Способ рафинирования высокохромистых сталей

Способ рафинирования высокохромистых сталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

2. о

-1 . °

Союз Советских

Социалистических

Республик 7499()6

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву— (22) За я илено 13,07.78, (21) 2642571/22-02 (51) М. Кл.

С 21 С 5/56 с присоединением заявки №вЂ”

Государственный комитет (23) Приоритет

Опубликовано 23.07.80 Бк ллетень № 27 по делам изобретений и открытий (53) УДК

621.365.91 (088.8) Дата опубликования описания 25.07.80 (72) Авторы изобретения

Г. И. Чернов, М. Н. Мартынов, Е. Ф. Мазуров, Б. С. Петров, Е. И. Тюрин, Л. А. Римша, В. Н. Савкин, В. А. Минченко и А. Г. Флейшер

Челябинский научно-исследовательский институт металлургии (71) Заявитель (54) СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ ВЫСОКОХРОМИСТЫХ

СТАЛЕЙ

Изобретение относится к металлургии стали и может быль использовано при производстве высокохромистых нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов.

Известен способ вакуумного обезуглероживания высокохромистой стали, который предусматривает продувку металла кислородом при давлении ниже "50 мм рт.ст. до получения требуемого низкого (0,02 — 0,10%) содержания углерода (1), На первом этапе окислительной продувки скорость обезуглероживания определяется скоростью подвода кислорода. На втором этапе после достижения содержания утлерода 0,08 — 0,012% скорость обезуглероживания определяется скоростью подвода углерода к

15 зоне реакции, т,е. реакция обезуглероживания переходит из кинетического режима в диффузионный, вследствие чего скорость обезуглероживания снижается, увеличивается угар хрома, что сопровождается увеличением температуры в реакционной зоне и резким возрастанием интенсивности испарения металла.

Известен способ вакуумного обезуглероживания высокохромистого расплава, при котором для продувки металла в вакууме используют одновременно различные компоненты, например кислород, аргон, пар и жидкое топливо, подаваемые в зону реакции концентрически расположенными трубами раздельно от кислорода (21.

Подача компонентов позволяет снизить температуру реакционной зоны, но догорание горючих компонентов над металлом приводит к перегреву оборудования. Кроме этого, раздельная подача компонентов требует применения фурмы сложной конструкции.

Известен процесс рафинирования высокохромистой стали, включаюший выпуск полупродукта с содержанием хрома 8 — 20% и утлерода

1 — 6% в ковш при температуре 1300 С, помещение ковша с металлом в вакуум-камеру и продувку металла кислородом через фурму при давлении ниже 1/2 атм, в котором при достижении заданного содержания углерода и температуры металла 1600 — 1800 C расход кислорода снижают и одновременно начинают подавать через фурму инертный газ (гелий), уменьшая количество подводимого. к реак06 4

3 7499 ционной зоне кислорода, и снижая тем самым потери металла при продувке (3). К концу процесса продувку металла при давлении в камере 5-10 мм рт.ст. ведут чистым инертным газом через фурму сверху до удаления

5 кислорода из металла и продуктов реакции из камеры. Преимущество данного способа cocTQHT в том, что отсутствует догopRние горючих компонентов над металлом, природящее к перегреву оборудования, не тре- 10 буется применения фурмы сложной конструкции.

Йедостатки известного способа заключаются в том, что для смешения с кислородом и по:следующей продувки используется дорогостоя.щий инертный газ (гелий). Расход инертного газа на завершающем этапе процесса для сохранения высокой скорости иСтечения из сопла должен быть сопоставим с расходом кислорода и cocTRBJIrrTb не менее 0,2 — 0,3 м /т мин, т.е. при продолжительности завершающего этапа процесса 5 мин составляет 1,0 — 1,5м /т, что при высокой стоимости инертного газа приводит к повышенным материальным затратам на обработку стали.

