Способ рафинирования особонизкоуглеродистого железоникелевого расплава
Иллюстрации
Показать всеРеферат
1. СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ ОСОБОНИЗКОУГЛЕРОДИСТОГО ЖЕЛЕЗОНИКЕЛЕВОГО РАСПЛАВА, включающий завалку металлошихты и лшакообразующих, их расплавление, проведение окислительного периода с получением особониэкоуглеродистого железоникелевого расплава, раскисление его алюминием кремнием, кальцием, марганцем и pjj.работку раскисленного расплава углеродом посредством погружения в ванну графитовых электродов при включенной электропечи, отличающийс я тем, что, с целью снижения степени науглероживания расплава и повшиения технологичности металла при горячей пластической деформацш,. 0,5-2,0% никеля вводят в расплав в процессе и/или после обработки его углеродом. 2.Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что процесс обработки расплава углеродом проводят с одним - пятью перерывами. 3.Способ по. пп. 1 и 2, отличающийся тем, что никель вводят в перерывах между периодами обработки расплава углеродом. 4.Способ по пп. 1-3, отличающийся тем, что соотношение между продолжительностью обработки и перерывс1мй в цикле обработка расплава углеродом - перерыв 4 -изменяет в последовательно проводив мых циклах от l:
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
О НЛС
РЕСПУБЛИН
1(5В С 21 С 5/52
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ CCCP
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3407949/22-02 (22) 16.03..82 (46) 07.10.83. Бюл. 9 37 (72) Н.А. Тулин, A.Ô. Каблуковский, В.М. Бреус, М.Д. Шувалов, А,Г. Шалимов, К.П. Баканов, А.А ° Дедюкин, Е.Я. Чернышов, Б.Г. Вайнштейн, P,Ô. Максутов, Е.В. Мокров, Л.И. Се" нюшкин, В.П. Морозов и В.X. Левинэон (71) Центральный ордена Трудового
Красного Знамени научно-исследовательский институт черной металлургии им. И .П. Бардина и Челябинский ордена Октябрьской Революции; ордена
Трудового Красного Знамени металлургический завод (53) 669.187(088.8) (56) l. Поволоцкий Д.Я. и др. Электрометаллургия стали и ферросплавов.
M., Металлургия, 1974, с. 550.
2. Сталь, 1972, В 8, с. 717719. (54) (57) 1. СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ
ОСОБОНИЗКОУГЛЕРОДИСТОГО ЖЕЛЕЗОНИКЕЛЕВОГО РАСПЛАВА, включающий завалку металлошихты и шлакообразующих, их расплавление, проведение окислительного периода с получением особонизкоуглеродистого железоникелевого
„„Я0„„1046293 А расплава, раскисление его алюминием, кремнием, кальцием, марганцем и оф.— . работку раскисленного расплава углеродом посредством погружения в ванну графитовых электродов при включенной электропечи, о т л и.ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения степени науглероживания расплава и йовишения технологичности металла при горячей пластической деформации,.
0,5-2,0В никеля вводят в расплав в процессе и/или после обработки его углеродом..
2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что процесс обработки расплава углеродом проводят с одним - пятью перерывами.
3. Способ по, пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что никель вводят в перерывах между периодами обработки расплава углеродом.
4. Способ по пп. 1 — 3, о т л ич а ю шийся тем, что соотношение между продолжительностью обработки и перерывами в цикле -обработка расплава углеродом — перерыв:
-изменяет в последовательно проводич мых циклах от 1г:(0,2 0,1) в первом до 1:(1,0 0,2) в последнем.
1046293 нием массы рафинируемого металла,что делает невозможным получение особонизкоуглеродистого расплава высокого качества в .крупнотоннажных сталеплавильных агрегатах .и не позволяет широко использовать отходы собственного производства.
Металл, полученный известным способом, имеет низкую деформируемость в горячем состоянии и при прокатке в значительной мере подвержен образованию дефектов в виде рванин, плен, трещин и т.п.
Целью изобретения является снижение степени науглероживания расплава и повышение технологичности металла при горячей пластической деформации.
Для достижения поставленной цели согласно способу рафинирования особонизкоуглеродистого железоникелевого расплава, включающему завалку метал-. лошихты и шлакообразующих, их расплавление, проведение окислительного периода с получением особонизкоуглеродистого железоникелевого расплава, раскисление его алюминием, кремнием, кальцием, марганцем и обработку раскисленного расплава углеродом посредством погружения в ванну графитовых электродов при включенной электропечи, 0,5-2,0Ъ никеля вводят в расплав в процессе и/или после обработки его углеродом.
