Способ рафинирования стали в индукционной печи Российский патент 2024 года по МПК C21C7/00 F27B14/06 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при обработке стали непосредственно в плавильных агрегатах.

Известен способ обработки стали в ковше, включающий подачу инертного газа в импульсном режиме через продувочные узлы продувочного устройства, расположенные в днище ковша, и продувку жидкого металла [RU 2507273, С21С 7/072, опубл. 27.10.2013].

Недостаток данного способа заключается в том, что для осуществления процесса обработки стали, необходимо перелить сталь в ковш из плавильного агрегата. При перемещении стали из плавильного агрегата, происходят процессы окисления, а также увеличивается количество неметаллических включений в стали. Вторым недостатком данного способа является то, что применение 4 сопел при продувке не может обеспечить барботаж ванны по всему сечению.

В качестве прототипа принят способ выплавки азотосодержащей стали в индукционной печи, включающий расплавление шихты, наведение жидкоподвижного шлака и продувку металла инертным газом. Способ заключается в продувке металла смесью азота с кислородом в соотношении 4:1 с интенсивностью 0,5-10 м³/т*мин в течение 15-20 минут, с поддержкой температуры металла на уровне 1680-1700°С [SU 540924, С21С 7/00, опубл. 30.12.1976].

Недостатком данного способа является невозможность дегазации металла в процессе продувки, а также появление в стали неметаллических включений (оксидов). Данный недостаток связан с использованием смеси азота и кислорода в качестве продувки. Данное сочетание газов приводит к повышенной загрязненности по неметаллическим включениям.

Технической задачей изобретения является рафинирование стали непосредственно в объеме индукционной печи с целью снижения неметаллических включений и увеличения уровня дегазации получаемой стали.

Техническая задача решается за счет того, что способ рафинирования стали в индукционной печи, включает расплавление шихты, наведение жидкоподвижного шлака и продувку металла инертным газом, согласно изобретения, при температуре жидкого металла 1620°С и наведении жидкоподвижного шлака из извести и вермикулита в соотношении 2:1, проводят непрерывную продувку металла аргоном в течении 15-20 минут при давлении аргона 1,0-1,5 атм, затем подают раскислитель и осуществляют импульсную продувку металла аргоном в течение 5-7 минут, причем количество импульсов в минуту равно 3-4, при давлении аргона 1,0-1,5 атм, после завершения продувки металла, производят снятие шлака и выпуск металла в изложницу, совмещённый с подачей аргона на струю жидкого металла.

Сущность способа рафинирования стали в индукционной печи состоит в том, что он включает: расплавление шихты в индукционной печи, нагрев металла до температуры 1620°С, наведение жидкоподвижного шлака из извести и вермикулита в соотношений 2:1 и непрерывную продувку жидкой стали аргоном в течение 15-20 минут с давлением 1,0-1,5 атм для осуществления процесса дегазации. По окончании непрерывной продувки проводят раскисление стали, путем подачи раскислителя, и начинают импульсную продувку аргоном для осуществления удаления продуктов раскисления в течение 5-7 минут (количество импульсов 3-4 в минуту, и давлении аргона 1,0-1,5 атм), после завершения импульсной продувки металла происходит снятие шлака и выпуск металла в изложницу. Процесс выпуска металла в изложницу совмещён с одновременной подачей аргона на струю жидкого металла, во избежание контакта жидкого металла с кислородом.

Технический результат изобретения заключается в получении чистой по неметаллическим включениям и низкой загрязнённостью газами стали, за счет комплексной продувки, включающей в себя непрерывную продувку жидкой стали аргоном с последующей импульсной продувкой.

Отличительными признаками заявленного способа является то, что продувка осуществляется непосредственно в объеме индукционной печи, продувка происходит комплексно, сначала продувка происходит непрерывно, затем импульсно.

Способ рафинирования стали в индукционной печи иллюстрируется схемой, изображенной на чертеже.

Предварительно перед проведением плавки, в индукционную печь 5 при набивке огнеупорной массы устанавливают пористую подину 2. На сталь 3, полученную после расплавления шихты в индукционной печи 5, подают шлак 1 состоящий из извести и вермикулита в соотношений 2:1, данное соотношение обеспечивает максимальную жидкоподвижность шлака. По достижении температуры 1620°С начинают продувку аргоном 4 в течение 15-20 минут под давлением 1,0-1,5 атм. Для осуществления протекания процессов дегазации, по окончании непрерывной продувки проводят раскисление стали 3, путем подачи раскислителя в ванну жидкого металла и начинают импульсную продувку аргоном 4 через пористую подину 2 для осуществления удаления продуктов раскисления в течение 5-7 минут (количество импульсов 3-4 в минуту, давление 1,0-1,5 атм). При завершении продувки осуществляют выпуск стали через сливной желоб 6 в защитной атмосфере, за счет подачи аргона на струю металла.

Продувку начинают при достижении металлом температуры 1620°С, так как ее снижение приведет к сильному охлаждению металла в процессе продувки, а повышение приведет к угару легирующих элементов.

Уменьшение времени, как непрерывной продувки аргоном, так и последующей импульсной продувки, не позволит полностью пройти процессам дегазации и рафинирования металла, а увеличение этого времени приведет к повышенному расходу аргона без увеличения глубины рафинирования и дегазации. Снижение давления при подаче аргона для процедур продувки также не дает возможности процессам рафинирования и дегазации пройти в полном объеме, а увеличение давления приведет к расплескиванию стали из рабочей области печи. Уменьшение количества импульсов во время импульсной продувки не позволит создать условий перемешивания всего объема жидкой стали, а их увеличение приведет к повышенному расходу аргона без увеличения производительности процесса продувки.

