Способ внепечной обработки стали

 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к способу внепечной обработки стали. Задача, решаемая изобретением, состоит в повышении литейных и механических свойств стали за счет обеспечения возможности глобуляризации алюминатных и сульфидных включений и переводе твердого глинозема в жидкие (при температуре разливки) алюминаты кальция. Способ внепечной обработки стали включает раскисление стали алюминием, вводимым в расплав перед вводом кальцийсодержащих материалов (КМ). Расход КМ в пересчете на усвоенный металлом кальций с учетом содержания алюминия и серы в расплаве металла перед обработкой устанавливают по зависимости [Са] = (0,6...0,8)·[0,003 - 0,04(0,017 - [Al])]%, при содержании серы в металле до 0,017% и по зависимости - [Са] = (0,6...0,8)·[0,003 - 0,04([S] - 0,017)] - при содержании серы в металле 0,017 % и более, где [Са] - содержание кальция в металле, %, [Al] - содержание алюминия в металле, %, [S] - содержание серы в металле перед обработкой, %. В качестве кальцийсодержащих материалов используют силикокальций, который вводят в ковш в виде порошковой проволоки. 2 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к способу внепечной обработки стали.

В качестве прототипа принят способ внепечной обработки стали, включающий раскисление стали алюминием, последующий ввод в нее кальцийсодержащих материалов, расход которых в пересчете на усвоенный металлом кальций устанавливают с учетом содержания алюминия и серы в расплаве металла перед обработкой (RU, 2102498 Cl, C 21 C 7/00, 20.01.1998).

Недостаток прототипа состоит в том, что при обработке стали силикокальцием и алюминием не учитывается, что при определенных соотношениях кальция, алюминия и серы в расплаве могут образовываться твердые неметаллические включения в виде Al₂O₃ и CaS, которые, с одной стороны, ухудшают разливаемость стали, а с другой, являются концентраторами напряжений, сопутствующими развитию усталостных дефектов, особенно в высоконагруженных деталях.

Задача, решаемая изобретением, состоит в повышении литейных и механических свойств стали.

Технический результат, достигаемый при использовании способа, состоит в обеспечении возможности глобуляризации алюминатных и сульфидных включений и переводе твердого глинозема в жидкие (при температуре разливки) алюминаты кальция.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в известном способе внепечной обработки стали, включающем раскисление стали алюминием, последующий ввод в нее кальцийсодержащих материалов, расход которых в пересчете на усвоенный металлом кальций устанавливают с учетом содержания алюминия и содержания серы в расплаве металла перед обработкой, по изобретению расход кальцийсодержащих материалов в пересчете на усвоенный металлом кальций устанавливают по следующей зависимости: /CA/ = (0,6...0,8)·/0,003 - 0,04 (0,017 - /Al/)/,% при содержании серы в металле до 0,017%, и по зависимости /Ca/ = (0,6...0,8)·/0,003 - 0,04(/S/ - 0,017)/,%, при содержании серы в металле 0,017% и более, где /Ca/ - содержание кальция в металле, %; /Al/ - содержание алюминия в металле, %; /S/ - содержание серы в металле перед обработкой, %.

В качестве кальцийсодержащих материалов предпочтительно использовать силикокальций, который целесообразно вводить в ковш в виде порошковой проволоки. Такой способ ввода силикокальция в металл обеспечивает возможность тонкого регулирования количества вводимого кальция в зависимости от содержания алюминия и серы в металле.

Как показали исследования, ввод кальцийсодержащих материалов в предварительно раскисленную алюминием сталь превращает глинозем в алюминаты кальция, которые остаются жидкими при температурах разливки стали. При этом содержание кальция в системе CaO - Al₂O₃ должно находиться в определенных соотношениях. Как недостаток, так и избыток кальция могут препятствовать образованию жидких алюминатов кальция. При этом, как показали исследования, при содержании серы в металле до 0,017% должно быть выдержано определенное соотношение между кальцием и алюминием, а при содержании серы в металле более 0,017% должно быть обеспечено определенное соотношение между кальцием и содержанием серы в расплаве.

Таким образом, для обеспечения требуемых литейных и механических свойств стали необходимо введение в расплав строго определенного количества кальция, что и достигается при использовании приведенных выше соотношений.

Примеры реализации способа: Пример 1.

Выплавленную в электропечи сталь 20 раскисляли в ковше алюминием в количестве 0,3 кг на тонну стали. В конечной пробе содержание серы и алюминия в стали было 0,008% и 0,010% соответственно. Затем в ковш вводили в виде порошковой проволоки силикокальций СК-30. Количество необходимого и достаточного кальция определяли следующим образом.

Так как остаточное содержание серы в металле меньше 0,017%, то лимитирующим фактором является содержание алюминия в металле.

Поэтому металлом должно усвоиться количество кальция, определяемое из выражения [Ca] = (0,6...0,8)·[0,003 - 0,04(0,017 - [Al])]%, [Ca] = 0,7·[0,003 - 0,04(0,017 - 0,010)] = 0,0019% Количество силикокальция СК - 30 при коэффициенте усвоения 0,15 составляет
Силикокальций был введен в металл в виде порошковой проволоки. Остаточное содержание кальция в металле составило 0,0020%. Температура металла в промежуточном ковше составила 1540^oC. При скорости разливки 0,65 м/мин металл ковша был разлит полностью без потерь и затягивания стаканов. Качество металлопродукции по поверхностным дефектам и неметаллическим включениям отвечало требованиям нормативной документации при повышенных показателях ударной вязкости на образцах с острым надрезом (КС) 3,0...3,1 кгм/м².

Пример 2.

Выплавленную в электропечи сталь 20 раскисляли в ковше алюминием в количестве 0,40 кг/т. В конечной пробе сталь содержала серы 0,028% и алюминия 0,020%. Так как остаточное содержание серы в металле больше 0,017%, то определяющим фактором является содержание серы в металле. Поэтому металлом усвоится количество кальция, определяемое из выражения:
[CA] = (0,6...0,8)·[0,003 - 0,04([S] - 0,017)]%,
[Ca] = 0,7·[0,003 - 0,04(0,028 - 0,017)] = 0,0018%
Количество введенного в виде порошковой проволоки силикокальция СК - 30 при коэффициенте усвоения 0,15 составило

Как и в предыдущем примере, металл ковша был разлит полностью без потерь и затягивания стаканов. Качество металлопродукции по поверхностным дефектам и неметаллическим включениям отвечало требованиям нормативной документации.

Формула изобретения

1. Способ внепечной обработки стали, включающий раскисление стали алюминием, последующий ввод в нее кальцийсодержащих материалов, расход которых в пересчете на усвоенный металлом кальций устанавливают с учетом содержания алюминия и серы в расплаве металла перед обработкой, отличающийся тем, что при содержании серы в расплаве металла перед обработкой до 0,017% расход кальцийсодержащих материалов в пересчете на усвоенный металлом кальций устанавливают по зависимости
[Ca] = (0,6 ... 0,8) х [0,003 - 0,04(0,017 - [Al])]%,
а при содержании серы в расплаве металла перед обработкой 0,017% и выше расход кальцийсодержащих материалов в пересчете на усвоенный металлом кальций устанавливают по зависимости
[Ca] = (0,6 ... 0,8) х [0,003 - 0,04([S] - 0,017)],
где [Ca] - содержание кальция в металле, %;
(Al) - содержание алюминия в металле, %;
[S] - содержание серы в металле перед обработкой, %.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве кальцийсодержащих материалов используют силикокальций.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что кальцийсодержащие материалы вводят в ковш в виде порошковой проволоки.