Процесс обработки расплава углеродом проводят с одним-пятью перерывами.
Никель вводят в перерывах между периодами обработки расплава углеродом.
Соотношение между продолжительностью .обработки и перерывами в цикле обработка расплава углеродом †. перерыв изменяют в последовательно проводимых циклах от 1:(0,2 0,1) в первом до 1:(1+0,2)в последнем цикле.
Присадки никеля в особонизкоуглеродистый расплав повышают активность кислорода в локальных участках ванны и интенсифицируют реакцию взаимодействия кислорода с углеродом. В результате кислород и углерод удаляются из металла в виде окиси углерода, существенно уменьшается науглероживание расплава и создаются условия для увеличения продолжительности обработки расплава углеродом и, как следствие, более глубокого раскисления ванны, поскольку при особонизких концентрациях углерода менее 0,05% реакция раскисления реализуется в диффузионном режиме.
Поскольку лимитирующей стадией реакции взаимодействия углерода с растворенным в металле кислородом является диффузия кислорода к месту реакции, эффективность процесса nol
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к выплавке сталей и сплавов в электропечах.
При производстве особонизкоуглеродистых расплавов черных металлов .с содержанием углерода менее О,ОЗВ серьезные затруднения вызывает снижение содержания кислорода в расплаве и получение металла, обпадающего высокой технологичностью при горячей пластической деформации, обеспечивающего высокий выход годного при последующих переделах.
Никельсодержащую сталь выплавляют в дуговой электропечи с легированием расплава присадкой никеля, раскисле- 15 кием в печи алюминием, кремнием, марганцем и последующей обработкой углеродом посредством введения в ванну кокса или электродного боя и нагревом металла графитовими электродами. gQ
Введение в металл никеля осуществляется "с целью корректировки его содержания и допускается не позже,чем за 10 мин до выпуска плавки в количестве не более 0,2Ъ f1 ). 25
Способ предназначен для производ > ства средне- и высокоуглеродистых сталей и сплавов и не пригоден для производства особонизкоуглеродистых сталей и сплавов из-за высокого на- gg углероживания металла в восстановительный период.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является способ рафи- З5 нирования особонизкоуглеродистого железоникелевого расплава, включающий завалку металлошихты и шлакообразующих, их расплавление, проведение окислительного периода с получением особонизкоуглеродистого желе- 4О зоникелевого расплава, раскисление его алюминием, кремнием, кальцием и марганцем и обработку раскисленного расплава углеродом посредством погружения в ванну графитовых электродов 45 при включенной электропечи f2 .
С целью снижения степени науглероживания металла шлакообразующие материалы загружают в зону горящих дуг — под электроды. Однако даже при использовании специальных приемов науглероживание остается значительным и составляет 0,01+0,025%, что является крайне нежелательным при производстве особонизкоуглеродистого металла. Корректировку содержания никеля осуществляют введением никеля в нераскисленный расйлав, а в восстановительный период никель не присаживается.
Кроме того, известным способом нельзя получить особониэкоуглеродистый расплав с низким содержанием кислорода из-за относительно быстрого насыщения расплава углеродом. Науглероживание увеличивается с увеличе-. 65
1046293
Таблица 1
Содержа- Продолжительность периодов обработки (числитель ) ние угле- и перерывов (знаменатель ), мин, в цикле
Общая продолжительность процесса, мин
0,01 и менее
12
5
10
0,02
12
ТО
0,03
0,04
0 05
30 вышается в том случае, если процесс обработки расплава углеродом ведут с перерывами, в течение которых концентрация кислорода в объеме расплава выравнивается. Никель может быть введен в расплав как в период обработки углеродом, так и во время перерыва. в обработке.
Введение в расплав при обработке
1углеродом никеля менее 0,5% являет,ся недостаточным для эффективного снижения содержания кислорода в металле и улучшения его качественных характеристик. При увеличении количества вводимого никеля выше 2% снижается эффективность процесса раскисления металла вследствие значительного переохлаждения расплава.
