Способ обработки стального расплава Советский патент 1984 года по МПК C21C7/00 

Изобретение :относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки низколегированной стали с обработкой расцлава редкоземельными элементами и синтетическим шлаком. При производстве низколегированной трубной стали, работающей в агрессивных средах сероводородного газа, практика рафинирующей обработ стального расплава в процессе выпус его из сталеплавильного агрегата оказывает существенное влияние на антикоррозионные свойства стали. Известен способ рафинирования расплавленной стали, согласно которому металл в Ковше обрабатьизагат смесью древесины и огнеупора-замедлителя разложения древесины lj . Однако этот .способ не способству ет уменьшению ликвации фосфора и не повышает стойкость стали к сероводородному охЕ1упчиванию. Наиболее близким к изобретению п технической сущности и достигаемым результатам является способ обработ ки стального расплава в процессе ег выпуска из сталеплавильного агрегат включающий введение в расплав алюми ния, кремнрш, обработку расплава жидким известково-глиноземистым син тетическим шлаком и последующее вве дение в расплав редкоземельных .элементов 2J . Недостатком известного способа является получение стали, недостато но устойчивой к сероводородному охрупчиваншо, имеющей значителу ную ликвацию фосфора в слитке, .обладающ недостаточной технологичностью при горячей пластихшской деформации, в результате чего снижается выход годного проката. Целью изобретения является повышение устойчивости стали к водородному охрупчиванию, уменьшение ликва ции фосфора в слитке и повышение равномерности его распределения по сечению слитка, уменьшение расхода для выплавки стали низкофосфористых материалов, раскислителей и модификаторов, улучшение технологических свойств стали в процессе горячей пластической деформации -и увеличен выхода годного проката. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обработк стального расплава в процессе его выпуска из сталеплавильного агрега включающему введение в расплав алюминия, кремния, обработку жидким известково-глиноземистым десульфирующим шлаком и последующее введение редкоземельнь х элементов, стально расплав непосредственно перед вв дением редкоземельных элементов обрабатывают углеводородами и целлюозой, а редкоземельные элементы вводят в центральную часть обрабатываемого целлюлозой и углеводородами участка стального расплава. Редкоземельные элементы, целлюлозу и углеводороды вводят в весовом соотношении (75-85):(2,5-4,7):1. Введение в расплав углеводородов и целлюлозы приводит к взаимодействию их с металлическим и шлаковым расплавом и вследствие их низкой температуры плавления и кипения - к барботажу металла и шлака в месте их ввода. При этом происходит дополнительное значительное перемешивание металла и синтетического шлака, получение их мелкодисперсной эмуль-. сии, в результате чего происходит местная глубокая рафинирующая обработка стального расплава. Выделение в месте обработки газов от разложения целлюлозы и углеводородов создает над поверхностью расплава защитную атмосферу, что предохраняет от окисления вводимые в центральн то часть обрабатываемого целлюлозой и углеводородами участка стального расплава редкоземельные элементы. В результате редкоземельные элементы, вводимые Б расплав, используются главным образом на модифицирование металла, способствуя резкому повышению устойчивости стали к водородному охрупчиванию и улучшая служебные свойства изделий из металла при эксплуатации в газонефтяных сероводородсодержащих средах. Введение редкоземельных элементов не в центральную часть обрабатываемого целлюлозой и углеводородами расплава приводит к значительному снизкению антикоррозионных свойств стали. Пр11менение углеводородов и их положительное влияние на достижение поставленной цели основаны на их взаимодействии с основными компонентами синтетического шлака (глиноземом и окисьн) кальция) и восстановлении в локальных объемах алюминия

и кальция с последующим подавлением ликвации фосфора поверхностно-активным элементом - кальцием.

При разложении целлюлозы из нее выделяются кислородсодержащие вещества, обладающие окислительными свойствами.

Положительное влияние целлюлозы основано, по-видимому на использовании кислорода целлюлозы частично для окисления фосфора. Однако основндя роль целлюлозы и ее кислородсодержащих фракций состоит в.том, что они блокируют границы зерна, уменьшая диффузию фосфора в металле :и тем самым способствуя более равномерному его распределению в объеме слитка.

Вводимые в металл редкоземельные элементы, модифицируя металлическую матрицу, приводят к уменьшению ликвации фосфора в твердом растворе и к равномерному его распределению по сечению слитка. При этом фосфор распределяется равномерно во всем объеме кристаллита, а не между осями дендритов согласно известному способу, что связано, по-видимому, с измельчением внутреннего строения дендрита железа.

