Способ и шихта для производства конструкционной стали с пониженной прокаливаемостью

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству конструкционных сталей. Способ включает загрузку в сталеплавильный агрегат металлической шихты, состоящей из лома, ввод шлакообразующих, заливку полупродукта углеродистого или доменного передельного чугуна, скачивание шлака, нагрев расплава до температуры начала доводки, доводку расплава по составу и температуре, корректировку состава шлака в процессе плавки, раскисление металла алюминием и ввод титана или его сплавов. Процесс плавки ведут в кислородном конвертере из металлической шихты, включающей 15-20 мас.% металлического лома и 80-85 мас.% полупродукта углеродистого или доменного передельного чугуна, с ограниченным количеством марганца, кремния и хрома, обеспечивающих по расплавлении содержание каждого в расплаве не более 0,1%, металлургического лома с содержанием в нем хрома, никеля и меди, обеспечивающих по расплавлении содержание каждого в расплаве не более 0,1%. Металл раскисляют и легируют в установке печь-ковш алюминием и титаном или его сплавами, которые вводят с расходом, обеспечивающим в готовом металле содержание алюминия 0,02-0,06% и титана 0,06-0,10%. Использование изобретения позволяет производить сталь с пониженной прокаливаемостью в кислородных конвертерах. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству конструкционных сталей с пониженной прокаливаемостью (ПП), получаемых в кислородных конвертерах (КК), и предназначенных для упрочнения ответственных, тяжелонагруженных деталей машин методом объемно-поверхностной закалки.

Уровень техники

Известен способ производства в мартеновской печи конструкционной стали с пониженной прокаливаемостью, включающий загрузку в мартеновскую печь металлической шихты из железоуглеродистого сплава и лома с регламентированным содержанием в них хрома, никеля и меди, взятых в расчетных количествах, ввод шлакообразующих, прогрев и плавление шихты, скачивание шлака, нагрев ванны до температуры начала доводки, доводку расплава по составу и температуре в периоды полировки и чистого кипения, корректировку состава шлака в периоды полировки и чистого кипения, раскисление металла в печи и при выпуске разлива в ковш или в ковше алюминием и ввод кремния и его сплавов. В качестве металлической шихты используют железоуглеродистый сплав и лом с содержанием в них хрома, никеля и меди, обеспечивающих по расплавлении более 0,1%, а корректировку состава шлака в периоды полировки и чистого кипения производят путем скачивания из печи части шлака и периодических присадок шлакообразующих материалов для обеспечения в расплаве при выпуске содержания марганца не более 0,1%, металл раскисляют алюминием и сплавом титана, которые вводят с расходом, обеспечивающим в готовом металле содержание алюминия 0,03-0,1% и титана 0,06-0,12%, а кремний и его сплавы вводят в расплав после его раскисления алюминием и сплавом титана (см. №2164536, МПК С25С 5/04, 7/06, бюл. №9, 2001 г.). Данное изобретение взято за прототип для шихты и предлагаемого способа.

Известно, что процессы ограниченной прокаливаемости стали определяются основными факторами:

1. Химическим составом стали, имеющей минимальное содержание марганца, кремния, хрома, никеля и меди.

2. Чистотой металла по неметаллическим включениям.

3. Технологией выплавки стали, ее раскисления и разливки.

В сумме данные факторы должны ограничить рост зерна аустенита в процессе нагрева металла для закалки, тем самым обеспечить минимальные размеры зерна в закаленной стали.

Вышеописанная технология производства стали с пониженной прокаливаемостью (ПП) в мартеновских печах, работающих скрап-рудным процессом, обеспечивает в целом условия получения прокатной продукции в соответствии с заданными механическими свойствами, но имеет ряд существенных недостатков:

- не обеспечена стабильность металла по химическому составу не только в отдельных плавках, но и в металле одной плавки (Δ в содержании [Mn], [Si], [Cr] достигает 0,01-0,03%, [Al] ~ до 0,05%). Значительный разбег в содержании элементов в стали не обеспечивает однородности прокаливаемости металла;

- не обеспечена чистота металла по неметаллическим включениям (Н.В.), точечной неоднородности (Т.Н.), центральной пористости (Ц.П.), целостности поверхности прокатной продукции.

Наличие неметаллических включений и пороков металла снижают уровень механических свойств готовой продукции, а нарушения требования при разливке стали ведут к значительному увеличению отходов в виде обрези при прокате слитков.

Два этих фактора обусловлены невозможностью качественного перемешивания металла в сталеразливочных ковшах, огнеупорной футеровкой сталеразливочных ковшей и технологией разливки стали в условиях действующего цеха.

