Способ обезуглероживания сталей и сплавов

 

Социалистимеских

ИЗОБРЕТЕН Ия (11) 602561

АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Дополнительное к авт. свид-ву а явлено 1 5.06.7 6 (21} 2 37 401 2/02 соединением заявки М (51) М. Кл.

С 21 С 5/52

Государственный иоиитет

Совета Министров СССР по делам иэооретений и отнрытий риоритет публиковано15.04.78.Бюллетень _#_0 14

Дата опубликования опмсания 17, 03. /3, (53) УД,К 669.187. ,25 (088 .8) (?2) Авторы изобретения

В. П. Соломко, А. A. Рыжиков, А. В. Кодак и Г. А. Дорофеев

Донецкий ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОБЕЗУГЛЕРОЖИВАНИЯ СТАЛЕЙ

И СПЛАВОВ

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве низкоуглеродистого железа, а также низкоуглеродистых электротехнических, нержавеющих и жаропрочных сталей.

Известен способ получения низкоуглеродистого железа, заключающийся в выплавке полупродукта из шихты, состоящей из 100 /, чугуна с минимальным содержанием меди и никеля, с завалкой железной руды, извести и известняка и продувке жидкой ванны кислородом или сжатым воздухом, последующей выплавке из полученного полупродукта низкоуглеродистого железа из шихты, состоящей из 100О/о полупродукта, с завалкой на подину печи 40 кг!т известняка, 80 кг/т извести и 70 кг/т железной руды с интенсивным окислением углерода про- 5 дувкой металла сжатым воздухом и обработке полученного металла в ковше жидким шлаком той же плавки(11

Недостатками известного способа являются низкая скорость обезуглероживания при содер 0 жанни углерода менее 0,1 /о большой угар железа при продувке расплава кислородом или сжатым воздухом, большая длительность процесса, повышенная окисленность ванны.

Присущие этому способу недостатки можно обьяснить следующим.

2

Согласно исследованиям, проведенным на низкоуглеродистом железе, ста1ях и чр унах. полученных обычными промышленными c Ilocoбами, железоуглеродистый расплав с содержанием углерода 0,0027 вЂ,0",, р представляет собой квазиаморфную жидкость с равномерно растворенным углеродом, а также с существующимв микрообластями графита размером 2050 А. Кристаллы графита в железоуглеродистых расплавах образу1от поверхностные соединения с примесными атомами водорода, азота, кислорода, серы. Примесные атомы, концентрируясь на кристаллах графита, исключают взаимодействие атомов углерода, входящих в графит, с расплавом и растворение кристалов.

При обработке железоуглеродистого расплава кислородом в первую чередь происходит взаимодействие с углеродом, находящимся B растворенном виде. Атомы углерода, входягцие в состав кристаллов графита, в реакцию с кислородом вступают очень медленно, поскольку для этого необходимо разр шение барьера, состоящего из поверхностных соединений. Частичное растворение кристаллов графита и последующее обезуглерожи ванне расплава происходит лишь при повышении температуры выше

1800" С и интенсивной обработке расплава кислородом. Однако при этом большая часть кис602561

15 лорода расходуется на взаимодействие с атомами железа, что приводит к повышенному угару железа, увеличению концентрации кислорода в металле и снижению качества металла.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ обезуглероживания и раскисления стали, заключающийся в ведении в жидкий металл с содержанием углерода меньше 0,05% прокаленного и подогретого чугуна в количестве 1% от веса садки.

Недостатком этого способа является низкая производительность процесса, а также то, что его использование возможно лишь при содержании углерода в расплаве 0,05 — 0,035оip и дальнейшее обезуглероживание стали до содержания углерода ниже 0,030% в силу изложенных причин не представляется возможным; кроме того, этот способ невозможно использовать при содержании углерода в расплаве 0,1—

0 6%.

Для увеличения производительности процесса, полноты обезуглероживания и улучшения качества металла без снижения выхода годного, увеличения расхода феррорасплавов и повышения окисленности металла по предлагаемому способу обезуглероживания стали, включающему введение в расплав углеродистого металла, в расплав с содержанием углерода 0,1 — 0,6% вводят углеродистый металл, полученный методом диффузионного насыщения его углеродом, в количестве 5 — 25% от веса садки, а затем расплав выдерживают под окислительным железистым шлаком.

Угелродистый металл, полученный способом диффузионного насыщения его углеродом, с различным содержанием углерода (0,5 — 5,0%), не подвергается графитизации даже при специальной термической обработке, способствующей этому.

В отличие от низкоуглеродистых сталей обычной выплавки, углерод в расплаве этого металла находится в растворенном виде и не образует микрообластей графита. Атомарный углерод, находящийся в расплаве, является наиболее химически активным компонентом по отношению к кислороду. При введении углеродистого металла, полученного методом диффузионного насыщения его углеродом в расплаве обычной шихты, атомарный углерод, содержащийся в углеродистом металле, вступает во взаимодействие с поверхностными соединениями кристаллов графита и в силу своей высокой активности разрушает эти соединения.

Благодаря этому происходит растворение кристаллов графита. Следствием этого процесса является более интенсивное и полное обезуглероживание расплава и значительное увеличение скорости обезуглероживания, что позволяет отказаться от интенсивной продувки металлической ванны кислородом, повысить механические и служебные свойства стали, улучшить технико-экономические показатели процесса.

