Способ производства стали

 

Союз Советскмк

Социалистических

Республик

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<11908843 (6!) Дополммтельное к авт. свмд-ву (22) Заявлено 2306,80 (21) 2943690/22-02 с прмсоедммеммем заявки Ио (23) Приоритет

Опубликовано 280282. Бюллетень Но 8

Дата опубликования опмсаммв 2802,82

Р М g+ з

С 21 С 7/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий

1331УДК 669.183. .218.55(088.8) F-- "-.

Ф.A.Áåêåðìàí, М.С.Соколовский, М.И.Киричек Л.Е"Перс (72) Авторы изобретения

Бежицкий сталелитейный завод 1

1 (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к выплавке стали с внепечным науглероживанием расплава,карбюризатором.

В практике производства стали технологический процесс плавки и окисления углерода прекращают при достижении значений, соответствующих задан ной марке с учетом углерода, вносимого ферросплавами. Однако точно зафиксировать требуемое содержание углерода весьма затруднительно, поэтому часто процесс плавки прекращают прм более низком содержании углерода, а недостающее его количество вводят прн выпуске в ковш углеродистыми матерналамн — каменным углем, коксиком,графитом и т.п.

Известен способ выплавкм стали, включающий науглероживание расплавленного металла, имеющего температуру 1570-1610оС, в ковше присадкой в металл в начале выпуска коксового ! порошка, имеющего размер зерен ие более 5 ьм. Порошок расфасовывают в бу.мажные мешки порциями н вводят в ковш в количестве не более 0,05% от веса металла (1 .

Недостаток способа состоит в том, что ввод карбюризатора в металл осу-, ществляют при относительно невысоком перегреве над температурой лнквндуса (менее 1000С) разовой порцией. Усвоение карбюрнзатора нестабильно и не ,превьыает 50%. Максимальное науглероживанне стали составляет 0,05%. Прн даче карбюризатора в количествах более 0,05% качество стали ухудшается

1и вследствие неравномерного распределения карбюрмзатора в объеме металла.

Известен способ производства стали с обработкой нераскисленного металла в ковше карбидом кальция, имею", щим размер кусков 5-30 зев, карбид кальция вводят в количестве 0,55 кг/т при наполнении ковша металлом на 1/7-1/6 высоты. После обработ кн карбидом кальция в металл вводят раскислнтели (2).

Благодаря введению карбида кальция достмгается некоторое раскмсление стали и снижается угар раскислмтелейт однако существенного науглероживанмя стали и улучшения ее качества достичь не удается из-за значительных потерь карбида кальция;- Кроме того, при введении карбида кальция загрязняется атмосфера в цехе.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достнгае908843

Ьым результатам является способ про изводства углеродистой низколегированной и нелегированной стали, включающий получение стального полупродукта в сталеплавильном агрегате, нагрев металла до 1600-1620ОC перегрен выше температуры ликвидуса 70100ОС, выпуск в ковш, присадку в ,расплав кремния, марганца, алюминия. введение в струю металла при наполнении ковша до 2/3 углеродистого ма- териала. Науглероживание расплава в ковше производят углеродистым материалом — графитом, коксом и т.д. имеющим размер частиц 0,04-1,0 мм, Для снижения выноса дисперсных частиц углеродистый материал вводят на струю металла в бумажных мешках порциями по 30 кг. Стальной расплав науглероживают не более, чем на 0,04% углерода, при этом степень усвоения углеродистого материала составляет в сред- нем 68% и не превышает 75% (31 .

Недостаток способа состоит в том, что введение углеродистого материала из расчета 0,04% углерода не обеспечивает эффективного снятия окисленности металла и перемешиваиия его выделяющимися газами. Качественные характеристики стали не улучшаются.

Цель изобретения - стандартизация технологии плавки, повышение степени усвоения сталью углерода, снижение в ней содержания газов, улучшение механических свойств и повышение выхода годной стали.

