Способ получения сталей с низким содержанием углерода Советский патент 1989 года по МПК C21C7/10 C21C5/52 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к технологии получения сталей с низким содержанием углерода.

Цель изобретения - повышение качества получаемых сталей путем контроля и управления технологическим процессом,

На чертеже изображена диаграмма изменения состава газов в процессе кислородного дутья и чистого кипения .

Предлагаемая технология позволяет получать стали с низким с сверхнизким содержанием углерода путем вакуумного кислородного дутья при.строгом инструментальном контроле точки конца кислородного дутья (в отношении содержания углерода и температуры расплава), благодаря чему можно было бы предотвратить перегрев расплава.

В процессе продувки расплава кислородом, подаваемым в него через кислородное копье сверху, через расплав пропускается подаваемый снизу аргон и непрерывно контролируется состав, температура и количество отводимых дымовых газов, а также температура и количество подводимой и отводимой охлаждающей воды, и в зависимости от полученных данных регулируется интенсивность продувки аргоном, а также проводятся соответствующие технологические операции или обработка.

Температура дымовых газов предпочтительно измеряется с помощью ни- кель-хромоникелевого термоэлемента,

с

31484

а в дымовых газах прежде всего определяется содержание окиси углерода, углекислого газа и кислорода.

По предлагаемому способу кислородное дутье прекращают после подачи в расплав по меньшей мере 90% всего расчетного количества кислорода и когда измеренное содержание окиси углерода в дымовых газах становится меньше 12%,

При осуществлении предлагаемого способа необходимо также контролировать положение кислородного копья в ходе процесса. По мере износа кисло- родное копье вводится в расплав с соответствующей скоростью, а в том случае, когда при возрастании температуры дымовых газов одновременно уменьшается содержание в дымовых газах уг- лекислого газа, перемещение кислородного копья осуществляется с повышенной скоростью до тех пор, пока отношение количеств углекислого газа и окиси углерода не примет прежнее зна- чение.

Предлагаемый способ позволяет с высокой надежностью, хорошей воспроизводимостью и технологичностью получать коррозионно-стойкие стали с очень низким содержанием углерода.

После прекращения кислородного дутья рекомендуется проводить раскисление углерода в высоком вакууме, продолжительность которого определяется заданным конечным содержанием углерода. Продолжительность раскисления можно регулировать путем изменения интенсивности продувки стали аргоном.

Предлагаемый способ можно получать и специальные сорта сталей, а именно:

стали с содержанием углерода ниже 0,03%. В случае коррозионно-стойких сталей стабилизирующие элементы могут отсутствовать, что существенно с экономической точки зрения;

Fe-Cr-Al-стали с очень низким содержанием серы, используемые для получения электронагревательных элементов;

мартенситно-стареющие стали; сплавы на основе никеля (например, с содержанием Ni 50%, Сг 18%, Si 1%) из скрапа сплавов. При этом металлический хром можно вводить в расплав с порошкообразным феррохромом. По сравнению с вводом лигатуры после расплавления шихты, проводимым в индукционных печах с использованием в

0

0

.

Q

,

5

качестве исходных материалов отдельных компонентов сплава, предлагаемый способ дает существенную экономию.

Предлагаемый способ благодаря использованию более дешевых исходных материалов и более высокому качеству получаемых сталей (меньшее количество включений и более низкое содержание газов) позволяет получать и производимые в настоящее время жаростойкие например, с содержанием Ni 36%, Сг 16%, Si 2,0%), а также марганцевые стали.

С помощью предлагаемого способа путем вдувания газообразного азота через пористый кирпич можно осуществлять микролегирование азотом.

х Предлагаемый способ дает возможность получать отливки с содержанием С Ј0,003%, Сг 13%, Ni 4% (колеса Пельтона), а также исходный материат для трансформаторной жести высокой чистоты с очень низким содержанием углерода.

Другое преимущество предлагаемого способа заключается в возможности полного автоматического контроля и управления ходом процесса с помошью вычислительной машины, которая позволяет не только определять необходимое количество кислорода, момент прекращения его подачи и управлять перемещением кислородного копья, но и определять необходимые количества используемых для легирования элементов и давать информацию о составе расплава и ходе рабочего процесса.

Пример, Плавка осуществлялась в электродуговой печи емкостью 80 т, а последующая обработка - в ковшовом агрегате. После удаления шлака и образования нового шлака в блоке нагрева задавали начальную температуру дутья.

