Способ выплавки ниобийсодержащей нержавеющей стали Советский патент 1982 года по МПК C21C5/52 

Изобретение относится к черной металлургии, консретно к способам получения низкоуглеродистых легированных сталей с использованием установок вакуумного окислительного рафинирования, и может быть использовано в сталеплавильных цехах мета лургических заводов. Известны способы получения ниоби содержащих нержавеющих сталей, включающие завалку, расплавление и нагрев в дуговой электропечи, легированной хромом и никелем шихты, пр дувку металла техническим кислородом, легирование ванны ферронио:ием после проведения ее предварительног раскисления и скачивания шлака fl). Однако известные способы получения ниобийсодержащих нержавеющих сталей характеризуются высоким расходом дефицитного феррониобия и относительно низкой производительностью плавильного агрегата, что обуславливает высокую себестоимость получаемой стали. Наиболее близким к предлагаемому объекту по технической сущности и достигаемому результату является способ выплавки нержавеющей стали, включающий завалку шихты, содержащей углерод и кремний, расплавление, нагрев металла в печи и его последуюо ее окислительное рафинирование под вакуумом с продувкой кислородом сверху и аргоном снизу СЗ. Недостатком известного способа является низкая экономическая эффективность выплавки иержавающих сталей, легированных ниобием, в случае поименения в исходной шихте нио- бийсодержащих отходов. Недостаток обусловлен невозможностью утилизации ниобия (ниобий обладает высоким сродством к кислороду) из ниобийсодержащих отходов, вследствие применения для частичного окисления углерода в дуговой печи техническо3го кислорода, и не оптимальн.ыми тем пературой металла перед выпуском из печи, режимом обработки расплава аргоном и кислородом под вакуумо а также соотношением углерода, ниоб и кремния в исходной шихте, что не позволяет реализовать высокие скоро ти процесса обезуглероживания при максимальном сохранении в расплаве ниобия и других легирующих. Цель изобретения - снижение себестоимости полумаемой стали. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу выплавки нержавеющей стали, включающему зава ку шихты, содержащей углерод и крем ний, расплавление, нагрев металла в печи и его последующее окислитель ное рафинирование под вакуумом с пр дувкой кислородом сверху и аргоном снизу, в состав металлической шихты вводят легированные ниобием отходы, при соотношении содержаний угле рода, ниобия и кремния в металличес кой шихте (1-3), (17-19), (7-и;, а нагрев металла в печи осуществляют до USO-lSZO C, Вакуумное окислительное рафиниро вание могут проводить при соотношении расходов кислорода и аргона, ра ном n-fO. Способ осуществляют следующим об разом. Исходную металлическую шихту, состоящую на 70-100% из легированных ниобием и 0-30 углеродистых отходов загружают в дуговую электро печь. Исходная шихта содержит, весД Углерод0,07-0,20 Кремний0,5-0,8 . МарганецJ-2 Сера0,014-0,025 Фосфор0,025-0,023 Хром19-21 Никель9-11 Ниобий1,2-1,3 Соотношение содержаний углерода, ниобия и кремния в исходной шихте составляет (1-3): (17-19) : ( 7-11) . При заданных соотношениях указан ных компонентов реализуются относительно высокие температуры операции и следовательно, высокие скорости п цесса обезуглероживания при максимальном сохранении в расплаве ниобия и других легирукяцих. Получение меньших содержаний yi- лерода в исходной шихте затруднено k4 практически, вследствие относительно высоких содержаний углерода в легированных и углеродистых отходах. При больших содержаниях углерода а исходной шихте процессы рафинирования удлиняются с соответствующим увеличением угара ниобия и других легирующих. При снижении содержания кремния в расплаве менее 0,5 возникают трудности в тепловом балансе опера- , ции. При повышении содержания кремния более 0,8 повышается количество шлака, что способствует росту угара ниобия и других легирующих при окислительной продувке расплава под вакуумом. Применение в шихте ниобия в Пределах 1,2-1,3% способствует максимальному его сохранению в расплаве при окислительном рафинировании металла с указанным содержанием углерода и кремния. Для снижения в процессе расплавления угара ниобия и других легирующих в завалку присаживают ферросилиций и известь в количествах