Способ производства хромистой подшипниковой стали

 

oi) 652223

Саюз Советскими

Сецмванстнческюк

Рвспубпнм

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (63} Дополнительное к авт. сви)1-sy (22) Заявлено160476 (21) 2347963/02

{5Ц М. Кл.

С 21 С 5/52

С 21 С 7/00 с присое)1ииением заявки И—

Государетммоый комнтет

СССР яо делам изобретений н отпрытнй (23) Приоритет— (53) УДК669. 187 ..25 (088. 8) Опубликовано 1503.79. Бюллетень ph 10

Дата опубликования описания 150379 (72) AstOphl Г. Б, Ширер, В.К. Комельков, B. H.Трахймович, ИЗОбрЕтЕНИя A.Ô.Каблуковский, В.И.Шлыков и В.П.Соболенко

Ордена Трудового Красного Знамени центральный ) ®явитЕль научно-исследовательский институт черной металлургйи им. И.П.Бардина (54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ХРОМИСТОИ ПОДШИПНИКОВОИ

СТАЛИ

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к металлургии стали и может быть использовано при производстве высококачественной подшипниковой стали.

Известен способ выплавки стали в дуговых печах одношлаковым процессом с последующим вакуумированием металла в ковше flJ.

Известный способ выплавки стали включает в себя завалку металлической шихты с извес ью (с расходом, равным или более 30 кг на 1 т стали для обеспечения содержания серы не более 0,020%) и расплавление шихты; проведение окислительного периода и скачивание шлака перед выпуском металла из печи; раскисление металла в ковше В процессе выпуска1 вакуумирование металла в ковшовой вакуумной камере с продувкой металла аргоном; окончательную корректировку металла по химическому составу присадками легирующих материалов.

Недостатками известного способа выплавки стали являются предваритель-. ное раскисление металла перед обработкой его в вакууме, что препятствует наиболее эффективному рафинированию металла от кислорода, а также

< от водорода и азота; строгое соблюдение узких пределоВ. марочного содержания углерода в стали перед выпуском из печи в ковшу большой расход извести в завалку шихты.

Известен способ выплавки подшипниковой стали в 40-135-тонных электропечах одношлаковым процессом с последующим порционным вакуумирова- ° нием (2). По этому способу выплавки стали к моменту ввода раскислителей (через 20-25 циклов) остаточное давленйе в камере снижают с 1 до 0,1 мм рт ° ств

Однако ограничеиие по содержанию углерода в металле в пределах марочного содержания его перед выпуском стали в ковш мешает свободному управлению ходом плавки, а следовательно, ухудшает технико-экономические показатели производства.

Вакуумирование металла с содержанием в нем углерода в пределах марочного содержания не позволяет развить .наиболее интенсивное кипение стали в вакуумной камере и, как следствие, высокую, степень удаления кислорода, водорода и азота. .Кроме того, в данном способе выплавки стали нет приема, поэволяюще 652223 го эффективно удалять серу из жидкого металла и модифицировать его для успешной последующей разливки.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ производства стали, по которому выплавляют подшипниковые, хромистые, хромоникельмолибденовые и другие стали в

80-ти мартеновских печах с последующим вакуумированием на установке порционного типа. Основной технологический вариант предусматривает введение 10 всего количества марганца, хрома и

I сильных раскислителей в конце вакуумирования после проведения раскисления углеродом, растворенным в металле,. в течение 30-40 циклов обработки. Представлены варианты ввода алюминия в малоуглеродистый металл. (до 1 кг на 1 т) в процессе вакуумной обработки (3}..

Для уменьшения количества трудно- 20 удаляемых включений силикатов кальция металл раскисляют и легируют присадкой силикокальция в конце ва- куумной обраббтки.

Недостатками способа являются не- .26 обходимость строгого соблюдения содержания углерода перед выпуском металла в ковш; недостаточно интенсивное самораскисление металла углеродом при вакуумировании его в вакуумкамере; недостаточно эффективное удаление газов при вакуумировании известным способом-; невысокое использование кальция при применении силикокальция для раскисленйя и десульфурации металла в вакууме; незначительное модифицирование металла кальцием при

35 применении силикокальция; недостаточно полное освобождение металла от силикатных неметаллических включений, а следовательно, и от кислорода.

