Способ и шихта для производства углеродистой конструкционной стали с пониженной прокаливаемостью в дуговой сталеплавильной печи

Авторы патента:

C21C5/00 - Получение углеродистой стали, например нелегированной стали с низким или средним содержанием углерода или литой стали

Владельцы патента RU 2534715:

Открытое акционерное общество "Чусовской металлургический завод" (RU)

Способ и шихта для производства углеродистой конструкционной стали с пониженной прокаливаемостью включает загрузку в сталеплавильный агрегат шихты, состоящей из металлического лома и шлакообразующих, ее расплавление, неоднократное скачивание шлака и корректировку его состава в процессе плавки для обеспечения в расплаве содержания марганца, хрома, никеля и меди не более 0,1 мас.% каждого, фосфора не более 0,01 мас.%, заливку углеродистого полупродукта или доменного передельного чугуна в количестве 1,0-35,0 мас.%, нагрев расплава до температуры начала доводки, доводку расплава по составу и температуре посредством проведения окислительных реакций с использованием газообразного кислорода и энергии электрической дуги, предварительное раскисление металла низкокремнистым ферросилицием или ферроалюминием, при этом процесс плавки металла ведут в дуговой сталеплавильной печи (ДСП), а его окончательную доводку по температуре и содержанию углерода, раскисление и легирование производят на установке ковш-печь (УКП) с последующей обработкой в вакууматоре. Шихта состоит из металлического лома и углеродистого полупродукта или доменного передельного чугуна при следующем соотношении компонентов, мас.%: металлический лом 65,0-99,0 и углеродистый полупродукт или доменный передельный чугун 1,0-35,0. Обеспечивается упрощение процесса производства, снижение себестоимости стали и возможность ее производства с ограниченным использованием углеродистого полупродукта или доменного передельного чугуна. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Область техники

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству конструкционных сталей с пониженной прокаливаемостью (далее ПП), получаемых в дуговых сталеплавильных печах (далее ДСП) и предназначенных для упрочнения ответственных, тяжелонагруженных деталей машин и механизмов методом объемно-поверхностной закалки.

Уровень техники

Известен способ производства конструкционной стали с ПП в кислородных конверторах с дальнейшей обработкой металла на установках ковш-печь (далее УКП) и разливкой стали на машинах непрерывного литья заготовок (далее МНЛЗ), включающий загрузку в кислородный конвертер металлической шихты с регламентированным содержанием в ней хрома, никеля и меди, взятых в расчетных количествах, ввод шлакообразующих, заливку полупродукта углеродистого или доменного передельного чугуна, прогрев и плавление шихты, скачивание шлака, нагрев расплава до температуры начала доводки, доводку расплава по составу и температуре, корректировку состава шлака в процессе плавки, 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 УКП с последующей обработкой металла на вакууматоре.

Металл раскисляют и легируют на УКП 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% (см. №2363736, МПК С21С 5/00, 7/06, бюл. №22, 2009 г.). Данное изобретение взято за прототип для шихты и предлагаемого способа.

Известно, что процессы прокаливаемости и обеспечения качества стали определяются основными факторами:

1. Химическим составом стали и его однородностью;

2. Технологической чистотой металла по примесям цветных металлов, неметаллическим включениям, растворенным газам и т.п.;

3. Технологией выплавки стали, внепечной обработки и условиями разливки.

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

Вышеописанная технология производства стали ПП в кислородных конвертерах, с дальнейшей обработкой металла на УКП и разливкой стали на МНЛЗ обеспечивает в целом условия получения прокатной продукции в соответствии с заданными механическими свойствами, но имеет существенные недостатки:

1. В качестве шихты используется 80÷85 мас.% жидкого углеродистого полупродукта или доменного передельного чугуна, который производится в доменных печах и при отсутствии таковых, либо недостаточной их производственной мощности, выплавка углеродистой, конструкционной стали ПП в кислородных конверторах технически не предоставляется возможным;

2. Использование в шихте 80÷85 мас.% жидкого углеродистого полупродукта или доменного передельного чугуна приводит к увеличению себестоимости производимой стали из-за увеличенной его стоимости по отношению к металлическому лому на ≈25%.

