Способ получения высокоуглеродистой катанки

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству марок высокоуглеродистой стали для изготовления катанки, предназначенной для дальнейшей переработки в корд. Способ включает выплавку, нагрев металла, выпуск металла в стальковш, раскисление металла в стальковше, присадку материалов, внепечную обработку, доводку металла по химическому составу, наводку шлака, продувку металла аргоном, разливку, получение сортовой заготовки, нагрев заготовки, прокатку заготовки с получением катанки для дальнейшего переката, охлаждение в линии водяного охлаждения, уложенной виткообразователем и охлажденной на роликовом конвейере. Внепечную обработку проводят из расчета получения в готовом металле в интервале 0,82-0,90% углерода, не более 0,015% фосфора и 0,50-0,65% марганца, после внепечной обработки определяют содержание углерода, марганца и фосфора в металле по ковшевой пробе. Сортовую заготовку прокатывают до требуемых размеров, причем режимы прокатки задают исходя из содержания углерода, марганца, фосфора, диаметра катанки и требуемого предела прочности. Использование изобретения позволяет получить сталь с требуемым пределом прочности, с минимальным содержанием и размером неметаллических включений.

 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству высокоуглеродистой стали для изготовления катанки, предназначенной для дальнейшей переработки в корд.

Известен способ производства стали для металлокорда, включающий выплавку в сталеплавильном агрегате железоуглеродистого расплава с содержанием углерода не более 0,20 мас.%, выпуск нераскисленного металла в сталеразливочный ковш с основной футеровкой и пористой пробкой для продувки аргоном, предварительное раскисление расплава при выпуске в ковш углеродсодержащими материалами и ферромарганцем без использования алюминия, при этом присадку в металл кремнийсодержащих ферросплавов проводят после вакуумирования металла, присадку в ковш шлакообразующей смеси, вакуумуглеродное раскисление в ковше металла до содержания углерода в пределах марочного состава стали, окончательную корректировку стали по химическому составу и температуре на установке печь-ковш и непрерывную разливку (патент РФ №2265064, С21С 5/54, опубл. 27.11.2005).

Недостатком известного способа является загрязнение металла неметаллическими экзогенными включениями вследствие повышенного износа футеровки сталеразливочного ковша. Также область применения данной технологии сужается при отсутствии в цехе установки вакуумирования металла и отсутствие данных параметров прокатки металла, которые не в меньшей степени влияют на получение проката с требуемым пределом прочности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения высокоуглеродистой стали кордового качества (патент РФ №2269579, С21С 7/00, опубл. 10.02.2006), включающий выплавку металла, нагрев металла до 1600…1660°С и выпуск металла из печи в ковш при содержании углерода не более 0,55% и серы 0,015%, при этом содержание примесей цветных (Cr, Ni, Cu) металлов и азота составляет соответственно 0,04% и 0,004%. До выпуска металла в стальковш присаживают необходимое количество науглероживателя. При выпуске металла из печи в стальковш присаживают шлакообразующие материалы, а после наполнения ковша металлом наполовину проводят присадку ферросплавов в расчете на среднее значение элементов в марке стали. Затем, не скачивая шлак, проводят продувку металла аргоном в течение 5…8 мин, после чего металл подвергают обработке на установке печь-ковш шлаками переменной основности, причем 70…80% времени металл выдерживают под белым высокоосновным шлаком, а 20…30% времени под покровным низкоосновным шлаком и осуществляют продувку металла аргоном через донные фурмы.

Наводку высокоосновного шлака на установке печь-ковш осуществляют в соотношении CaO/CaF₂ 3:1 с суммарным количеством 6-7 кг/т и с кратностью шлак/металл 1,1…1,4/100, а раскисление шлака проводят коксовой смесью с расходом 1,5…2,5 кг/т для получения основности В=2,8…5,0.

Наводку низкоосновного шлака осуществляют присадкой кварцевого песка с содержанием SiO₂ не менее 98% с расходом 0,7…2,3 кг/т для получения основности В=1,5…2,3. После чего проводят продувку металла аргоном под таким шлаком в течение 10…20 минут без оголения зеркала металла в районе продувочных пятен с расходом 30…125 литров в минуту.

После внепечной обработки стали проводят его разливку на машине непрерывного литья заготовок на сечение кристаллизатора 125×125, где осуществляют защиту струи металла на участке стальковш - промковш с помощью погружной огнеупорной трубы с подачей в полость трубы аргона.

Известный способ не обеспечивает получения требуемого технического результата по следующим причинам.

