Способ рафинирования нержавеющих сталей

 

! чй1 655726

Сеюз Советсиии 4щиалистичесии к

Респубвии

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61} Дополнительное к авт. свид-ву (22} Заявлено 0909.76 (21) 2403491/02 (S3j М. Кл. с присоединениеы заявки И (23) Приоритет

С 21 С 5/52

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий

Опубликовано010479. Бюллетень,% 19 (Щ УДК 6б9. 187. .25(088.8) Дата опубликования описания 0504.79 р2} А О „ А.Ф. Старцев, Н.Т. Заозерный, Т.М. Бабков, @ С.С. Попов, Г.Д. Данченко и A.Â. Губенко

Запорожскйй индустриальный институт

Pl) Заявитель, (54) СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ НЕРЖАВЕЮЦИХ СТАЛЕЙ

Изобретение относится к электрометаллургии стали и может быть использовано при выплавке хромсодержащих сталей переплавом отходов в основных дуговых электропечах.

Способы выплавки нержавеющих сталей в основных печах переплавом отходов с применением газообразного кислорода предусматривают введение в шихту кремния и шлакообразующих материалов (1).

Известен способ переплава хромсодержащих стальных отходов f,2), заключающийся в том, что, с целью удаления фосфора из расплава и снижения потерь хрома, на подину или в завалку вводят известь, плавиковый шпат, шамот и раскисление шихты ведут в восстановительных условиях, обеспечиваемых путем порционного введения алюминия (от 1,0 до 50,0 кг/т шихты) в проплавляемые электродами колодцы.

Введение в шихту алюминия позволяет осуществить переход фосфора в шлак в виде фосфидов алюминия, об- . разующихся в зоне высоких температур под воздействием электрическрй дуги; одновременно в других объемах ванны .происходит переход фосфора из металла в шлак в виде фосфатов кальция, образующихся в среде железохромсодержащего известкового шлака. Последующее скачивание шлака до начала продувки расплава кислородом способствует снижению содержания фосфора в стали и уменьшению потерь хрома, поскольку алюминий предохраняет его от окисления в период плавления шихТЫ.

Прерывисто-периодическая присадка алюминия в проплавляемые в шихте электродами колодцы требует многоразового выключения электропечи, в результате .чего снижается производительность агрегата и усложняются условия труда. Наличие окислительной атмосферы в зоне высоких температур расплава . вызывает значительное окисление алюминия и уменьшает эффективность использования его для дефосфорации металла. Введение в шихту вторичного алюминия повышает в стали содержание меди, свинца и других вредных примесей, увеличивающих отбраковку металла при прокатке по рванинам .и трещинам, а применение дорогостоящего первичного алюминия и дефицитного плавикового шпата удо3 6557 рожает производство нержавеющих сталей.

Целью изобретения является уменьшение содержания вредных примесей в металле и удешевление выплавки нержавеющих сталей в основных дуговых электропечах. 5

Поставленная цель достигается тем, что в шихту вводят желобной шлак электротермического силикоалюминия и известь 7,80 11,70 и 14,8024,80 кг/т соответственно. Шлак 10 периода плавления шихты скачивают на 70-803 (отн.) до начала продувки расплава кислородом.

В период плавления шихты при введении в нее алюминия и его спла- 15 вов в зоне высоких температур (бо= лее 2000 С) образуется фосфид алюминия,А6 Р ). Под воздействием тепла электрической дуги (более 3500 С) фосфид алюминия интенсивно удаляет- 20 ся из расплава испарением. Для усиления этого явления, максимально развивающегося в условиях восстановительной атмосферы, и уменьшения окисления хрома необходимо уменьшить пар- 26 циальное давление паров фосфидов и кислорода, для чего создать непрерывный поток газа в печи, обладающего высокой восстановительной способностью. Таким газом является окись угле- рода (CO), образующаяся в результате реакции разложения введенных в шихту карбидов алюминия, кремния и других элементов.Для максимального растворения в шлаковой фазе фосфидов алюминия и фосфатов кальция шлак должен обла.дать необходимой основностью за счет введения расчетного количества извести (CaO),достаточной окисленностью и высокой реакционной способност ью. Этим требованиям отвечает железохромсодер- р жащие известково-глиноземные шлаки, которые окисляют и инициируют переход фосфора из металла в шлаковый расплав. Для одновременного создания условий максимальной дефосфорации 45 и уменьшения растворимости в шлаке окислов хрома и других элементов необходимо, кроме извести, вводить в шихту достаточное количество глинозема (A6q Оэ). Присадка в шихту 60 карбидов позволяет осуществлять раскисление формирующего шлака непрерывно и более глубоко в силу их высокой поверхностной активности, причем раскисление происходит и после окисления основной массы введенных в шихту алюминия,и кремния.

Образующаяся и непрерывно выделяющаяся в результате взаимодействия карбидов алюминия и кремния с окислами металла окись углерода (CÎ) эна 60 чительно уменьшает окисление алюминия и хрома, вследствие чего расход алюминия сокращается для раски ления шлака и металла, а основная часть его используется для дефос- 65

26 4 форации расплава путем образования испаряющихся и растворяющихся в известково-глиноземистом шлаке фосфи дов алюминия.