Раскрытие изобретения

Задача изобретения - разработка технологии производства стали ПП в ДСП с дальнейшей обработкой металла на УКП, вакуумированием стали, разливкой стали на МНЛЗ и устранение недостатков прототипа.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы изобретения, а именно способ производства углеродистой конструкционной стали c пониженной прокаливаемостью, включающий загрузку в сталеплавильный агрегат шихты, состоящей из металлического лома и шлакообразующих, неоднократное скачивание шлака и корректировку его состава в процессе плавки для обеспечения в расплаве содержания марганца, хрома, никеля и меди не более 0,1 мас.% каждого, фосфора не более 0,01 мас.%, заливку углеродистого полупродукта или доменного передельного чугуна в количестве 1,0-35,0 мас.%, нагрев расплава до температуры начала доводки, доводку расплава по составу и температуре посредством проведения окислительных реакций с использованием газообразного кислорода и энергии электрической дуги, предварительное раскисление металла низкокремнистым ферросилицием или ферроалюминием, при этом процесс плавки металла ведут в дуговой сталеплавильной печи (ДСП), а его окончательную доводку по температуре и содержанию углерода, раскисление и легирование производят на установке ковш-печь (УКП) с последующей обработкой в вакууматоре.

Согласно пункту 2 формулы изобретения металл раскисляют и легируют на УКП алюминием и титаном или его сплавами при перемешивании газообразным аргоном, которые вводят с расходом, обеспечивающим в готовом металле содержание алюминия 0,03÷0,06 мас.% и титана 0,06÷0,12 мас.%.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 3-м пункте формулы изобретения, а именно шихта для производства углеродистой конструкционной стали с пониженной прокаливаемостью в ДСП и с последующей доводкой расплава на УКП способом по п.1, состоящая из углеродистого полупродукта, полученного после деванадации ванадиевого передельного чугуна или доменного передельного чугуна с содержанием в нем марганца не более 0,5 мас.%, хрома не более 0,4 мас.% и металлического лома с содержанием в нем хрома, марганца, никеля и меди, которое обеспечивает после расплавления содержание каждого из них не более 0,1 мас.%, при этом она содержит металлический лом и углеродистый полупродукт или доменный передельный чугун при следующем соотношении компонентов, мас.%:

металлический лом 65,0-99,0

углеродистый полупродукт или

доменный передельный чугун 1,0-35,0

Техническим результатом группы изобретений являются упрощение процесса, снижение себестоимости стали с ПП при ее выплавке в ДСП и возможность ее производства с ограниченным использованием углеродистого полупродукта или доменного передельного чугуна. При этом количественное содержание шихты позволяет получить вышеуказанный технический результат.

Изобретение иллюстрируется схемой технологической линии производства литой заготовки из стали с ПП.

Технологическая линия (см. чертеж) для производства литой заготовки из углеродистой конструкционной стали с ПП включает последовательно установленные агрегаты: дуговая сталеплавильная печь 1, установка «ковш-печь» 2, вакууматор 3, машина непрерывного литья заготовки 4.

Пример осуществления изобретения.

В ДСП (1) загружают металлический лом в количестве 65÷99,0 мас.% от веса плавки с последующей заливкой углеродистого полупродукта в количестве 1,0÷35 мас.% от веса плавки.

В качестве металлического лома используют отходы собственного производства стали и закупной металлолом:

- Отходы стали 15 ободная, содержание элементов, мас.%: углерод 0,08÷0,17; марганец не более 0,40; 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 0951-00186341-2007, ТУ 11-115-1-2002, ТУ 14-115-9-2002 ОАО «ЧМЗ»;

- Отходы стали ПП, содержание элементов, мас.%: углерод 0,60÷0,67; марганец не более 0,1; кремний не более 0,1; сера не более 0,03; фосфор не более 0,03; хром, никель, медь не более 0,1 каждого. ТУ 0950-005-00186341-2002 ОАО «ЧМЗ»;

- Отходы стали Ст3сп, содержание элементов, мас.%: углерод 0,14÷0,22; марганец 0,40÷0,65; кремний 0,15÷0,30; сера не более 0,050; фосфор не более 0,040; хром, никель, медь не более 0,30 каждого ГОСТ 380-2005;

- Лом других марок стали, обеспечивающих содержание в расплаве марганца, хрома, никеля и меди по расплавлению не более 0,10 мас.% каждого.

