Способ производства стали Советский патент 1982 года по МПК C21C7/00 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к вьшлавке стали с внепечным науглерюживанием расплава арбюризатйром. В практике производства стали тех нологический процесс плавки и окисле ния углерода прекращают при достижении значений, соответствующих заданной марке с учетом углерода, вносимо го ферросплавами. Однако точно зафик сировать требуемое содержание углеро да весьма затруднительно, поэтому часто процесс плавки прекращают при более низком содержании углерода а недостающее его количество вводят пр выпуске в ковш углеродистыми матери аламн - каменным углем, коксиком,гра фитом и т.п. Известен способ выплавки стали, включающий науглероживание расплавленного металла, имеющего rewiepiaTyру 1570-1 , в ковше присгъдкой в металл в начале выпуска коксового порошка, имеющего размер зерен не более 5 NW. Порсипок расфасовывают в бу мажные мешки порциями и вводят в ковш в количестве не более 0,05% от веса металла flj. Недостаток способа состоит в том, что ввод карбюризатора в металл осуществляют при относительно невысоком перегреве над температурой ликвидуса (менее ) разовой порцией. Усвоение карбюризатора нестабильно и не превьшает 50%. Максимальное науглероживание стали составляет 0,05%. При даче карбюризатора в количествах более 0,05% качество стали ухудшается вследствие неравномерного распределения карбюризатора в объеме металла. Известен способ прюизводства стали с обработкой нераскнсленного металла в ковше карбндом кальцня,имею-. щим размер кусков 5-30 мм, карбид кальция вводят в количестве 0,55 кг/т при нсшолнении ковша металлом на 1/7-1/6 высоты. После обработки карОидсж кальция в металл вводят раскислители Г2. Благодаря введению карбида кальция достигается некоторое раскисление стали и снижается угар раскислителей одиако существенного науглероживания стали и улучшения ее качествадостичь не удается из-за значительных потерь карбида кальция.- Кроме того, при введеиии карбида кальция загрязняется атмосфера в цехе. Наиболее близким к предлагаемому i по технической сущности и достигаеМым результатам является способ производства углеродистой низколегированной и нелегированной стали, включающий получение стального полупродукта в сталеплавильном агрегате, нагрев металла до 1бОО-1620°С пере|Грев выше температуры ликвидуса 70100°С , выпуск в ковш, присадку в расплав кремния, марганца, алюминия. введение в струю металла при наполнении ковша до 2/3 углеродистого материала. Науглероживание расплава в ковше производят углеродистым мате риалом - графитом, коксом и т.д. имекядим размер частиц 0,04-1,0 мм. Для снижения выноса дисперсных частиц углеродистый материал вводят на металла в бумажных мешках порциями по 30 кг. Стальной расплав науглероживают не более, чем на 0,04% углерода, при этом степень усвоения углеродистого материала составляет в среднем 68% и не превышает 75% Сз.

Недостаток способа состоит в том, что введение углеродистого материала из расчета О ,04% углерода не обеспечивает эффективного снятия окисленности металла и перемешивания его выделяющимися газами. Качественные характеристики стали не улучшаются.

Цель изобретения - стандартизация технологии плавки, повышение степени усвоения сталью углерода, снижение в ней содержания газов, улучшение механических свойств и повышение выхода годной стали.

Указанная цель достигается тем, что в способе производства стали, включающем получение в сталеплавильном агрегате стального расплава, перегрев его выше температуры ликвидуса, выпуск в ковш, присадку раскислителей и легирукидих, введение в струю металла углеродистого материала, углеродистый материал в виде гранул раэмером частиц 1,5-5 мм в поперечнике при соотношении гранул размером 1,5-2} 2,01-3 3,01-4,5; 4,51-5 мм в пределах l:(5t 1) : (310,5) : (1±0,5) соответственно вводят в металл, перегретый.на 110160°С над температурой ликвидуса. Углеродистый материал вводят в металл равномерно от начала выпуска до слива в ковш 1/3-1/2 металла.

При выпуске в ковш металл дополнительно обрабатывают силикокальцием.

Углеродистый материал и силикокальций вводят в метеипл одновременно в виде смеси в соотношении It (1-3).

Сочетание указанных приемов позволяет осуществлять науглероживание расплава значительно выше, чем при использовании известных способов и получать из ниэкоуглеродистого полупродукта среднеуглеродистую сталь. При этом появляется возможность

стандартизировать технологический процесс выплавки углеродистой и низг колегированной стали, содержащей 0,15-0,35% углерода, получая из одинакового по содержанию углерода полупродукта сталь разнообразного марочного состава посредством ковшевого науглероживания.