Указанная цель достигается тем, что в способе производства стали, включающем получение в сталеплавильном агрегате стального расплава, перегрев его выше температуры ликвидуса, выпуск в ковш, присадку раскислителей и легирующих, введение в струю металла углеродистого материала, углеродистый материал в виде гранул размером частиц 1,5-5 мм в поперечнике при соотношении гранул размером 1,5-2, 2,01"3) 3,01-4,5, 4, 51-5 мм в пределах 1: (5+ 1 } г (3 i 0,5): {1 2 0,5) соответственно вводят в металл, перегретый íà 110160 С над температурой ликвидуса.

Углеродистый материал вводят в металл равномерно от начала выпуска до слива в ковш 1/3-1/2 металла.

При выпуске в ковш металл дополнительно обрабатывают силикокальцием.

Углербдистый материал и силикокальций вводят в металл одновременно в виде смеси в соотношении

1!(1-3).

Сочетание указанных приемов позволяет осуществлять науглероживание расплава значительно выше, чем при использовании известных способов и получать из ниэкоуглеродистого полупродукта среднеуглеродистую сталь.

При этом появляется возможность стандартизировать технологический процесс выплавки углеродистой и низ." колегированной стали, содержащей

0,15-0,35% углерода, получая из одинакового по содержанию углерода полупродукта сталь разнообразного марочного состава посредством ковшевого науглероживания.

Перегрев стального расплава перед выпуском из печи на 110-160 С ваде температуры ликвидуса обеспечивает высокую скорость обезуглероживания и интенсивное кипение металла. При этом снижается окисленность печного шлака и улучшается его десульфирующая способность, замедляется поглощение металлом азота и, в особенности, водорода. Повышается степень усвоения и полезного использования науглероживания материала. Кроме того, возрастает раскисляющая роль

;К) углеродистого материала. Металл в ковше полнее раскисляется, при этом выделяется значительное количество газоОбразных продуктов раскисления» окислов углерода, которые, наряду с перемешиванием и усреднением состава металла, оказывают на него рафинирующее влияние, уменьшают содержание в стали газов и неметаллических включений, обеспечивают всплывание образующихся в этот период продуктов раскисления.

При перегреве расплава менее 110 С не повышается степень использования карбюризатора, качество металла не улучшается. Перегрев более 160 С не рекомендуется вследствие сильного разъедания футеровки сталеплавильного агрегата и ковша и загрязнения стали неметаллическими включениями.

Улучшение качества металла при одно40 временном высоком усвоении карбюриза» тора достигается только при использовании гранулированного карбюризатора указанного выше фракционного состава. При использовании карбюризатора фракций мельче 1,5 мм снижается его использование вследствие возрастания выносов восходящими потоками, а при использовании карбюризатора крупнее

5 мм его усвоение металлом уменьшаетgg ся из-за того, что частички карбюризатора быстро всплывают на поверхность расплава и сгорают в кислороде окружающего воздуха. Одновременная обработка металла углеродистым материалом и силикокальцием еще больше

55 повышает усвоение углеродистого материала. Лучшие результаты дает применение этих материалов в виде смеси при отношении углеродистого материала к силикокальцию 1:(1-3).

60 При соотношении более 1:1 перерас-, ходуется силикокальций без существенного улучшения качества металла, а при соотношении менее 1:3 повышение степени усвоения углерода незна65 чительно.

908843 (О ла вводят кремний, марганец, алюминий, силикокальций, другие раскислители, легирующие и добавочные тлатериалы, обеспечивающие получение заданной марки стали. В начале выпуска при наполнении ковша до 2/3 (предпочтительно до 1/2) на струю металла вводят углеродистый материал в виде гранул разтлером 1,5-5 мм в поперечни- 20 ке, содержащий фракции 1,5-2, 2,013; 3,01-4,5," 4,51-5 тлм в соотношении

1: (5+ 1): (3+ 0,5): (11 0,5) соответственно.

