Способ получения нержавеющей стали Советский патент 1982 года по МПК C21C7/10 

1

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к способам получения низкоуглеродистых нержавеющих сталей с использованием установок вакуумного окислительного рафинирования, и может быть использовано в элёктросталеплавильных цехах металлургических заводов.

Известны способы получения низкоуглеродистых нержавеющих сталей с -расплавлением исходной металлической шихты в дуговой электропечи и последующим ее обезуглероживанием на установке вакуумного окислительного рафинирования l.

К недостатку известных способов получения низкоуглеродистых легированных сталей относится относительно высокий угар легирующих компонентов металлошихты, что обуславливает повышенную себестоимость получаемых сталей.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения нержавеющих сталей, включающий завалку и расплавление легированных отходов, усреднение металла, выпуск в ковш расплава и его последующее вакуумирование с подачей аргона сниЗУ и продувкой кислорюдом сверху с постоянной интенсивностью Г2.

Недостатхами данного способа обезуглероживания легированных расплавов являются относительно низкая производительность установки вакуум-ного окислительного рафинирования и сравнительно высокий угар легирующих компонентов металла, что обус10ловливает повышенную себестоимость выплавляемой стали. Эти недостатки обусловлены как относительно низкой скоростью протекания реакции обезуглероживания в вакуумном ковше при

15 подаче кислорода на поверхность перемешиваемого аргоном расплава в начальный, контролируемый доставкой кислорода на реакционные поверхности, период продувки, так и наличием зна20чительного избытка кислорода (при постоянной интенсивности его ввода) в системе на заключительном, лимитируемом транспортом углерода, этапе продувки.