В качестве шлакообразующих используется известь металлургическая.

В качестве углеродсодержащего материала используют углеродистый полупродукт СТП 115-28-2003, который получают в результате деванадации ванадиевого передельного чугуна, содержание элементов, мас.%: углерод 3,20÷4,20; марганец не более 0,10; кремний не более 0,05; сера не более 0,040; фосфор не более 0,040; хром не более 0,10; ванадий не более 0,10; титан не более 0,08; остальное - железо.

В качестве углеродсодержащего материала используют доменный передельный чугун с содержанием в нем, мас.%: марганца не более 0,50; хрома не более 0,30.

Процесс в ДСП (1) должен обеспечить химический состав и температуру расплава, необходимые для проведения доводки на УКП (2). Химический состав обеспечивается проведением химических реакций окисления примесей кислородом, вводимым твердыми окислителями, и газообразным кислородом, а также путем неоднократного скачивания шлака и наведением нового подачей шлакообразующих материалов. Низкое содержание марганца, хрома, фосфора обеспечивается кратным обновлением шлака. Требуемая температура расплава обеспечивается энергией электрической дуги и тепла химических реакций окисления. Готовый к обработке на УКП (2) металл не должен содержать марганца, хрома, никеля, меди более 0,1% каждого, фосфора более 0,01%.

Окончательную доводку металла по химическому составу и температуре производят на УКП (2) при продувке газообразным аргоном, раскисление - путем подачи в расплав алюминия в виде проволоки (проволочная технология) или в кусках и титана (сплавов титана) в виде кусков или проволоки, обеспечивающим в готовом металле требуемое содержание алюминия 0,03÷0,06% и титана 0,06÷0,12%. Корректировку металла по содержанию углерода производят науглероживателями в виде проволоки. Корректировку металла по содержанию серы производят десульфураторами в виде проволоки. Нагрев металла производят энергией электрической дуги. Предварительное раскисление металла производят низкокремнистым ферросилицием и ферроалюминием.

Обработка металла на УКП (2) гарантирует получение стали однородной по заданному химическому составу во всем объеме ковша, однородной по минимально возможной температуре, обеспечивающей разливку стали. После обработки на УКП (2) металл обрабатывается на вакууматоре (3) для удаления растворенных газов и цветных примесей с высокой упругостью пара. Обработанный металл утепляется (закрывается) теплоизолирующими смесями по зеркалу металла и подается на разливочную машину.

Разливку стали производят на МНЛЗ (4) для производства сортовой заготовки требуемых сечений. Применение шлакообразующих смесей и приемов защиты струи металла - обязательно.

Предложенная технология обеспечивает получение литой заготовки из стали марок ПП с содержанием элементов, мас.%: углерод 0,40÷0,85; марганец не более 0,20; кремний не более 0,20; хром, никель, медь, ванадий не более 0,10 каждого; алюминий 0,03÷0,06; титан 0,06÷0,12.

Внедрение новой технологии производства стали с ПП в ДСП гарантирует однородность металла по заданному химическому составу, технологическую чистоту металла по примесям цветных металлов, неметаллическим включениям и растворенным газам, что обеспечивает готовой продукции повышение служебных характеристик, снижение расхода металла на прокатном переделе, а также обеспечивает стабильные механические свойства ответственных, тяжелонагруженных деталей машин и механизмов.