Частицы углеродистого материала, введенные в струю металла, вовлекаются в его объетл на большую глубнну и взаимодействуют с расплавленной сталью. Часть углерода, вэаитлодействуя с растворенным в стали кислородом, способствует раскислеиию стали, дополнительному перемешиванию и усреднению ее химического состава, а также рафинированию металла окислами углерода. Другая часть углерода растворяется в металле и науглероживает его. Частички карбюриэатора разного размера, вовлеченные струей в металл, всплывают с разной скоростью, одновременно растворяясь в нем. Повидимому, при указанной температуре 40 стального расплава и при введении карбюризатора, состоящего из частиц укаэанных размеров, образуется неустойчивая суспензия, которая быстро приходит к равновесию за счет растворения частиц карбюризатора в стали.

При одновременной обработке расплава силикокальцием этот процесс ускоряется.

С увеличением доли частиц более крупных фракций 3,01-4,5 и 4,51-5 мм ухудшается степень усвоения углеродистого материала иэ-эа того, что увеличивается количество всплывших нерастворившихся в металле частиц, Так, при соотношении фракций 1,5-2;

ЬО заполнении его металлом до 1/3 высоты

Способ осуществляется следующим обобразом.

В сталеплавнльном агрегате расплавляют металлическую шихту, проводят окисление углерода до получения стандартного ниэкоуглеродистого полупродукта (0,12-0,17%C), нагревают расплав, осуществляют предваритель« ное раскисление кремнием и марганцем (например, силикомарганцем) и при ,.". 630-1670 С, т.е. на 110-160 С выше температуры лнквндуса, выпускают в ковш. Во время выпуска на струю метал2,01-3; 3,01-4,5т 4,51-5 мм 1:3,5:4:2 степень усвоения карбюризатора уменьшается до 60-70%. Аналогичные результаты наблюдаются и при соотноше" нии фракций 1:7:2:0,5.

Карбюризатор может быть приготовлен посредством помола крупнокускового материала, рассева по фракциям и последующего смешения фракций в укаэанной пропорции. Пылеватые углеродистые материалы (например, графит) могут быть подвергнуты предварительному окомкованию любым из известных способов. Возможно использование готовых материалов, выпускаемых промьиаленноатью, при условии соответствия их указанному фракционному составу.

Лучшие результаты получаются при одновременном введении в металл уг" леродистого материала и силикокальцня, в особенности в виде смеси при соотношении углеродистого материала н силикокальция 1:(1-3) соответст венно. В этом случае необходимое количество углеродистого материала смешивают с 1-3 частями дробленогоз силикокальция и полученную смесь вводят на струю металла при наполнении ковша до 2/3 (предпочтительно до 1/2) высоты.

П р и м е .р 1. В 60-тонной мартеновской печи расплавляют металлическую шихту, проводят обеэуглероживанне расплава от 0,78 до 0,15% углерода, нагревают его н вводят в печь

- 850 кг снликоиарганца. При 1660аС (перегрев 243 C) и содержании углерода 0,16% металл. выпускают по раздвоенному желобу в два ковша. В первый ковш одновременно с началом выпуска до заполнения ковша на 2/3 на струю металла равномерно вводят гранулированный углеродистый материал, содержащий 94% углерода и состоящий из частичек размером 1,5-2i 2,01-3;

3,01-4; 4,51-5 мм в соотношении

1:6:3,5:1,5 соответственно. Расход углеродистого материала составляет

48 кг (по углероду 0,15%).

Кроме углеродистого материала в ковш вводят 180 иг ферросилиция, 25 кг ферротитана, 35 кг алюминия и 48 кг силикокальция. Металл выдерживают в ковше 17 мин и затем заливают в формы. Готовая сталь соответствует марке ЗОГСЛ-В по ГОСТ 22253-76 и имеет следующее содержание основных элементов, вес.%| углерода 0,31> марганца 1,38т кремния 0,26; серы

0,020) фосфора 0,029; азота 0;005.

