Способ выплавки ниобийсодержащей нержавеющей стали

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТЕУ

Союз CoBoTcKNx

Социалистичесимн

Республик п>945184 (5))М. Кл. (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 12. 09.80 2! ) 2981494/22-02 с присоединением заявки J%— (23) Приоритет

С 21 С 5/52

9кударетванай квинтет

СССР ао делам нзобретеннй н аткрытнй

Опубликовано 23 ° 07.82 ° Бюллетень JA 27

Дата опубликования описания 25.07.82 с (53) УДК 669.187. .25(088.8) Д.И. Бородин, С.И. Быстров, Г.Д. Шурыгин, А.В. Губин, Б.С. Петров, E.È. Тюрин, В.И. Бушмелев, С.;С=;- Сивмов,—

В.П. Ниряев, В.А. Минченко, В.И. Мирошниченко и А.Д. Костюк

1 !

Московский ордена Трудового Красного Знамени-институт. стали и сплавов

k (72) Авторы изобретения (Tl) Заявитель (54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ НИОБИЙСОДЕРЖАЩЕЙ

НЕРНАВЕОЦ<ЕЙ СТАЛИ

Изобретение относится к черной металлургии, конгретно к способам получения низкоуглеродистых легированных сталей с использованием установок вакуумного окислительного рафинирования, и может быть использовано в сталеплавильных цехах металлургических заводов.

Известны способы получения ниобийсодержащих нержавеющих сталей, 1о включающие завалку, расплавление и нагрев в дуговой электропечи, легированной хромом и никелем шихты, продувку металла техническим кислоро" дом, легирование ванны ферронио ием !з после проведения ее предварительного раскисления и скачивания шлака (11.

Однако известные способы получения ниобийсодержащих нержавеющих 2о с сталеи характеризуются высоким расходом дефицитного феррониобия и от" носительно низкой производительностью плавильного агрегата, что oGyc"

2 лавливает высокую себестоимость получаемой стали.

Наиболее близким к предлагаемому объекту по технической сущности и достигаемому результату является способ выплавки нержавеющей стали, включающий завалку шихты, содержащей углерод и кремний, расплавление, нагрев металла в печи и его последующее окислительное рафинирование под вакуумом с продувкой кислородом сверху и аргоном снизу 1,2).

Недостатком известного способа является низкая экономическая эффек. тивность выплавки нержавающих сталей, легированных ниобием, в случае поименения в исходной шихте нио бийсодержащих отходов. Недостаток обусловлен невозможностью утилизации ниобия (ниобий обладает высоким сродством к кислороду из ниобийсодержащих отходов, вследствие применения для частичного окисления углерода в дуговой печи техническо84

3 З451 го кислорода, и не оптимальными температурой металла перед выпуском из печи, режимом обработки расплава аргоном и кислородом под вакуумом, а также соотношением углерода, ниобия и кремния в исходной шихте, что не позволяет реализовать высокие скорости процесса обезуглероживания при максимальном сохранении в расплаве ниобия и других легирующих. 16

Цель изобретения - снижение себестоимости получаемой стали.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу выплавки нержавеющей стали, включающему завал- g ку шихты, содержащей углерод и кремний, расплавление, нагрев металла в печи и его последующее окислительное рафинирование под вакуумом с продувкой кислородом сверху и аргоном ур снизу, в состав металлической шихты вводят легированные ниобием отходы, при соотношении содержаний углерода, ниобия и кремния в металличес, кой шихте (1-3),(17" 19), (7-11), рз а нагрев металла в печи осуществляют до 1750-1820 С.

Вакуумное окислительное рафинирование могут проводить при соотношении расходов кислорода и аргона, рав- Зв ном 13""40.

Способ осуществляют следующим об" разом.