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 углеродистой конструкционной стали с пониженной прокаливаемостью, включающий загрузку в сталеплавильный агрегат шихты, состоящей из металлического лома и шлакообразующих, расплавление шихты и шлакообразующих, неоднократное скачивание шлака и корректировку его состава в процессе плавки для обеспечения в расплаве содержания марганца, хрома, никеля и меди не более 0,1 мас.% каждого, фосфора не более 0,01 мас.%, заливку углеродистого полупродукта или доменного передельного чугуна в количестве 1,0-35,0 мас.%, нагрев расплава до температуры начала доводки, доводку расплава по составу и температуре посредством проведения окислительных реакций с использованием газообразного кислорода и энергии электрической дуги, предварительное раскисление металла низкокремнистым ферросилицием или ферроалюминием, при этом процесс плавки ведут в дуговой сталеплавильной печи, а окончательную доводку расплава по температуре и содержанию углерода, раскисление и легирование проводят на установке ковш-печь с последующей обработкой в вакууматоре.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что металл раскисляют и легируют на установке ковш-печь алюминием и титаном или его сплавами при перемешивании газообразным аргоном, которые вводят с расходом, обеспечивающим в готовом металле содержание алюминия 0,03-0,06 мас.% и титана 0,06-0,12 мас.%.

3. Шихта для производства углеродистой конструкционной стали с пониженной прокаливаемостью плавкой в дуговой сталеплавильной печи и с окончательной доводкой расплава на установке ковш-печь, состоящая из углеродистого полупродукта, полученного после деванадации ванадиевого передельного чугуна или доменного передельного чугуна с содержанием в нем марганца не более 0,5 мас.%, хрома не более 0,4 мас.% и металлического лома с содержанием в нем марганца, хрома, никеля и меди, которое обеспечивает после расплавления содержание каждого из них не более 0,1 мас.%, при этом она содержит металлический лом и углеродистый полупродукт или доменный передельный чугун при следующем соотношении компонентов, мас.%:

металлический лом

65,0-99,0

углеродистый полупродукт или

доменный передельный чугун

1,0-35,0

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу и комплексу для производства стали. Комплекс содержит дуговую печь, ковшевую металлургическую печь, устройство вакуумирования и участок разливки, при этом производительность комплекса для производства стали ограничена плавильной мощностью дуговой печи.

Способ выплавки стали в сталеплавильном агрегате (варианты) // 2516248

Изобретения относятся к черной металлургии, а конкретно к выплавке стали в сталеплавильном агрегате - электродуговой печи, кислородном конвертере или индукционной печи.

Способ переработки отвальных конверторных шлаков предприятий по производству никеля с получением никелевого полуфабриката, пригодного для производства сталей 20хн2м и 20н2м // 2514750

Изобретение относится к металлургии. Способ переработки отвального конверторного шлака производства никеля включает дробление указанного шлака в шаровой мельнице и просеивание его через сито с размером ячейки 1 мм.

Устройство для утилизации тепла отходящих дымовых газов технологических агрегатов // 2506511

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к устройствам для утилизации тепла отходящих дымовых газов технологических агрегатов, и может быть использовано для нагревательных печей прокатных станов, дуговых сталеплавильных печей и газоотводов конвертеров.

Способ выплавки конструкционной стали пониженной и регламентированной прокаливаемости // 2451090

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству сталей с пониженной (ПП) и регламентированной прокаливаемостью (РП) в электродуговых, индукционных печах и кислородных конвертерах.

Пирометаллургический способ получения металлических расплавов и содержащая переходные металлы присадка для них // 2442829

Изобретение относится к металлургии, в частности к пирометаллургическим способам получения металлических расплавов, содержащих переходные металлы. .

Устройство для определения параметров металлического расплава или слоя шлака, покрывающего металлический расплав // 2421526

Изобретение относится к металлургии. .

Способ получения нержавеющей аустенитной стали // 2385948

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству нержавеющей аустенитной стали, легированной азотом. .

Сталеплавильный флюс // 2363737

Изобретение относится к области металлургии, в частности флюсам для сталеплавильного производства. .

Способ и шихта для производства конструкционной стали с пониженной прокаливаемостью // 2363736

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству конструкционных сталей. .