Окись хрома (Cr< 0>) в известковомагнезиальном шлаке образует тугоплавкие кристаллы хромшпинелидов типа (СаО NEO) Сг 0,,а закись хрома в силикатной частй гетерогенного шлака — трудно восстановимые, легкорастворяющиеся силикаты хрома типа

С О SiO . Так как глинозем (Afz 0 ) при строго определенных соотношениях (весовых) CaO:Mg0:АС О ..SiО может замещать одновременно окись хрома (Сг 0 ) в шпинельных группировках и закись хрома (CrO) в силикатах хрома, то процесс восстановления хрома значительно интенсифицируется при введении в шихту алюминия, карбида алюминия, глинозема и карбида кремния.,Это обусловлено тем, что изменение изобарного потенциала (4Z ) образования АС О SiO> из окислов при соответствующих содержаниях в шлаке СаО при температурах сталеплавильного процесса значительно больше, чем у соединений типа СгО .5;0< и СаО Cr<0>, т.е. растворимость окислов хрома в глиноземосодержащем шлаке значительно меньше, чем в силикатном или известковосиликатном шлаке. Для ограничения окисления хрома, возникновения хромсодержащих комплексов и облегчения их разложения необходимо увеличить содержание (АО Оэ) в шлаке и применять наряду с алюминием раскислители и шлакообразующие материалы, продукты реакции которых существенно снижают активность кремнезема (SjO ): карбид алюминия, карбид кремния, глинозем, криолит и известь. Увеличение содержания глинозема до 18-20% в шлаковой системе, содержащей (aec.Ъ):СаО 36-40; SiO 28-33; ИрО

0,1-12; прочие окислы — остальное, способствует эффективному разжижению шлака, особенно в присутствии криолита (Nolz AESOP ), без добавки плави-: кового шпата (CaF< ) . Это объясняется тем, что в шлаке такого состава при весовых соотношениях СаО/AC<0> — 1,82,0 и АВ 0 / Si0z 0,8 по законам термодинамйки не происходит образования классической шпинели (NgO AC 0 ) и хром-шпинели типа (СаО- ИдО) С г ОЗ вследствие того, что при содержании

А8 0 в шлаке не более 20% он проявляет по законам термодинамики явно выраженные основные свойства по отношению к окиси кремния и,1 кислотные свойства по отношению к окиси кальция и является в этих условиях амфотерным по отношению к окиси магния.

Карбиды алюминия (@f4 С ) и кремния (5i С) существенно улучшают кинетические воэможности условий дефосфорации металлического расплава

655726 6 эа счет интенсивного перемешивания металла и шлака газообразными продуктами раскисления (CO), способствуют максимальному восстановлению хрома и дегазации расплава (особенно от водорода), а минимальная вязкость шпака при небольшой кратности значительно ускоряет процесс массопереноса восстановленного хрома иэ шлака в металл.

Скачивание достаточно раскисленного шлака без оголения зеркала металла до начала продувки хромсодержащего расплава газообразным кислородом улучшает условия обезуглероживания, снижает потери хрома, уменьшает содержание фосфора в металле, а оставшаяся достаточной толщины пленка известково-глиноземистого шлака, обладающего меньшей водородопроницаемостью, чем известково-флюоритовый шлак, предохраняет расплав от насыщения водородом из атмосферы печи в период продувки газообразным кислородом.

Желобный шлак злектротермического силикоалюминия является продуктом рафинирования сплава на желобах и содержит ингредиенты в следующих соотношениях (вес.%):

Алюминий 19-23

Карбид алюминия 6,0-8,0

Кремний 10 — 18

Глинозем 40-44

Карбид кремния 9-12

Кремнезем 1 4-2,4

Криолит Остальное

Введение в шихту желобного шлака электротермического силикоалюминия и извести в расчетно необходимых количествах обеспечивает повышение активной концентрации окиси кальция (СаО) и дефосфорацию расплава за.шихты. Подтвержденные практикой ре35 комендуемые расходы желобного шлака силикоалюминия и извести, удовлетвощим расчетом.

11,70

9,80

7,80

Внесено Д0 желобным шлаком силикоалюминия, кг/т

3,08

5,26

2,58

4,41

2,05

3,51

3,38

Внесено АС>О> желобным шлаком, кг/т

Образовалось АЕ>О> лз AC шлака, кг/т

5,82

11,21

9,36

7,42

22,4220,0

18, 7216, 70

14,8413,30

Расход СаО при весовых соотношениях

СаО/AQ Оз — — 1,8-2,0, кг/т

24,8022,80

20,6018,60

16, 30—

14,80

Расход желобного шлака силико ния, кг/т

Суммарное содержание А 203 в образовавшемся шлаке, кг/т

Расход извести, содержащей 90%

СаО, кг/т

l5

25 счет образования фосфида алюминия

I (А P> ) и фосфатов кальция, хорошо растворимых в жидкоподвижном известково-глиноэемистом шлаке в присутствии криолита, существенно снижает активность кремнезема (%0д) в результате образования алюмокальциевых силикатов, значительно увеличивает удельную контактную .поверхность взаимодействия металла и шлака на границе их раздела пузырями выделяющейся окиси углерода (СО). В результате совокупного действия названных процессов содержание окислов хрома в шлаке в конце плавления шихты уменьшается с 18-27% до 34 вес.%, а содержание фосфора в расплаве на 0,008-0,10 абс.%.

