Способ выплавки азотсодержащей стали

 

Союз Советски к

Социапистическик

Рес убли

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-ву(22) Заявлено 17.09.79 (21) 2818485/22-02 с присоединением заявки М— (23) Приоритет

Опубликовано 07.06.81. бюллетень .Ие 21

Дата опубликования описания 09.06,81 (5l)N. Кл.

С 21 С 5/52

Гооударстввииык конитвт

СССР по делан изобретеиий и открытий (53) УДК 669.187.. 2 (088.8) t, В, Т. Сосипатров, А. А. Апымов, А. Е. Магер, Х. И; Слоятттг,——

Е. А. Нечаев, Ю. Г. Черневский и P. М. Мыл ников . ...,: ;., :; !

1 и .„, Череповецкий ордена Ленина мегаплургически завод.„„„ имени 50-летия СССР (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ АЗОТСОДЕРЖАЩЕЙ

СТАЛИ

Изобретение относится к области чер-< ной металлургии, в частности к производству нелегированной и легированной азотсодержашей стали.

B СССР и за рубежом широкое применение находит азотирование стали путем ввода твердых ферросплавов с высоким содержанием азота.

Известен способ производства аэотсодержащей стали с применением аэотирования металла путем продувки его гаэообто разным азотом в ковше fl).

Недостатками известного способа являются необходимость перегрева металла о в печи перед выпуском на 30-60 С для

3$ компенсации потерь тепла, подготовка специальных сталеразливочных ковшей с пористым днищем, снижение стойкости футеровки ковшей и пропускной способности разливочного пропета.

Известен также способ получения стали, при котором с целью снижения угара марганца и сокрашения pacxolta металлического марганца продувку кислородом

2 ведут до содержания углерода в расплава

0,15-0,18% и после слива металла в-= ковш его продувают аэотокиспородной смесью в количестве 1,0-4,0 нма/r на 0,1% углерода в металле до получения марочного содержания углерода f2).

Недостатками известного способа sansются низкая стойкость футеровки стале» разливочного ковша и стопоров, большое выделение дыма, загрязняющего атмосферу цеха, трудность, а в большегрузных ковшах емкостью 300-350 r и невозможность попадания в заданный химический состав, особенно по элементам, обладаюUlHM высоким средством к кислороду.

Наиболее близким из . аналогов является способ производства азогсодержашей стали .в дуговых печах, включающий загрузку шихтовых материалов, расплавление, окисление примесей, скачивание окиспительного шлака, легирование металла и продувку азотом, причем после окончания продувки металла кислородом при содержании кислсрода 0,02-0,06% asoasr га838123 зообразный азот с интенсивностью 0,030,40 нм /т-мин одновременно со скачиванием окислительного шлака, легированием металла и наведением восстановительного шлака, а также при необходимости

20-40% количества азота готовой стали ,вводят в металл после доведения ванны до заданного химического состава, т.е. раскисления и легирования (3).

Недостатками известного способа явля- .>p ются низкое усвоение азота, повышенная окисленность металла и необходимость перегрева его перед азотной продувкой, а, также задержка металла в печи при низком содержании углерода (0,02-0,06% С) 15 на время продувки азотом в течение 811 мин, что приводит к снижению производительности и стойкости печи и ухудше - нию качества стали.

Низкое усвоение азота в известном способе связано с тем, что при вводе азота с интенсивностью 0,03-0,40 нм /т мин

3 одновременно со скачиванием окислительного Врака происходит резкое снижение температуры металла в зоне ввода азота, 25 тормозится диссоциация молекулярного азота„который в виде газовых пузырьков улетучивается из низкотемпературной зоны продувки в атмосферу печи.