25

Целью изобретения является снижение себестоимости получаемой стали.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения нержавеющей стали, включающем завалку и расплав30ление легированных отходов, усреднение металла, выпуск в ковш расплава и его последующее вакуумирование с подачей аргона снизу и продувкой кис лородной струей сверху 35-45% проду вочного времени струю кислорода заглубляют в расплав, причем величина .заглубления составляет 1/4-1/2 высоtH слчН металла, а в оставшиеся 5565% времени окислительной продувки кислород с пониженной в 2,5-3 раза интенсивностью подают на поверхность расплава так, что уровень подачи кис лорода отстоит от поверхности послед него на расстоянии 1/7-1/5 высоты слоя металла. Предложенный способ получения нержавеющих сталей осуществляоот следующим образом. Исходную металлическую шихту, состоящую на 70-100% из легированных отходов хромоникелевых сталей и 0-30% углеродистых отходов высокоуглеродистых сортов феррохрома (8-10 кг/т), металлического никеля (25-50 кг/т) и в случае необходимости, молибдена и меди ,(2,5-10 кг/т) загружают в дуговую электропечь. Исходная шихта содержит, вес.%{ углерод О,50-0,70I кремний 0,5-1,2; марганец 0,4-2,0; никель 8-29; хром 19,5-23,0; сера 0,015-0,030; фосфор 0,017-0,035 а также в ряде случаев медь и молибден 2-3. Поспе расплавления металлической итхты при температуре приблизительно в расплав присаживают изЕУСТь и 45% феррс силиций в количествах соответствен но 5-15 и 4-12 кг/тонну. При достиже нии температуры металла 1бЗО-1б70°С осуществляют в течение 8-15 мин продувку металлической ванны техничес-, КИМ кислородом с расходом 0,9-1,1 нМу в минуту. После продувки металл имеет следующий химический состав, вес. углерод 0,20-0,35; кремний 0,20-0,50 марганец 0,20-0,80; никель 8-29; хром 20,0-24,0;.сера 0,015-0,025; фосфор 0,017-0,035; медь 2-3; молибден 2-3. Температура металла после продувки составляет 1750-1860 С. После час тичного скачивания шлака металл выпускают в рафинировочный ковш, снабженный пористой пробкой для обработки металла инертным газом. Температура металла в ковше составляет 1700-1800 С. После установки ковша с металлом в вакуумную камеру и набора в течение 2-4 мни вакуума (6-20 мм рт.ст.) начинают продувку расплава кислородом, причем в течение первых 3-9,5м продувочного времени кислородную Фур му заглубляют в расплав так, что величина заглубления составляет 1/41/2высоты слоя металла. Интенсивность подачи кислорода на первом эта пе протовки составляет 0,6-0,7 в минуту. В процессе окислительной продувки металл перемешивают аргоном, инте сивность продувки которые составляет 0,015-0,035 в минуту. Согласно имеющимся теоретическим представлениям скорость обезуглероживания -при высоких (0,15-0,35%) содержания углевода в расплаве определяется доставкой кислорода на реакционные поверхности поэтому подача кислорода в расплав заглубленной струей на начальном этапе вакуумного обезуглероживания способствует повышению относительной скорости окисления углерода и снижению относительных скоростей окисления ниобия, хрома и других компонентов металлической ванны. При этом длительность обработки расплава сокращается, что приводит к повышению производительности агрегата. При содержаниях углерода в расплаве менее 0,10-0,15% процесс обезуглероживания сложнолегированного расплава согласно теоретическим данным затормаживается и контролируется тран-. спортом углерода на реакционные поверхности. Поэтому продувка расплава заглубленной струей свыше 9,5 мин сопровождается повышением угара хрома и других легирующих. При продувке расплава заглубленной струей менее 3,0 мин вследствие ограниченных скоростных возможностей процесса обезуглероживания не достигается содержания углерода в расплаве 0,10-0,15%, что приводит к увеличению времени вакуумного рафинирования на последующих этапах с одновременным повышением угара хрома и других компонентов металлической ванны. При величине заглубления струи кислорода в расплав более 1/2 высоты слоя металла снижается стойкость днища рафинировочного ковша под воздействием высокотемпературного факела. При величине заглубления кислородной струи менее 1/4 высоты слоя металла происходит неполное поглощение металлом кислорода, что в условиях внешнедиффузионного контроля реакции обезуглероживания способствует снижению скорос и окисления углерода, и, следовательно, приводит к увеличению продолжительности продувки, угара хрома и других легирующих компонентов . Последние 5-12,0 мин окислительное рафинирование проводят с интенсивностью подвода кислорода, рав ной 0,2-0,3 в минуту, причем кислородную фурму устанавливают над по- . верхностью расплава так, что расстояние от поверхности расплава до среза фурмы составляет 1/7-1/5 высоты слоя металла э ковше. При подаче киспорода с пониженным расходом на поверкность расплава в вакууме в верхник горизонтах ковша вследствие незна чительной величины гидростатического давления интенсивного баротажа поверхностных сдоев аргоном и отсутствия переокисленной высокотемпературной локальной реакционной зоны складываются благоприятные термодина мические и кинетические условия для .