления серы из металла (при обработке его восстановительным шлаком), а меньше 0,2 интенсивности от первоначальной продувки— удаления из металла кальция и титана (при обработке основным окислительным шлаком). При интенсивности продувки аргоном больше 0,07 м /т.мин и 0,8 интенсивности з первоначальной продувки, в соответствую1803434

30

55 щие периоды, - увеличивается загрязнение металла неметаллическими включениями вследствие разрушения футеровки ковша, Необходимость удаления части окислительного шлака из ковша обусловлена повышением эффективности порционного вакуумирования стали, Удаление из ковша части окислительного шлака в количестве менее 20 от всей его массы приводит к вторичному окислению уже отвакуумированного металла оставшимся черезмерно большим количеством шлака. При этом массовая доля кислорода в металле повышается с 0,0017 до 0,0021 .

При удалении части окислительного шлака в количестве более 40 может нарушиться ход порционного вакуумирования из-за недостатка шлака в ковше. Иными словами, создается аварийная ситуация, Основной окислительный шлак с массовой долей FeO 3,5 — 9,0 наводится в печи в период доводки, При выпуске металла из печи этот шлак придерживается, отсекается металлом, посредством резкого наклона печи,и в ковш не поступает, Металл в ковше обрабатывается основным восстановительным шлаком с массовой долей FeO менее 1,0 . Восстановительный шлакформируютиз твердых шлакообразующих (известь, известняк, плавиковый шпат, кусковой алюминий), которые предварительно загружаются в ковш или высыпаются в ковш из подвесного бункера в начале слива металла из печи, И в том, и в другом случае обработку металла восстановительным шлаком в ковше при сливе интенсифицируют известным приемом аргонной продувкой расплава через шибер.

По окончании слива металла из печи заканчивают его обработку восстановительным шлаком и начинают слив из печи ранее подготовлен ного основного окислительного шлака, В результате перемешивания отработанного восстановительного шлака и вылитого из печи окислительного шлака в ковше образуется основной окислительный шлак с массовой долей FeO от 1,0 до 6,0, которым и обрабатывается металл при помощи аргонной продувки в течение 30 — 180 с.

Более подробно влияние параметров заявляемой технологии на качество стали приведено в таблице.

Пример. Выплавляли подшипниковую сталь марки ШХ15СГ в 100-т электропечи.

После расплавления шихты и окисления углерода до массовой доли 0,8, замерили температуру (1630 С) и присадили феррохром и ферромарганец высокоуглеродиСтый из расчета получения в металле массовой доли хрома и марганца на нижнем марочном пределе, Металл и шлак в печи не рас5 кисляли, Массовая доля FeO в печном шлаке по данным химического анализа составила 9,0 . После отбора пробы металла и получения результатов анализа металл. сливали в ковш, где помещали известь (2,8

10 т) и плавиковый шпат (,02 т). При выпуске печь резко наклоняли в сторону слива с целью предотвратить попадания печного шлака в ковш. Одновременно расплав продували аргоном через шиберный затвор с

15 интенсивностью 0,04 м /т.мин (240 м /ч по показанию расходомера). Через 60 c ïîñëå выпуска расплава его обрабатывали арго ном с интенсивностью 100 м /ч (что составило 100/240 = 0,4 от первоначальной

20 интенсивности продувки аргоном). При этом массовая доля FeO в шлаке составила

4,5

Второй этап обработки проводили в течение 100 с. После окончания обработки

1,5 т шлака удаляли через носок путем наклона ковша. Учитывая, что масса печного шлака, как правило,2,0 — 2,8 т, а масса шлака в ковше 3,0 т, это составило - 30 от общей массы шлака. Осуществить контроль за массой скачиваемого шлака достаточно легко ho тому объему, который он занимает в шлаковой чаше, После этого присаживали нейтрализатор шлака (доломит) и металл вакуумировали на установке порционного вакууми рова н ия (типа ДН), где доводили металл по химическому составу и раскисляли.

В готовом металле получили. массовую долю серы 0,007, кислорода 0,0017 .

Средний балл неметаллических включений составил: сульфиды — 2,2, оксиды — 3,2, глобули — 2,4 балла.

Продолжительность обработки стали (оптимальная) составила: укороченная доводка в печи.30 мин, обработка шлаками 8 мин, вакуумирование 20 мин, итого 58 мин.

Экономическая эффективность предлагаемого способа за счет повышения производительности составит примерно 1 — 3 руб/т стали. Кроме того, повышается качество стали.

Формула изобретения

Способ выплавки и вакуумирования стали, преимущественно подшипниковой, включающий выплавку металла, обработку рафинировочным шлаком, вакуумом, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения качества стали за счет снижения загрязненности сульфидными включениями при со1803434 новременной продувкой расплава аргоном с интенсивностью 0,01 — 0,07 м /т.мин и чез рез 30 — 90 с основным окислительным шлаком и аргоном с интенсивностью продувки

5 0,2-0,8 первоначальной продувки в течение

30 — 180 с, после чего удаляют 20-40% массы шлака, присаживают нейтрализатор и осуществляют вакуумирование металла, хранении на прежнем уровне загрязненности по оксидам и глобулям, снижения тепловых потерь за счет сокращения продолжительности обработки, металл в ковше вначале обрабатывают основным восстановительным шлаком посредством слива металла из печи в ковш на твердые шлакообразующие материалы с одновременной продувкой расплава аргоном с одСредний балл неметаллических масса скачиваемого окислительного шлака, Интенсивность продувки расплава аргоном при ооработке основным окислительным шлаком, в долях от

Пауза меж" ду о бра бзткой различными шлака технология (количество плавок) включений

О Г ми, с

Сравниваемая, прототип

4,4 3,3 2,2 104-00 (12) 58-00

2,6

2,4

2,4

4,6 3,5

0„O05

58-00

58-00

58-00

58-00

3,0 3,1

30 2,2 3,2

1,6 3,3

1,5 3,4

Недостаточно времени для образова

2,3 3,1

О, 01

О, 04

0,07

100

0,5

2,3

2,6

0,10 ния шлака

2,3

2,4

2,4

2,2 3,2

2.7 3,2

0,04

100

0,5 увели ение тепгюеых потер

110

3,4 2,5

3,2 2,4

3,2 2,4

Заявляемая

0,1

0,2

0,5

0,8

58- 00

100

0,04

56-00

58-00

3,3 2,4

3,7 2,5

3,0 2,3

1,О

56-30

56-50

58-00

2,8

3,2 2,4

100

0,04

0,5

180

2,8

3.3 2,6 59-20

3,8 2,8 60-30

3,5 2,7 58-00

3 3 2,5 58-00

3,2 2,4 58-оо

2,8 2,3 58-00

250

3,5

2,7

2,1

0,04

Заявляемая

0,5

100

2,2

2,3

Нарушение технологии вакуумирования

П р и и е ч а н и е;С - сульфиды

О - оксиды

Г - глобули

Составитель А.Седов

Редактор А.Полионова Техред М,Моргентал Корректор М.Петрова

Заказ 1033 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Интенсивность продувки расплава аргоном при обработке основным восстановительным шлаком, мз/т. мин

Длительность обработки неталла основным окислительным шлаком, с

2,0

2,7

30 2,2

2,8

2,8

1,8

2,3

30 2,2

Продолжительность обработки (без учета окисления и расплав" ления), мин-сек

57-30

58-00

58-зо

58-50

58-00

58-00