Для того, чтобы обеспечить азотацию металла, в известном способе вынуждены перегревать металл до 1660 С и выше при очень низком углероде (0,02-0,06%),что приводит к повышению окисленности ме.талла, снижению стойкости футеровки печи и соответственно ее производительности, а также к угару железа и легирующих и уменьшению выхода годного металла, Белью предлагаемого изобретения является повышение усвоения и равномерности распределения азота в металле, снижение его переокисленности и соответственно увеличение выхода годного и экономия ферросплавов.

Эта цель достигается тем, что в из вестном способе выплавки аэотсодержащей стали, включающем продувку ванны кислородом и азотом, после продувки ванны кислородом до содержания углерода

0,10-0,30% в кислород.,вводят азот до его концентрации 10-30% и дальнейшую продувку ванны до содержания углерода

0,03-0,08% производят азотокислородной смесью равномерно с общей интенсив55 ностью 0,3-1,0 нм /т мин. вкругими отличительными признаками являются также ввод азота в кислород в импульсном режиме и продувка ванны азотокислородной смесью во время выпуска металла из печи.

Благодаря тому, что в кислород вводят азот до его концентрации 10-30% в реакционной зоне продувки ванны резко повышается парциальное давление азота с сохранением высокой температуры, что приводит к интенсивности азотации железоуглеродистого расплава. Снижение ввода азота до концентрации менее 10% нецелесообразно, так как не обеспечивается достижение повышенного содержания азота в расплаве даже при интенсивной продувке, а увеличение азота более 30% приводит к снижению скорости нагрева металла и увеличению продолжительности плавки.

В предложенном способе высокая температура металла и шлака развивается только в реакционной зоне, что положительно сказывается на диссоциацию моле. кул азота и его усвоение металлом.

Равномерность распределения азота обеспечивается тем, что продувка ванны азотокислородной смесью начинаемся при содержании углерода 0,10-0,30%, r.е. в период рафинировки, когда происходит достаточно интенсивное окисление углерода и перемешивание ванны пузырьками выделяющейся окиси углерода, а также и тем, что продувку расплава ведут одновременно через две-три фурмы.

Более раннее начало продувки ванны смесью при углероде более 0,30% нецелесообразно, так как приводит к снижению скорости выгорания углерода, нагре ву металла и производительности сталеплавильного агрегата, а начало продувки при углероде менее 0,10% снижает эффективность азотирования вследствие резкого возрастания кислорода в металле и окисления железа в реакционной зоне.

Эффективность азотации металла при низком содержан ии углерода (менее

0,10%) значительно возрастает при импульсном вводе азота в кислород и соответственно в реакционную зону. В этом случае парциальные давления кислорода и азота в реакционной зоне продувки ванны периодически изменяются и тем самым происходит определенное чередование высокой и пониженной температуры металла (т,е. разогрева и охлаждения), что приводит к увеличению скорости азотации металла и его рафинирования и снижению угара, тем самым повышению выхода годного.

5 8361

Как известно, количество растворенного азота в жидкой стали пропорционально корню квадратному парциального давления азота, Кроме того, растворимость азота в стали увеличиваегся с повышением гемI пературы, которая в реакционной зоне продувки ванны достигает высоких значе. ний (более 2000 С). С уменьшением скорости обезуглероживания, при прочих равных условиях, в конце плавки уменьшается ip удаление азота с пузырьками газа СО и увеличивается насыщение стали азотом.

Следовательно, на насыщение стали азотом по ходу плавки при азотокислородной продувке большое влияние будут оказывать следующие технологические факторы: содержание азота в смеси, температура стали, скорость выгорания углерода, интенсивность продувки.

Особенно быстро возрастает концент- гр рация азота в стали в конце плавки в период передувки в низком углероде. Это связано, вероятно с тем, что во время

7 продувки металла с низким углеродом в зоне продувки развивается очень высокая температура за счет горения железа (что подтверждается высоким угаром железа . при передувках плавок), а также низкой скоростью выгорания углерода и удаления азота с пузырьками СО. Поэтому в этот период желательно, с целью насыщения стали азотом, повышать концентрацию азота в смеси, но это приведет к снижению температуры в зоне продувки, поэтому через определенный промежуток време 35 ни концентрацию азота в смеси снижают, а кислорода повышают, т.е. поддерживают режим импульсной (порционной) продувки ванны азотокислородной смесью.

