Способ рафинирования нержавеющей стали Советский патент 1983 года по МПК C21C7/10 

V54) СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно, к способам получения Хромистых нержавеющих сталей с использованием установок вакуумного окислительного рафинирования, и может быть использовано в электросталеплавильных цехах металлургических заводов.

В настоящее время известны способы полуения хромистых нержавеющих сталей с расплавлением исходной металлической шихты в дуговой электропечи и последующим ее обезуглероживанием на установке вакуумного окислительного рафинирования

К недостаткам данных способов получения сталей,.легированных хромом, следует отнести относительно высокий угар легирующих компонентов металлслиихты, что обусловливает повышенную себестоимость, получаегллх сталей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ рафинирования хромистых сталей,-включающий завалку и расплавление легированных отходов, продувку металл а в окислительный период кислородом, выпуск в ковш с последующей обработкой аргоном и окислителем под вакуумом 23.

в качестве окислителя применяют кислород, продувку аргоном и кислородом ведут с постоянной интенсивностью.

Недостатками этого способа рафинирования хромистых сталей являются относительно низкаяпроизводительность установки вакуумного окислительного рафинирования, а также высо10кий угар хрома и других компонентов расплава, что обусловливает повышенную себестоимость выплавляемой стали.

Первый недостаток известного способа рафинирования нержавеющих ста15лей обусловлен удлинением процесса вакуумного обезуглероживания легированного расплава при начале обработки последнего аргоном спустя 4-7 мин после включения вакуумных насосов.

20 Это замедляет скорость обезуглероживания в начальный период обработки и удлиняет процесс в целом.

Второй недостаток известного способа рафинирования нержавеющих ста25лей обусловлен, во-первых, имеющей место при верхней продувке расплава газообразным кислородом значительной переокисленностью .металла в высокотемпературной реакционной зоне; во30вторых, применяемым режимом пррдувки металла аргоном, при котором по ходу вакуумного рафинирования в системе не обеспечиваются требуемые для эффективного протекания процесса обезуглероживания при максимальном сохранении в расплаве хрома и других легирующих значения парциального давления окиси углерода,

i Целью изобретения является снижение себестоимости выплавляемой стали

Цель достигается тем, что по способу рафинирования нержавеющих стале включающему завалку и расплавление легированных отходов, продувку металла в окислительный период кислородом, выпуск в. ковш с последующей обработкой аргоном и окислением под вакуумом, интенсивность обработки расплава аргоном в течение времени вакуумирования и остаточное давление в системе изменяют непрерывно так, что соотношение начальных и конечных расходов аргона и остаточного давления составляет соответственно 0,30,5 и 15-80, а в качестве окислителя используют конечный шлак окислительного периода. Соотношение весов шпака окислительного периода и рафинируемого металла, соста-вляет 0,01-0,04

Осуществляют способ рафинирования нержавеющей стали следующим образом.

Исходную металлическую шихту, состоящую на 70-100% из отходов хромистых марок сталей, на 0-30% из отходов углеродистых марок сталей и раличных сортов феррохрома (высокоуглеродистого 15-30 кг/тонну, среднеуглеродистого 0-15 кг/т низкоуглеродистого 0-15,0 кг/т) загружают в дуговую электропечь.

Исходная шихта, содержит, вес.%: углерод 0,35-1,00; кремний 0,10-0,30 марганец 0,20-0,80j никель 0,15-0,50j хром 26-28i сера 0,015-0,35} фосфор 0,020-0,035.

После расплавления металлической шиХты при температуре металла 16001650 С производят скачивание шЛака (для уменьшения последующего угара хрома).

Далее в расплав присаживают известь (10-20 кг/т) и чушковый алюминий (10-15 кг/т). Возможна также замена алюминия 45%-ным ферросилицием Ц4-20 кг/т) или алюминиевыми отходами из расчёта введения в металл 10-15 кг/т алюминия.

При достижении температуры металла 1630-1б70с осуществляют в течение 4-12 мин продувку металлической ванны техническим кислородом с расходом 0,9-1,1 мин.

Температура металла после продувки сосгааляет 1720-18 .

После продувки металл имеет следующий химический состав, вес.%: углерод 0,25-0,35;марганец 0,15-0,40,

хром 25,0-27;, никель 0,20-0,50;; кремний 0,05-0,10/ сера 0,010-0,025 фосфс 0,020-0,035.