Исходную металлическую шихту, состоящую на 70-1004 из легированных ниобием и 0-30> углеродистых отходов загружают в дуговую электропечь. Исходная шихта содержит, вес.3;

Углерод 0,07-0,20

Кремний 0,5-0,8

Марганец 1-2

Сера 0,014""О, 025 фосфор О, 025-0, 023

Хром 19-21

Никель 9"11

Ниобий 1,2-1,3

Соотношение содержаний углерода, ниобия и кремния в исходной шихте составляет (1-3).: (17-19): (7-«) °

При заданных соотношениях указанных компонентов реализуются относительно высокие температуры операции и следовательно, высокие скорости процесса обезуглероживания при максимальном сохранении в расплаве нио- М бия и других легирующих.

Получение меньших содержаний углерода в исходной шихте затруднено практически, вследствие относительно высоких содержаний углерода в легированных и углеродистых отходах.

При больших содержаниях углерода в исходной шихте процессы рафинирования удлиняются с соответствующим увеличением угара ниобия и других легирующих.

При снижении содержания кремния в расплаве менее 0,53 возникают трудности в тепловом балансе опера-, ции. При повышении содержания кремния более 0,83 повышается количество шлака, что способствует росту угара ниобия и других легирующих при окислительной продувке расплава под вакуумом.

Применение s шихте ниобия в пределах 1,2-1,34 способствует максимальному его сохранению в расплаве при окислительном рафинировании металла с указанным содержанием

Углерода и кремния.

Для снижения в процессе расплавления угара ниобия и других легирующих в завалку присаживают 45iный ферросилиций и известь в количествах соответственно 8-15 и 825 кг/т металлошихты.

После расплавления металл содержит, вес.Й:

Углерод 0,10-0,25

Кремний 0,50-0,80

Марганец 1-1,8

Сера 0,014-0,025 фосфор 0,020-0,025

Хром 19,0-21,0

Никель 9-11

Ниобий 0 5 1,2

При достижении температуры расплавов 1600-1650 С осуществляют усреднение температуры и состава металла путем продувки последнего в течение 3-10 мин аргоном, который вводят в ванну через стальную трубу с внутренним диаметром 3/4 дюйма с интервалами 2-5 мин. Общий расход аргона, идущего на перемешивание расплава, составляет 0,150,35 нм /т. После нагрева металла в печи до 1750-1820 С осуществляют его. выпуск в рафинировочный ковш, снабженный пористой пробкой, служащей для диспергирования подаваемого в расплав аргона. Нагрев металла в дуговой электропечи перед выпуском до 1750-1820 С позволяет на последующей стадии технологического

9451

1О

35 процесса осуществлять рафинирование расплава с повышенными скоростями и с минимальным угаром ниобия, а такие иметь необходимый запас тепла при корректировке состава ме- S талла в рафинировочном ковше. Нагрев расплава до температур более

1820 С приводит к быстрому разрушению футеровки дуговой печи и рафинировочного ковша, что делает ве" роятным аварийный уход металла.

При температурах металла менее

1750 С не обеспечиваются требуемые скорости протекания окислительных процессов, что приводит к снижению производительности установки вакуумного окислительного рафинирования. Кроме этого, при пониженных температурах возникает напряженность в тепловом балансе операции.

Ковш с металлом помещают в вакуумную камеру, где осуществляют процесс окислительного рафинирования. Температура металла перед началом вакуумирования составляет

1680-1720 С. Металл перед началом вакуумирования имеет следующий химический состав, вес.3:

Углерод 0,10-0,25

Кремний 0,30-0,50

Марганец 0,80-1,40

Сера 0,014-0,020

Фосфор 0,020-0,025

Хром 18,5-20,5

Никель 9-11

Ниобий 0,50-1,00

Общее время вакуумирования металла при остаточном давлении в камере 5-40 мм рт.ст. составляет 1723 мин. Металл под вакуумом продувают техническим кислородом через водоохлаждаемую фурму, сопло которой устанавливают на расстоянии 200400 мм от поверхности расплава, Ин" тенсивность подачи кислорода составляет 35-40 нм /т .при давлении 82

10 ати. Время окислительной продувки составляет 6-12 мин. Одновременно с продувкой кислородом металл переме50 шивают в рафинировочном ковше аргоном, подачу которого осуществляют снизу через пористую пробку. Кроме этого, в течение 2-3 мин до начала окислительной продувки и после нее металл перемешивают одним аргоном с целью повышения раскислительной способности углерода и следовательно, снижения угара легирующих.