Перегрев стального расплава перед выпуском из печи на llO-ieo C вьвие температуры ликвидуса обеспечивает высокую скорость обезуглероживания и интенсивное кипение металла. При этом снижается окисленность печного шлака и улучшается его десульфирующая способность, замедляется поглощение металлом азота и, в особенности, водорода. Повышается степень усвоения и полезного использования науглероживания материала. Кроме того, возрастает раскисляющая роль углеродистого материала. Металл в ковше полнее раскисляется, при этом выделяется значительное количество газообразных продуктов раскисленияокислов углерода, которые, наряду с перемешиванием и усреднением состава металла, оказывают на него рафинирующее влияние, уменьшают содержание в стали газов и неметаллических включений, обеспечивают всплывание образующихся в этот период продуктов раскисления.

При перегреве расплава менее 110° не повышается степень использования карбюризатора, качество металла не улучшается. Перегрев более 1бр°С не рекомендуется вследствие сильного разъедания футеровки сталеплавильного агрегата и ковша и загрязнения стали неметаллическими включениями. Улучшение качества металла при одновременном высоком усвоении карбюризатора достигается только при использовании гранулированного карбюризатора указанного выше фракционного состава. При использовании карбюризатор фракций мельче 1,5 мм снижается его использование вследствие возрастания выносов восходящими потоками, а при использовании карбюризатора крупнее 5 мм его усвоение металлом уменьшается из-за того, что частички карбюризатора быстро всплывают на поверхность расплава и сгоргиот в кислороде окружающего воздуха. Одновременная обработка металла углеродистым материалом и силикокальцием еще больше повьлиает усвоение углеродистого материала. Лучшие результаты дает применение этих материалов в виде смеси при отнесении углеродистого материала к силикокальцию 1:(1-3).

