Способ получения особонизкоуглеродистого расплава Советский патент 1983 года по МПК C21C7/00 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к выплавке . и внепечной обработке особонизкоуг-леродистой стали..) Обезугл ер6я«ивание стальных расплавов до весьма низких содержаний углерода (менее 0,02%) сопряжено со значительными технологическими трудностями, обусловденными,существенным замедлением, а при . концентрациях углерода менее 0,03% - даже прекращением реакции обезуглерода вания. В Термодинамике известно вырал ени для KOHCTaHfbi равновесия реакции обезуглероживания где и Pt)- парциальные давления СО и Oj соответственно; С - концентрация углерода в стали в процентах с Есуш P.go si и концентрация углерода 0,1%, то реакция обезуглероживания протекает при РО . . При LC 0,05% требуется давлени кислорода в зоне реакции, равное 400 К, т.е. в четыре раза большее; при fc3 0,02% РА «2500 К, т.е. в is раз Оольтее; а при 0,01% Р02 10000 К , т.е. в 100 раз большее. Создание столь высоких парциальны давлений кислорода в зоне реакции пр современном уробне техники практически невозможно.Поэтому при продувке металла кислородом снижают парциальное давление окиси углерода в зоне реакции, применяя глубокое вакуумиро :вйние стали. Однако этот метод связак со значительными капитальными за ратами на создание специализирован вакуумных отделений, оборудован ньпс устройствами для подогрева метал ла, на обслуживание .и эксплуатацию этих отделений. Кроме того, при производстве легированных с-ралей (напр мер, высокохромистых, марганцобистых) при вакуумировании происходят значительные потери легирующих элементов. Поскольку процесс ведут при повышенных температурах (1700 С и выше), создаются исключительно, сложные условия службы огнеупоров. Обычные огнеупоры не гарантируют безаварийной работы. Для осуществления процес 27I са требуются огнеупоры со специальш 1ми свойствами. Известен процесс получения сверхнизкоуглеродистой стали (нержавеющей), проводимый в две стадии. На первой стадии получают низкоуглеродистый расплав нержавеющей стали С содержанзлем углерода до 0,1% посредством продувки металла кислородом в вакуумной печи. На второй стйдии полученный расплав подвергают дополнительному обезуглероживанию в вакуумной печи для получения содержания углерода 0,005% и выше посредством глубокой продувки смесью кислорода и аргона. При этом соотношение выделяемых и вдуваемых газов строго регламентировано С1 . Недостатки указанного способа заключаются в том, что процесс осуществ- . ляется в вакуумном агрегате и что- он сопровож цается значительными потерями легирующих элементов. Процесс протекает с большим тепловыделением из-, за окисления железа и легирующих элементо)з, в результате чего создаются тяжелые условия службы огнеупоров. Наиболее близким по технической сущности и дocтигaeмo ry эффекту к изобретению является способ получеш1я рсобонизкоуглеродистого расплава, включаюпр1й продувку расплава кислородом и последующее введение в расплав окислов элементов струей нейтрального газа 23Недостаток способа состоит в тон, ЧТО введение окислов, с .р азм ерами, час тиц 0,5-30 мкм не .оказывает влияние на реакцию обезуглерои ивания. Более того, введе1Ме окислов, имеющих низкую термодинамическую устойчивость при температурах сталеплавильного . про-цесса, сопровождается их быстрой диссоциацией на элемент и кислород и сильным снижением температуры ме талличесрсого расплава вследствие эндотермического характера реакции. При этом ухудшаются термодинамические условия реакции обезуглероживания,, и процесс замедляется. Кроме того, введение большинства окислов изменяет химический состав стали, что в ряде случаев нежелательно. Содержание кислорода в металле после такой обработки находится на уровне равновесного с углеродом./ Цель изобретения - снижение тру доемко тк процесса, сокращение расхода кислорода, снижение расхода раскислителей, легирующих и огнеупоров сокращение технологического цикла и увеличение выхода жидкого металла. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения особонизкоуглеродистого расплава, включанмцему продувку расплава ,кислородсм и последующее введение в расплав окислов элементов ,стру1ей н трального газа, окислы элементов вводят в расплав в виде частиц размером (100-1000) . Кроме того, окислы элементов ввс( дят в расплав при следуницем соотношении размерных а1йций:, Фракция С 100-500Ух10всм 25 мае Фракция (501-60б)х10 см 60- . 75 мае. Фракция) (eOI-IOOO xlO cM 10 - 15 мас. Способ осуществляется следутсщий:; образом. В сталеппавильнсш агрегате получают металлический расплав и продувают его кислородом. Щ одувку осуще ствляют до содержащие углерода 0,05 0,1%. Продувка киосородом до более низких содержаний углерода нецелесообразна, поскольку для Clfflжения содержания углерода менее 0,05% требуется значительный перегрев расплава и сильное пересьице ние его кислородом, что приводит к удлинению плавки, повышению износа огнеупоров и увеличению расхода раскисли тел ей и легирующих. Верхний предел содержания углерода (0,.1%) обусловлен тем, что при прекращении кислородной, продувки при концентрации углерода О,Г% содержание кислорода в металле обычно составляет 0,04-0,06%, что достаточно для последующего глубокого обезуглерожиэания расплава. Прекращение продувки кислородом при более вьюоких концентрациях углерода не обеспечивает дальнейшее обезуглероживание асплава. После прекращения продзгвки расплава кислородом в него вводят посредством вдувания нейтральным газом liocHTeneRi например аргоном, диспер сные термодинамически устойчивые при температурах расплава (J65.01750с) окислы элементов например, из группы алюминий, РЗМ, цирконий. Размер вводимых а металл окислов до жен составлять (lOU-100p)xlO cMj Рекомендуемое количество окислов 0,1-1,5 кг/т. Введение тepмoдипa ичecки устойчивыэс окислов не вызывает значительное .снияение температуры расплава, поскольку тепло на эндотермическую реакци)) их разложения не расходуется. Легщ Ь ваш{е стали вводимыми окислами не:$ В аФ1теиьно. Кроме того, во время обезуглероживания частицы этих OKHoriOB захватываются пузырьками обрдэ укш ейся окиси углерода и всплываютя|{а поверхность расплава. Введение в металл дисперсных окис-. лов может быть осуществлено как в сталеплавильном агрегате, так и вне его, например в сталеразливочном ковше. Дисперсные окислы, вводимые в расплавлениый металл, насыщенный кислоpoдo l, имеют чрезвычайно высокую nor верхность раздела (например, при размере частиц см 1 . си юминия содержит 0,39 х 10 частиц, имеющих поверхность около 30 , (Иа которой адсорбируются поверхностио-активные злемеиты, в частности кислород. В результате на граиице раздела частицы окисла - жидкого металла облегчается реакция обезуглероживания . Размер частиц окислов соизмерим с р мером зародыша разового пузыря Рфодукта реакции -окиси углерода, в результате чего облегчается реакгдая обезуглероживания.. .е исключено, что окислы пере-, численных элементов оказ лваюг каталитическое влияние на реакш ию окис- ления углерода. Окислы термодинамически устойчивых элемеитов практически не диссоциируют в расплаве и снижают его температу ру незиачительно (затраты тепла только иа иагрев окислов). }&IИимaльныii размер частицы ЮОх обусловлен техническими воз- можиостями их получения. При увеличении размера частиц баг лее 1000x1 воздействие окисглов на реакцию окисления углерода умеиьшается , обезуглероживание замедляется, а в- большинстве случаев прекращается.. Наилучшие результаты достигаются при использовании дисперсных окис-, лов следующего фракционного состава Фракция (100500) 15-25 вес.; Фракция (501600) 60-75 вес.