Наиболее эффективное снижение концентрации кислорода имеет место в том случае, когда обработку расплава углеродом проводят с перерывами, во время которых осуществляется присадка никеля. Одновременная присадка никеля при этом рекомендуется
Способ рекомендуется для рафинирования железоникелевых расплавов, содержащих менее 0,03-0,05%. Углерода. При содержании, углерода 0,050,07% улучшение качественных характеристик достигается не всегда, а при увеличении содержания углерода более 0,07% способ .неэффективен.
Пример. В дуговых электропечах емкостью 5,40 и 100 т выплавляют особонизкоуглеродистый железоникелевый сплав специального назначения с различной долей отходов сплава в шнхте от 30 до 100% (табл. 2) .
/ в пределах 0,3-0,7%. В зависимости от количества никечя, вводимого в расплав, число пе эрывов может изменяться от одного до пяти.
Соотношение между продолжитель5 ностью обработки и перерывами в одном цикле зависит от концентрации кислорода в расплаве и уменьшается в последовательно проводимых циклах от 1:(0,2 0,1) в начальном цикле до
10. 1:(1,0+0,2) в конечном, что может осуществляться как за счет сокращения длительности собственно обработки, так и за счет увеличения длительности перерывов. Выход за рамки 5 укаэанных пределов по соотношению длительности обработки расплава и перерывов не позволяет достигать необходимого эффекта дегазации металла.
В табл.1 приведены оптимальные варианты режима обработки углеродом в зависимости от содержания углерода в расплаве, установленные экспериментальным путем.
После получения в расплаве углерода менее 0,.05% его раскисляют алюминием, кремнием и марганцем и под50 вергают обработке углеродом.
Обработку углеродом осуществляют посредством-погружения в расплав графитовых электродов как при включенной, так и при отключенной (на
55 плавках 3 и 6) печи по разным режимам, описанны л в табл.2, от однократной (плавки 7 и 8 )и двукратной с одним перерывом (плавка 5 ) до шестикратной с пятью перерывами (плав60 ка 4).
1. !
1
1 о. 1
I д
Ф
1
1
I.
Ю . о
М о СО
tV о
Э ъ ж о
lV
О
М
О О («!
"о с
С> «!
М н о! о
О !
1Л
tV о
« «
M о
Ъ
О в о
М о
CO «I
Ь о о ю ., м (Ч (Ч М
I
1
1
1
1 м
tA Ю
° 0 Ь
О
% о
O 1
Ю м
Ю
Ю
«1 о
М
1
< гэ I, tA
1О СЧ E о о. LA
° \
Ю о м о
«У о Ф
О м
I н-1
1
I. I
0О м
Ю о о !
D о
% о
1 Ф
«Ф
О
Ь о м
Я
О а
tD (Ч
E о о
lA
М о о о
«! «Й
О м
О м ( Ф
О
Ю
« о
О1
Р3 Ю
Ъ о
Ot
0Ч
C)
LA
00 (Ч
Q О
Ю о
%-1
Ю
«-1 о о с-! м м о
Ю
М
%-!
Ю
Ю с
D !
Ю
«I
Ю о
Ch м о
М
C)
Г . СЧ
« о о
\ о
0О
Г о
Ю
«-!
C)
О м
«-« о с
C) СЧ о
tD, о о1 м с о о
Ю о
Ю
«
Ch
Ю
C)
М Ю м
Ю
О
М
tD
«-!
Ю
М
tA м, м
% Ю с
О
Ф-(о м
ГЧ о о
Ю Ч
Ot о
Ю
М
О СО
C) Ю
«
tD о
Ю
% о
I сЧ I
«Р
М («-1 м с
LA
C) м а о м <ч
Ю
Ю
C) о
1О
О о
«
Ю!
Ю о
Ю о о о
Ot СЧ ь .о о
Ю м
Э с
X ф
9 Ц хо ао, Э Э
Ц о.«
u >
Э с х Ф. х Ц
9О м а ао
Э 1
Цv ох
v x и х
1
I
I
1
1 «!
I
1 3
1
à — — 1
1 Р! н,х
О . 9Х ц & ,0<. RR н х Ф х ц ц
991«9 х mн ох э
Э аХ Ф gtttt и х 9 х
1«Х 9
Д ° Ф !Ц fLI ltl 9 н ц ыах о а ацх
О t0O ФЕЕ
Х ЦЦ ЦО0!
ОО ОФО
Й !ц!0 и o,а.
