СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩЕЙ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ Российский патент 1995 года по МПК C21C5/04 C21C7/06 

Изобретение относится к черной металлургии и предназначено для использования при выплавке стали для железнодорожных рельсов.

Известен способ выплавки рельсовой стали [2] согласно которому сталь раскисляют в ковше природнолегированным чугуном, в котором предварительно растворяют 20-60% силикокальция и 10-90% ферромарганца, а остальное количество силикокальция и ферромарганца вводят в ковш под струю металла.

Этот способ предлагает использование ванадиевого чугуна промежуточного продукта получения феррованадия для микролегирования стали. Применение способа исключает ряд ступеней переработки ванадиевого чугуна в феррованадий и потери ванадия на этих ступенях переработки.

Однако известный способ имеет недостатки, которые не позволяют внедрить его при производстве стали:
организационные трудности по дозировке и заливке ванадиевого чугуна в ковш;
все вредные примеси, содержащиеся в ванадиевом чугуне в повышенном количестве (сера, фосфор), переходит в сталь;
при большом количестве доливаемого чугуна трудно попадать в требуемый химический состав стали, особенно по углероду;
необходим значительный перегрев стали, так как чугун имеет температуру примерно на 300^оС ниже, чем сталь;
ванадиевый чугун вносит значительное количество титана, который как активный нитридообразующий компонент связывает значительное количество азота, ослабляя упрочняющие действия ванадия. Кроме того, крупные карбонитриды титана вытягиваются в строчки при прокатке, ухудшая его эксплуатационную стойкость особенно при знакопеременных нагрузках.

Наиболее близким к изобретению является способ производства рельсовой стали [2] согласно которому в сталеплавильном агрегате выплавляют полупродукт, раскисляют его марганецсодержащими сплавами, затем науглероживают и микролегируют ванадием жидкого природнолегированного ванадиевого чугуна в количестве не менее 40 т, в который предварительно добавляют алюминий в количестве 50-150 кг, вводимый на дно ковша, предназначенного для доставки природнолегированного ванадиевого чугуна к сталеплавильному агрегату, причем указанный чугун заливают в полупродукт при достижении содержания углерода в нем 0,25-0,40% После выпуска металла в разливочный ковш осуществляют его окончательное раскисление.

К недостаткам прототипа можно отнести следующее:
природнолегированный ванадиевый чугун имеет следующий химический состав, мас. С 4,3-4,7; Mn 0,2-0,4; Si 0,2-0,3; Ti 0,2-0,3; V 0,4-0,5; Р 0,05-0,08; S 0,020-0,028, остальное железо.

Для получения в рельсовой стали требуемого содержания ванадия (0,03-0,07% ) доливают около 10% от массы плавки ванадиевого чугуна. Учитывая значительное количество вносимого чугуном углерода (0,43-0,47%), плавку ведут до содержания его в стали 0,25-0,40% (в готовой рельсовой стали содержание углерода должно быть 0,71-0,82%). Однако при таком содержании углерода резко повышается окисленность металла, требуется глубокое раскисление его с образованием значительного количества продуктов раскисления, загрязняющих металл;
доливаемый в полупродукт природнолегированный ванадиевый чугун вносит в расплав дополнительное количество фосфора (0,005-0,008%), который частично удаляется при взаимодействии с малоуглеродистым расплавом и шлаком, а частично остается в металле. По данным Нижнетагильского металлургического комбината, использующего этот способ, содержание фосфора повышается в среднем на 0,002%
с природнолегированным ванадиевым чугуном вносится 0,02-0,03% титана, который несколько угорает. Однако в расплаве остается еще около 0,01% титана, который, являясь активным нитридообразующим компонентом, связывает азот и ослабляет упрочняющее действие ванадия. При этом металл загрязняется нитридами титана и ухудшается ударная вязкость проката. Перевод рельсов во 2-й класс на НТМК по этому показателю составляет 13%
плавка при доливке природнолегированного чугуна ведется со значительным недогрузом, что затрудняет проведение полировки, так как трудно удалять из печи шлак;
малоуглеродистый полупродукт необходимо перегревать на 10-20^оС, что приводит к повышению окисленности, газонасыщенности металла;
при большом количестве доливаемого чугуна сложно попадать в требуемый химический состав стали, особенно по углероду, поэтому переназначение плавок из-за несоответствия химическому составу стали превышает 6%
Задача изобретения усовершенствование способа ванадийсодержащей рельсовой стали, позволяющего уменьшить окисленность металла и повысить качество проката.