При соотношении более 1:1 перерас ходуется силикокальций без существенного улучшения качества металла, а при соотношении менее 1:3 повышение степени усвоения углерода незначительно. Спосой осуществляется следующим обрдзом. В сталеплавильном агрегате расплавляют металлическую шихту, проводят окисление углерода до получения стандартного низкоуглеродистого полупродукта (0,12-0,17%С), нагревают расплав, осуществляют предварительное раскисление кремнием и марганцем (например, силикомарганцем) и при .1630-16700С, т.е. на ИО-гбО с выше Температуры ликвидуса, выпускают в ковш. Во время выпуска на струю мет ла вводят кремний, марганец, алюминий, силикокальций, другие раскисли тели, легирующие и добавочные материалы, обеспечивающие получение заданной марки стали. В начале выпуск при наполнении ковша до 2/3 (предпочтительно до 1/2) на струю металл вводят углеродистый материал в виде гранул размером 1,5-5 мм в поперечн ке, содержащий фракции 1,5-2; 2,013; 3,01-4,5; 4,51-5 мм в соотношени 1:(5± 1): (3i 0,5) : (1t 0,5) соответственно . Частицы углеродистого материала, введенные в струю металла, вовлекаются в его объем на большую глубину и взаимодействуют с расплавленной стгшью. Часть углерода, взаимодейст вуя с раствореннЕЛИ в стали кислородом, способствует раскислению стали дополнительному перемешиванию и усреднению ее химического состава, а также рафинированию металла окислами углерода. Другая часть углерода раст воряется в металле и науглероживает его. Частички карбюризатора разного размера, вовлеченные струей в металл, всплывают с разной скоростью, одновременно растворяясь в нем. Повидимому, при указанной температуре стального расплава и при введении карбюризатора, состоящего из частиц указанных размеров, образуется неустойчивая суспензия, которая быстро приходит к равновесию за счет раство рения частиц карбюризатора в стали. При одновременной обработке расплава силикокальцием зтот процесс ускоряет ся. С увеличением доли частиц более крупных фракций 3,01-4,5 и 4,51-5 мм ухудшается степень усвоения углеродистого материала из-за того, что увеличивается количество всплывших нерастворившихся в металле частиц. Так, при соотношении фракций 1,5-2; 2,01-3; 3,01-4,5; 4,51-5 ivw 1:3,5:4: степень усвоения карбюризатора умень шается до 60-70%. Аналогичные результаты наблюдаются и при соотношении фракций 1:7:2:0,5. Карбюризатор может быть приготовлен посредством помола крупнокускового материала, рассева по фракциям и последующего смешения фракций в указанной пропорции. Пылеватые углеродистые материалы (например, графит) могут быть подвергнуты предварительному окомкованию любым из известных способов. Возможно использование готовых материалов, выпускаемых промьволенностью, при условии соответствия их указанному фракционному составу. - Лучшие результаты получаются при одновременном введении в металл углеродистого материала и силикокальция, в особенности в виде смеси при соотношении углеродистого материала и силикокальция 1:(1-3) соответственно. В этом случае необходимое количество углеродистого материала смешивают с 1-3 частями дробленого силикокальция и полученную смесь вводят на струю металла при наполнении ковша до 2/3 (предпочтительио до 1/2) высоты. Пример. В 60-тонной мартеновской печи расплавляют металлическую шихту, проводят обезуглероживание расплава от 0,78 до 0,15% углерода, нагревают его и вводят в печь 850 кг силиконарганца. При (перегрев ) и содержании углерода 0,16% металл выпускгиот по раздвоенному желобу в два ковша. В первый ковш одновременно с началом выпуска до заполнения ковша на 1/3 иа струю металла равномерно вводят гранулированный углеродистый материал, содержащий 94% углерода и состоящий из частичек размером 1,5-2 2,01-3; 3,01-4; 4,51-5 мм в соотношении 1:6:3,5:1,5 соответственио. Расход углеродистого материсша составляет 48 кг (по углероду 0,15%). Кроме углеродистого материала в ковш вводят 180 кг ферросилиция, 25 кг ферротитана, 35 кг а1юмикия и 48 кг силикокальция. Металл выдерживают в ковше 17 мин и затем заливают в формы. Готовая стгшь соответствует марке ЗОГСЛ-В по ГОСТ 22253-76 и имеет следующее содержание основных элементов, вес.%: углерода 0,31) марганца 1,38) кремиия 0,26; серы 0,020) фосфора 0,029; азота 0,005. Общее содержание водорода в . металле составляет 5,5 см на 100 г стали. Усвоение углерода из углеродистого материала (с учетом 100%-го усвоения углерода из ферросплавов) составляет 80%, введено в сталь углерода 0,12%. Стгшь имеет следующие механические свойства после закалки и высокотемпературного отпуска: временное сопротивление 69 кгс/мм, предел текучести 52 кгс/мм, относительное удлинение 18%, относительное сужение 27%, ударная вязкость при 7,7 кгсм/см2-, при -60°С 3,9 кгсм/см. Брак отливок по горячим трещинам составляет 0,3%. Для сравнения во втором ковше при заполнении его металлом до 1/3 высоты в струю вводят разовой присадкой углеродистый материал, имеющий размер частиц 0,04-1 мм.. Количество углеродистого материала 48 кг (0,15% по углероду). Остальные ферросплавы вво дят в таких же количествах и по та кому же режиму как и в первом ковше Готовая сталь имеет следующее содержание основных .элементов, вес.%« углерода 0,28; кремния марганца 1,34; серы 0,022; фосфора 0,030 азота 0,007. Общее содержание водорода в жидком металле составляет 6,9 см на 100 г стали. Усвоение углерода из углеродистого материала с учетом 100%-го усвоения углерода из ферро.сплавов составляет 0,09%, т.е, 60% от введенного. Сталь имеет следующие механические свойства: временное сопротивление 68 кгс/мм, предел текучести 51 кгс/мм, относительное уд линение 15%, относительное сужение 24%, ударная вязкость при 6,8 кгсм/см, при -60°С 3,2 кгсм/см Брак отливок по горячим трещинам сос тавляет 1,8%. В макроструктуре отливок обнаруживают темные пятна, связанные с неравномерным распределени ем углерода. Пример 2. В 60-тонной мартеновской печи расплавляют металлическую шихту, проводят обезуглерожи вание расплава от до0,15%, уг лерода, нагревают его и вводят в печь 850 кг силикомарганца. При . (перегрев 115С) и содержани углерода 0,17% металл выпускают по раздвоенному желобу в два ковша. В первый ковш одновременно с началом выпуска до заполнения ковша на 1/2 на струю металла равномерно вводят гранулированный углеродистый матери ал, содержащий 94% углерода, состо ящий из частиц размером l,5-2j 2,01 3j 3,01-4,5} 4,51-5 мм в соотношени 154:2,5:0,5 соответственно, в смеси с силикокальциега. Расход углеродистого материала составляет 25 кг (0,07% по углероду), силикокальция 75 кг. Кроме углеродистого материала в ковш вводят в примере 1, раски лители и ферросплавы, металл выдерживают в ковше 8 мин и заливают в форма, Готовая сталь соответствует марк ЗОГСЛ-Б и имеет следующее содержание основных элементов, вес.%: угле рода О , 26; марганца l,42ji кремния 0,29; серы 0,023; фосфора 0,027) азота 0,006. Общее содержание в жид ком металле составляет 5,8 см на 100 г стали. Усвоение углерода из углеродистого материала (с учетом 100%-го усвоения из ферросплавов) составляет 6,06%, т.е. 85%. Сталь имеет следующие механические свойст ва после закалки и высокотемператур horo отпуска: временное сопротивление 58,5 кгс/мм ; предел текучести 52 кгс/мм ; относительное удлинение 20%; относительное сужение 30%,ударная вязкость при 20°С 8,3 кгсм/см, при -60°С 4,2 кгсм/см. Брак отливок по горячим трещинам составляет 0,04%. Во втором ковше металл для сравнения обрабатывают крупноэернистьвл углеродистым материалом, содержащим гранулы размером 3-5 мм. Режим ввода карбюризатора, количество раскислителей и режим их ввода соответствуют аналогичным параметрам первого ковша. Одновременно с оаскислителями вводят 75 кг силикокальция. Готовая сталь содержит, вес.%: углерода 0,24; марганца 1,37; кремния 0,27v серы 0,024; фосфора 0,027; азота 0,007. Общее содержание водорода составляет 7,2 г стали. По содержанию углерода сталь не соответствует марке стали 30 ГСЛ-Б. Усвоение углерода из углеродистого материала (с учетом 100%-го усвоения углерода из ферросплавов) составляет 0,04%, т.е. 57%, Сталь имеет следующие механические свойства: временное сопротивление 65 Krc/Mi4if предел текучести 50,5 кгс/мм относительное удлинение 16%, относительное сужение -35%, ударная вязкость при 20С 7,1 кгсм/слг при -60°С 3,4 кгсм/см. Брак отливок по горячим трещинам составляет 1,6%. Как видно из приведенных примеров, при использовании карбюризатора более мелких фракций (сравнительный ковш примера 1) или более крупных фракций (сравнительный ковш примера 2) в металле увеличивается содержание азота н водорода, снижается степень усвоения карбюриг атора, ухудшаются механические свойства, в особенности пластические, увеличивается брак отливок по горячим трещинам. Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить из стандартного низкоуглеродистого полупродукта среднеуглеродистую низколегированную и нелегированную сталь, науглероживая его в ковше карбюризатором на Ь,070,15%, повысить степень усвоения карбюризатора в среднем на 10%, снизить в стали содержание газов, в особенности водорода, и уменьшить брак отливок по горячим трещинам в среднем на 1,3%- и улучишть механические свойства стали, в особенности ударную вязкость ее при низкой температуре . Формула изобретения 1. Способ производства стали, включающий получение расплава в сталеплавильном агрегате, перегрев его Bbsue температуры ликвидуса, выпуск в ковш, присадку раскислителей и лег гирующих, введение в струю металла