Найденный в известном способе технологический прием предварительного раскисления металла в ковше углеродсодержащим материалом, а также кремний- и марганецсодержащими ферросплавами и дальнейшей продувке металла аргоном с недостаточно раскисленным шлаком приведет к образованию при раскислении металла силикатов марганца, обогащенных кремнеземом, и чистого кремнезема, повышенному загрязнению металла эндогенными кремний- и марганецсодержащими неметаллическими включениями. Указанные продукты раскисления, даже при относительно крупных размерах, очень медленно удаляются из расплава.

В тоже время продувка металла аргоном совместно с недостаточно раскисленным шлаком приведет к загрязнению металла неметаллическими экзогенными включениями вследствие повышенного износа футеровки сталеразливочного ковша.

Кроме того, существенное влияние на прочностные свойства круглого проката оказывает кроме углерода и марганца еще и содержание в стали фосфора, это особенно необходимо учитывать при длительной обработке металла под шлаком во время проведения внепечной обработки.

Признаки ближайшего аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: нагрев металла, выпуск металла в стальковш, раскисление металла в стальковше, присадка материалов, внепечная обработка, доводка металла по химическому составу, наводка шлака, продувка металла аргоном и его разливка.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа получения высокоуглеродистой катанки с требуемым пределом прочности, позволяющая освоить производство катанки из углеродистой стали, предназначенной для дальнейшей переработки в корд, получить требуемый предел прочности, минимизировать затраты на производство, получить дополнительную прибыль.

Технический результат достигается тем, что в способе получения катанки из высокоуглеродистой стали, включающей выплавку, нагрев металла, выпуск металла в стальковш, присадку науглероживателя перед выпуском металла в стальковш, раскисление металла в стальковше, присадку материалов по ходу выпуска металла, внепечную обработку с доводкой металла по химическому составу, продувку металла аргоном, разливку с получением сортовой заготовки, нагрев заготовки, прокатку заготовки с получением катанки для дальнейшего переката, охлаждение в линии водяного охлаждения, укладку катанки виткообразователем на роликовой конвейер и ее охлаждение, согласно изобретению определяют содержание углерода, марганца и фосфора в металле по ковшевой пробе и внепечную обработку проводят из расчета получения в готовом металле содержания углерода в интервале 0,82-0,90%, фосфора не более 0,015% и марганца 0,50-0,65%, прокатывают сортовую заготовку до требуемых размеров, причем режимы прокатки задают, исходя из требуемого предела прочности, определяемого с учетом содержания углерода, марганца, фосфора, диаметра катанки согласно выражения

σ_в=13013,7×Р+1002,1×Mn+296,9×d+2100,9×С+2,98×Тлво-5470,

где σ_в - предел прочности, Н/мм²;

С, Mn, Р - содержание углерода, марганца, фосфора в пробе металла, %;

Тлво - температура металла после линии водяного охлаждения, °С;

d - диаметр катанки, мм;

13013,7; 1002,1; 296,9; 2100,9; 2,98; 5470 - коэффициенты, полученные опытным путем, рассчитанные после обработки экспериментальных данных по определению влияния каждого параметра на предел прочности.

Сущность заявляемого технического решения заключается на начальном этапе в проведении внепечной обработки металла и получении химического состава, определении содержания углерода, марганца, фосфора в металле, прокатке сортовой заготовки до требуемых размеров, а режимы прокатки и охлаждения осуществляют исходя из требуемого предела прочности.

Процесс получения катанки из высокоуглеродистой стали для волочения на кордовую проволоку заключается в обеспечении необходимых ее прочностных (σ_в=1120-1250 Н/мм²) свойств.

Фосфор, растворенный в твердом железе, существенно изменяет его механические свойства, увеличивая прочностные характеристики, и при выплавке высококачественного металла содержание фосфора ограничивают 0,015%.

Охлаждение катанки после прокатки в линии водяного охлаждения в зависимости от содержания углерода, марганца и фосфора позволяет избежать при последующем охлаждении на воздухе неконтролируемый рост зерна, который приведет к потере пластичности, при этом получается равномерное действительное зерно по сечению катанки, обеспечивающее стабильные прочностные свойства по всей длине бунта катанки.

Прокатка катанки в зависимости от содержания углерода, марганца, фосфора в металле и температуры в линии водяного охлаждения позволяет освоить производство катанки из высокоуглеродистой стали для волочения на кордовую проволоку, получить требуемый предел прочности, минимизировать затраты на производство, получить дополнительную прибыль.

Пример конкретного выполнения.