Применение импульсного режима ввода 4О азота в кислород и соответственно в реак, ционную зону продувки ванны позволяет повысить эффективность азотирования железоуглеродистого расплава, снизить угар железа и ферросплавов путем поддержания 4 окисленности и температуры металла на оптимальном для заданной марки стали уровне.

Азогирование желеэоуглеродистого расплава в импульсном и непрерывном режимах характеризуется следующими данными.

При непрерывнбм режиме: длительность азогирования 10 мин; усвоение азота

0,6//о, содержание азота в расплаве

0,015%.

При импульсном режиме: длительность азогирования 10 мин; усвоение азота

23 Ь

0,7%; содержание азота в расплаве

0,0177.

Совмещение процессов азотирования и рафинирования с выпуском плавки из пе чи (длительность выпуска 10-15 мин) позволяет повысить производительность агрегата, сократив продолжительность плавки, эффективность азотирования во время выпуска достаточно высокая, так как создаются дополнительные условия для перемешивания металла и соответственно массопереноса азота из реакционной зоны продувки азотокислородной смесью, Кроме того, создаются условия для регулирования температуры металла во время выпуска плавки.

Интенсивность продувки ванны азотокислородной смесью необходимо поддерживать на уровне 0,3-1,0 нм /т - мин для

Э того, чтобы скорость обезуглероживания и аэотации металла соответствовала скорости нагрева металла и обеспечивался выпуск плавки с заданной температурой, углеродом и азотом. Уменьшение интенсивности продувки (менее 0,3 нм /т:мин)

3 снижает скорость обезуглероживания и азотации металла и соответственно увеличивает продолжительность плавки, а увеличение интенсивности более 1,0 нм /

/т мин снижает выход годного металла.

Вс избежание переохлаждения металла. во время продувки ванны азогокислородной смесью скачивание окислительного шлака и легирование не производится.

Температура металла поддерживается в пределах 1580 1610 С в зависимости от заданного содержания углерода перед выпуском плавки. Не допускается перегрев металла, так как основной причиной высокого угара железа и низкого выхода годного металла является развитие высоких температур. Поэтому действенным средством снижения потерь металла является некоторое снижение температуры в реакционной зоне путем ввода в кислород

10-30% азота.

П р.и м е р, При выплавке низколегированной азогсодержащей стали в двухванную печь для улучшения иесульфурации и дефосфорации дополнительно вводят известь при расходе жидкого чугуна 65% от веса металлической части шихты. Интенсивную продувку ванны кислородом начинают после слива чугуна. При достижеO нии температуры расплава 1530-1540 С начинают отбирать пробы металла для определения углерода, серы, фосфора, хрома, никеля, меди и азота. После достижения

7 836123 8 содержания углерода в расплаве,0,20% и В процессе выпуска плавки в ковш температуры 1580 С в кислород вводят вводя силикомарганец, ферросилиций, азот до концентрации 25% и ванну иро- алюминий и титан. дувают через три фурмы азотокислород- Сталь разливают сверху в уширенные ной смесью с интенсивностью 0,6 нм / 5 . кверху изложницы с прибыльными надстав/ т мин до содержания углерода 0,04%. ками через стакан с диаметром отверстия

При этом температуру металла перед вы- 60 мм для листовых слитков массой пуском поддерживают в пределах 1600- 13100 кг.