Далее металл с частью шлака (1,04,0% от массы металла/ выпускают в рафинировочный ковш, снабженный пористой пробкой для обработки металла инертным газом. Температура металла в ковше составляет 1700-1800с. .

После установки ковша с металлом в вакуумную камеру производят набор iвакуума в системе от среднего начального остаточного давления 400ммрт.с (устанавливается в системе спустя 20-40 с, после включения вауумных насосов) до конечного значения 527 мм рт.ст.

По ходу вакуумирования металл продувают аргоном. Интенсивность подачи аргона изменяют линейно от 0,5-0,75 HMVT4 в начале вакуумирования до 1,25-1,75 в его конце.

Время перемешивания металла аргоном под вакуумом составляет 1015 мин.

При непрерывном снижении в вакуумной камере остаточного давления, а также перемешивании расплава аргоном, с увеличением расхода последнего по ходу вакуумирования в системе складываются термодинамические и кинетические условия, способствующие, повышению относительной скорости окисления углерода, что приводит к снижению угара хрома и других компонентов металла.

Протекание реакции обезугл.ероживания обеспечивается как за счет кислорода, растворенного в металле, так и за счет кислорода, содержащегося в шлаке.

При оставлении-.; в ковше шлака в количестве менее 1% от массы металла не обеспечивается полное протекание реакции обезуглероживания.

Во время продувки из рафинировочного ковша наблюдаются выбросы шлака, если количество последнего превышает 4% от массы металла. Кроме того при большом-количестве шлака увеличивается окисленность металла после вакуумной обработки и угар корректирующих добавок и раскислителей.

Окислительный шлак имеет следующий химический, состав, вес.%:

СаО SIO. MgD Сг-.0у 10-12 20-25 15-18 12-15 30-35 6-12

остальное до 100

Продувка металла аргоном одновременно с набором вакуума позволяет существенно увеличить скорость окисления углерода и повысить производительность вакуумной камеры на 2030%, При проведении окислительного рафинирования кислородом, содержащимся в и в шлаке, в системе отсутствует переокисленн ая реакционная зона, что дополнительно позволяет снизить угар хрома и других компонентов,расплава. Использование перемешивания расплава аргоном с сротнопением начальных и конечных расходов последнего менее 0,3, а также разряжения в вакуумной камере с соотношением началь ного и конечного остаточного давления более 80 экономически нецелесооб разно, так как связано с перерасходом аргона, электроэнергии, воды и ререгретого пара. . При использовании аргоновой продувки с соотношением начальной л кон.ечной интенсивности последней более 0,5 и создания величины вакуума в системе с соотношением начального и конечного остаточного давления ме .нееД5 существенно ухудшаются термо дина1 ческие и кинематические услови протекания реакции обезуглероживания что приводит к росту угара хрома и других гелирующих компонентов распла ва. Температура металла в конце ваку умирования составляет 1650-1700°С. После вакуумирования металл имее следуЮ1Ций химический состав, вес.%: углерод 0,08-0,12 кремний 0,04-0,0 марганец 0,08-0,25; никель 0,25-0,5 хром.24,5-26,5icepa О,010-0,025j фос фор 0,020-0,035. После проведения вакуумного окис лительного рафинирования металл рас кисляют чушковым алюминием {1,6-1,5 кг/т), который вводят в ковш на штангах.. . . Присадкой на поверхность рафинировочного ковша порошкообразного алюминия или алюминиевой стружки tl,5-2,0 кг/т7 добиваются эффективной раскисленности шлаковой фазы. Далее в рафиниррвочный ковш присажива ют 70%-ный ферротитан .(3,5-12 кг/т; металлический марганец 5-7 кг/т), 45%-ный ферросилиций (6-10 кг/т) и случае необходимости, корректирующи добавки феррохрома и никеля. I После присадок в рафинировочный ковш раскислителей и легирующих про изводят вакуума { 6-20 глм рт.с -И перемешивание металла в течение 3-5 мин аргоном с расходом 0.050,07 нмУт. Температура металла .после усредн ния металла сос -авляет 1620-1650°С. Далее металл из рафинировочного ковша переливают в стопорный ковш . в случае оборудовани-я ковшей шибе.Е ными затворами опергщия перелива- от сутствует). Температура металла в ковше составляет 1570-1610С. Готовый металл имеет следующий химический состав, вее.%: углерод 0,08-О,: 2, кремний 0,5-0,7) марганец 0,5-0,7; никель 0,20-0,50; хром 24-27) сера О ,010-0,025J. фосфор 0,020-0,035; титан ,8. Разливку металла осуществля ют по действующей на заводе технсшогии. Полученный с использованием установки вакуумного окислителькэго рафинирования металл характеризуется повышенным качеством. Так, содержание азота в готовой стали составляет 0,02-0,03% вместо 0,04-0,06%, характерных для металла, полученного по обычной технологии. того, зфомистые включения имеют благоприятную форму. П р и м:е р . Исходную металлическую шихту, состоящую на 100% из отходов хромистых марок сталей и высокоуглеродистого феррохрома ( 30 кг/т) загружают в дуговую электропечь. Исходная шихта содержит, вес.%: углерод 0, кремний 0,-20; марга нец 0,4-0/ никель 0,30/ хрс, 27/ сера 0,025j фосфор 0,025. После расплавления металлической шихты при температуре металла производят скачивание шлака. Далее в расплав присаживают известь (15 кг/т) и чушковый алюминий (12 кг/т) или отходы алюминия из рас Чёта введения 1,0-1,5% алюминия о.т массы метсшла. При достижении температуры металла 1660°С осуществляют в течение 4 мин продувку металлической ванныо техническим кислородом с расходом 1,0 нмVT-MHH. Температура мета-дла после продувки составляет 1750С. I После продувки металл имеет следующий химический состав, вес.%: углерод 0,25 i марганец 0,35; хром 26, :никель 0,35j кремний 0,10/сера 0,020, фосфор 0,025. Далее металл с частью шлака {2% от массы металла) выпускают в рафинировочный ковш. Температура металла в ковше составляет 1730С. После установки ковша с металлом в вакуумную камеру производят набор , вакуума в системе от среднего остаточного давления 400 мм рт.ст. до конечного значения 10 мм рт. ст. По ходу вакуулшровання металл продувают аргоном. Интенсивйость подачи аргона изменяют линейно от 0,6 в начале вакуумирования до 1,5 HMVT4 в его конце.