углеродистого материала , отличающийся тем, что, с целью стандартизации технологии выплавки стали, повышения степени усвоения сталью углерода, снижения в ней содержания газов, улучшения механических свойств.и повышения выхода годной стали, углеродистый материал в виде гранул размером 1,5-5 мм в по-;

перечнике при соотношении гранул размером 1,5-2) 2,01-3 3,01-4,5} 4,515 мм в пределах Is():(3t0,5): (It 0,5} соответственно вводят в металл, перегретый на 110-1бО°С над температурой ликвидуса.

2. Способ по п. 1,отличаюи и с я тем, что углеродистый материал вводят в металл равномерно от начгила выпуска до слива в ковш 1/3-1/2 металла.

3.Способ по ПП.1 и2, отли чающийся тем, что при выпуске в ковш металл дополнительно обрабатывают силикокальцием.

4.Способ по пп-1-3, о т л и ч аю щ и и с я тем, что углеродистый материал и силикокальций вводят в металл одновременно в виде смеси в соотношении 1:(1-3).

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Технологическая инструкция Магнитогорского металлургического коуЛянага МТИ-1-75, пп. 100-112.

2.Авторское свидетельство СССР 598944, кл. С 21 С 7/06, 1978.

5

3.Цибульников А.И., и др. Черная металлургия. Бюллетень научно-технической информации, 1978, б, с. 4647.