Способ производства подшипниковой стали Советский патент 1983 года по МПК C21C5/52 

1 Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способам производства высококачественной подшипниковой стали. Известен способ получения стали, включающий выплавку стали с проведением доводки ее по температуре и хи мическому составу под шлаком с основностью 2,5-3,5 и последующую обработку кислыми ишаками. Отличие, дан ного способа заключается в проведении доводки пнавки под шлаком, составляющим 0,7-01,2% от веса садки, а за 5-10 мин до выпуска плавки основность шлака снижают до 0,3-0,7 присадкой- кремнесодержащих материалов, при этом вводимую мощность повыщамт на 20-30% от оптимальной pi . Недостатками данного способа выплавки являются невозможность регулирования содержания серы в стали, так как окончательная обработки стали производится на вьшуске кислыми шлака1Ф1, которыми, как. известно, нел зя удалять серу из стали, невозможность удаления газов из жидкой стали посредством обработки ее шпаком на выпуске, а также необходимость прове дения восстановительного периода в печи для того, чтобы довести металл до заданного химического состава; Повтому увеличивается время нахождения жидкого металла в печи и, как сле ствие, снижается производительность электродуговой печи. Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату способ производства подшипниковой стали, включающий расплавление щихты, проведение окислительного периода, выпуск металла из печи, вакуумирование, продувку стали инертными газами, нагрев металла в ковще-печи выше температуры ликвидус, непрерывную разливку стали и прокат ее удалением центральной час ти заготовок 23. Недостаток известного способа вы плавки подшипниковой стали - невозможность получения стали высокого качества по неметаллическим включен ям и макроструктуре после разливки ее на машине непрерывного литья заготовок. во-первых, неметаллические включе ния, образующиеся в процессе охлаждеиия стали в непрерывно литойззго товке, не имеют такой возможности всплывать и ассимилироваться шлаком 3 как при разливке стали в изложницею- Поэтому, как правило, металл, разливаемый на машинах непрерывного литья заготовок, должен быть непременно чище по неметаллическим включениям, чем металл, разливаемый в изложницы. В практике выплавки стали известна окончательная обработка стали в конце основным или кислым шлаком.Однако уровень загрязненности неметалли- ческими включениями стали, обработанной на выпуске из печи тем или иным щлак:ом, еще достаточно велик и не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к сталям для непрерывного литья. Bo-втopыk, выполнение классического требования о необходимости разливать сталь с минимальным перегревом выше температуры ликвидус не решает окончательно проблему получения подшипниковой стали с удовлетворительной макроструктурой. Более того, это обстоятельство отрицательно влияет на организацию подготовки к разливке стали на машине непрерывного литья заготовок. Необходимо в этом случае охлаждать металл в ковше, при этом возникает вероятность переохлаждения металла в ковше, что создает аварийную ситуацию на участке разливки стали. Цель изобретения - повьш1ение производительности дуговой печи, увеличение выхода годного металла и улучшение его качества. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу производства подшипниковой стали, включающему расплавление шихты, проведение окислительного периода, выпуск металла из печи, вакуумирование, продувку стали инертными газами, нагрев металла в ковше печи вьш1е температуры ликвидус, непрерывную разливку стали и прокат ее с удалением центральной части заготовки, из печи выпускают высокоугле -, родистый полупродукт, а в процессе перелива через выпускное, отверстие из ковша в ковш-печь производят отделение металла от печного шлака низкой основности с соотношением CqQ SiOj+Ae O равным 0,7-2,0 и содержанием суммы окислов железа и марганца равным 1020% с одновременным наведением в ковше-печи 30-60% от общего количества шлака высокой основности с соотравным 2,5-5,{J .ношением SiOi+Ae o j и с содержанием суммы окислов железа и марганца равным 0,3-3,0%, затем на гревают металл до температуры на 100 выше температуры ликвидус подшипниковой стали и одновременно перемешивают расплав электромагнитным полем и подаваемым через пористый ог неупор в днище ковша аргоном при из ыточном давлении газа под крьш1кой ковша-печи 0,01-1,0 атм, причем в процессе подогрева присажива- ют оставшуюся часть шлакообразующих. Выпуск из печи высокоуглеродистог полупродукта без легирования и раски ления его в печи марганцем и кремнием преследует сокращение пребывания жидкого металла в печи, т.