Общее содержание водорода в жид"ом металле составляет 5,5 смз на 100 г стали. Усвоение углерода из углеродистого материала (с учетом 100%-го усвоения углерода из ферросплавов) составляет 80%, введено в сталь угле-" рода 0,12%. Сталь имеет следующие механические свойства после закалки и высокотемпературного отпуска: временное сопротивление 69 кгс/тлм, предел текучести 52 кгс/мм 1, относительное удлинение 18%, относительное сужение

27%, ударная вязкость.при 200С

7,7 кгсм/см, при -60 С 3,9 кгсм/см .

Брак отливок по горячим трещинам составляет 0,3%.

Для сравнения во втором ковше при

908843

Готовая сталь соответствует марке

30ГСЛ-Б, и имеет следующее содержание основных элементов, вес.Ф: углерода О,26; марганца 1,42 кремния

0,29„ серы 0,023; фосфора 0,027) азота 0,006. Общее содержание s жидком металле составляет 5,8 см З на

100 г стали. Усвоение углерода из углеродистого материала (с учетом

100%-го усвоения иэ ферросплавов) составляет 0,06%, т.е. 85%. Сталь имеет следующие механические свойства после закалки и высокотемпературного отпуска: временное сопротивление 58,5 кгс/мм ; предел текучести

55 в струю вводят разовой присадкой углеродистый материал, имеющий размер частиц 0,04-1 мм.. Количество углеродистого материала 48 кг (0,15% по углероду). Остальные Ферросплавы вводят н таких же количествах и по такому же режиму как и н первом ковше.

Готовая сталь имеет следующее содержание основных .элементов, sec.Ф углерода 0,28; кремния 0<25; марганца

1,34; серы 0,022; фосфора 0,030;азота 0,007. Общее содержание водорода в жидком металле составляет 6,9 см на 100 r стали. Усвоение углерода из углеродистого материала с учетом

100%-ro усвоения углерода из ферро,сплавов составляет 0,09%, т.е, 60% t5 от введенного. Сталь имеет следующие механические свойства: временное сопротивление 68 кгс/мм, предел текучести 51 кгс/мм, относительное удлинение 15%, относительное сужение .20

24%, ударная вязкость при 20 С

6,8 кгсм/см, при -60 С 3,2 кгсм/см .

Брак отливок по горячим трещинам составляет 1,8%. 8 макроструктуре отливок обнаруживают темные пятна, свя- 25 эанные с неравномерным распределением углерода.

Пример 2, В 60-тонной мартеновской печи расплавляют металлическую шихту, проводят обезуглерожи- З® вание расплава от 0 64 до 0,15%, углерода, нагревают его и вводят в печь 850 кг силикомарганца. При

1630 С (перегрев 115 С) и содержании углерода 0,17% металл выпускают по раздвоенному желобу в два ковша. В первый ковш одновременно с началом выпуска до заполнения ковша на 1/2 на струю металла равномерно вводят гранулированный углеродистый материал, содержащий 94% углерода, состо- 40 ящий нз частиц размером 1,5-2у 2,01"

3; 3,01-4,5; 4,51-5 мм в соотношении

1:4:2,5 0,5 соответственно, в смеси с силикокальцием. Расход углеродис-. того материала составляет 25 кг 45 (0,07% по углероду), силикокальцня

75 кг. Кроме углеродистого материала в ковш вводят в примере 1, раскислители и ферросплавы, металл выдерживают в ковше 8 мии и заливают в формы.

52 кгс/мм ; относительное удлинение

20Ъ| относительное сужение ЗОВ,ударная нязкость прн 20 С 8,3 кгсм/см, прн -60 С 4,2 кгсм/см . Брак отливок по горячим трещинам составляет 0,04%.