Раскрытие изобретения

Задача изобретения - разработка технологии производства стали (с пониженной прокаливаемостью в кислородных конвертерах с дальнейшей обработкой металла на установках печь-ковш (УПК) и разливкой стали на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) и устранение недостатков прототипа.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы изобретения, а именно способ производства конструкционной стали с пониженной прокаливаемостью, включающий загрузку в сталеплавильный агрегат металлической шихты, состоящей из лома, ввод шлакообразующих, заливку полупродукта углеродистого или доменного передельного чугуна, скачивание шлака, нагрев расплава до температуры начала доводки, доводку расплава по составу и температуре, корректировку состава шлака в процессе плавки, раскисление металла алюминием и ввод титана или его сплавов, при этом процесс плавки стали ведут в кислородном конвертере из металлической шихты, включающей 15-20 мас.% металлического лома и 80-85 мас.% полупродукта углеродистого или доменного передельного чугуна, а доводку расплава по температуре и содержанию углерода, раскисление и легирование металла производят на установке печь-ковш с последующей обработкой металла на вакууматоре.

Согласно пункту 2 формулы изобретения металл раскисляют и легируют в установке печь-ковш алюминием и титаном или его сплавами, которые вводят с расходом, обеспечивающим в готовом металле содержание алюминия 0,02-0,06% и титана 0,06-0,10%.

Поставленая задача решается с помощью признаков, указанных в 3-м пункте формулы изобретения, а именно шихта для производства конструкционной стали пониженной прокаливаемости, состоящая из полупродукта углеродистого, полученного после деванадации ванадиевого чугуна или доменного передельного чугуна с содержанием в нем марганца не более 0,5% и металлического лома с содержанием в нем хрома, никеля и меди, обеспечивающих по расплавлении содержание каждого в расплаве не более 0,1%, и отличительных существенных признаков, таких как полупродукт углеродистый содержит ограниченное количество марганца, кремния и хрома, обеспечивающих по расплавлении содержание каждого в расплаве не более 0,1%, при следующем соотношении компонентов мас.%:

Металлический лом	15-20
Полупродукт углеродистый или
доменный передельный чугун	80-85

Если взять компоненты шихты меньше или больше указанных пределов, то не достигается повышение прочностных и служебных свойств стали за счет обеспечения однородности металла по заданному химическому составу.

Техническим результатом изобретения являются упрощение процесса, повышение прочностных и служебных свойств стали за счет обеспечения однородности металла по заданному химическому составу, а также снижение расхода металла на прокат.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где приведена схема технологической линии производства стали.

Технологическая линия для производства конструкционной стали пониженной прокаливаемости включает последовательно установленные следующие агрегаты: кислородный конвертер 1, установка «печь-ковш» 2, вакууматор 3 и машина непрерывного литья заготовок или изложница 4.

Пример осуществления изобретения.

В кислородный конвертер 1 загружают металлический лом в количестве 15% от веса плавки при использовании полупродукта углеродистого в количестве 85% от веса плавки или 20% лома от веса плавки при использовании доменного передельного чугуна, взятого соответственно в количестве 80% от веса плавки.

В качестве металлического лома используют отходы производства стали 15-ободной, содержание элементов, мас.%: углерод 0,08-0,17; марганец не более 0,4; кремний не более 0,1; сера не более 0,03; фосфор не более 0,035; хром, никель, медь не более 0,25 каждого. ТУ 14-115-67-2007, ТУ 0951-3000186341-2007, ТУ 11-115-1-2002, ТУ 14-115-9-2002. ОАО ЧМЗ.

Отходы производства стали пониженной прокаливаемости с содержанием элементов мас.%: углерод 0,60-0,67; марганец не более 0.2; кремний не более 0,2; сера, фосфор не более 0,030; хром, никель, медь не более 0,10 каждого ТУ0950-005-00186-341-2002.

Отходы производства стали 3сп с содержанием элементов, мас.%: углерод 0,14-0,22; марганец 0,4-0,65; кремний 0,15-0,30; хром, никель, медь не более 0,30 каждого; ГОСТ 380-94, и лом других марок стали, обеспечивающих содержание в расплаве марганца, хрома и меди по расплавлении не более 0,10 мас.% каждого.

В качестве шлакообразующих используют известь.

В качестве углеродсодержащего материала используют полупродукт углеродистый СТП 115-28-2003, который получают в результате деванадации ванадиевого чугуна, содержание элементов, мас.%: углерод не менее 4,2; марганец не более 0,010; хром не более 0,10; ванадий не более 0,10; кремний не более 0,10; сера не более 0,04; фосфор не более 0,05; титан не более 0,02, остальное железо.

В качестве углеродсодержащего материала используют чугун передельный с содержанием в нем марганца не более 0,5%.

