Способ производства стали

 

Союз Советск и к

Социапистическик

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< 901287 (61} Дополнительное к авт. санд-ву— (22)Заявлено l8,05,78 (2! ) 26195 l7/22-02 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.0l.82. Бюллетень № 4

Дата опубликования описания 06,02.82 (5l)M. Кл.

С 21 С 5/52

С 2l С 7/00 фвудеротинны6 коиатет

СССР ао аелои азобретевий в открытой (53 ) УД К, 669. . 187.25 (088.8) ф >С, Я fQ 1»: и

Е.4ТЕНТ1.; Р„ учн -, (72) Авторы изобретения

Е. Ф, Мазуров, А, М. Евграшин, В. В, Шахнович, А. Ф; Каблуковский, Л. В. Куликова, К. А. Ланск

Е. И. Тюрин, Л, A. Римша и B. Д. Христич

11ентральный ордена Трудового Красного Знамени исследовательский институт черной металлургии нм. H. П. Бардина (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ

Изобретение относится к черной мФталлургии, конкретно к производству ста- . ли, модифицированной нитридообразуюшими элементами.

Известен способ модифицирования сгали нитридообразующими элементами, за ключаюшийся в обработке металла во время разливки титаном, цирконнем, ураном, церием при температуре на 30-80 С выше температуры начала кристаллизаmw (Ц. то

Недостатком известного способа является нестабильный коэффициент усвоения нитридообразующих элементов во время разливки (or изложницы к изложнице), при этом во время ввода редкоземельных

15 металлов в изложницу или в струю отмечается образование корок, состоящих из .редкоземельных металлов и приводящих к расслоениям в готовом прокате, ухуд-ше20 нию M&Kpocrp r bl стали в Виде ц6фие» вой пористости.

Известен способ модифицирования cтали, включающий предварительное раскис2 ление алюминием, ввод перед выпуском металла из печи кальция в количестве

0,05-0,3% от веса садки и в ковш или при разливке циркония в количестве 0,050,4% и (или) редкоземельных металлов " в количестве 0,02-0,3%, а также остельной части кальция в количестве 0,020,2% от веса расплава (21.

Недостатком известного технического решения является нестабильный коэффициент усвоения нитридообразующих эле ментов, а при вводе редкоземельных металлов s изложницу или в струю отмеча ется образование корок, состоящих из редкоземельных металлов и приводящих к расслоениям в готовом прокате, ухудшению макроструктуры стали в виде цериевой пористости, а также низкий коэффициент использования модифицирующего действия редкоземельных металлов, вследствие совместных присадок циркония редкоземельных металлов в расплав, что приводит к повышенному окислению редкоземельных металлов. Известйо, что эф=

3 9012 фект модифицирования редкоземельными металлами увеличивается при вводе их в . металл после сильного предварительного раскисления.

При таком микролегировании (совмест- 5 ном вводе циркония и редкоземельных металлов невозможно ввести необходимые для повышения жаропрочности количества микроэлементов, поскольку менее активные могут выделяться в виде хрупкой эв- 10 тектики на границе зерен, резко снижая ударную вязкость и пластичность. Кроме того, изветное техническое решение не позволяет иметь высокие и воспроизводимые от плавки к плавке коэффициенты ус- t5 воения, что. является недопустимым условием обеспечения современных требований качества стали.

Наиболее близким к предлагаемому является способ выплавки стали, сущность у0 которого заключается в проплавлении шихты, окислении примесей, доводке по химическому составу, раскислении металла алюминием, совместной присадке циркония и редкоземельных металлов выпуске расплава в ковш, разливке (Sl.

Недостаток известного способа - окисление циркония и редкоземельных металлов во время выпуска металла и нестабильное их усвоение. Кроме того, низкий коэффициент использования модифицирующего действия редкоземельных металлов, вследствие совместных присадок циркония и редкоземельных металлов в расплав, что приводит к повышенному окислению

35 редкоземельных металлов. Известно, что эффект модифицирования редкоземельными металлами увеличивается при вводе их в металл после сильного предварительного раскисления.

Бель изобретения — повышение качества стали за счет увеличения степени и стабильности усвоения циркония и редкоземельных металлов, повышение воспроизводимости технологического процесса от плавки к плавке.

Указанная цель достигается последовательностью технологических операций, включающих предварительное раскисление алюминием, введение. бора из борсодержащего вещества, например датолита, во время выпуска металла и его обработки восстановительным шлаком, последовательный ввод сначала циркония, а затем редкоземельных металлов в струе газа- 55 носителя под уровень зеркала металла на

0,1-0,8 его глубины с темпом подачи модификаторов 0,2-1,00 кг/мин ° т и одновременной продувкой э гим же газом снизу. Йля Реализации возможности уси« ления коэффициента усвоения бора из борсодержащего вещества предусматривается совместный ввод его с алюминием B со» отношении борсодержащее вещество к алюминию 1:(0,1-0,5) соответственно и предварительное растворение его в восстановительном шлаке.