Во втором ковше металл для сравнения обрабатывают крупнозернистым углеродистым материалом, содержащим гранулы размером 3-5 мм. Режим ввода карбюриэатора, количество раскислителей и режим нх ввода соответствуют аналогичным параметрам первого ковша. Одновременно с оаскислителями вводят 75 кг силикокальцня. Готовая сталь содержит, нес.Ъ: углерода

0,24; марганца 1,37; кремния 0,27у серы 0,024; фосфора 0,027; азота

0,007. Общее содержание водорода составляет 7,2 смЗ/100 г стали. По содержанию углерода сталь не соответствует марке стали 30 ГСЛ-Б. Усвоение углерода из углеродистого материала (с учетом 100%-rî усвоения углерода из ферросплавов) составляет 0,04%, т.е. 574. Сталь имеет следующие механические свойства: временное сопротивление 65 кгс/мм у предел текучести

50,5 кгс/мм t относительное удлинение 16%, относительное сужение 35%, ударная вязкость прн 20 С 7,1 кгсм/сФ при -60 C 3,4 кгсм/см . Брак отливок по горячим трещинам составляет

1,6%.

Как видно иэ приведенных примеров, при использовании карбюриэатора более мелких фракций (сравнительный ковш примера 1) или более крупных фракций (сравнительный ковш примера

2) в металле увеличивается содержание азота и водорода, снижается степень усвоения карбюриэатора, ухудшаются механические свойства, s особенности пластические, увеличивается брак отлинок по ГОРЯЧИМ трещииам, Таким. образом, предлагаемый способ позволяет получить из стандартного ниэкоуглеродистого полупродукта средиеуглеродистую низколегированную и нелегированную сталь, науглероживая его в ковше карбюризатором на Ь,070,15%, повысить степень усвоения карбюризатора в среднем на 10%, снизить в стали содержание газов, в особенности водорода, и уменьшить брак отливок по горячим трещинам в среднем на 1,3%. и улучшить механические свойства стали, в особенности ударную вязкость ее при низкой температуре.

Формула изобретения

1. Способ пронзнодства стали, включающий получение расплава в сталеплавильном агрегате, перегрев его выше температуры ликвидуса, выпуск в ковш, присадку раскислителвй и ле". гирующих, введение в струю металла

908843

Составитель П. Чепикова

Редактор Ю.Ковач Техред.,С.Мигунова Корректор О.Билак

Заказ 755/30 Тираж 587 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретениЯ и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 углеродистого материала, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью стандартизации технологии выплавки стали, повышения степени усвоения сталью углерода, снижения в неЯ содержания газов, улучшения механических свойств-и повышения выхода годноЯ стали, углеродистый материал в виде гранул размером 1,5-5 мм в по-. перечнике при соотношении гранул размером 1,5-2> 2,01-3> 3,01-4,5, 4,515 мм в пределах 1 (5 1)г(3 E 0,5): (1 t 0,5) соответственно вводят в ме. талл, перегретый на 110-160ОC над температурой ликвидуса.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю ц и и с я тем, что углеродистый материал вводят в металл равномерно от начала выпуска до слива в ковш

1/3»»1/2 металла.

3. Способ по пп.1 и 2, о т л н ч а ю щ и Я с я тем, что при выпуске в ковш металл дополнительно обрабатывают силикокальцнем.

4. Способ по пп 1-3, о т л и ч аю шийся тем, что углеродистый материал и силикокальций вводят в металл одновременно в виде смеси в соотношении 1s(1-3).

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Технологическая инструкция

Магнитогорского металлургического комбината 9 МТИ-1-75, пп. 100-112.

2. Авторское свидетельство СССР

9 598944, кл. С 21 С 7/06, 1978.

3. Цибульников А.И. и др. Черная металлургия, Бюллетень научно-технической информации, 1978, 9 6, с. 4647.