84 6

Расход аргона составляет 0 8э

Э

3,2 нм /ч ° т. При данных расходах кислорода и аргона в сочетании с высокими средними температурами металла в период рафинирования (17001750 С) и заданном соотношении со" держания углерода, ниобия и кремния в металле, равном (1-3):(17-19): (7-11), реализуется относительно высокая скорость протекания реакциии обезуглероживания без значительного переокисления металла и следовательно, минимальном угаре легирующих.

Увеличение данного соотношения более 40 приводит к существенному переокислению металла с соответствующим ростом угара ниобия и других легирующих. Температура металла в конце вакуумирования составляет

1650-1680 С.

После вакуумирования металл имеет следующий химический состав, вес.Ф:

Углерод о,05-о,1о

Хром . 17,0-18,0

Никель 10-11

Марганец 0,3-0,06

Кремний 0,1-0,2

Сера 0,015-0,025

Фосфор 0,020-0,025

Ниобий 0,75-0,8

Далее металл раскисляют чушковым алюминием (1 1-1,3 кг/т), который вводят на штангах в рафинировочный ковш.

Одновременно с добавками алюминия в ковш присаживают часть необходимого количества металлического марганца (3-4 кг/т).

После предварительного раскисления металл легируют ниобием за счет присадок феррониобия в смеси с алюминиевым порошком. Расходы феррониобия и алюминиевого порошка составляет соответственно 25-40 и 1,82,2 кг/т. После корректирующей добавки (в случае необходимости) среднеуглеродистого феррохрома (1418 кг/т) температура металла в рафинировочном ковше снижается до 1620"

1650

В процессе присадок раскислителей и добавок металл в рафинировочном ковше перемешивают аргоном в течение

2-4 мин с общим расходом 0,15-0,20

0,20 нм/т.

Далее металл переливают в разливочный ковш, в который предварител но присаживают оставшееся количест945184

40

7 во марганца <12-20 кгlт) и 4Р-ный ферросилиций (6-10 кг/т). После перелива температура металла в разливочном ковше составляет 1540-1580 С. о

Разливку металла осуществляют S по действующей на заводе технологии.

Готовый металл имеет следующий химический состав, вес.ь:

Углерод 0,05-0, l0 .Хром 18,5-20,0 10

Никель 9,0-1190

Марганец l,5-2,0

Кремний 0 5-0,7

Сера 0, 02 0-0, 025

Фосфор 0,020-0,025

Ниобий 1,2-1,50

Пример. В дуговую электросталеплавильную печь загружают 100."; . легированных ниобием отходов. Исходная шихта имеет следующий химичес- 20 кий состав, вес.Ф:

Углерод 0,10

Кремний 0,6

Марганец 1,5

Сера 0,020 i5

Фосфор 0,020

Хром 20,0

Никель 10,0

Ниобий 1,3

В эавалку присаживают 10 кг/т

454-ного ферросилиция и 15 кг/т извести. После расплавления металл содержит, вес.ь :

Углерод 0,17

Кремний 0,65

Марганец 1,4

Сера 0,020

Фосфор 0,020

Хром 20,0

Никель 10,0

Ниобий 1,1 о

При нагреве металла до 1630 С производят четыре продувки ванны аргоном продолжительностью две минуты каждая с интервалами 2 мин. Рас45 ход аргона на продувку составляет