е. задалживание печного агрегата. Введение кремния и марганца в ков из дозатора вакуум-камеры благопруят нр отражается на организации процесса доводки плавки по химическому составу.- , Наведение 30-60% шпака высокой основности:в ковше-печи объясняется тем, что температура стали после ва:куумирования может колебаться в ширрких пределах. При минимальном запасе тепла расплава в йовше с температурой его около 1550°С допустима наводка 30 пшака высокой основности от общего количества его в ковше-печи. Наведение меньшего количества шлака не дает эффективного рафинирования стали шлаком. При максима;льном; запасе тепла расплава после вакуумирования, т.е. примерно при , увеличение количества шлака-в ковше-печи свыше 60% от его основного количества приводит к переохлаждению металла и дальнейшему затягиванию процесса подогрева его в ковше-печи. Подогрев одной и той же массы металла в ковше печи по сравнению с подогревом в дуговой печи гораздо более продолжительный. Уменьшение содержания неметаллических включений в готовой стали во многом зависит от использования шлака того Ш1И иного состава при перемешивании его с жидким металлом. Использование состава ушака с повышенным содержанием кремния, т.е. с низкой основностью а затем другого со.става шлака с высокой основностью поз 10 3 воляет наиболее полно удалить неметаллические включения из стали в результате химического взаимодействия кислой и основной составляющей окислов элементов. Выпуск углеродистого полупродукта из печи со шлаком основностью / СаО Со О is; равной 0,7-2,0 и содержанием окислов FeO +МпО, равным 10-20 вес.% не влечет за собой восстановления кальция из шлака и исключают вероятность образования неметаллических включений, характерных для металла, рафинированного шлаком восстановительного периода плавки. При основности ниже 0,7 вязкость шлака становится настолько высокой, 1тр он не выходит из выпускного отверстия печи и остается на .подине . Более того, в процессе выпуска металл не перемешивается со шлаком и не покрывает металл теплозащитным слоем, .; -/ .. СаО / .... .Повышение отношения ) .по л свы- 5 Oi+Ae 03 ше 2,0 приводит к возможности вое-, становления углеродом стали определенного количества кальция и образованию комплекса неметаллических включений, характерных для стали, рафинированной шлаком восстановительного периода плавки. Это обстоятельство . не создает предпосылок для благоприятного удаления из стали включений в процессе дальнейшей обработки в ковше-печи шлаком с .основностью более 2.0. Однако, когда вся масса углероднотого полупродукта в процессе выпуска его из печи в ковш интенсивно neper мешивается со шлаком с низкой основностью для рафинирования полупродукта во второй раз целесообразно, как показали опыты, перемешивать его со шлаком с более высокой основностью т.е. более 2,5 и содержанием FeO и MnO равным 0,3-3 вес.%. В этом случае активность окислов кальция уже не столь ограничена и неизбежные встречи оставшихся в металле после обработки его шлаком с низкой основностью окисных кислых неметаллических включений с высокоосновным шлаком при переливе металла в ковш-печь приводят к эффективному рафинированию стали от неметаллических включений и серы. Удаление неметаллических включений и серы более полно происходит и завершается во второй стадии внепечной обр 1ботки стали, когда и металл, и шлак доводят по хиьдаческому составу и раскисляют. Увеличение основности шпака свыше 5 ухудшает физические свойства жидкого шлака, а именно вязкость даже при использовании больших .количеств разжижителей, и поэтому неэкономично и нетехнологично. . Содержание в шпаке суммы окислов железа и марганца менее 10 вес.% ухудшает проведение процесса дефосфорации в дуговой печи и поато нецелесообразно. Увеличение сумзш окис лов железа и марганца в шлаке свыше 20 вес.% ведет к нежелат ельному угару железа. Уменьшение содержания cytiua окислов марганца и железа шюнее 0,3 вес для высркоосновного ;шлака с отноше- СаО равным 2,5-5 не желательно потому, что образуется карбидный шпак, особенно при дальне шем нагреве в ковше-печи, и контрол за содержанием углерода в жидком ме талле становится затруднительным, что в свою очередь, дезорганизует технологический прйцесс. Превышение содержания суммы окир лов 3,0 вес.% не приводит к эффективному рафинированию стали по неметаллическим включениям. Более т го , содержание в шлаке суммы окисло железа и марганца более 3,0 вес.