Пример конкретного выполнения способа

В качестве получаемой жаропрочной стали была выбрана марка стали 36ХНТЮ. Для проведения эксперимента использовалась печь индукционного плавления объемом 90 кг. Предварительно, при проведении процедуры по набивке печи 5 огнеупорной массой, в донную часть печи устанавливалась пористая подина 2. Осуществлялся входной контроль химического состава шихтовых материалов (табл. 1). Химический состав шихты соответствовал по ГОСТ 14119-85.

Таблица 1. Массовая доля элементов, %

С Mn Si P S Ni Cr Ti Al Fe н. б. 0,8 0,3 н. б. н. б. 35,00 11,5 2,7 0,9 основа 0,05 1,2 0,7 0,02 0,02 37,00 13,0 3,2 1,2

Шихта перед плавлением предварительно прогревалась до 400°С в нагревательной печи. Плавление шихты проводилось с постоянным снятием и наведением шлакового пояса 1, состоящего из извести и вермикулита в соотношений 2:1. По достижении жидкой стали 3, полученной в результате плавления шихты, температуры 1620°С начиналась продувка аргоном 4 через пористую подину 2, к которой был подведен газовый патрубок 4, соединённый с газовым баллоном через редуктор. Непрерывная продувка аргоном проводилась в течение 15 минут с давлением 1,4 атм, затем подают раскислитель и проводится импульсная продувка в течение 5 минут, количество импульсов в минуту равнялось 3, а давление составляло 1,4 атм.

Изложница для выпуска металла во время протекания последних этапов его плавления прогревалась до температуры 100°С. Нагрев изложницы позволяет снизить градиент температур и не допустить выплеска металла из изложницы в направлении обратном направлению заливки металла. По достижении данной температуры внутренняя поверхность изложницы покрывалась антипригарной краской, что позволяет избежать приварки металла к стенкам изложницы. После проведения процедур продувки металла и нагрева изложницы жидкий металл полностью очищался от шлака и выпускался из печи в изложницу методом сифонной разливки. При разливке поверхность жидкого металла в печи и струя жидкого металла защищалась аргоном.

Параллельно с выпуском металла, бралась проба металла для исследования химического состава. Затем после застывания слиток извлекался из изложницы. Из полученного слитка были изготовлены заготовки для проведения механических испытаний, определения неметаллических включений и оценки уровня дегазации, получаемой стали. Результаты механических испытаний представлены в табл. 2. Исходя из представленных результатов, следует вывод о том, что металл, полученный с продувкой непосредственно в индукционной печи, соответствует характеристикам стали марки 36НХТЮ стали по ГОСТ 10994-74.

Таблица 2. Испытания на растяжение и ударный изгиб образцов из сплава 36НХТЮ

Механические свойства Термическая обработка: Предел прочности,
Н/мм²
(кгс мм²) Предел текучести,
Н/мм²
(кгс мм²) Относительное удлинение после разрыва, % Относительное сужение после разрыва, % Ударная вязкость, Дж/см² (кДж/м²)
(кгс*м/см²) закалка 950°С, выдержка - 20 минут, охлаждение- вода 1057
(108) 759
(77) 58,7 30,4 158
(1580)
(16) старение 660°С, выдержка 3 часа, охлаждение- воздух 880
(90) 490
(50) 35 14 59
(590)
(6)

По результатам исследований по ГОСТ 1778-70 выявлено, что слиток, полученный по предлагаемой технологии, обладает низкой загрязненностью по неметаллическим включениям, а также более низким уровнем содержания газов, по сравнению со способом дегазации стали в ковше.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при обработке стали в индукционной печи. Способ включает расплавление шихты, наведение жидкоподвижного шлака и продувку металла инертным газом. При температуре жидкого металла 1620°С и наведении жидкоподвижного шлака из извести и вермикулита в соотношении 2:1 проводят непрерывную продувку металла аргоном в течение 15-20 минут при давлении аргона 1,0-1,5 атм, затем подают раскислитель и осуществляют импульсную продувку металла аргоном в течение 5-7 минут, причем количество импульсов в минуту равно 3-4 при давлении аргона 1,0-1,5 атм, после завершения продувки металла производят снятие шлака и выпуск металла в изложницу, совмещённый с подачей аргона на струю жидкого металла. Изобретение позволяет рафинировать сталь в объеме индукционной печи для снижения неметаллических включений и увеличения уровня дегазации получаемой стали. 1 ил., 2 табл.

Способ рафинирования стали в индукционной печи, включающий расплавление шихты, наведение жидкоподвижного шлака и продувку металла инертным газом, отличающийся тем, что при температуре жидкого металла 1620°С и наведении жидкоподвижного шлака из извести и вермикулита в соотношении 2:1 проводят непрерывную продувку металла аргоном в течение 15-20 минут при давлении аргона 1,0-1,5 атм, подают раскислитель и осуществляют импульсную продувку металла аргоном в течение 5-7 минут, причем количество импульсов в минуту равно 3-4 при давлении аргона 1,0-1,5 атм, после завершения продувки металла производят снятие шлака и выпуск металла в изложницу, совмещённый с подачей аргона на струю жидкого металла.