соответственно 8-15 и 825 кг/т металлошихты. После расплавления металл содержит, Углерод0,10-0,25 Кремний0,50-0,80 Марганец1-1,8 Сера0,014-0,025 Фосфор 0,020-0,025 Хром19,0-21,0 Никель9-11 Ниобий0,5-1,2 При достижении температуры расплавов 1600-1650°С осуществляют усреднение температуры и состава металла путем продувки последнего в течение 3-10 мин аргоном, который вводят в ванну через стальную трубу с внутренним диаметром 3/4 дюйма с интервалами 2-5 мин. Общий расход аргона, идущего на перемешивание расплава, составляет 0,150,35 . После нагрева металла в печи до 1 750-1820 С осуществляют его. выпуск в рафинировочный ковш, снабженный пористой пробкой, служащей для диспергирования подаваемого в расплав аргона. Нагрев металла в дуговой электропечи перед выпуском до 1750-1820 С позволяет на последующей стадии технологического 5 процесса осуществлять рафинировани расплава с повышенными Скоростями и с минимальным угаром ниобия, а также иметь необходимый запас тепла при корректировке состава ме талла в рафинировочном ковше. Нагрев расплава до температур более приводит к быстрому разруше нию футеровки дуговой печи и рафинировочного ковша, что делает вероятным аварийный уход металла. При температурах металла менее не обеспечиваются требуемые скорости протекания окислительных процессов, что приводит к снижению производительности уста новки вакуумного окислительного рафинирования. Кроме этого, при пониженных температурах возникает напряженность в тепловом балансе операции. Ковш с металлом помещают в вакуумную камеру, где осуществляют процесс окислительного рафинирования. Температура металла перед началом вакуумирования составляет 1680-1yZO C. Металл перед началом вакуумирования имеет следующий химический состав, вес.: Углерод 0,10-0,25 Кремний 0,30-0,50 Марганец 0,80-1 ,tO Сера0,,020 Фосфор 0,020-0,025 Хром18,5-20,5 Никель9-11 Ниобий ,., 0,50-1,00 Общее время вакуумирования мета ла при остаточном давлении в камере мм рт.ст. составляет 1723 мин. Металл под вакуумом продувают техническим кислорбдом через водоохлаждаемую фурму, сопло которой устанавливают на расстоянии 20 400 мм от поверхности расплава. Ин тенсивность подачи кислорода соста ляет нм /т ,при давлении 810 ати. Время окислительной продув составляет 6-12 мин. Одновременно с продувкой кислородом металл пере шивают в рафинировочном ковше арго ном, подачу которого осуществляют снизу через пористую пробку. Кроме этого, в течение 2-3 мин до начал окислительной продувки и после нее металл перемешивают одним аргоном с целью повышения раскислительной способности углерода и следователь но, снижения угара легирующих. 6 Расход аргона составляет 0,83,2 HMV4-T. При данных расходах кислорода и аргона в сочетании с высокими средними температурами металла в период рафинирования (17001750 С) и заданном соотношении содержания углерода, ниобия и кремния в металле, равном (1-3) :(17-19; : ), реализуется относительно высокая скорость протекания реакциии обезуглероживания без значительного переокисления металла и следовательно, минимальном угаре легирующих. Увеличение данного соотношения более {О приводит к существенному переокислению металла с соответствующим, ростом угара ниобия и других легирующих. Температура металла в конце вакуумирования составляет 1650-1680 0. После вакуумирования металл имеет следующий химический состав, вес.%: Углерод 0,05-0,10 Хром .17,0-18,0 Никель10-П Марганец 0,3-0,06 Кремний0,1-0,2 Сера0,015-0,025 Фосфор0,020-0,0.25 Ниобий0, Далее металл раскисляют чушковым алюминием (1,1-1,3 кг/т), который вводят на штангах в рафинировочный ковш. Одновременно с добавками алюминия в ковш присаживают часть необходимого количества металлического марганца ( З- кг/т;. После предварительного раскисления металл легируют ниобием за счет присадок феррониобия в смеси с алюминиевым порошком. Расходы феррониобия и алюминиевого порошка составляет соответственно и 1,8- 2,2 кг/т. После корректирующей добавки ( в случае необходимости) среднеуглеродистого феррохрома (.18 кг/т) температура металла в рафинировочном ковше снижается до 16201650°С. В процессе присадок раскислителей добавок металл в рафинировочном овше перемешивают аргоном в течение - мин с общим расходом 0,15-0,20 ,20 нм/т. Далее металл переливают в разлиочный ковш, в который предварител1 о присаживают оставшееся количест7во марганца 12-20 кг/т и ферросилиций (6-10 кг/т7. После пе релива температура металла в разли вочИом ковше составляет TSiOlSBO Разливку металла осуществляют по действующей на заводе технологи Готовый металл имеет следующий химический состав, вес.