Равномерное распределение фосфора в объеме слитка и модифицирование металла редкоземельными элементами приводят к улучшению технологических свойств стали в процессе горя чей пластической деформации и к увелинению выхода годного проката.

Для достижения максимального положительного эффекта необходимо соблюдать оптимальную продолжительность обработки стального расплава углеводородами, целлюлозой и РЗМ. При мало продолжительности обработки будут образовываться также окислы РЗМ, что снизит положительный эффект способа, а при большой продолжительности обработки произойдет охлаждение шлакового расплава, что приведет к запутыванию его в металле и ухудшению свойств стали.

Продолжительность обработки расплава углеводородами, целлюлозойи редкоземельными элемент-ами определяется весовым соотношением между ними которое установлено экспериментально

Весовое соотношение редкоземельны элементов, целлюлозы и углеводородов (75-85) : (2,5-4, 7) : 1 является опти-мальным, поскольку обеспечивает наибольший положительный эффект предлагаемого способа. При весовом.соотношении РЗМ, целлюлозы и углеводородов 72:4,9:1 продолжительность барботажа металла и шлака настолько увеличивается, что происходит охлаждение расплава, повьшение его вязкости, метал загрязняется запутавшимися шлаковыми включениями, РЗМ используют нерационально. При весовом соотношении РЗМ целлюлозы и углеводородов 88:2,3:1 продолжительность обработки расплавов недостаточна и значительная часть РЗМ связывается с кислородом металла, образуя окислы РЗМ, модифицирующее действие на металл РЗМ уменьшается. Положительное влияние целлюлозы и углеводородов при этом снижается .

Примеры 1-6. Стальной полупродукт для получения стойкой к сероводородному охрупчиванию стали выплавляли в 1 80-тонной мартеновской печи с использованием рядового металлического лома с содержанием фосфора 0,035-0,040% и перддельного жидкого чугуна с содержанием фосфора 0,10- 0,12%.

Металл в печи раскисляли 45%-ным ферросилицием и выпускали в ковш при 1635-1640 С. В ковше металл обрабатывали десульфурирующим синтетическим шлаком и раскисляли алюминием, силикомарганцем и ферросилицием, а затем редкоземельными элем.ентами. Непосредственно перед обработкой расплава редкоземельными элементами в расплав локально вводили целлюлозу и углеводороды, а редкоземельные элементы вводили в центральную зону обрабатываемого целлюлоз ой и углеводородами участка расплава.

Соотношение между РЗМ, целлюлозой и углеводородами поддерживали на плавках 1-4 в пределах (75-85):(2,54,7):1, на плавке 5 оно составило 72:4,9:1 на плавке 6-88:2,3-1. Конкретные параметры осуществления способа, реализованные на плавках 1-6 приведены в табл. 1.

В качестве носителей углеводородов применяли парафин, в качестве носителей целлюлозы - древесину и бумагу, в качестве РЗМ - сплав ЬЩ40.