При плавке в электродуговых печах экономичность в значительной степени определяется использованием в качестве исходного сырья коррозионно-стойкого скрапа, а также использованием для легирования хромом доступного FeCr - карбура. Введение Ni и Мо в электродуговых печах можно осуществлять путем добавки сравнительно дешевых ферросплавов (например, NiO, МоО и т.п.). Остальную часть металлической шихты образует нелегированный или низколегированный скрап. Легиро

ванне марганцем может осуществляться путем введения в расплав в ковше при выпуске Fe - Мп - карбура. Особенно важно, чтобы в используемых исходных материалах было низкое содержание фосфора, так как последующее удаление из расплава фосфора или невозможно, или связано с большими потерями хрома. По этой причине рекомендуется вводить в расплав стальной скрап с низким содержанием углерода и фосфора. Что касается серы, то следует заметить, что условия на следующей за кислородным дутьем стадии восстанов- ления благоприятны для обессеривания« В электродуговой печи после расплавления шихты в целях достижения содержания углерода 0,3, кремния 0,1 - 0,15% необходимо кислородное дутье, которое осуществляется через изнашивающееся кислородное копье, вводимое через рабочее окно, В процессе дутья в зависимости от количества в расплаве подлежащих окислению элементов

температура расплава может возрастать до 1680 - 1750°С. Количество шлакооб- разователей не превышает 15 кг/т. Для восстановления могут использоватьo

неблагоприятного зстдействим оораэую- пегося SiOj на футеровку ковша и уменьшения растворимости шлака СгО перед началом дутья целесообразно вводить в расплав негашеную известь (В 2,5).

С помощью приведенной методики следует рассчитать необходимое количество кислорода и после начала работы вакуумного пароструйного касоса (по мере достижения давления 13300 - 16000 Па) можно начинать кислородное дутье.

Вначале интенсивность дутья равна 5, а затем 15 нм /мин. Конец кисло

родного копья в процессе дутья должен находиться ниже уровня расплава. Вследствие горения образующихся газов и разбрызгивания Шлака контроль за протекающим процессом с помощью вакуумного смотрового окна и телевизионной камеры весьма затруднен. Примерно две трети расчетного количества кис- лорода подается при давлении 4000 - 5000 Па при максимальной интенсивности индукционного перемешивания.

Для прорыва корки хромсодержащих шлаков и. в целях улучшения контроля

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к технологии получения сталей с низким содержанием углерода. Цель изобретения - повышение качества получаемых сталей путем контроля и управления технологическим процессом. Способ получения сталей с низким содержанием углерода включает выпуск стали в ковш и ее последующее вакуумирование с одновременной регулируемой подачей аргона снизу и регулируемой продувкой кислородной струей сверху ниже уровня расплава и отвод образуемых дымовых газов. Кислород вводят ниже уровня расплава при давлении P≤ 66Па, причем кислородное дутье прекращают после подачи в расплав по меньшей мере 90% всего расчетного количества кислорода и при содержании окиси углерода в отходящих дымовых газах меньше 8%. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

ку в данном случае шлак из расплава может удаляться путем опрокидывания вагонетки, то в электродуговой печи

ся FeSi и алюминиевая мелочь, Посколь зо вакуума в расплаве производился продувка постеднего аргоном, подаваемым со скоростью 150 л/мин

В конце дутья скорость окисления углерода уменьшается, Это проявляется в уменьшении давления в реакционном пространстве, снижении температуры дымовых газов к охлаждающей воды, используемой для охлаждения газов. При этом аргон подается уже со скоростью

35

шлак не удаляется, а используется в процессе выпуска для восстановления хрома. Выпуск осуществляется при 1660°С.

После удаления шлака с помощью соответствующего устройства отбирается проба стали для определения ее соста- Q 8, л/мин. При соответствуклцей конеч- ва и измеряется ее температура. Перед началом кислородного дутья необродного дутья содержание углерода в расплаве равно 0,03 - 0,05%. Однако с при дальнейшем окислении углерода в высоком вакууме при интенсивном индукционном перемешивании содержание углерода можно снизить в еще большей

ной точке температура падает до

1680 - 1700 С. При прекращении кислоходимо произвести корректировку содержания в стали легирующих элементов. Легирование хромом и марганцем осуществляется до содержания, соответствующего верхнему, а молибденом и никелем - нижнему пределу. Кислородное дутье в зависимости от содерстепени. После чистого кипения следужания в расплаве подлежащих окислению ед ет стадия восстановления. Путем до- элементов начинают при такой темпера- бавки CaO, CaF, а затем FeSi осущест- туре расплава, чтобы в конце дутья она не превышала 1700°С. При содержании углерода 0,3% начальная температура равна 1600-1620°С., кий вакуум (66 Па) в течение 20