Для решения поставленной задачи предложен способ производства ванадийсодержащей рельсовой стали, включающий выплавку полупродукта, предварительное раскисление его марганецсодержащими сплавами, науглероживание и микролегирование ванадием жидкого природнолегированного ванадиевого чугуна, в который предварительно вводят добавку в виде алюминия, и окончательное раскисление металла в разливочном ковше.

Отличие предложенного способа заключается в том, что природнолегированный ванадиевый чугун заливают в полупродукт при достижении содержания в нем углерода 0,48-0,65% причем в природнолегированный ванадиевый чугун предварительно вводят дополнительную добавку в виде ванадиевого шлака, присаживаемого по ходу слива чугуна, в количестве 1-13,3% от массы природнолегированного ванадиевого чугуна при соотношении алюминия и ванадиевого шлака 1: (2-6) соответственно и перед заливкой в сталеплавильный агрегат природнолегированный ванадиевый чугун с введенными добавками выдерживают в течение 4-15 мин.

Добавляя в чугун ванадий с ванадиевым шлаком, уменьшают количество доливаемого ванадиевого чугуна примерно в два раза, соответственно вносят с ним в два раза меньше вредных примесей и 0,15-0,3% углерод, т.е. плавку полупродукта надо останавливать при содержании углерода 0,48-0,65% при низкой окисленности металла. Сравнительно небольшое количество доливаемого чугуна позволяет точнее попадать в заданный химический состав стали.

При этом не требуется большой перегрев расплава, упрощается дозировка доливаемого чугуна. Использование промежуточных продуктов производства ванадийсодержащий сплавов ванадиевого чугуна и ванадиевого шлака для прямого микролегирования стали ванадием позволяет иметь высокую степень использования ванадия, так как устраняются потери ванадия при переработке этих материалов в ванадийсодержащие сплавы.

Естественно, что для восстановления ванадия из ванадиевого шлака необходимо вводить восстановитель алюминий, причем в определенном соотношении с ванадиевым шлаком. Так как процесс восстановления протекает во времени, требуется определенная выдержка чугуна перед заливкой в сталеплавильный агрегат.

Выбор граничных значений параметров обусловлен тем, что при вводе ванадиевого шлака менее 1% от массы ванадиевого чугуна с ним поступает недостаточное количество ванадия, т.е. необходимо будет доливать много ванадиевого чугуна для получения требуемого содержания ванадия в стали. Следовательно, в полупродукте надо будет иметь пониженное содержание углерода, что связано с повышенной окисленностью металла, в конечном счете с повышенной загрязненностью его включениями и ухудшением качества проката. При вводе ванадиевого шлака в количестве, превышающем 13,3% от массы ванадиевого чугуна, происходит сильное охлаждение ванадиевого чугуна, не полностью восстанавливается из шлака ванадий, что в конечном счете приводит к ухудшению всплывания неметаллических включений из расплава и к ухудшению качества проката.

При соотношении количества вводимого в ванадиевый чугун алюминия и ванадиевого шлака меньшем 1:2 из ванадиевого шлака мало поступает ванадия в ванадиевый чугун. Следовательно, для получения требуемого в стали содержания ванадия необходимо будет добавлять большое количество чугуна, с которым поступит в полупродукт большое количество углерода. Поэтому полупродукт должен иметь низкое содержание углерода и высокую температуру (так как ванадиевый чугун имеет температуру примерно на 300^оС ниже, чем требуется для стали). При таких условиях, полупродукт будет иметь повышенную окисленность, а получаемая сталь повышенную загрязненность включениями. Если указанное соотношение будет больше 1:6 не все окислы (FeO, MnO), содержащиеся в ванадиевом шлаке, восстановятся, перейдут в ванадиевый чугун, а затем и в сталь, повысив ее окисленность и загрязненность.

Выдержка ванадиевого чугуна после присадки ванадиевого шлака должна быть не менее 4 мин, так как в противном случае не завершаются процессы восстановления окислов ванадия, железа, марганца, которые попадут в расплав, повысив его окисленность. Делать выдержку более 15 мин нецелесообразно, так как ванадиевый чугун будет остывать.

Ванадиевый чугун с повышенным содержанием ванадия нецелесообразно заливать в полупродукт с содержанием углерода ниже 0,48% так как он будет иметь повышенную окисленность. При содержании углерода в полупродукте большем 0,65% необходимо доливать небольшое количество чугуна. Следовательно, в него надо добавлять большое количество ванадиевого шлака, т.е. он будет сильно охлаждаться, процессы восстановления окислов ванадия, железа, марганца из шлака затрудняются, поэтому часть окислов переходит в ванадиевый чугун и в сталь, повышая его окисленность.