104629 3 х Ф
Ц
u g g
:A х о ох
-ФЯ Х а х ай ц.х я
01«Ц
ХФФ оц
3 х х х
K н цо оа
ЦФх оах ахи до
ЫАЕ ано
Риц еоо ох а х д х
g Е
Ц Э
Й Й
Ф и ни е о
Ох! и х х х
Ф Е
Ц о
Ц Ф ои ао
И Э
ы хо
t0,а х и а
Ф A
Ф
Х х
Ц о. х о
Ii) а
K а
Ц о о с х е
Э Ц а й
1046293 в
I, f (Ч 1
Ill о а
Ц о о
Ф а х х (О с 1Ч
Ю а-< ь
aD
a1j
I х
X! о
ill
ot
Ф 0a la: с Ц
I. о
ot
Фах ! I 1ЖИЦ аА (Ч с о
° ° (") а"1
СО . с ГЧ о
Ю г4 . Ф
Ы 1
1 о
Ц! о
0 I ,И I
1
I
I
I
1 !
1
1
1
I
1 о
ot .Ф,а д! а
° ь ь аА о
Ю Pl
I о х он
Ф 0 М
Х1=Ц с
Ф . Э„ хФ! н" о ъ I Ф
«осч g
1 о
Ill
ot
Ф ак
Ж 1 Ц (Ч с о
Ul о о. 1 I
1 о он
Ю g5 (Г
Ф с о
CV а"4 аА
an с о.
СЧ с о а 1 1
1 о
Q он
ФÎХ
Ж 1=Ц
1 о
Р3
ot
Фах
g Ц
Ю аА с . а
Ю rV
4Ч с о
1
1
1 X
1 ..Ф
1 atl
1 Д
1 !
1
I
1 !
I !
I! с (Ч о аА аА с .aA
Ю rl
00 аА
СЧ с
Ю
° «
%-1
1с с. о а
° ° с ч о с
%-1
Ю а-1 т-( I аА
Г
<Ч о аА (Ч с
1. с ю .а
« о
1 о
1 с 1Ч
Ю rl а
СЧ с о
% 1 с с-4 Г о
Оъ а o с о an
° °
%-1 Ю
1О с (Ч
Ю ч-3 ф с
Ц Ф
1 М
Ф Р
Ф
Ф x
z o а ох
4 о.е х e
Ц ь ох
1ч а о
Ц ч о х х
2 0
Ш 1
I
1.
1 и
1 4
1 N
I Ф
1 Х ! о
1 И
I
I
I
3 х а
1
Ц 00. о е и сЧ CV СЧ н 4") и и х и
|х о а о
1 1 ,1
I I
I I
I .1 ! о
Iw I,1
I I
1 1.
Г 1, I1
«I 1
to t
t I
1 t
1 I !
IcO )
1 1
l I
1
I 1
I 1
I 1 ! гI 1
1 I
l I
1 1 ч
I t
ta!a I
1 1
1 . I.
1 1
I I
1 I ! а
1 1
1 1
l I
1 1
I I.
I I
I )
1 1
1 I ! ч
I I
I 1
1 I
I: I
I ("1 I
I 1
1 . 1
I. 4
I .!
1- 1
1 I
1гЧ 1
1 I
1 1
I I
1» 1
1 1
1 I
1т I
I l. l
I!!!
I
1
1 а
1. 1
1 !
1 (Ч с о
ul . t-1 Ю
1 1 .х.х х
0ФW
1 Р Ф
Ia3. Х Я 1= г «Ц ХФ
o ° 1 О 1г Ох
CO с о а
° ° с
m 1 О
СЧ М с о с а о
1 с с о
Ю -<
%-1 с
%-1 о ° °
О1 а- .1 ч-4
1 C аяоицхх
Р с &466 о Q 0 L
1046293
t
I с
3
1 с
) t
В
1 й!
I
I !
1
1%3 (с) с г"(° ° с о
1 a)f
1 М
1 333 (-(an
В1 с (о :3 с л ! ь
1 I
I 1!
I г )
1 1
I 1
1 4 ! 1 е е .
1 I
13Ч 1
I 1 ! I
1
I
I
1
-1 !
I
I
1
1
I ((1 о он (n с о!
1 о о н
Й б
Сс) с о
1 й
1.3
1 I
I I
1 I
l о он
Э 33(Х ! 3:3 аА
h3 с о
1 в
I
I
I t !