Присутствие в железоуглеродистом расплаве атомарного углерода, являющегося значительно более сильным раскислителем по сравнеHHlo с легирующими элементами, способствует значительному снижению угара этих элемен5

2Е

55 тов, вводимых в расплав. Это позволит использовать предложенный способ для выплавки легированных низкоуглеродистых сталей. Кроме того, при разрушении поверхностных соединений, покрывающих кристаллы графита, в состав которых входят атомы водорода, азота, серы и кислорода, наблюдается значительное снижение содержания этих вредных примесей в готовом металле.

Количество вводимого металла, содержащего атомарный углерод, зависит от процентного содержания в нем углерода. Так, при содержании углерода 5%, в расплав вводят 5% углеродистого металла, а при содержании 2% углерода — 25% углеродсодержащего материала.

Пример 1. B индукционной печи типа

ИСП-006 расплавляют 6,7 кг стали 10 кп. После расплавления в жидкую ванну металла загружают 1,64 кг металла, полученного методом диффузионного насыщения железа углеродом с содержанием углерода 2,48%.

В пробе, взятой после расплавления углеродистого металла, содержание углерода составило 0,45%. После загрузки углеродистого металла на поверхность металлической ванны в качестве шлака, несколькими порциями загружают 0,2 кг железной руды. В течение 28 мин расплав выдерживают в печи и после скачивания шлака и раскисления алюминием, разливают в изложницы. Конечное содержание углерода в полученном металле составило 0,009%.

Скорость обезуглероживания при этом составила 0,012% мин. Приведенные данные свидетельствуют о том, что предлагаемый способ позволит повысить скорость окисления углерода примерно в 10 раз. При этом отсутствует продувка металла кислородом, что позволит получать металл с низким содержанием кислорода и до минимума снизить угар железа.

Пример 2. В индукционной печи расплавляют 17 кг металла с содержанием углерода

0,59%, после чего загружают 4 кг металла, полученного методом диффузионного насыщения, железа углеродом, с содержанием углерода

3,6%. Углерод в пробе, взятой после. расплавления составлял 0,77%. После отбора пробы на поверхность металлической ванны, в качестве шлака, загружают 1,8 кг железной руды. После. выдержки в печи в течение 38 мин, скачивания шлака и раскисления металла алюминием, содержание углерода в металле составило 0,018%. При этом средняя скорость обезуглероживания равнялась 0,022%/мин в отличие от средней скорости обезуглероживания при продувке кислородом без введения углеродистого металла, которая составляет

О 008%/мин.

Пример 3. В индукционной печи расплавляют 16 кг металла с содержанием углерода 0 3 1о, после чего загружают 1,2 кг металла, полученного методом диффузионного насыщения железа углеродом, с содержанием углерода 5,6%.

Количество углерода в пробе по расплавлению составило 0,46%. Затем на поверхность металлической ванны, в качестве шлака, загружают 1,8 кг железной руды. После выдержки металла в печи в течение 10 мин, количество угИз таблицы видно, что в результате обезуглероживания происходит значительное снижение содержания серы в металле, а содержание кислорода в готовом металле ниже, чем в сталях, выплавленных с продувкой ванны кислородом без ввода углеродистого металла, полученного методом диффузионного насыщения его углеродом.

О,l

0,009 0,012 0,009 0,0059 0,0345

0,45

Ое018 Ов022 Ою015 Ое0067 0 0268

0,59

0,77

0,027 0,0447 0,028 0,0096 0,0256

О,з

0,46

Формула изобретения

Составитель С. Петрухин

Редактор Е. Кугучева Техред О.Луговая Корректор Д.Мельниченко

Заказ 1771/24 Тираж 716 Подписное

ЦН/4ИПИ 1осударственного коиизста Совета Министров СССР по делаги изобретений и открытии

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб. д. 4/5

Филиал HIIII «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 лерода в металле составило 0,027%. 11ри этом скорость обезуглероживания составила

0 0447%/мин.

Данные результатов плавок приведены в таблице.

Использование предлагаемого способа обезуглероживания и раскисления сталей и сплавов

Способ обезуглероживания сталей и сплавов, включающий введение в расплав углеродистого металла, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности процесса, полноты обезуглероживания и улучшения качества металла, в расплав с содержанием

602561

6 обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимушества: а) повышение производительности процесса за счет увеличения скорости окисления углерода в 10 раз без снижения выхода годного и увеличения окисления металла; б) осуществление более глубокого обезуглероживания металла; в) улучшение качества металла за счет снижения в нем содержания таких примесей как кислород, сера, азот, водород; г) снижение на 50 — 70% угара железа; д) значительное снижение угара легирующих элементов, введенных в расплав при обезуглероживании металла; е) использование предложенного способа позволит осуществлять обезуглероживание при содержании углерода в расплаве 0,1 — 0,6%. углерода 0,1 — 0,6% вводят углеродистый металл, полученный методом диффузионного на40 сыщения его углеродом, в количестве 5 — 25 /0

2 о от веса садки, а затем расплав выдерживают под окислительным железистым шлаком.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

4S 1..Гутнов P. Б. и др, Производство низкоуглеродистого железа, М., «Металлургия», 1973,