В результате присадок борсодержащего вещества, например датолита, во время выпуска плавки из печи и обработки ее восстановительным шлаком, восстановительный бор растворяется в металлическом расплаве и являясь поверхностно-ак« тивным элементом упрочняет границы зерен в готовом металле.

Одновременно с этим происходит дополнительное разжижение печного шлака,что в свою очередь положительно сказывается на процессе рафинирования металла.

Последующая последовательная продувка сначала цирконием, а затем редкоземельными металлами в токе нейтрального газа-носителя позволяет увеличить степень и воспроизводимость их усвоения, за счет образования нейтрального газового затвора над расплавом и принудительного ввода этих элементов вглубь металла. Последовательная обработка бором, цирконием, а затем редкоземельными ме« таллами позволяет исключить появление хрупкой эвтектики на границе зерен, а также повысить эффект модифицирования редкоземельными металлами включений за счет более глубокого предварительного раскисления цирконием. В сталях, где особенно вредной примесью является азот, например в котельных, это позволяет убрать образующиеся нитриды с границ зерен и тем самым повысить ее служебные характеристики. дополнительное перемешивание металла нейтральным газом позволяет рассредоточить кинематические вклкяения, как оксиды, так и нитриды равномерно по всему объему, что, в свою очередь, положительно сказывается на качестве готового металла.

Ниже приведены варианты осуществления предлагаемого изобретения, не исключающие других вариантов, в объеме предмета изобретения.

Пример L. При выплавке жаропрочной стали 12Х1МФ в 100 т дуговой электропечи во время выпуска металла и восстановительного шлака в ковш присаживают датолит в количестве 2 кг/т. Захностное натяжение — содержание модификаторов, содержанием азота, который необходимо связать и убрать с поверхности зерен.

Поэтому при выплавке каждой конкретной марки стели предложенные количества этих элементов и соотношения между ними будут разными в пределах заявленного и определены опытом.

Нижний предел темпа подачи легирующих элементов 0,2 кг/т.мин необходим для максимального, усвоения небольших количеств этих элементов в сталях с низким содержанием азота, а верхний предел

1 кг/т. мин необходим для обесцеченця ввода больших количеств циркония и редкоземельных металлов, особенно при производстве сталей специально легированным азотом.

Снижение темпа подачи легирующих элементов не эффективно, требует увели- . чения времени продувки, что приводит к дополнительным температурным потерям, а с повышением верхнего предела выше

1 кг/r.ìèí образуется пульсирующий поток порошкообразных материалов в транспортном трубопроводе, что приводит к завариванию фурмы.

Глубина погружения фурмы обусловлена необходимостью обеспечения высокого и стабильного усвоения легируюших элемен:тов, уменьшения температурных потерь.

Так, в случае микролегирования жаропрочной стали глубина погружения необходима и достаточна в пределах 0,4-0,8 глубины металла, ввод фурмы на большую глубину 0,8 резко снижае г проникновение газопорошковой струи в металл из-за возрастающего давления, одновременно с этим происходит разрушение фугеровки днища ковша и преждевременный ее износ,.

При производстве сталей, специально легированных азотом, с целью увеличения скорости растворения азота в металле, необходимо дробление газовой струи на мелкие пузыри, чего не обеспечит продувка этим газом только через фурму, по которой подается цирконий и редкоземельные металлы. B этом случае газообразный азот дополнительно подают через пробку-фурму, установленную в днище ковша. Подача активных нитридообразуюших элементов при производстве данного сор тамента с целью их максимального усвоения будет обеспечена уже при вводе на

0,1-0,4 глубины металла. Продувка на глубине менее чем O,l не эффективна, так как приводит к повышенному угару вводимых элементов шлаковой фазой.

5 901287 6 тем ковш устанавливают на стенд и на глубине 2,5 м or поверхности зеркала металла через специальную форму вводят последовательно сначала цирконий в количестве 0,4 кг/т, а затем редкоземельные металлы в количестве 0,25 кг/т в токе органа с темпом подачи легируюших элементов 0,2 кг/мин т в течение 3 мин.

После этого металл разливают в изложницы. о

Пример 2. При выплавке жаро« прочной стали 12Х1МФ в 100 r дуговой электропечи с высоким содержанием азота, в ванну печи перед выпуском плавки присаживают датолит в количестве 15

lO кг/т и алюминиевый порошок в количестве l кг/т. Затем плавку выпускают и ковш устанавливают на стенд. Лалее в металл на глубине 2,5 м or поверхности зеркала через специальную фурму вводят последовательно сначала цирконий в количестве 3 кг/т, а затем редкоземельные металлы в количестве 0,5 кг/т в токе аргона с темпом подачи легирующих элементов"0,7 кг/мин .т. в течение 5 мин.

