Способ производства арматурной стали

Изобретение относится к металлургии, в частности к технологии производства низко- и среднеуглеродистых марок стали для армирования железобетонных конструкций. Технический результат - сокращение расхода алюминия на плавку и снижение затрат на производство арматурной стали за счет оптимизации расхода алюминия при раскислении и легировании алюминием только в количестве, необходимом для предотвращения ее старения. Способ производства арматурной стали включает выплавку металла, раскисление и легирование ферромарганцем и ферросилицием в ковше, внепечную обработку стали, разливку стали в слитки или на установке непрерывного литья заготовок. После легирования ферромарганцем и ферросилицием в процессе дальнейшей внепечной обработки, проводимой в агрегате печь-ковш, вводят алюминий. Содержание остаточного алюминия в стали регулируют в зависимости от содержания азота таким образом, чтобы содержание алюминия в 1,8-2,2 раза превышало содержание азота. Алюминий желательно вводить в металл в виде проволоки или в виде порошка в потоке инертного газа. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к технологии производства низко- и среднеуглеродистых марок стали для армирования железобетонных конструкций.

Известен способ производства стали в дуговой печи, включающий последовательный ряд операций, таких как расплавление шихты, продувку кислородом, удаление окислительного шлака, присадку на поверхность ванны ферросплавов для легирования стали, присадку шлакообразующих и раскисление рафинировочного шлака порошкообразными раскислителями (1).

Недостатком данного способа является высокий угар легирующих элементов и раскислителей вследствие их реакции с остатками окислительного шлака, который не может быть удален полностью, и с металлом, имеющим высокую концентрацию кислорода.

Известен способ предотвращения старения стали путем легирования ее алюминием. При этом алюминий связывается в нитриды и препятствует образованию нитридов железа, выделяющихся по кристаллографическим плоскостям и дислокациям, что резко снижает уровень механических свойств. При этом рекомендуемое содержание алюминия составляет 0,02...0,04 (2).

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ выплавки средне- и высокоуглеродистых низколегированных сталей, включающий обезуглероживание металла до содержания углерода ниже марочного его содержания в готовой стали, выпуск металла и ввод в него углеродсодержащих материалов, ферромарганца и легирующих ферросплавов из расчета получения лигатурного сплава требуемого химического состава, при этом ввод углеродсодержащих материалов и ферромарганца производят одновременно от начала выпуска до наполнения 0,25...0,4 объема ковша, затем осуществляют ввод легирующих ферросплавов, заканчивая его при наполнении металла 0,5...0,8 объема ковша (3). Данное изобретение принято за прототип.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: выплавка металла, раскисление и легирование ферросплавами в ковше.

Недостатком известного способа является отсутствие зависимости добавки в сталь алюминия от фактического содержания кислорода и азота в стали (см. пример 2). В результате сталь при высоком содержании азота оказывается склонной к старению. С другой стороны, при малом содержании азота в стали добавка алюминия оказывается избыточной, что нецелесообразно с точки зрения экономики.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является оптимизация расхода алюминия при раскислении и легирование стали алюминием только в количестве, необходимом для предотвращения ее старения, что позволяет существенно сократить расход алюминия на плавку и тем самым снизить затраты на производство арматурной стали.

Поставленная задача решается тем, что предлагается способ производства арматурной стали, включающий выплавку металла, раскисление и легирование ферромарганцем и ферросилицием в ковше, внепечную обработку стали, разливку стали в слитки либо на установке непрерывного литья заготовок, при этом после легирования ферромарганцем и ферросилицием в процессе дальнейшей внепечной обработки, проводимой в агрегате печь-ковш, вводят алюминий, причем содержание остаточного алюминия в стали регулируют в зависимости от содержания азота таким образом, чтобы содержание алюминия в 1,8-2,2 раза превышало содержание азота, алюминий вводят в металл механически в виде проволоки или в виде порошка в потоке инертного газа.

Несмотря на то, что содержание алюминия в арматурной стали не регламентируется, его введение в арматурную сталь необходимо для связывания азота в нитриды и, как следствие, для предотвращения ее старения.