I б
1
I
I
° °
1 Э
1 х
1
2 х
;., а
,И.1
I Be
1
1 (х о
Э
B к (о
1 ! I
Э I
I
K )
I ) I ц I о
1 I
I !
I
I
I
I
I
I
1 ,I
I
I
3 !
1 1
I 1
I I ! I ео), ен I
1 I i ! 1
3 1
1 I, I l(I 1 !
" е, 3 I
I 1
3 — 4
I 3
1 I
I (3
3cO 3
I I
I ° 1
1 1
1 1. !
3 lj
I Ii
1 1, 1- — 1
I I
I
I ч>
1 (r.
1 .
I,. и ) Ф» 3- (б- (4 (((((3Л О .О О О
v ж w а o и и х о ! х
)й
),I
1 Э
)д, 0!.
)о
IÎ
)m ! о ! 3(3
1 3 ! Э ! Р. ! o(! Э
13
1, о
1 о
1 ! ! Ц ! с(! х
1 о
1
I ! ! о ! д ! !о
Ц с.
) O3= х
10 Х
1 Э
1(»
1OO е-! хех (Э
)Нх Х
)ХхЭХ
133 C(! охо !
oou . ! а,ою
3):VO, 1 1 1 ! 3-"O с( з
1046293
Наилучшие результаты получены превышает 1 мпн.руб.
Составитель С, Бакума
Редактор Н. Джуган Техред M.Кузьма Корректор A. IloBx
Заказ 7665/24 Тираж 568 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Соотношение между продолжительностью периодов обработки и перерыва. изменяют от 1:(О;13 0,27) в начале обработки до 1: (0,8 1,2) в конце обработки. В процессе обработки на всех плавках, кроме плавки 8, вводят
0,3-1,6% никеля. Никель вводят либо в период обработки углеродом, как на плавке 7 на 20-оА минуте обработки, либо во время перерывов (плавки 1-6 ) !
После окончания обработки на всех плавках в металл вводят 0,2-0,5% никеля.
Суммарное количество никеля, вводимого в процессе и после обработки углеродом, .составляет 0,5-2% °
Сравнение ведут с плавками 9 и
10, в которых особонизкоуглеродистый железоникелевый расплав рафинируют в 5 т печи по известному способу без введения никеля в расплав в процес-. се обработки углеродом или после обработки.. Результаты плавок 1-10 приведены в табл.2 °
I
Увеличение доли собственных отходов в шихте плавки 9 по сравнению с плавкой 10 приводит к значительному ухудшению качественных характеристик металла и деформируемости его при горячей прокатке.
Осуществление рафинирования расплава по данному способу в 5 т печи (плавка 1 )значительно улучшает качественные характеристики сплава по сравнению с. плавкой 10, несмотря на более высокое содержание в шихте отходов (такое же,как на плавке 9 ).
Увеличение массы одновременно обрабатываемого расплава до 40 и
100 т сопровождается некоторым снижением качественных характеристик металла по сравнению с плавкой в 5 т лечи. Тем не менее качества сплава з начительно выше, чем у металла, обработанного по известному способу, Плавки 4-8 иллюстрируют различные варианты осуществления способа, при которых достигается улучшение качественных характеристик металла .по сравнению с металлом плавки 10. на плавках.2, 4 и 6, где режим обработки расплава проводился циклически с двумя-пятью перерывами и с изменением соотношения между продолжительностью обработки углеродом и перерыва от 1:(0,2 0,1) в начале до 1:(1 0,2) в конце обработки.
15 Реализация данного способа рафинирования особонизкоуглеродистого железоникелевого расплава позволяет уменьшить степень науглероживания расплава, увеличить продолжитель20 ность обработки расплава углеродом, сократить расход раскислителей и легирующих, снизить содержание кислорода в ме)галле и за счет этого увеличить массу обрабатываемого ме- .
25.талла и выплавлять его в большегрузных сталеплавильных агрегатах, увеличить долю собственных отходов в шихте, улучшить технологичность металла лри горячей пластической де30 формации .и увеличить выход годногo проката.
Экономический эффект изобретения ,определяется за счет снижения расхода раскислителей и легирующих, использо- вания отходов, снижения расходов по переделу, увеличения выхода годного сплава..За счет увеличения выхода годного металла на 20% при разнице в стоимости годного и отходов 500руб/т
40 экономия составляет 500 0,2 100 руб/т.
Годовой экономический эффект при производстве более 10 тыс.т металла