% резко снижает активность окиси каль ция в шлаке, и удаление серы из металла становится невозмбжным Поэто му во второй стадии процесса внепеч ного рафинирования производят глубо кое раскисление металла и шлака, доводят шлак до состояния высокой активности и жидкоподвижности и уда ляют серу из металла. Нагрев жидкого металла свыше тем пературы ликвидус подшипниковой ста ли до 100-180°С без превьш1ения давления сверх атмосферного увеличивает растворимость газов в стали и может свести на нет результаты пре-: дыдущей вакуумной обработки стали.. Поэтому давление в ковше-печи под крьшосой поддерживают вьрое атмосферного на 0,01-1,0 атм; Давление менее 0,01 атн не позволяв получить сталь с минимумом содержания водорода. Превышение давления сверх 1,0 атм )Неэкономично1 из-за большого расхода аргона, к тому же это не снижает содержание водорода-. Давление в ковше-печи поддерживают продувкой инертными газами аргон, азот и др. через днище ковша, а также через фурму сверху или сбоку через фурму в станке ковша-печи. Перегрев металла для разливки стали на машине непрерывного литья заготовки сверх необходимого-уровня, существующего в практике разливки стали, объясняется необходимос-вью сосредоточить как можно больше ликвирукицих примесей в центральной части заготовки,-которая в процессе прокатки ее удаляется специальными калибрами. Предлагаемый диапазон температур жидкбго металла перед непрерывной разливкой обусловлен необходимостью разливки металла смаксимальным перегревом вьш1е температуры ликвидуса, так как значительный перегрев приводит к увеличению времени су ществования двухфазной зоны при кристаллизации металла, что, в конечном счетеJобусловливает ухудшение макроструктуры центральной части литой заготовки путем улучшения макроструктуры периферийных зон литой заготовки. Это о « ясняется большим градиентом температур края заготовки при охлаждении ее в кристаллизаторе в том случае, когда сталь была перегрета. Образуется зона мелких равноосных кристаллов, чистая по неметаллическим включениям и крупным карбидам. Перегрев ниже не позволяет получить сталь с широкой полосой равноосных кристаллов, и поэтому приходится удалять много металла при прокате из центральной зоны заготовки. Перегрев свыше 180°С невыгоден. Во-первых, ухудшается стойкость футеровки ковшей, появляется опасиость прорьюа, металла после кристаллизатора. Во-вторых, неэкономично, так как затягивает процесс нагрева металла в ковше-печи. Пример 1. Выплавка, внепечное рафинирование и разливка в кристаллизатор стали ШХ15 включают следующие операции: К Запивка шихты, состоящей, на(Рример, из 30% углеродистого стально-i го лома и 70% металлизованных железорудных окатышей, 2.Расплавление шихты с одновременным проведением окислительного пе риода и последующий контроль пробы .металла на полный химический анализ 3.Легирование металла присадкой феррохрома на нижний предел заданного химического состава стали и подкачйвание окислительного шлака. 4.Перевод остатка окислительног шлака в шлак низкой основности перед вьтуском плавки в ковш за 5-.10 мин присадкой, кг/т: кварцит 18, извести 7 и силикатная глыба 6,0 5.Перевод мощности транс рмато ра печи за 10 мин до выпуска на 2030% выше оптимальной для окислитель ного периода. 6.Выпуск расплава в ковш со сто пором. 7.Вакуумирование углеродистого полупродукта и доведение его до марочного состава стали присадками фе рохрома, ферромарганца, ферросилици алюминия, углерода. 8.Перелив из ковша в ковш-печь отсечением стопором шлака низкой ос иовности с отношением равным 0,7 и содержанием суммы окис лов железа и марганца,ра,вным 20 вес,% Наведение в ковше-печи 30% шлака с CdO отношением -rrr. д - равным 2,5 и содержанием суммы окислов железа и марганца равным .%. 9.Подогрев металла и шлака в ковше-печи до температуры выше темпера туры ликвидус подшипниковой ста ли на 100с при избыточном давлении 0,01 атм. При этом присаживают оставшуюся часть шлакообразующих f70% и расплав продувают аргоном вт чение 10 мин через фурму сверху. 10.Разливку жидкой стали на MGшине непрерывного литья заготовок проводят с защитой струи металла от окисления атмосферным воздухом. Приме р 2. Выплавка, внепечное рафинирование и разливка в крис таллизатор стали IiXlSCr включают следующие операции: 1. Завалка шихты, состоящей, например, из 50% углеродистого стального лома и 50% смеси чугуна и мета лизованных окатышей . 538 2.Расплавление шихты с одновременным проведением окислительного периода и последующий контроль пробы металла на полный химический анализ. 3.