%: Углерод0,05-0,10 .Хром18,5-20,0 Никель9,0-11,0 Марганец1,5-2,0 Кремний0,5-0,7 Сера0,020-0,025 Фосфор0,020-0,025 Ниобий . 1,2-1,50 Пример. В дуговую электросталеплавильную печь загружают 100 легированных ниобием отходов. Исхо ная шихта имеет следующий химичес кий состав, вес.%: Углерод 0,10 Кремний 0,6 Марганец 1,5 Сера0,020 Фосфор 0,020 Хром 20,0 Никель 10,0 Ниобий 1 ,3 В завалку присаживают 1 О кг/т 5 -ного ферросилиция и 15 кг/т из вести. После расплавления металл с держит, весД: Углерод0,17 Кремний0,65 Марганец1, Сера . 0,020 Фосфор0,020 Хром20,0 Никель10,0 Ниобий1,1 При нагреве металла до 1630 С производят четыре продувки ванны аргоном продолжительностью две мин ты каждая с интервалами 2 мин. Рас ход аргона на продувку составляет 0,2 HMVT металла. Далее производят нагрев ванны д и выпуск металла в рафиниро вочный ковш, который затем устанав вают в вакуумную камеру. Температу ра металла в ковше составляет , Время вакуумирования метал составляет 18 мин при остаточном д лении в камере 10 мм рт.ст. Металл под вакуумом продувают кислородом в течение 12,0 мин Интенсивность по чи кислорода составляет 36 нм/т.-ч U8 Одновременно с продувкой кислородом металл продувают аргоном через пористую пробку, установленную в днище рафинировочного ковша. Расход аргона составляет 1,5 . Кроме этого, в течение 2,5 мин до начала окислительной продувки и после нее металл в ковше перемешивают аргоном с указанной интенсивностью. Температура металла в конце вакуумирования составляет . Металл в конце вакуумирования содержит, вес.1: Углерод0,07 Хром17,5 Никель10,5 Марганец 0,k Кремний0,15 Сера0,020 Фосфор0,020. Ниобий0,2 Расходы алюминия и металлического марганца для раскисления металла составляют соответственно 1,2 и 3,5 кг/т. После присадок в рафинировочный ковш феррониобия в количестве 30 кг/т в смеси с алюминиевым порошком ( кг/т7 температура металла составляет 1620С. В процессе присадок раскислителей и добавок металл в рафинировочном ковше перемешивают аргоном с расходом 0,16 . Далее металл переливают в разливочный ковш, в который предварительно присаживают металлический марганец и 451-ный ферросилиций соответственно в количествах 15 и 7 кг/т. После перелива температура металла в разливочном ковше составляет 1550 С. Готовый металл имеет следующий химический состав, вес.%: Углерод 0,07 Хром18,5 Никель 10,5 Марганец 1,7 Кремний 0,65 Сера0,020 Фосфор0,020 Ниобий1,35 При выплавке ниобийсодержащей ста ли предлагаемым способом экономия ниобия составляет 0,2 абс.°о. При содержании ниобия в феррониобии 60 экономия феррониобия составляет 0,7 абс.. При средней цене феррониобия 17 руб./кг экономический эф9фект на каждой тонне выплавляемой стали составит 119 руб. Таким образом, предлагаемый способ выплавки ниобийсодержащей стали позволяет существенно снизить себестоимость выплавляемой стали за сче утилизации ниобия из ниобийсодержащих отходов и снижения угара ниобия при проведении окислительйой продувки под вакуумом в оптимальном режиме. Формула изобретения 1, Способ выплавки ниобийсодержа щей нержавеющей стали, включающий завалку шихты, содержащей углерод и кремний, расплавление, нагрев металла в печи и его последующее . окислительное рафинирование под вакуумом с продувкой кислородом све ху и аргоном снизу, о т л и ч а ющ и и с я тем, /что,с целью снижеk10ния себестоимости получаемой стали, в состав металлической шихты вводят легированные ниобием отходы, при соотношении содержаний углерода, ниобия и кремния в металлической шихте t1-3):(17-19):(7-1i; , а нагрев металла в печиосуществляет до 1.7501820°С. 2. Способ по п.1, о тли ч а ющ и и с я тем, что вакуумное окислительное рафинирование проводят при соотношении расходов кислорода и аргона . Источники информации. Принятые во внимание при экспертизе Т. Лякишев Н.П. и др. Ниобий в черной металлургии. М., Металлургия, 1971,с. 176-180. 2.Cranisio R.S. Hornbaker R.W. Vacuum duplexing - a freth lauk at existing melting (techniques. J.Vac. Sci and Technoi;,1972, 9, №6, p.1306Ul.