После этого металл разливают в изложницы.

Пример 3. При выплавке стали

17Г2АФ в 100 т дуговой электропечи расплавляют шихту, окисляюг примеси до требуемого содержания углерода, затем скачивают окислительный шлак, наводят шлак для проведения восстановительного периода, доводят расплав до заданного химического состава. Палее во время выпуска металла из печи в ковш с находящимся там алюминием в количестве

1 кг/т присаживают.датолит в количестве

2 кг/т, затем ковш устанавливают на стенд и на глубину l м от поверхности 4О зеркала металла через специальную фурму вводят последовательно сначала цирконий в количестве 6 кг/т, а затем редкоземельные металлы в количестве 1 кг/т в токе азота с темпом подачи легирующих элементов 1,0 кг/т ° мин в течение

7 мин с одновременной продувкой газообразования азотом через пробку-фурму, установленную в днише ковша. Йалее металл разливают.

Выбор верхних и нижних количественных пределов ввода датолита, циркония и редкоземельных металлов обусловлен механизмом влияния поверхностно-активных элементов на свойства металла, заключающиеся в том, что содержание их в стали ограничивается оптимальными hpegeaaми, т.е. областью, прилегающей к точке экстремума на кривой зависимости повер901287

Составитель Л. Магаюмова

Редактор Н. Горват Техрец М. Рейвес Корректор О. Билак

Заказ 12302/23 Тираж 586 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Увеличение расхода алюминия выше

0,5 при совместном вводе его с датолитом приводит к резкому увеличению количества нежелательных нитридов алюминия, Снижение расхода алюминия менее 5

0,1 не обеспечивает достаточную раскисленность ванны, что в конечном итоге приводит к повышенному угару бора.

Снижение времени продувки ниже 2 мин не позволяет ввести необходимые логирующие добавки при производстве жаропрочной стали, а увеличение продолжительности ввода реагентов выше

lO мин приводит к большим температур» ным потерям. !5

Выплавка стали по предлагаемому способу позволяет увеличить ударную вязкость, пластичность, а также длитель- . ную прочность котельной стали, например

12Х1МФ на 1-2 кгс/мм, за счет как го исключения образования менее термически устойчивых нитридов, например нитридов алюминия, располагающихся,как пра-: ° вило по границам зерен, так и упрочнения твердого раствора в результате последо- 25 вательной присадки модификаторов от менее активного (бор} к более активному (редкоземельные металлы); увеличить степень и воспроизводимость коэффициента усвоения циркония и редкоземельных Zp металлов на 40%; исключить образова-: ние корок, состоящих из редкоземельных„. металлов в процессе разливки, устранитьцериевую пористость; получить экономический эффект, в народном хозяйстве в . размере 45 руб/т.

Формула изобретения

4р

1. Способ производства стали, включающий расплавление шихты, окисление примесей, доводку расплава до заданного химического состава, раскисление алюминием, введение в металл циркония и редкоземельных металлов, выпуск металла в ковш, разливку, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения качества готовой стали в металл во время выпуска из печи вводят борсодержащее вещество в пересчете на бор 2- lO кг/т и затем последовательно, в токе газоносителя, цирконийсодержашее вещество и: редкоземельные металлы в соотношении циркония к редкоземельным металлам (0,2-6):1 соответственно.

2.Способпон. l,î тличаюшийся тем, что цирконий и редкоземельные металлы вводят под уровень зеркала металла на 0,1 0,8 от номинальной его глубины с темном подачи 0,2-1,0кг/

/т.мин в течение 2-10 мин.

3, Способ по и. 1, о т л и ч а ю— ш и и с я тем,что одновременно с вво-,. дом. циркония и редкоземельных металлов расплав дополнительно продувают этим же газом через пробку-фурму.

4..Способпоп. 1,о тличаюшийся тем, что борсодержащее веще-ство вводят совместно с алюминием в соотношении l:(0,1-0,5) соответственно.

5.Способпоп. l,о тлич аюш и и с я тем, что борсодержашее вещество предварительно растворяют в восстанови тельном рафинировочном шлаке.

6. Способ по и. 1, о т л и ч а ю - шийся тем, что в качестве борсодержащего вещества вводят датолит.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Nq 435291, кл. С 21 С 7/00, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

% 423852, кл, С 21 С 7/00, 1974.

3. Авторское свидетельство СССР

Ка 458592, кл. С 2 1 С 7/00, 1 975.