Легирование металла присадкой феррохрома на нижний предел заданного, химического состава стали и подкачивание окислительного шлака. А. Перевод остатка окиЬ ительного шлака в шлак низкой основности перед выпуском плавки в ковш за 5-10 мин присадкой 10 кг/т шамота и 7 кг/т извести. 5.Перевод мощйости трансформатора печи за 10 мин до выпуска на 2030% выше оптимальной для окислительного периода, 6.Выпуск расплава в ковш с шиберным затвором. 7.Вакуумирование стали, доведение плавки по химическому составу до заданного присадками феррохрома, ферро марга ща, ферросилиция, алюминия, углерода. 8.Перелив из ковша в ковш-печь с отсечением шиберным затвором шлака низкой основности с отношением CQO . . равным 2 и содержанием 5;07 + АвгОз суммы окислов железа и марганца равным 10 вес.%. Наведение в ковше-пел чи 50% шлака с отношением гт-г- , , равным 5 и содержанием суммы окислов марганца и железа, равным 0,3 вес.%. 9.Подогрев металла и шлака в ковше-печи до температуры вьш1е темпера-, туры ликвидус подшипниковой стали на 120°С при избыточном давлении 0,5 атм. При этом присаживают осгавшуюся часть шлакообразующих 50) и расплав продувают аргоном в течение 10 мин через пористую пробку в днище ковша. 10.Разливку жидкой стали на машине непрерывного литья заготовок проводят с защитой струи металла от окисления воздухом. Пример 3. Выплавка, виепечное рафинирование и разливка в кристаллизатор стали ШХ15 включают Cjieдующие операции: 1. Завалка шихты, состоящей из 80% углеродистого стального лома и 20% чугуна. 2.Расплавление шихты с одновременным проведением дефосфорации и окисления углерода и последующий контроль пробы металла на полный химический анализ. 3.Легирование металла присадкой феррохрома на нижний предел заданного химического состава стали и мак симальное подкачивание окислительного шлака.. 4.Перевод остатка окислительного шлака в шлак низкой основности перед выпуском плавки в ковш за 510 мин присадкой, кг/т: кварцит 20, известь 6,5, силикатная глыба 5,5, марганцевая руда 5,5. 5.Перевод мощности трансформатор печи за 10 мин до выпуска на 20-30% Bbmie оптимального для окислительного периода, 6.Выпуск расплава в ковш с шибер ным затвором. 7. Вакуумирование стали, доведение плавки по химическому составу до заданного присадками феррохрома, фер ромарганца ферросилиция, алюминия, углерода. 8. Перелив из ковша ь ковш-печь с отсечением шлака низкой основности CoiO с отношением SiOjtAg Q. равным 310 1,5 и содержанием суммы окислов же-т леза и марганца равным 15 вес.%. Наведение в печи-ковше 60% шлака с отношением п равным 3,5 и содерS 07 t20зжаяиемсуммы окислов железа и марганца равным 1 вес.%. 9.Подогрев металла и шлака в ковше-печи до температуры вьш1е температуры ликвидус подшипниковой стали на при избыточном давлении i 1 атм. этом присаживают ог.тавшуюся часть шлакообразующих (40%)и расплав перемешивают электромаг итным переметивателем и продувают азотом а течение 10 мин .через боковую фурму в стенке ковша-печи. 10.Разливку жидкой стали на млшине непрерывного литья заготовок проводят с защитой струи металла от окисления воздухом. Производстко подшипниковой стали предлагаемым способом обеспечивает повышение ее качества, увеличение производк1тельности дуговой печи и повьш1ение выхода годного .металла, что дает значительный экономический эффект.

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПОДШИПНИКОВОЙ СТАЛИ, включающий расплавление шихты, проведение окислительного периода, выпуск мет.лла из печи, ва. куумированиё, продувку стали инертными газами, нагрев металла в ковшепечи выше температуры ликвидус, иепрерьюную разливку стали и прокат : ее с удалением центральной части заготовки, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности дуговой печи, увеличения выхода годного металла и улучшения его качества, из печи выпускают высоj коуглеродистый полупродукт, а в прр цессе перелива через выпускное отвер с.тие из ковша в ковш-печь производят I отделение металла от печного шлака низкой основности с соотношением СаО, ,-л . ло л равным 0,7-2,0 и содер;, жанием суммы окислов железа и ганца равным 10-20% с одновременным I наведением в ковше-печи 30-60% от общего количества шлака высокой основ/;; . : Сао (ности с соотношением i ным 2,5-5,0 и с содержанием су№1ы окиСЛ слов железа и марганца равным 0,33,0%, затем нагревают металл до температуры на 100-180°С вьш1е температуры ликвидус подшипниковой стали и одновременно перемешивают расплав электромагнитным полем и подаваемым через пористый огнеупор в днище ковша аргоном при избыточном давлении газа под крьшхкой ковша-печи 0,01 - ел СЛ СЛ 0,1 атм, причем в процессе подогрева ,. присакивают оставш тося часть шлакообразующих. 00