Способ производства толстолистового проката // 2572270

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству нового высокоэффективного вида металлопродукции - толстолистовому прокату из низколегированной атмосферостойкой стали для мостостроения. Для обеспечения высокого качества проката способ включает выплавку стали, легирование, внепечную обработку, разливку стали, аустенитизацию, предварительную и окончательную деформации и охлаждение листового проката до температуры окружающей среды, при этом получают сталь следующего химического состава при соотношении ингредиентов, мас. %: углерод 0,12-0,18, марганец 0,80-1,10, кремний 0,40-0,60, хром 0,50-0,70, никель 0,50-0,80, медь 0,40-0,70, титан 0,005-0,035, алюминий 0,020-0,060, цирконий не более 0,010, фосфор не более 0,015, сера не более 0,010, азот не более 0,012 и железо - остальное. Требуемая стойкость к атмосферной коррозии гарантируется химическим составом стали. Окончательную деформацию листового проката осуществляют при температуре 750-950°C. Далее в зависимости от требований потребителя листовой прокат может подвергаться нормализации или закалке с форсированным отпуском. 2 з.п. ф-лы.

Экономичная ферритная нержавеющая сталь // 2598739

Изобретение относится к области металлургии, в частности к ферритным нержавеющим сталям, обладающим высокой коррозионной стойкостью, и может быть использовано в устройствах для отвода выхлопных газов и элементах селективного каталитического восстановления транспортных средств. Ферритная нержавеющая сталь содержит в мас.%: 0,02 или менее углерода, 20,0-23,0 хрома, 0,02 или менее азота, 0,40-0,80 меди, 0,20-0,60 молибдена, 0,10-0,25 титана, 0,20-0,30 ниобия, остальное - железо. Сталь характеризуется высокими значениями стойкости к межкристаллитной коррозии и стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением. 15 з.п. ф-лы, 10 ил., 5 табл., 5 пр.

Способ охлаждения пробы металла в обдувочном аппарате // 2607869

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для охлаждения проб металла перед определением химического состава чугуна, черных и цветных металлов и их сплавов. Способ включает подачу сжатого воздуха, обработанного акустическим полем, на охлаждение металлической пробы, установленной в корпусе аппарата на подставке, и отведение из корпуса аппарата отработанного воздуха. Потоки охлаждающего воздуха направляются на нижнюю и верхнюю поверхности пробы одновременно, при этом на нижнюю поверхность подается воздух в количестве на 30-50% больше, чем на верхнюю поверхность. Изобретение позволяет снизить расход сжатого воздуха, сократить время охлаждения пробы и получить равномерно охлажденную по всей поверхности пробу металла. 1 ил.

Способ получения низколегированной коррозионностойкой стали для производства проката // 2639754

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству проката из низколегированной коррозионностойкой стали, применяемой для мостостроения, неокрашенных несущих конструкций контактной сети электрифицированных железных дорог, путепроводов автомобильных дорог и других строительных конструкций. Способ включает выплавку стали в сталеплавильном агрегате, выпуск стали в сталь-ковш, легирование, внепечную обработку и разливку стали, аустенизацию, получают сталь следующего химического состава, мас. %: углерод 0,08-0,25, марганец 0,5-1,3, кремний 0,05-0,8, хром 0,3-1,3, никель 0,2-1,0, медь 0,2-1,0, алюминий 0,01-0,09, сера не более 0,02, фосфор не более 0,02, азот не более 0,012, один или несколько компонентов, выбранных из группы: молибден 0,0005-0,05, ванадий 0,0005-0,05, ниобий 0,0005-0,05, цирконий 0,0001-0,015, железо и неизбежные примеси - остальное, при этом выпуск стали из сталеплавильного агрегата в сталь-ковш осуществляют в течение 3-8 мин, а разливку стали осуществляют при температуре 1505-1560°С со скоростью 0,4-6 м/мин. Изобретение позволяет расширить сферу применения предлагаемой марки стали с обеспечением ее высокой стойкости к атмосферной коррозии, а также повысить качество и механические свойства проката. 8 з.п. ф-лы, 2 пр., 2 табл.