% Фракция (6011000)хТСГсм 10-15 вес.; Таким образом, под влиянием введенных в. металлический расплав дисперсных термодинамически устойчивых окислов активизируется растворенный кислород и развивается реакция обез углероживания .При этом уменьшается концен-трация растворенного кислорода ниже равновесной с углеродом, происходит раскисление расплава. Расход дисперсных окислов, достаточный длд получения металла с содерясанием углерода менее 0,015%, составляет 0,1-1,5 кг на 1 т стали. Меньшие расходы окислов обычно вы бирают при сильно переокисленном металле при Остановке кислородной про дувки на содержании 0,05% углерода. Более высокие расходы дисперсных окислов (около 1,5 кг/т) выбирают пр содержании углерода в конце продувки около 0, для получения стапи с содержанием углерода менее 0,01% и особенно менее 0,005%. После введения окислов -и завершения реакции обезуглероясивания в расп лав присаживают раскислители и легир ющие и подвергают .дальнейшему обмчно му переделу. . Способ применим при производстве стали с содержанием углерода 0,0020,02%, ь частности прк производстве одариваемых иержавеювщ.х сталей,элект ротехнической стали с 1ШЗКИМИ ват- тными потерями, других сталей и спла вов с особыми физическими свойствами Основные преимущества способа состоят в том, что значительно снижаются трудоемкость производства особо низкоуглеродистого. металла, сокращается технологический цикл его получе ния, а для проведения процесса не тр буется большой перегрев расплава, в результате чего улучшгцотся условия службы огнеупоров и сокращается их расход. Кроме того, в результате осуществ ления способа достигается сокращение расхода кислорода на продувку, снижение в металле содержания кислорода и уменьшение расхода раскислителей и легирующих, в том числе таких как никель, вольфрам, и т.п., а за счет снижения углерода железа снижается расход металлошихты на выплавку и увеличивается выход жидкого металла. . В результате сниже1шя содержания углерода становится возможным производство металла с гарантированным в узких пределах низким содержанием углерода, в результате чего может быть упрощена технологии его дальнейшего передела (например, сокращение или полная ликвидация обезуглероживающего отжига электротехнической стали, сокращение гомогенизирующей .обработки нержавеющей стали и т.п.) и упрощена технология монтажа металлоконструкций за счет повышения сва- риваемости металла. Пример 1. В Индукционной 50Килограммо вой печи расплавляют углеродистую металлическую шихту. Расплав продувают кислородом до содержания углерода 0,1%. Затем подачу кислорода прекращают, и в металл при температуре вводят 15 г (0,3 кг/т) порошка дисперсной окиси алюьшния с размером частиц (1001000)х10 см, имеющей фракционный соетавФракция (100500)хШ ®см15% Фракц1ня (501600)х10 см75% Фракц:ня (601Ш00)х10 Дисперсную окись алюми1шя вводят в расплав сверху через алундовую трубку в струе аргона. Через 1 мин после завершения реакции при температуре 1600°С в металле содержится 0,014% углерода. Содержание кислорода составляет 0,039%, что значительно ниже равновесного с данным углеродом, равного 0,12% при температ5фв . П р и м е р 2. В индукционной 50илограм 4овой печи расплавляют угле- родистую металлическую шихту. Распав продувают кислородом до содержания углерода 0,05%. Затем подачу кислорода прекращают, и в металл при температуре 1650 С вводят 45 г (0,9 кг/т) порошка дисперсной окиси с размером частиц (100

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОСОБОНИЗКОУГЛЕРОдаСТОГО РАСПЛАВА чёрных металлов, вкл10чакн1у1Й продувку расплава кислородом и последующее введе- ;ние в расплав окислов элементов струей нейтрального газа, отличающийся тем, что с целью снижения трудоемкости процесса, сокращения расхода кислорода, снижения расхода раскислытепей, легирующих и огнеупоров, с окр ащения технологического цикла и увеличения выхода жидкого металла, окислы элементов вводят в расплав в виде частиц размером