Сталь разливали сифоном на слитки массой 5,25 т под пшакообразующей смесью. Слитки в горя1ем состояНИИ передавали в нагревательные колодцы прокатного цеха, а затем прокатывали на трубную заготовку диамет ром 270 мм. П р им е р ы 7-9. На плавках 7-9 выплавку стали аналогичного назначения и обработку стального расплава в процессе его выпуска из ста. леплавильногю агрегата проводили по известному способу, В качестве метал лошихты на плавках 7-8 использовали чистую по фосфбру шихтовую заготовку содержао1ую 05017-0,020% фосфора, .и низкофосфорист1 1й чушковый чугун с содержанием фосфора 0,01 5%.На.гшавке 9 использовали, рядовую металлошихту, аналогичную шихте на плавках 1-6. Редкоземельные элементы (сплав МЦ-40 присаживали в металл после слива синтетического:шлака и раскисления металла алюминием и кремнием. Оценка коррозионной стойкости металла, врлполненного по известному и предлагаемому способам, к сероводо родному растреркиваниго под напряже нием проводилась в водном 5%-ном растворе поваренной соли, подкисленном уксусной кислотой до рН 3-3,5 и насыщенном се.роводородом (испытани по международному стандарту)„ Ликвацшо фосфора в. слитке оценивали по изменению содержания фосфорапо длин раската при прокатке. Результаты исследований приведены в табл. 2. В табл. 1 и 2 металл плавок 1-6, при выплавке которого обработку расплава в процессе выпуска из мартенов ской печи проводили по предлагаемому способу, несмотря на примерно .одинаковое содержание фосфора, существенн отличается от металла, выплавленного с использованием известного способа, по степени усвоения раскислителей и модификаторов более технологичен при горячей прокатке, имеет значительно большую сопротийляемость сероводородному охрупчивапию. Наилучшие результаты достигнуты на плавках 1-4 на которых соотношение между РЗМ, целлюлозой и углеводородами находилось в пределах (75-85):(2,5-4,7):1. Плавка 9, выплавленная с применением рядовой м$таллошихты, имела стойкость к сероводородному охрупчиванию меньше минимально допустимой стандартом нормы 80 ч и не может 62 6 быть использована для эксплуатации в серовод .ч.-дг.одержащих средах. Высокая - с -- ос:ъ опытного мета чла (плавки 1-0,; л -серовоцородному г :Стрескиванкк ооъксг.яется как более равномерныг-1 распределением фос:;р-1 в металле и получением мелкодисяерсной дендритной структуры, так и более эффективным поцавлением вьщ,еления фосфора по границам зере-;. Содержание кремния и алюминия в опытном металле более высокое за счет повышения степени усвоения элементов, что позволяет при применении предлагаемого способа снизить расход раск1-1слителей и легирующих элементов. Таким образом, использование изобретения позволяет при одинаковом или даже несколько более высоком содержании фосфора-, в стали повысить ее стойкость к сероводородному охрупчиванию в 2 раза, в связи с чем представляется возможность выплавлять сталь в агрегатах без продувки ванны кислородом с использованием металлошихты, раскислителей и модификаторов обычного качесГиа по содержанию фосфора. Кроме того, изобретение позволяет при выплавке стали сократить расход раскислителей и модификаторов j связи с их более высоким усвоением, при горячей прокатке слитков благодаря более высОКой технологической пластичкост стали снизить количество поверхностных дефектов и увеличить выход годного проката. Предлагаемьй способ не сложен в осуществлении, для его реализации необходимо использование дополнительных недефицитных материалов - целлюлозы и углеводородов, а также установка оборудования для введения этих материалов (дополнительных лотков и погружных устройств). Способ может быть использован при яыплавке стойкой к сероводородному охрупчиванию стали. Экономический эффект от использования способа достигается в сфере эксплуатации за счет увеличения стойкости стали к сероводородному охрупчиза ию, а также при ее производстве за счет снижения расхода низкофос™ фористой шихты. При разнице в ценах 20 руб./т и расходе шихты 1/1 т/т стали эффект оценивается в размере 22 руб/т. За счет увеличения выхода

711252628

годного проката на 1,8% при себесто- раскислителей эффект оценивается имости 1 т, проката 150 руб. и цене в размере 0,12 руб./т. 1 Тхметаллолома 50 руб, экономи-Суммарный годовой экономический

ческий эффект оценивается в раэмере эффект при производстве 10 тыс, т.

0,18 руб/т. За счет снижения расхода5 стали составит 223000 руб.

се

а

S

с; ю и н

CN)

0 tJ SI

t;

Ю П)

H

oo

CTi

со

rr

о

ГО

CS|

in

О

fO

CM

ГО

1. СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТАЛЬ- , НОГО РАСПЛАВА в процессе его выпуска из сталеплавильного агрегата, включающий введение в расплав алюминия, . кремния, обработку жидким известковоглиноземистым десульфурирующим шлаком и последующее введение редкоземельных элементов, о тличающ-ийс я тем, что, с целью повьщ1ения устойчивости стали к водородному охрупчиванию, уменьшения ликвации фосфора в слитке и повыщения равномерности распределения его по сечению слитка, уменьшения расхода для выплавки стали низкоАосфористых материалов, раскислителей и модификаторов, улучшения технологических свойств стали в процессе горячей пластической деформации и увеличения выхода годного проката, стальной расплав непосредственно перед введением редкоземельных элементов обрабатывают углеводородами и целлюлозой, а редкоS (Л земельные элементы вводят в центральную часть обрабатываемого целлюлозой и углеводородами участка стального расплава. 2. Способ по п. о т л и ч аю щ и и с я тем, что редкоземельные элементы, целлюлозу и углеводороды вводят в весовом соотношении