Время перемешивания металла аргоном под вакуумом составляет 10 ми

Температура металла в конце вакуумирования составляет 1б70С.

После вакуумлрования металл имеет следующий хиг-ический состав. вес,%: углерод о,09; кремний 0,05/ марганец 0,15/ никель 0,40; хром 26,0; сера 0,020; фосфорО,025.

Далее металл раскисляют чушковым алюминием t1,О кг/т, а шлак порошкообразным aлю /иниeм (.1,5 кг/тЛ

В рафинировочный ков присаживают 70%-ный ферротитан 7 кг/т;, металлический марганец С5 кг/т), 45%-ный ферросилиций (7 кг/т.

После присадок в рафинировочный ковш раскислителей и легирующих производят набор вакуума (10 мм рт.. ст/ и перемешивание металла в течение 4 мин аргоном с расходом 0,06

Температура металла после усреднения составляет .

Полученный металл имеет-Следующи химический состав, вес.%: углерод 0,085; кремний 0,40, марганец 0,60) никель 0,35; хром 26,5 j сера 0,020 фосфор 0,025 титан 0,50.

Разливку металла осуществляют по действующей на.заводе технологии.

При использовании предлагаемого способа рафинирования нержавеющей стали экономия хрома составляет 1,5 абс%« или 2,1 абс.% феррохрома.

При средней цене феррохрома 300 руб/т и годовой производительности 50 тыс. тонн экономический эффект составит

2,1x3,0x50000 305 тыс. руб.

Таким образом, предлагаемый способ рафинирования нержавеющей стали

позволяет существенно снизить ее себ ёстоимость за счет уменьшения угара хрома при применении в процессе вакуумного обезуглероживания эффективного режима обработки металла аргоном и окислительного шлака.

Формула изобретения

,

в системе изменяют непрерывно, причем соотнесение начальных и конечных расходов аргона и остаточного давления составляет соответственно 0,3-0,5 и 15-80, а в качестве окислителя используют конечный шлак окн лительного периода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Морозов А.Н. и др. Внепечное вакуумирование стали. М., Металлургия, 1975, с. 254-259. .