В сталеплавильном агрегате выплавили полупродукт и при содержании 0,045% углерода выпустили в сталеразливочный ковш. Перед выпуском в сталеразливочный ковш присадили 680 кг науглероживателя. По ходу выпуска металла в ковш присадили 1100 кг ферромарганца и 810 кг ферросилиция. Металл продували аргоном. При появлении первых порций печного шлака на желобе подачу аргона прекратили и провели отсечку шлака. После выпуска металла ковш с металлом передали на установку печь-ковш. По приходу на установку печь-ковш провели усреднительную продувку металла аргоном в течение 3 минут с расходом аргона 615 л/мин, затем произвели замер температуры металла и отобрали пробу для определения химического состава металла. После определения получили: 0,65% углерода, 0,14% кремния, 0,48% марганца, 0,018% серы и 0,008% фосфора, температура металла составила 1521°С.

Во время продувки провели корректировку химического состава стали присадками ферросплавов и остального количества углеродсодержащего материала в виде порошковой проволоки.

После получения необходимых параметров: температуры металла 1527°С, требуемого химического состава 0,85% углерода, 0,27% кремния, 0,58% марганца, 0,004% серы и 0,007% фосфора, металл передали на машину непрерывной разливки стали. Разливку проводили на 5-ручьевой машине непрерывной разливки стали, на сечение кристаллизатора 150×150.

После осмотра НЛЗ и отсортировки заготовок с имеющимися поверхностными дефектами их передали на загрузочные столы мелкосортно-проволочного стана. Заготовки сечением 150×150 мм поместили в методическую нагревательную печь с шагающим подом, где их нагрев производился в течение двух часов. После нагрева заготовок их подали на прокатный стан, где согласно заказа была прокатана катанка диаметром 6,5 мм.

Требуемый предел прочности для стали с содержанием углерода 0,85% должен составлять 1120-1250 Н/мм², а температура после линии водяного охлаждения 760-790°С. Режим прокатки выбрали, исходя из требуемого предел прочности, согласно выражения

σ_в=13013,7×0,007+1002,1×0,58+296,9×6,5+2100,9×0,85+2,98×775-5470=1233 Н/мм².

Скорость конца прокатки составила 78 м/с. После прокатки катанка интенсивно охлаждается в линии водяного охлаждения. Время между окончанием прокатки и началом охлаждения составляло 0,025 с. Охлаждение водой производилось в двух коробах, оснащенных шестью форсунками каждый. Далее прокат укладывался виткообразователем на конвейер воздушного охлаждения. После укладки фиксировалась температура катанки, которая составила 769°С, затем прокат подвергался воздушному охлаждению с использованием 15 вентиляторов. После конвейера воздушного охлаждения разложенные витки собирались в бунт, масса которого составляет 2000 кг.

Катанка, прокатанная по предложенному режиму, позволяет обеспечить требуемый предел прочности и высокие пластические свойства. В дальнейшем во время волочения обеспечивается более высокая суммарная степень обжатия при холодной деформации, что снижает количество использования дорогостоящего процесса патентирования.

Получение высокоуглеродистой катанки по предлагаемому способу позволит повысить качество и технологичность производства катанки на всех стадиях производства, получить дополнительную прибыль.

Способ получения катанки из высокоуглеродистой стали, включающий выплавку, нагрев металла, выпуск металла в стальковш, присадку науглераживателя перед выпуском металла в стальковш, раскисление металла в стальковше, присадку материалов по ходу выпуска металла, внепечную обработку с доводкой металла по химическому составу, продувкой металла аргоном, разливку с получением сортовой заготовки, нагрев заготовки, прокатку заготовки с получением катанки для дальнейшего переката, охлаждение в линии водяного охлаждения, укладку катанки виткообразователем на роликовый конвейер и ее охлаждение, отличающийся тем, что определяют содержание углерода, марганца и фосфора в металле по ковшевой пробе и внепечную обработку проводят из расчета получения в готовом металле содержания углерода в интервале 0,82-0,90%, фосфора не более 0,015% и марганца 0,50-0,65%, прокатывают сортовую заготовку до требуемых размеров, причем режимы прокатки задают исходя из требуемого предела прочности σ_в, определяемого с учетом содержания углерода, марганца, фосфора, диаметра катанки, согласно выражения:
σ_в=13013,7·Р+1002,1·Mn+296,9·d+2100,9·С+2,98·Тлво-5470,
где σ_в - предел прочности, Н/мм²;
С, Mn, P - содержание углерода, марганца, фосфора в ковшевой пробе металла, %;
Тлво - температура металла после линии водяного охлаждения, °С;
d - диметр катанки, мм;
13013,7; 1002,1; 296,9; 2100,9; 2,98; 5470 - коэффициенты, полученные путем обработки экспериментальных данных по определению влияния каждого из параметра на предел прочности катанки.