Цель изобретения — повышение ка40 чества подшипниковой стали, заключающееся в получении в стали гарантированно не выше 0,005 вес.% серы и не более 0,0025 вес.% кислорода, а также 45 производительности печи (увелнчение на 5-10Ъ), По предложенному способу это дости- . гают обработкой в вакууме нераскис ленного жидкого металла, содержащего углерода 0,6-0,9 вес.Ъ, последующим I раскислением, легированием и модифицированием его присадками карбида. каЛьция в количестве 2-15 кг на 1 т стали фракцией 1-10 мм.

Температура плавления технического карбида кальция в зависимости от содержания в нем примесей колеблется в пределах 1700-1750 С, и она более высокая, чем температура плавления силикокальция, которая составляет

1200-1300 С. Поэтому использование кальция из технического карбида кальция будет более высоким, чем использование кальция из силикокальция.

Это объясняется тем, что улет каль- 65 ция из силикокальция при температуре металла в ковше около 1600--С более высокий, чем иэ карбида кальция, который при этой температуре может быть в твердом состоянии.

Интенсивность раскисления, десульфурацни и модифицирования кальцием из карбида кальция также выше, чем из силикокальция, потому что содержание кальция s карбиде кальция составляет около 50 вес.Ъ, а содержание кальция в силикокальции составляет не более

28-3Ü вес.Ъ. Ниже приведены типичные химические составы технического карбида кальция и силикокальция.

Карбид кальция

СаСд78; СаО 17; МЯО 0,06; Ге О®+AI>O>

=-2,0; Sio> 2 65 S 0 08; Р 0 02

С 0,43.

Силн кокал ьций

Са 28; Ca+Si 90; АХ 2,5; S 0,04;

Р 0,05.

При сравнительной характеристике карбида кальция и силикокальция как раскислителей следует отдать предпочтение карбиду кальция, особенно при использовании его в условиях вакуума. Во-первых, как уже указывалось ранее, кальций силикокальция менее полно используется, чем каль-. ций карбида кальция в силу невысокой температуры плавления силикокальция (1200-1300 С) и, как следствие, большего улета кальция, а также меньшего процентного содержания кальция в силикокальции.. Во-вторых, раскислительная способность углерода, содержащегося в техническом карбиде кальция в условиях вакуума гораздо выше раскислительной способности кремния, который содержйтся в силикокальции,. Кроме того, раскисление металла карбидом кальция не создает условий для загрязнения металла неметаллическими включениями н усвоение углерода карбида кальция будет стопроцентным. A раскисление металла силикокальцием может привести к загрязнению металла .силикатными неметаллическими включениями °

Обработка металла в вакууме карбидом кальция позволяет обеспечить глубокое раскисление металла, улучшить удаление из стали водорода, кислорода, азота, серы и дополнительно модифицировать сталь, создавая предпосылки для получения хорошей макроструктуры и мелкого зерна литого металла.

Выпуск металла из печи с содержанием углерода ниже нижнего предела марочного содержания его в стали поз волит улучшить условия работы футеровки печи, так как при этом йерегрев металла выше температуры ликвидуса будет меньше.

Длгя достижения наиболее низкого содержания кислорода (менее

0,0025 вес.Ъ) в подшипниковой стали при ее вакуумировании необходимо, 652223 чтобы футеровка сталераэливочного ковша была выполнена на основе гли нозема или окиси магния, а на разливке соблюдены условия защиты струи от окисления воздухом, например, применять разливку металла иод уровень при непрерывной разливке стали.

Выпуск иэ печи в ковш металла с более низким содержанием углерода, чем это требуется для подшипниковой стали, .позволит не придерживаться строгого соблюдения марочного содержания углерода в металле перед выпуском в ковш. Это обеспечивает определенное уменьшение времени пребывания металла в печи и увеличивает ее производительность.