По заявленному способу в процессе производства стали в сталеплавильном агрегате выплавляют полупродукт. После предварительного раскисления полупродукта марганецсодержащими сплавами при достижении содержания углерода в расплаве 0,48-0,65% в полупродукт заливают природнолегированный ванадиевый чугун с предварительно введенными в него добавками в виде алюминия и ванадиевого шлака. Алюминий вводят на дно ковша, предназначенного для доставки чугуна к сталеплавильному агрегату, а ванадиевый шлак присаживают в процессе слива чугуна в ковш в количестве 1-13,3% от массы природнолегированного ванадиевого чугуна. Соотношение алюминия и ванадиевого шлака составляет 1: (2-6) соответственно. Перед заливкой в сталеплавильный агрегат чугун с введенными в него добавками выдерживают в течение 4-15 мин.

После выдержки расплава с ванадиевым чугуном в сталеплавильном агрегате для усреднения химического состава его выпускают в разливочный ковш, в котором осуществляют окончательное раскисление металла.

Характеристика применяемых материалов.

Химический состав ванадиевого чугуна приведен выше. Алюминий применяется вторичный в кусках массой по 4 кг химический состав ванадиевого шлака следующий, мас. V₂O₅ 18-24; SiO₂ 15-20; TiO₂ 7-13; MnO 7-10; Fe_общ 25-40, металловключения менее 15. Примеры конкретного осуществления способа при производстве рельсовой стали марки М76В в 430-тонной мартеновской печи приведены в табл.1.

Некоторые показатели качества стали и рельсов при использовании различных вариантов заявляемого способа и способа-прототипа приведены в табл.2.

Лучшие результаты обеспечивают варианты 2-44, загрязненность стали фосфором снижается с 0,22 до 0,017-0,818% снижается содержание кислорода в стали с 0,007 до 0,004-0,005% неметаллических включений с 0,0085 до 0,0069-0,0079% уменьшается в рельсах длина строчек нитридов с 1,8 до 0,1-0,2 мм, силикатов с 7,5 до 0,9-1,0 мм, снижается переназначение рельсов во 2-й класс с 13,0 до 4,6-5,4%

Использование: в черной металлургии при выплавке стали для железнодорожных рельсов. Сущность изобретения: способ производства ванадийсодержащей рельсовой стали, согласно которому в сталеплавильном агрегате выплавляют полупродукт, предварительно раскисляют его марганецсодержащими сплавами, затем науглероживают и микролегируют ванадием жидкого природнолегированного ванадиевого чугуна, в который предварительно вводят добавку в виде алюминия, и окончательно раскисляют в разливочном ковше. Природнолегированный ванадиевый чугун заливают в полупродукт при достижении содержания в нем углерода 0,48-0,65% В природнолегированный ванадиевый чугун предварительно вводят дополнительную добавку в виде ванадиевого шлака, присаживаемого в процессе слива чугуна в емкость, предназначенную для доставки чугуна к сталеразливочному агрегату, в количестве 1,0-13,3% от массы природнолегированного ванадиевого чугуна при соотношении алюминия и ванадиевого шлака 1:(2-6) соответственно. Перед заливкой в сталеплавильный агрегат природнолегированный ванадиевый чугун с введенными добавками выдерживают в течение 4-15 мин. Изобретение позволяет уменьшить окисленность металла и повысить качество проката. 2 табл.

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩЕЙ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ, включающий выплавку полупродукта в сталеплавильном агрегате, предварительное раскисление его марганецсодержащими сплавами, науглероживание и микролегирование ванадием при заливке жидкого природнолегированного ванадиевого чугуна, в который в ковше предварительно вводят добавку в виде алюминия, и окончательное раскисление в разливочном ковше, отличающийся тем, что природнолегированный ванадиевый чугун заливают в полупродукт при достижении содержания в нем углерода 0,48 0,65% причем в природнолегированный ванадиевый чугун предварительно дополнительно вводят добавку в виде ванадиевого шлака, присаживаемого в процессе слива чугуна в ковш, в количестве 1,0 13,3% от массы природнолегированного ванадиевого чугуна при соотношении алюминия и ванадиевого шлака 1 2 6 соответственно, а перед заливкой в сталеплавильный агрегат природнолегированный ванадиевый чугун с введенными добавками выдерживают в течение 4 15 мин.