При выплавке нержавеющих сталей переплавом отходов в основных дуговых печах образовавшийся после расплавления шихты, содержащей хрома от 6 до

14 вес.%, шлак, согласно расчету материального баланса плавки и данных практики, содержит (кг на одну тонну шихты): Сг О 7,2 — 9,2; CrO 4,9-5,8;

ИпО 2,3-5,7;" FeO 2,8-4,3; 810>

7,9-9,7; Ng0 3,2-4,1; AC О 0,320,48; остальное — примеси других окислов.

Для полного восстановления хрома, марганца и железа из соответствующих окислов расход желобного шлака силикоалюминия по стехиометрическому расчету составяет 7,80-11,70 кг/т ряющие условиям максимальной дефосфорации расплава и минимальных потерь хрома, обосновываются следую655726

Продолжение таблицы

2,07

2,49

0,29

0,19

0,24

4,45

5,32

7,90

8 80

9,70

11,69

15,31

13,49

51,83

Зб, 38

45,21

8,05

7,95

8,70

0,70

0,74

0,63

Формула изобретения

Внесено кремния желобным шлаком, кг/т

Ъ

Внесено 6lÎ желобным шлаком, кг/т

Образовалось 510 из кремния желобного шлака, кг/т

Образовалось В О из кремния металлической шихты, кг/т

Суммарное содержание 5> О в образовавшемся шлаке, кг/т

Суммарное содержание окислов

СаО, М О, А8 О, 5>О, кг/т

Содержание МдО в образовавшемся шлаке, вес.Ъ:

Весовые соотношения AC<0> j 5iO>

B промышленных условиях в основных дуговых печах емкостью 30-50 т при выплавке нержавеющих сталей типа 08-12Z18HlOT, 08-10317Н13Й2-МЗТ, 08Х18Т1 и 08-40Х13 проведены испытания способа рафинирования стали. Выплавку нержавеющих сталей переплавом отходов производили следующим образом.

В печ пе) ед завалкой или подвалкой шихты вводили известь в количестве 19 кг/т шихты, при наличии в завалке 10вес,Ъ хрома. В завалку в центральную зону бадьи вводят желобной шлак электротермического силикоалюминия в количестве 9,80 кг/т в кусках фракции: от 0,1 до 350 мм.

По расплавлении шихты на 80-100Ъ (отн.) образовавшийся шлак при включенном токе скачивают на 70-8ОЪ (отн.), после чего начинают продувку расплава кислородом по установленному режиму. Содержание окислов хрома в скачиваемом шлаке снижается с 22,5 вес.Ъ при выплавке нержавеющей стали

12Х18Н10Т по существующей технологии до 3,5 вес.Ъ на плавках, выплавленных предложенным способом, а содержание фосфора в металле перед скачиванием шлака периода плавления шихты снижается с 0,031 до

0,022 вес.Ъ, т.е. на 0,009Ъ (абс.).

Использование предложенного способа рафинирования нержавеющих сталей в основных дуговых электропечах переплавом отходов от вредных примесей по сравнению с существующими способами выплавки обеспечивает следующие преимущества:

1. Исключает применение дорогостоящего и дефицитного первичного алюминия и плавикового шпата.

ЦНИИПИ Заказ 1459/21

Филиал 1ПП1 Патент ", 2 Снижает содержание фосфора в стали на 28-ЗОЪ (отн.)

3. Повышает извлечение хрома из шихты на 2-3Ъ (абс.).

4. Снижает содержание в стали меди, свинца и других вредных примесей, вносимых вторичным алюминием, и уменьшает в результате этого отбраковку металла при прокатке по рванинам, трещинам и другим дефектам и позволяет получить экономический эффект на заводе-изготовителе (без учета положительного эффекта у потребителя за счет повышения качества готового металла) более

3 руб/т стали.

Способ рафинирования нержавеющих сталей в основных дуговых электропечах, включающий введение на подину или в завалку шлакообраэующих, расплавление хромсодержащей шихты, введение в нее алюминия и скачивание шлака с периода плавления до продувки расплава кислородом, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения содержания вредных примесей в металле и удешевления выплавки нержавеющих сталей, в шихту вводят желобной шлак электротермического силикоалюминия и известь 7,80-11,70 и 14,80-24,80 кг/т шихты соответственно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Крамаров А.Д. Производство стали в электропечах. М., Ме60 таллургия, 1969. с. 280.

2. Авторское свидетельство СССР

Ю 403750, кл. С 21 С 5/52, 1974. тираж 652 Подписное г.ужгород,ул .Проектная,4