Нижний предел содержания углерода в металле перед выпуском из печи в ковш составляет О,б вес.Ъ, как наиболее. подходящий в .технологическом отношении. Этот предел выбран потому, Что при меньшем содержании углерода в металле перед выпуском в дальнейшем в вакуум-камеру нужно вводить, такое количество углерода карбидом кальция, которое приведет к значительному охлаждению металла в ковше, что является опасным в условиях вакуумной обработки металла. Например, при вводе в 100-тонный ковш с металлом— углерода на 0,5 вес.й (это составляет около 2000 кг карбида кальция) .температура металла понижается не менее, чем на 20-25 С. о

Верхний предел содержания углерода в стали перед выпуском 0,9 вес.Ъ выбран из соображения получения в стали перед выпуском. минимально необходимого содержания кислорода около 0,07-0,012 вес.Ъ для наиболее интенсйвного кипения жидкого металла в вакуум-камере.

Отличия сбдержаний углерода в ме-. талле перед выпуском иэ печи 0,60,9 вес.З влекут за собой соответст венно, колебания в расходе технического карбида кальция для легирования металла углеродом в вакуумной камере, т.е. 2-15 кг на 1 т стали. Эти количества црисадок карбида кальция .позволят получить подшипниковую сталь заданного химического состава.

Пределы количества алюминия, при саживаемого в вакуум-камеру, 0,10,8 кг на 1 т стали определяются тем размером зерна в готовой стали, кото- рое нужно для получения соответствующих механических свойств стали. Легирование металла алюминием в количест ве 0,1 кг на 1 т позволяет, например, получить в готовой стали зерно 5-6-ro балла по ГОСТ 801-60, а легирование металла алюминием в количестве 0,8 кг на 1.т стали обеспечивает получение зерна более высоких 7-8-ro баллов.

Предложенный диапазон температур жидкого металла перед непрерывной разливьoA обусловлен необходимостьЮ

60 напрймер, до 1490 С, что выше темпео ратуры ликвидуса на 50 С.

Разливка металла на машине непрерывного,литья заготовок.

Пример 2, Выплавка и разливка в изложницы стали Р1Х15 включает

;:педующие операции. разливки металл. с минимальным перегревом выше температуры ликвидуса, так как значительный перегрев приводит к увеличению времени существования двухфазной зоны .при кристаллизации металла> что в конечном счете

5 обусловливает ухудшение макроструктуры его.

Это в еще бОльшей мере относится к высокоуглеродистым сталям, в ТоМ числе подшипниковой стали, у которых р большой интервал между температурами солидуса и ликвидуса.

Минимальное превышение температуры ликвидуса металла составляет 50 С, максимальное превышение — 90 С. Превышение температуры над ликвидусом металла в 90 С позволяет иметь запас тепла на случай непредвиденных задержек, неизбежных при непрерывной раэ, ливке стали и разливке стали в слиток в промышлейных условиях.

Пример 1. Выплавка и разливка в кристаллизатор стали ШХ15 включает следующие операции.

Эавалка шихты,состоящей, например, иэ 30% углеродистого стального лома и 70% металлиэованных железорудных окатышей.

Расплавление шихты с одновременным проведением окислительного перио-. да и последующий контроль пробы ме-.

30 талла на полный химический анализ.

Легирование металла присадками, например, феррохрома и ферромарганца.

Полное скачивание шлака.

Выпуск в сталеразливочный ковш металла с содержанием углерода

0,6 вес,В.

Покрытие поверхности металла в ковше теплоизолирующей смесью.

Порционное вакуумирование металла в течение 20-30 циклов.

Раскисление металла в вакуумной камере алюминием в количестве 0,1 кг на 1 т стали.

Присадка в металл в вакуумной камере технического карбида кальция в количестве 15 кг на 1 т. стали и проведение 5-10 циклов вакуумной обработки металла. Получение в стали серы 0,003 вес.% и кислорода 0,002 вес. %, Легирование металла в вакуумной камере кремнием на 0,3 вес.% c учетом остаточного его содержания в металле присадкой силикокальция (можно при садкой ферросилиция) и проведение еще 5-10 циклов вакуумной обработки для равномерного распределения крем,ния в жидкой сталй.

Перемешивание металла в ковше после вакуумирования продувкой его аргоном для снижения температуры стали, 652223

Завалка шихты, состоящей, например, иэ 20% углеродистого стального лама и 80% металлизованных окатышей.

Распределение шихты с одновремен» ным проведением окислительного периода и последующий контроль пробы металла на полный химический анализ.

