СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ СТАЛИ Российский патент 1997 года по МПК C21C7/10 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к процессам внепечной обработки стали.

Известен способ внепечного рафинирования стали и сплавов при циркуляционном вакуумировании (а.с. N 621745, кл. C 21 C7/10, оп.30.08.78). В расплав, движущийся в подъемном рукаве вакуумной камеры, вводят редкоземельные металлы (РЗМ) путем нанесения их на внутреннюю поверхность футеровки подъемного рукава, причем количество РЗМ уменьшают к концу вакуумирования в 1,2-2,5 раза по сравнению с начальным расходом.

Недостатком указанного способа является необходимость нанесения на внутреннюю поверхность всасывающего рукава многослойной обмазки с изменяющимся содержанием силицидов РЗМ. Эта трудоемкая длительная операция, требующая приготовления масс различного состава. Кроме того, нанесение нескольких слоев с определенным и изменяющимся составом толщиной не более 25 мм технологически очень сложно. Это приводит к снижению производительности вакуумной установки и увеличению себестоимости обработки.

Следующим недостатком указанного способа является то, что удаление серы из стали идет неэффективно, так как:
1) шлак, находящийся в ковше, при циркуляции металла окисляет большую часть вводимых РЗМ, что затрудняет образование сульфидов РЗМ;
2) флотационное воздействие пузырьков инертного газа происходит дискретно, так как очень мала удельная поверхность газ-металл в зоне подъемного рукава, что затрудняет удаление тех немногих сульфидов РЗМ, которые могут образоваться.

Известен способ десульфурации жидких материалов (патент США N 4224058, кл. C 21 C 7/00, оп. 23. 09.80 прототип), который предусматривает реакцию вещества из группы, содержащей оксиды РЗМ, фторокарбонаты РЗМ, фтороокиси РЗМ, с подлежащей удалению из жидкого материала серой при достаточно низком кислородном потенциале.

Недостатками прототипа являются:
1. Высокий окислительный потенциал металла, так как сродство к кислороду у редкоземельных металлов при давлении 0,1 атм значительно превышает сродство к углероду, поэтому реакция раскисления углеродом маловероятна, что ведет к недостаточному удалению серы и неэффективному использованию РЗМ.

2. Продувка инертным газом со шлаком приводит к загрязнению металла частицами шлака, снижению температуры металла, что замедляет процесс всплывания сульфидов РЗМ, так как повышается его вязкость.

3. Применение инертного газа требует специального оборудования для его получения, что делает способ менее экономичным.

4. Флотационное воздействие пузырьков инертного газа, в частности нитрогена, происходит дискретно, что затрудняет удаление сульфидов РЗМ.

5. В результате длительного пребывания стали в ванне, а также в процессе перемешивания происходит ее загрязнение неметаллическими включениями из футеровки.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является рафинирование стали.

Технический результат поставленной задачи достигается тем, что в способе рафинирования стали, включающем введение в расплав редкоземельных металлов при минимальном кислородном потенциале, сталь подвергают струйному вакуумированию в кавитационном режиме, а редкоземельные металлы вводят на дно приемкой емкости или промежуточной воронки в количестве 0,15 0,70%
Отличиями предполагаемого изобретения от прототипа являются:
1. Обработка металла струйным вакуумированием в кавитационном режиме обеспечивает пузырьково-пленочную структуру струи металла, что ведет к максимально эффективному раскислению, что приводит к максимальному использованию РЗМ для взаимодействия с серой, а также способствует эффективному выносу сульфидов РЗМ и неметаллических включений на поверхность стали по механизму флотации и удалению намытых из промежуточной воронки неметаллических включений при разливе стали в изложницы.

2. РЗМ помещают на дно приемной емкости, так как к моменту взаимодействия РЗМ со сталью из нее будет максимально удаляться кислород в результате струйного вакуумирования в кавитационном режиме, что способствует эффективному образованию сульфидов РЗМ.

3. В сталь вводят РЗМ в количестве 0,15-0,70% Введение РЗМ в количестве менее 0,15% в сталь не обеспечивает эффективного ее обессеривания из-за неизбежных издержек на образование окислов РЗМ. Присадка РЗМ в количестве более 0,7% приведет к повышенной загрязненности стали, так называемой "цериевой неоднородности". Введение РЗМ в количестве 0.15-0,70% позволяет снизить содержание серы в стали до 0,00 3-0,007%
4. Применение редкоземельных металлов при минимальном кислородном потенциале дает эффективное образование сульфидов РЗМ.

Таким образом, при данной совокупности отличительных признаков можно сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Кроме того, кавитационный режим проводят со следующими параметрами: перелив стали ведут со скоростью 2-20 т/мин, температуру стали при входе в вакуумную камеру поддерживают на 100-250^oC выше точки ликвидус для данной марки стали, что обеспечивает удаление водорода до содержания менее 2 см³/100 г независимо от исходного содержания, азота на 40-60% кислорода до 70% за счет наличия пузырьково-пленочной структуры металла.

Предложенный способ также обеспечивает модифицирование оставшейся части сульфидных включений, связывание фосфора и вредных цветных примесей.

Способ осуществляется следующим образом.

Пример N 1. В дуговой электропечи емкостью 15 тонн выплавили сталь 34ХН1М. Температура металла в ковше после выпуска составила 1630^oC, что на 155^oC выше точки ликвидус. На дно ковша, установленного в вакуумной камере, перед обработкой загрузили 30 кг GeCe марки МЦ-40, что составило 0,15% РЗМ.

Струйное вакуумирование производили со скоростью перелива 3 т стали в минуту. Количественные показатели по десульфурации стали приведены в табл.1.

Пример N 2. В дуговой электропечи объемом 25 тонн выплавили сталь 34ХН1М. Температура металла в ковше после выпуска составила 1630^oC, что на 155^oC выше точки ликвидус. На дно ковша, установленного в вакуумной камере, перед обработкой загрузили 90 кг FeCe марки МЦ-40, что составило 0,32% РЗМ. Струйное вакуумирование производили со скоростью 3 т стали в минуту. Количественные показатели по десульфурации стали приведены в табл. 1.

Пример N 3. В дуговой электропечи объемом 15 тонн выплавили сталь 34ХН1М. Температура металла в ковше после выпуска составила 1640^oC, что на 145^oC выше точки ликвидус. На дно ковша, установленного в вакуумной камере, перед обработкой загрузили 105 кг FeCe марки МЦ-40, что составило 0,7% РЗМ. Струйное вакуумирование производили со скоростью 3 т стали в минуту. Количественные показатели по десульфурации стали приведены в табл. 1.

Способ в 3-5 раз экономически эффективнее по сравнению с существующим способом по достижению таких же результатов по сере на установке ASEA-SKF.

Использование: металлургия, а именно процессы внепечной обработки стали. Сущность: сталь подвергают струйному вакуумированию в кавитационном режиме, что обеспечивает минимальный кислородный потенциал, а редкоземельные металлы вводят на дно приемной емкости или промежуточной воронки в количестве 0,15 - 0,70%. 1 табл.

Способ рафинирования стали, включающий введение в расплав редкоземельных металлов при минимальном кислородном потенциале, отличающийся тем, что сталь подвергают струйному вакуумированию в кавитационном режиме, а редкоземельные металлы вводят на дно приемной емкости или промежуточной воронки в количестве 0,15 0,70%