1610 С. Отбирают пробы металла для Результаты испытаний способов выплав определения азота в кислороде. 10 ки азотсодержашей стали приведены в таблице. ю ее «а1

»юеа

В ВЮ е ю

Неодн ородность распр. азота, %

Ю ЮЮ

Содержан ие в металле,%

Выход

ИнтенсивСодержание углерода,%

ЮЮ Ю в кача- в конле це

Ввод азота, % годного

% ность продувки, м /т мин з азота кислор да

0,40 0,02 1, 1 0,009 О, 163

1 5

2 10 Оэ 10 0,03 0,6 010 12 0.098 30 85

020 004 05 0015 0069 22

3 15

4 «25 0,16 0,05 0,5 0,017 0,057 15 89

Г

5 30 0,30 0,08 1,0 0,018 0,037 16 88

0,35 0,09 0,2 0,016 0,045 23 85

6 40

Известный способ

1 100 005 0,06 . 0,009 0,073 45 84

Ою07 ОеО 10 0ь 165 40

0,03

2 100 юае В ВюаВаае ю ею«

Ю аа ° ае ВЮ В Ю ° еааююааюю«юююююю«аеююаеюае е

Г шается на 0,007% за 7 мин продувки ванны азотокислородной смесью с концентрацией азота 25% и интенсивностью

0,45 нм /т мин.

9 бранный способ выплавки позволяет организовать в широких масштабах производство низколегированной азотсодержащей высокопрочной стали в двухванных печах для магистральных газонефтепроводов и машиностроения.

Из приведенных данных видно, что наиболее рациональным является ввод азота в кислород до концентрации 10-303 З5 при содержании углерода в металле

0,10-0,30% с продувкой с интенсивностью 0,3-1,0 нм /т.мин.

Технико-экономическая эффективность. способа выплавки азотсодержащей стали в двухванной печи обусловлена азотированием стали по ходу плавки без снижения производительности агрегата, уменьшением окисленности металла, повыше-

Г наем выхода годного и снижением расхода 45

>ферросплавов.

При выплавке низколегированной азотсодержащей стали по предложенному способу путем совмещения процессов рафинирования и азотирования железоуглеродистого расплава в результате ввода в кислород газообразного азота до его концентрации

10-30% сокращается плавка на 5 мин., расход силикомарганца на 0,5 кг/т, ферротитана на 0,1 кгlг, алюминия на

0,1 кг/т, расход азота на 20% и исключается применение азотированных ферросплавояа Содержание азота в стали повыФормула изобретения

1. Способ выплавки азотсодержащей стали в печи, включающий загрузку шихтовых материалов, расплавление и продувку ванны газообменным кислородом и азотом, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения усвоения и равномерности распределения азота в металле, снижения его переокисленности и соответственно увеличения выхода годного н экономии ферросплавов, после продувки ванны кислородом до содержания углерода

0,10-0,30%, дальнейшую продувку «аннь

9 . 8М12й 10 до содержания углерода 0,03-0,08% ве- токислородной смесью ведут во время выдут равномерно азотнокислородной сме- пуска металла из печи. сью с концентрацией азота до 10-30 Источники информации, с интенсивностью 0,3-1 .0 нм /т мйн.

Ъ прйнятые во внимание при экспертизе

2. Способ по п. 1, о г, л и ч а ю — 1. Сталь» М .10, 1976, с. 892-896. а и и с я тем, что азот вводят в кист>- 2. Авторское свидетельство СССР род в импульсном режиме. % 499319, кл. С 21 С 5/52,6.976.

3.Способпоп. 1.отличаю- 3. Авторское свидетельство СССР

m и и с я тем, что продувку ванны азо- hb 499318, an. С 21 С 5/52, 1976.

Составитель Л. Баркевич .

Редактор О. Иванова Texpea H.щдйо <,щ КорректорС. Шекмар

ЮЮЮЮ ЮВ,Ю ° ВЮ ВЮ ЕЮВЩ Ю ЩЮ ЮЮ

Заказ 2836/12 Тираж, 6 18 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам. изобретений;.и.. открытий .

113035; .Москва, Ж35; Раушская наб.; д.- 4/5

ЮЮ ЮЩЮЩЮЮЮЮЮВВЮЮЮВЮВЮЮ ЮЮ

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4