Легирование металла присадками, например феррохрома и ферромарганца.

Полное скачивание шлака.

Выпуск в сталеразливочный ковш металла с содержанием углерода

0,9 вес.Ъ.

Покрытие поверхности металла в ковше теплоизолирующей смесью.

Порционное вакуумирование металла в течение 20-30 циклов.

Раскисление металла в вакуумной камере алюминием в количестве 0,8 кг на 1 т стали.

Присадка в металл технического карбида кальция в количестве 2 кг иа 1 т стали для получения углерода в стали марочного содержания, для, получения кислорода 0,0025 вес.Ъ, серы 0,005 ве .% и для модифицирования металла кальцием, Проведение 510-циклов вакуумной обработки металла.

Легироваиие металла в вакуумной камере кремнием на 0,3 вес.Ъ с учетом остаточного его содержания в металле присадкой ферросилиция (можно силикокальцнем) и проведение еще 510 циклов вакуумной обработки для равномерно1о распределения кремния в жидкой стали.

Перемешивание металла в ковше 35 проведением дополнительных циклов вакуумной обработки до снижения температуры стали 1530 С, что выше температуры ликвидуса на 90 С.

Пример 3. Выплавка и разлив» ка в кристаллиэатор стали ШХ15СГ включает следующие операции.

Завалка шихты, состоящей из 50t .стального лома и 50% металлизованных окатышей, Расплавление шихты с одновременным проведением окислительного периода и последующий контроль пробы металла на полный хймический анализ.

Легирование металла присадками, например феррохрома и ферромарганца.

Полное скачивание шлака.

Выпуск в сталераэливочный ковш металла с содержанием углерода

0,75 вес.Ъ.

Покрытие поверхности металла в ковше теплоиэолирующей смесью. Порционное вакуумирование металла в течение 20-30 циклов.

Раскисление метаЛла в Вакуумной камере алюминием в количестве 0,45 кг на 1 т стали.

Присадка в металл технического карбида кальция в количестве 8,5 кг

Формула изобретения

ЦНИИПИ Заказ 988/27

Филйал ППП Патент, r на 1 т для получения соответствующего углерода по марке, для получения

0,004 вес.% серы, 0,002 вес.Ъ кислорода и для модифицирования металла кальцием; Проведение 5-10 циклов вакуумной обработки металла.

5 Легирование металла в вакуумной камере кремнием на 0,55 вес.% с учетом остаточного его содержания в металле присадкой ферросилиция. Проведение 5-10 циклов вакуумной обработ10 ки для равномерного распределения кремния в жидкой стали.

Перемешивание металла в ковше проведением дополнительных циклов saкуумной обработки до снижения теМпературы стали 1510 С.

Разливка стали в кристаллиэатор на машине непрерывного литья заготовок.

Изобретение позволяет увеличить производительность печи на 5-10%.

Это происхоцит эа счет сокращения длительности всей плавки путем совме" щения периода плавления и окислительного периода и выпуска плавки из печи с меньшими ограничениями по химическому составу металла, чем зто имело место ранее. Корректировку плавки по химическому составу проводят в вакуумной камере в процессе вакуумирования. Кроме того, увеличи

ЗО вается срок службы изделий из подшипниковой.стали.

Способ. производства хромистой подшипниковой стали, включающий расплавление шихты, проведение окислительного периода, легирование металла хромом и марганцем, выпуск иэ печи металла беэ шлака, раскисление и легирование в вакууме и последующую разливку его, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения ка4 чества сталя и производительности печи, металл выпускают иэ печи с содержанием углерода О,б-0,9Ъ, вводят в металл при вакуумировании алюминий в количестве 0,1-0,8 кг/т, затем карбид кальция в количестве 2-15 кг/т и перемешивают металл до снижения его температуры до уровня, превышающего на 50-90 С температуру ликвидуса.

М Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Le Maine A — Circ. inform techn

Centredocum sider, 1969, 26, 9 .4, р. 1017-1024.

2,,7,"1гоп and St. En@". 1966,.,4 э, 9 11, р. 8 :-92.

3. Черные металлы, 1970, М 19, с. -15-24.

Тираж 652 Подписное .Ужгород, ул. Проектная,4