Состав шихты мас.%	1-й состав	2-й состав
Металлический лом	15	20
Полупродукт углеродистый	85	-
Доменный передельный чугун	-	80
	100	100

Вес заливаемого полупродукта углеродистого или чугуна передельного составляет 80-85% от веса плавки.

Продувку металла в конвертере производят кислородом до содержания в сплаве углерода и температуры расплава, необходимых для обеспечения доводки на установке «печь-ковш»(УПК) 2. Готовый к обработке на УПК 2 металл не должен содержать вредных примесей в количествах более 0,10% каждого. Низкое содержание примесей [Мn] и [Cr] обеспечивается спуском шлака из конвертера и наведением нового шлака подачей шлакообразующих материалов (Ш.О.).

Доводку металла по химическому составу и температуре производят на установке «печь-ковш» (УПК) 2, раскисление - путем подачи в расплав алюминия в виде проволоки (проволочная технология) и титана (или его сплавов) в виде кусков или проволоки с расходом, обеспечивающим в готовом металле содержание алюминия 0,02-0,06% и титана 0,06-0,10%.

Одновременно производят перемешивание металла инертным газом (аргоном) и корректировку содержания углерода в готовой стали (проволочная технология науглероживания стали). Нагрев металла производят с помощью графитовых электродов, вставленных в крышку УПК 2.

Обработка металла на установке «печь-ковш» гарантирует получение стали однородной по заданному химическому составу по всему объему ковша и с минимальной температурой, обеспечивающей разливку стали. После обработки на УПК 2 металл в ковше закрывают специальной крышкой или теплоизолирующими смесями. Ковш с металлом устанавливают на вакууматор для дегазации металла. Далее в вакууматоре 3 создают разрежение для выделения газов из металла.

Предложенная технология обеспечивает получение стали марок ПП с содержанием элементов, мас.%: углерод 0,50-0,85; марганец не более 0,15; кремний не более 0,15; хром, никель, медь не более 0,10 каждого; алюминий 0,02-0,06; титан 0,06-0,10, остальное железо.

Разливку готовой стали производят на МНЛЗ 4 или в изложницы по технологическим инструкциям, действующим в ОАО «Чусовской металлургический завод». Использование шлакообразующих смесей при любом способе разливки обязательно.

Предлагаемая технология производства стали с пониженной прокаливаемостью обеспечивает однородность металла по заданному химическому составу, а условия разливки (сталеразливочных ковшей с футеровкой огнеупорами соответствующих марок, использование шлакообразующих смесей) обеспечивают чистоту металла по Н.В. и отсутствие пороков металла.

Внедрение новой технологии производства стали с пониженной прокаливаемостью гарантирует повышение служебных характеристик готовой продукции, снижение расхода металла при прокате.

Из описания и практического применения настоящего изобретения специалистам будут очевидны и другие частные формы его выполнения. Данное описание и пример рассматриваются как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.

1. Способ производства конструкционной стали пониженной прокаливаемости, включающий загрузку в сталеплавильный агрегат металлической шихты, состоящей из лома, ввод шлакообразующих, заливку полупродукта углеродистого или доменного передельного чугуна, скачивание шлака, нагрев расплава до температуры начала доводки, доводку расплава по составу и температуре, корректировку состава шлака в процессе плавки, раскисление металла алюминием и ввод титана или его сплавов, отличающийся тем, что процесс плавки стали ведут в кислородном конвертере из металлической шихты, включающей 15-20 мас.% металлического лома и 80-85 мас.% полупродукта углеродистого или доменного передельного чугуна, а доводку расплава по температуре и содержанию углерода, раскисление и легирование металла производят на установке печь-ковш с последующей обработкой металла в вакууматоре.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что металл раскисляют и легируют в установке печь-ковш алюминием и титаном или его сплавами, которые вводят с расходом, обеспечивающим в готовом металле содержание алюминия 0,02-0,06 мас.% и титана 0,06-0,10 мас.%.

3. Шихта для производства конструкционной стали пониженной прокаливаемости, состоящая из полупродукта углеродистого, полученного после деванадации ванадиевого чугуна, или доменного передельного чугуна с содержанием в нем марганца не более 0,5 мас.% и металлургического лома с содержанием в нем хрома, никеля и меди, обеспечивающих по расплавлении содержание каждого из них в расплаве не более 0,1 мас.%, отличающаяся тем, что полупродукт углеродистый содержит количество марганца, кремния и хрома, обеспечивающих по расплавлении содержание каждого из них в расплаве не более 0,1 мас.% при следующем соотношении компонентов шихты, мас.%:

металлический лом	15-20
полупродукт углеродистый или
доменный передельный чугун	80-85