Для контроля температуры кислород- 25 мин обеспечивает возможность образования хорошо восстановленного жидкого шлака. Одновременно протекает

вляется шлакообразование, а затем, при одновременном восстановлении шлаков, происходит обессеривание. Высокого дутья оптимальным исходным содержанием кремния является величина 0,10-0,15%. В целях предотвращения

также восстановление углерода. Суще35

8, л/мин. При соответствуклцей конеч-

ной точке температура падает до

1680 - 1700 С. При прекращении кислостепени. После чистого кипения следует стадия восстановления. Путем до- бавки CaO, CaF, а затем FeSi осущест- кий вакуум (66 Па) в течение 20

вляется шлакообразование, а затем, при одновременном восстановлении шлаков, происходит обессеривание. Высотакже восстановление углерода. Существенно, чтобы основность равнялась как минимум 2. Согласно практическим данным, предлагаемый способ позволяет после восстановления1 при Сг203 5-6 осуществлять извлечение хрома на 97-98%.

После восстановления осуществляется точная корректировка температуры и химического состава и затем разлив- ка расплава.

В таблице приведен пример получения сплава с низким содержанием углерода с указанием всех параметров про

цесса. Вес шихты составлял 81500 кг, вес полученного металла 76700 кг, вес легирующих добавок 1062 кг, степень извлечения хрома 96,9%.

Более подробно предлагаемый способ поясняется с помощью диаграммы. На чертеже показана диаграмма изменения состава газов в процессе кислородного дутья и чистого кипения. Из нее хорошо видно, как изменяется содержание в дымовых газах окиси углерода, угле кислого газа и кислорода на отдельных технологических стадиях.

Как видно из диаграммы, перед 20-й минутой содержание в газах окиси углерода резко уменьшается, тогда как содержание кислорода и двуокиси углерода резко возрастает. Это однозначно свидетельствует о том что кислородное копье не погружено в расплав. По

этому скорость перемещения копья была 35 пРтем с подъемом температуры дымовых

газов и скачкообразного возрастания в них двуокиси углерода и уменьшения моноокиси углерода скорость погружения фурмы увеличивают до установления первоначального соотношения двуокиси углерода и моноокисн углерода. 4-

увеличена, и в результате измеряемые величины снова приняли соответствующие значения.

На чертеже хорошо виден также момент достижения конечной углеродной точки. Как следует из чертежа, по ме-.

Время, мин

Рабочие операции

15900С

Выпуск из

электродуговых

печей

Удаление шлаков

40

1609°С

Ковшовая металлургия

Нагрев- ; 66 Па

60

ре приближения к концу кислородного дутья содержание в дымовых газах окиси углерода уменьшается с большей скоростью и одновременно начинает возрастать содержание в них углекислого газа и кислорода. Это однозначно свидетельствует о достижении конечной углеродной точки.

Формула изобретения

20

15

1.Способ получения сталей с низким содержанием углерода, включающий выпуск стали в ковш и ее последующее вакуумирование с одновременной регулируемой подачей аргона снизу, продувкой кислородной струей через фурму сверху и ниже уровня расплава и отвод образуемых дымовых газов, отличающийся тем, что, с целью повышения качества получаемых сталей путем контроля и управления технологическим процессом, кислород вводят

25 при давлении 66 Па, причем кислородное дутье прекращают после подачи в расплав по меньшей мере 90% всего количества кислорода и при содержании окиси углерода в отходящих дымовых газах меньше 8%.

30

35 пРтем с подъемом температуры дымовых

40

газов и скачкообразного возрастания в них двуокиси углерода и уменьшения моноокиси углерода скорость погружения фурмы увеличивают до установления первоначального соотношения двуокиси углерода и моноокисн углерода. 4-

,26; МшгО, 96; ,18; S-0,021 «r-F-0,030.

,80; ,33; ,17;

1400 кг FeCr 70% (С 7,5) ,39; ,10; ,01; ,032; ,017; ,0; ,13;

200 кг CaO + 20 кг CaF,

1430 Па, 02 5 м 11000 Па, 02 15 0„ 400 мэ

1484297

10 Продолжение таблицы