преимущественного окисления углерода Угар хрома и других легирующих компо нентов расплава при этом относительно невелик. При снижении интенсивности пода и кислорода менее 0,2 нм°/т в минут не обеспечивается необходимое поступ ление в верхние горизонты ковша, что приводит: к уменьшению скорости обез углероживания. Кислородная продувка с интенсивностью более 0,3 в минуту приводит к переокислению мета ла и повышению угара легирующих в условиях окисления углерода во внутридиффузионном режиме. Расположение уровня подачи кислог рода свыше 1/5 высоты слоя металла приводит к недостаточному насыщению верхних горизонтов ковша кислородом и снижению скорости окислений углерода. Снижение уровня подачи кислорода менее 1-/7 высоты слоя металла приводит к переокислению поверхностных слоев металла, способствующему повышенному угару легирующих компонентов расплава. Температура металла в конце вакуумирования составляет 1650-17ЗО С стоградусной шкалы. После вакуумирования металл имеет следующий химический состав, вес.4: углерод 6,020-0,06; кремний 0,03-0,1:2; марганец 0,08-0,40; никель 8-29 хром 18,5-22,0; сера 0,015-0,022; фосфор 0,017-0,035; медь 1,5-2,5; молибден 1,5-2,5. После проведения вакуумного окисглительного рафинирования металл раскисляют чушковым сшюминием (1,01,5 кг/т), который вводят в ковш на штангах. В рафинировочный ковш присаживают также металлический марганец (1015 кг/т) , 45%-ный. ферросилиций (6-10 кг/т) и, в случае необходимоетси, корректирующие добавки феррохрог ма, никеля, меди, молибдена. Требуемую степень десульфурации обеспечивают присадками в ковш алюминиевого порошка (1,0-2-кг/т) в смеси с известью (10-40 кг/т). После присадок в рафинировочный ковш раскислителей, легирующих и десульфураторов производят набор вакуума (6-20 мм рт.ст.) и перемешивание металла в течение 3-5 мин аргоном с ра ходом 0,05-0,07 . Далее металл из рафинировочного переливают с высоты 2-2,5 метра в стопорный.ковш. В процессе перелива осуществляется Дополнительная десульфурация металла диспергированным шлаком. Степень десульфурации составляет 30-50%., Готовый металл имеет следующий химический состав, вес.%: углерод 0,02-0,06; кремний 0,5-0,7; марганец 0,8-1,4, никель 8-29, хром 18,522,0; сера 0,015-0,018; фосфор 0,0170,035; медь 1,5-2,5; молибден 1,52,5. Разливку металла осуществляют noj действующей на заводе технологии. Приме р. Исходнуй металлическую шихту, состоящую из отходов хромоникелевых сталей, высокоуглеродистого феррохрома (10 кг/т) и метёшлического никеля (25 кг/т) загружают в дуговую электропечь. Исходная шихта содержит, вес.%: углерод 0,5; кремний марганец 0,7; никель 10; хром 22; сера 0,020; фосфор 0,020. После добавок в расплав 45%-ного ферросилиция, извести, соответственно в количествах 10 и 5 кг/т, и достижения температуры осущест. вляют в течение 10 мин продувку металлической ваннк техническим кислородом с расходом 1,0 в минуту. После продувки металл имеет следующий химический состав, вес.%: углерод 0,25; кремний 0,20; марганец 0,4; никель 10,5; хром 21,0; сера 0,020; фосфор 0,020. Температура металла после продувки составляет . После выпуска металла в рафинировочный ковш его температура составляет . После установки ковша с металлом в вакуумную камеру и набора в течение 3 мин вакуума (10 мм рт. ст.) начинают продувку металла кислородом, причем в течение первых 4 мин продувочного времени кислородную заглубляют в расплав так, что величина заглубления . составляет 500 мм. Интенсивность подачи кислорода на первом этапе продувки составляет 0,6 нмVT в минуту. В процессе окислительной продувки металл перемешивают аргоном, интенсивность продувки которым составляет 0,015 в минуту. Последние 7,0 мин окислительного рафинирования проводят с интенсивностью подвода кислорода,; равной 0,3 в минуту причем кислородную фурму устанавливают над поверхностью расплава так, что расстояние от поверхности расплава до среза фурмы составляет 200 мм. Температура металла в конце ваккумирования составляет 1700®С. После йакуумирования металл имеет следующий химический состав, вес.%: уг.перод 0,03; кремний 0,08; марганец 0,20; никель llrOf хром 21,0; сера 0,015; фосфор 0/017. После проведения вакуумного окислительного рафинирования металл рас кисляют чушковым алюминием (1,0 кг/т который вводят в ковш на штангах. В рафинировочный ковш присаживают также металлический марганец (10 кг/т) и 45%-ный ферросилиций (В кг/т). Перемешивание металла производят в течение 3 мин аргоном (0,05 ) под вакуумом (10 мм рт. ст.) Готовый металл имеет следующий химический состав, вес.%: углерод 0,03; кремний 0,6j марганец 1,0; ник ель 11,01 хром 21,01 cepa 0j015 фосфоо0 017. Далее металл переливают в стопорный ковш ,для разливки по действующей технологии. При использовании предлагаемого способа выплавки нержавеющей стали экономия хрома составляет абс. 1,5% или 2,1% феррохрома. При средней цене феррохрома 300 рублей за тонну и годовой производительности 50 тыс. т экономический эффект составляет: 2,1 X 3,0 X 50.000 315 тыс.руб. Таким образом, предложенный способ получения нержавгощей стали позволяет существенно снизить себестоимость выплавляемой стали за счет уменьшения угара хрома при проведеНИИ двухстадийной окислительной продувкн под вакуумом. Формула изобретения Способ получения нержавеющей стаЛ1, включающий завалку и расплавление легигхэванных отходов, усреднение металла, выпуск в ковш расплава и его последующее вакуумирование с подачей аргона снизу и продувкой кислородной струей сверху, отличающийся тем, что, с целью снижения себестоимости получаемой стали, в течение 35-45% продувочного времени струю кислорода заглубляют в расплав, причем величина заглубления составляет 1/4-1/2 высоты слоя металла, а в оставшиеся 55-65% времени окислительной продувки кислород с пониженной в 2,5-3 раза интенсивностью подают на поверхность расплава так, что уровень подачи кислорода отстоит от поверхности последнего на 1/7-1/5 высоты слоя металла. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.ABTopqKoe свидетельство СССР 532629, кл. С 21 С 7/10, 1976. 2.Морозов А. Н. и др. Внепечное вакуу1иирование стали. М., Металлургия, 1975, с. 288.