0,2 нм /т металла, Далее производят нагрев ванны до

1780 С и выпуск металла в рафинировочный ковш, который затем устанавливают в вакуумную камеру. Температура металла в ковше составляет о

1720 С, Время вакуумирования металла составляет 18 мин при остаточном давлении в камере 10 мм рт.ст. Металл

SS под вакуумом продувают кислородом в течение 12,0 мин> Интенсивность подачи кислорода составляет 36 ни /т ч. Одновременно с продувкой кислородом металл продувают аргоном через пористую пробку, установленную в днище рафинировочного ковша ° Расход аргона составляет 1,5 нм /т.ч. Кроме этого, в течение 2,5 мин до начала окислительной продувки и после нее металл в ковше перемешивают аргоном с указанной интенсивностью.

Температура металла в конце вакуумирования составляет 1640 С. Металл в конце вакуумирования содержит, вес.3:

Углерод 0,07

Хром 17,5

Никель 10,5

Марганец 0,4

Кремний 0,15

Сера 0,020 фосфор 0,020

Ниобий 0,42

Расходы алюминия и металлического марганца для раскисления металла составляют соответственно 1,2 и

3,5 кг/т.

После присадок в рафинировочный ковш феррониобия в количестве 30 кг/т в смеси с алюминиевым порошком (1,9 кг/т ) температура металла составляет l620 С.

В процессе присадок раскислителей и добавок металл в рафинировочном ковше перемешивают аргоном с расходом

О,lá нм /т.

Далее металл переливают в раэливочный ковш, в который предварительно присаживают металлический марганец и 45Ф-ный ферросилиций соответственно в количествах 15 и

7 кг/т, После перелива температура металла в разливочном ковше составляет 1550 С. Готовый металл имеет следующий химический состав, вес.4Углерод 0,07

Хром 18,5

Никель 10,5

Марганец 1,7

Кремний 0,65

Сера 0,020

Фосфор 0,020

Ниобий 1,35

Цри выплавке ниобийсодержащей стали предлагаемым способом экономия ниобия составляет 0,42 абс.Ф. При содержании ниобия в феррониобии

603 экономия феррониобия составляет

0,7 абс.4. При средней цене феррониобия 17 руб./кг зкономический эф9451 фект на каждой тонне выплавляемой стали составит 119 руб.

Таким образом, предлагаемый способ выплавки ниобийсодержащей стали позволяет существенно снизить себестоимость выплавляемой стали за счет утилизации ниобия из ниобийсодержа" щих отходов и снижения угара ниобия при проведении окислительной продувки под вакуумом в оптимальном режиме.

Формула изобретения !

1. Способ выплавки ниобийсодержа" щей нержавеющей стали, включающий завалку шихты, содержащей углерод и кремний, расплавление, нагрев металла в печи и его последующее . 20 окислительное рафинирование под вакуумом с продувкой кислородом сверху и аргоном снизу, о т л и ч а юшийся тем, рто,с целью сниже84 10 ния себестоимости получаемой стали, в состав металлической шихты вводят легированные ниобием отходы, при соотношении содержаний углерода, ниобия и кремния в металлической шихте (1-3):(17-19):(7-11), а нагрев .металла в печи осуществляют до 17501820 С.

2. Способ по и.1, о т л и ч а юшийся тем, что вакуумное окислительное рафинирование проводят при соотношении расходов кислорода и аргона 13-40.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лякишев Н.П. и др. Ниобий в черной металлургии. М., "Металлургия", 1971 с 176-180.

2.Cremisio R.S. Hornbaker R,Ì.

Vacuum duplaxirg - a frech laud at

existirg meltirg Itechniques. J,×àc.

Sci and Technol;.,1972, 9, М 6, р.13061314.

Составитель Л. Магаюмова

Редактор Н. Рогулич Техред T. Маточка Корректор Г. Огар

Заказ 52 1/3 Тираж 5 7 . 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,