Способ раскисления и микролегирования рельсовой стали алюминием

 

Изобретение относится к области черной металлургии и предназначено для использования преимущественно в сталеплавильном производстве при выплавке рельсовой стали. Способ раскисления и микролегирования рельсовой стали алюминием включает ввод алюминия в расплав после проведения окислительного и восстановительного периодов плавки. Алюминий вводят в расплав в чугунной оболочке в виде блоков, содержащих 10-12% алюминия, при соотношении содержащихся в них углерода и алюминия 1:2,7-3,0 соответственно и расходе блоков 0,50-0,65 кг/т стали. Использование заявляемого способа повышает качество рельсовой стали, увеличивает усвоение и стабилизирует содержание алюминия в стали. 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии и предназначено для использования преимущественно в сталеплавильном производстве при выплавке рельсовой стали.

Известен выбранный в качестве прототипа способ выплавки рельсовой стали в мартеновсктих печах с использованием для раскисления алюминия [1].

Существенным недостатком данного процесса является то, что проведение процесса раскисления стали путем присадки алюминия кусками в печь в период раскисления плавки сопровождается большим угаром алюминия при взаимодействии его с оксидами шлака и соответственно широкими колебаниями содержания его в готовой стали. Нестабильность содержания алюминия в рельсовой стали, обусловленная технологией раскисления, выбранной в качестве прототипа, приводит к целому ряду отрицательных последствий в отношении качества металла, в том числе и к снижению выхода рельсов I сорта в длине 25 м и случаям перевода термоупрочненных рельсов во II класс по ударной вязкости.

Увеличение расхода алюминия на плавку не решает проблему стабилизации содержания его в готовой стали и значительно повышает себестоимость рельсов. Кроме того, технология изготовления рельсов должна гарантировать отсутствие в них неметаллических включений глинозема, сцементированного силикатами, вытянутых вдоль направления прокатки в виде дорожек-строчек длиной более 2 мм для рельсов I группы и длиной более 8 мм для рельсов II группы [2].

При использовании алюминия для раскисления снижение содержания кислорода, растворенного в стали, идет только за счет алюминия, что требует увеличения количества последнего при раскислении. Однако повышение содержания алюминия в стали ведет к загрязнению стали неметаллическими включениями глинозема и алюмосиликатов.

Известны также способы раскисления стали алюминием, принудительно (с помощью устройства) вводимым в сталеплавильный агрегат [3, 4], а также утяжеленным чугуном [5] . Однако в первом случае крепление алюминиевых чушек ненадежно и приводит в ряде случае к отрыву алюминия и сгоранию последнего в шлаке. Во втором случае при погружении чушки происходит окисление алюминия оксидами шлака при погружении чушки через шлак в сталь. Выбранное соотношение массы алюминия к углероду в изобретениях [5, 6] не обеспечивает процесс получения чистой по неметаллическим включениям рельсовой стали и ведет к нерациональному использованию алюминия, низкой степени его усвоения.

Желаемым техническим результатом изобретения является повышение качества рельсовой стали, увеличение усвоения и стабилизации содержания алюминия в стали.

Для этого алюминий вводят в расплав в чугунной оболочке в виде блоков, содержащих 10 - 12% алюминия, при соотношении содержащихся в них углерода и алюминия 1: (2,7 - 3,0) соответственно и расходе блоков 0,50 - 0,65 кг/т стали.

Блоки изготавливались наполнением чугунного кокиля жидким алюминием с последующей подливкой поверх алюминия жидкого чугуна.

Выбранное содержание алюминия в блоке 10 - 12% и соотношение углерода и алюминия 1:(1,7 - 3,0) связано с регламентацией режима раскисления рельсовой стали. При снижении содержания алюминия в блоке менее 10% происходит за счет увеличения доли чугуна в блоке некоторое науглероживание стали, причем концентрация алюминия в стали низкая, что ведет к снижению механических свойств стали (ударной вязкости). Увеличение содержания алюминия более 12% приводит к недопустимо высокому содержанию алюминия в стали, а также к увеличению неметаллических включений, в частности длины строки глинозема и глинозема, сцементрированного силикатами. Кроме того, снижается за счет поверхностных дефектов выход рельсов 1 сорта в длине 25 м.

Отношение углерода к алюминию определено опытным путем следующим образом. При снижении отношения менее 1:2,7 недопустимо увеличивается доля чугуна и снижается доля алюминия в блоке, что приводит к увеличению содержания углерода в стали и уменьшению концентрации алюминия. Это в конечном итоге приводит к переводу рельсов I сорта во II класс по ударной вязкости. При соотношении более 1: 3,0 возрастает угар алюминия, т.к. содержащийся в блоке углерод недостаточно раскисляет соль (снижает содержание кислорода в стали) и остаточный кислород вступает в соединение с алюминием, что во-первых, увеличивает угар алюминия, во-вторых, повышает загрязненность стали включениями глинозема.

Расход блоков на 1 т стали определен целесообразностью получения в готовой стали содержания алюминия 0,008 - 0,012%. Нижний предел (0,5 кг/т) рассчитан на получение алюминия в стали 0,008% а верхний (0,65 кг/т) - на 0,012% алюминия.

Чугунная оболочка блока позволяет нейтрализовать воздействие шлака на алюминий при погружении блока в сталь, а также предварительно снизить концентрацию растворенного кислорода в стали, в связи с чем увеличивается усвоение и стабилизируется концентрация алюминия в стали, что позволяет гарантировать требуемую ударную вязкость в рельсовой стали и качество поверхности рельсов, определяемое выходом рельсов I сорта в длине 25 м.

Результаты опытных плавок, проведенных в 420-тонных мартеновских печах, приведены в таблице.

Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что в сравнении с известным заявляемый способ позволяет увеличить усвоение алюминия до 72,6% (по прототипу 30%), стабилизировать концентрацию алюминия в пределах 0,008 - 0,012%, требуемых для получения гарантированной ударной вязкости (до 0,53 МДж/м²) и высокого (до 80,8%) выхода рельсов I сорта в длине 25 м.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Технологическая инструкция АО "КМК" ТИ 103-СТ.П.-12-88 "Производство железнодорожных рельсов".

2. ГОСТ 24182-80 "Рельсы железнодорожные широкой колеи типов Р75, Р65 и Р50 из мартеновской стали".

3. Авт. св. СССР N 759170, кл. C 21 C 7/06.

4. Авт. св. СССР N 1135770, кл. C 21 C 7/06.

5. Авт. св. СССР N 1089147, кл. C 21 C 7/06.

6. Авт. св. СССР N 1382860, кл. C 21 C 7/06.

Формула изобретения

Способ раскисления и микролегирования рельсовой стали алюминием, включающий ввод алюминия в расплав после проведения окислительного и восстановительного периодов плавки, отличающийся тем, что алюминий вводят в расплав в чугунной оболочке в виде блоков, содержащих 10 - 12% алюминия, при соотношении содержащихся в них углерода и алюминия 1 : 2,7 - 3,0 соответственно и расходе блоков 0,50 - 0,65 кг/т стали.

РИСУНКИ

Рисунок 1