Введение в металл алюминия после легирования его кремнием и марганцем связано с тем, что предварительное легирование стали марганцем и кремнием в количестве 1% приводит к резкому снижению содержания кислорода в стали (до 0,003% при 1550°С). В итоге при последующем введении алюминия связывается кислородом лишь незначительная его часть, которой можно пренебречь, а основная масса алюминия остается в жидком металле и взаимодействует при охлаждении с азотом, образуя нитриды алюминия.

Введение в сталь алюминия в количестве, меньшем чем 1,8 содержания азота в стали, недостаточно для полного связывания азота в нитриды. С другой стороны, введение в сталь алюминия в количестве, большем чем 2,2 содержания азота в стали, нецелесообразно по экономическим соображениям, т.к. является избыточным.

В связи с тем, что при внепечной обработке стали в ковше на поверхности металла находится слой шлака, алюминий в металл вводят либо в виде проволоки трайб-аппаратом, либо вдувают в металл в виде порошка в потоке инертного газа.

Пример исполнения

В 140-тонном конверторе выплавили углеродистый полупродукт массой 135 т и выпустили металл в ковш. В ковше металл раскисляли и легировали ферромарганцем и ферросилицием в количестве, необходимом для получения марочного состава стали 35ГС. Далее на агрегате печь-ковш было определено содержание азота в стали, которое составило 0,008%, и затем в сталь трайб-аппаратом был добавлен алюминий в количестве 21,6 кг. Расчет требуемого количества алюминия проводили следующим образом:

1. Требуемое содержание алюминия в стали А=2,0N, где N=0,008%. Таким образом, А=0,016%.

2. Для внесения в сталь такого содержания алюминия при массе плавки 135 т, потребуется (0,016/100)×135000=21,6 кг алюминия.

Далее металл был разлит в изложницы массой 4,5 и 6,5 т (комбинированный состав) и прокатан в арматуру №12 с последующим отбором проб для проведения химического анализа. Проведенный химический анализ показал содержание алюминия в стали 0,016%, что вполне достаточно для связывания всего азота в нитриды. Таким образом, сталь, выплавленная по предлагаемому способу, имеет более низкие затраты на производство по сравнению со сталью, выплавленной по технологии прототипа. Результаты испытаний приведены в таблице.

Таблица
Параметры	Способ известный	Способ предлагаемый
Характеристика металла в конверторе
Химический состав, %
углерод	0,08	0,07
марганец	0,15	0,16
азот	0,005	0,005
Температура, °С	1620	1620
Характеристика металла в сталеразливочном ковше
углерод	0,33	0,34
марганец	0,90	0,91
кремний	0,75	0,75
алюминий	0,021	-
азот	0,008	0,008
Температура, °С	1580	1580
Расход алюминия, г/т	510	-
Характеристика металла в сталеразливочном ковше на АКОС
углерод	0,33	0,34
марганец	0,90	0,91
кремний	0,75	0,75
алюминий	0,015*	0,016
азот	0,008	0,008
Расход алюминия, г/т	-	230
Общий расход алюминия на плавку, кг	68,85	31,05
* снижение содержания алюминия связано с всплыванием и ассимиляцией шлаком его окислов

Источники информации

1. Крамаров А.Д. Производство стали в электропечах, М. "Металлургия", 1969, с.148-161.

2. Поволоцкий Д.Я. Алюминий в конструкционных сталях, М. "Металлургия", 1970, с.232.

3. Авторское свидетельство №1068493, кл. С 21 С 5/52, 10.05.82 г. - принято за прототип.

1. Способ производства арматурной стали, включающий выплавку металла, раскисление и легирование ферромарганцем и ферросилицием в ковше, внепечную обработку стали, разливку стали в слитки или на установке непрерывного литья заготовок, отличающийся тем, что после легирования ферромарганцем и ферросилицием в процессе дальнейшей внепечной обработки, проводимой в агрегате печь-ковш, вводят алюминий, при этом содержание остаточного алюминия в стали регулируют в зависимости от содержания азота таким образом, чтобы содержание алюминия в 1,8-2,2 раза превышало содержание азота.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что алюминий вводят в металл в виде проволоки или в виде порошка в потоке инертного газа.