Кроме того, инертный газ (гелий) является

2S ,не самым эффективным компонентом в смеси с кислородом для понижения температуры реакционной зоны и металла в целом.

Окончательное рафинирование стали производится продувкой инертным газом сверху, что связано с большим расходом последнего, Цель изобретения — уменьшение потерь металла и удешевление процесса.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем вакуумную обработку металла, продувку металла кисло-"родом и газокислородной смесью, после снижения содержания углерода до 0,07 — 0,12 o продувку металла ведут парокислородной смесью с содержанием пара 20 — 40% до со40 держания углерода 0,03 — 0,05%, затем парокислородной смесью с содержанием пара

60 — 80% в течение 2 — 10 мин.

Другое существенное отличие предлагаемого способа от известного заключается в том, 45 что окончательное рафинирование стали производится не продувкой инертным газом сверху, т.е. давлением доли инертного газа в газокислородной смеси до 100%, что связано с большим расходом последнего, а продолжением вакуумирования с принудительным электромагнитным или аргонйым перемешиванием в течение 2 — 6 мин.

Момент начала парокислородной продувки определяется содержанием утлерода в металле

0,07 — 0,12%, когда скорость обезуглерожива55 ния определяется скоростью подвода углерода к реакционной зоне и реакция обезуглероживания переходит иэ кинетического режима в. диффузионный, вследствие чего скорость обеэуглероживания снижается, увеличивается угар хрома и увеличивается температура реакционной зоны, С этого момента начинаетerr парокислородная продувка с содержанием пара в смеси 20 — 40%, поскольку при продувке .с долей пара менее 20% охлаждающий эффект пара незначительный, что приводит к увеличению потерь хрома, а при продувке с долей пара более 40% уменьшается скорость обезуглероживания вследствие недостатка кислорода.

Продувка с долей пара в смеси 20 — 40% производится до содержания углерода 0,03 — 005%, так как при окислении углерода до меньших значений приводит к увеличению угара хрома.

Продолжительность продувки металла парокислородной смесью 2 — 10 мин н доля пара в смеси 60-80% определяются в зависимости от температуры металла и заданного содержания углерода в стали. Доведение же доли пара в смеси более 80% не позволяет подводить необходимого для глубокого обезуглероживания количества кислорода, Продолжительность вакуумирования B течение 2 — 6 мин с принудительным перемешиванием обеспечивает дополнительное рафинирование стали эа счет растйоренного в металле кислорода.

На чертеже показано влияние добавок водяного пара на теоретическую температуру реакционной зоны.

Расчеты показывают, что температура зоны продувки достигает 2780 С.

При содержании пара в дутье 50% (0,56 моль/моль 0 ) температура реакционнои зоны понижается до 2610 С, а при 80% пара до 2520 С, т.е. на 260 С. Этим достигается значительное уменьшение испарения металла. Измерения íà промышленных агрегатах показывают еще более низкие значения температуры реакционной зоны (2300 — 2400 С), Исследовалось влияние добавок перегретого пара к кислородному дутью на образование бурого дыма в реакционной зоне. На плавках в мартеновских печах, продувавшихся фурмами внутрисоплового смешения, определяют-.... содержание плавильной пыли в отходящих газах. Исследования показывают, что количество выделяющегося в ходе продувки бурого дыма уменьшается с 2,5 г/м при продувке кислородом (3000 м /ч) до 0,8 г/м при добавлении перегретого пара к кислородному дутью (400 кг/ч) .

С целью снижения потерь хрома по ходу вакуумного рафинирования и интенсификации обезуглероживания, в интервале содержаний углерода 0,12 — 0,03% в ковш вводят CròОЗ содержащие добавки, например хромистую руду в количестве 3,5 — 5 кт/т, что обеспечивает дополнительное поступление окислителя в металл, 749906 6 раторной вакуумной индукционной печи. Про. дувку хромистого расплава с исходным содержанием 0,20 С и 18% Cr проводят кислородом (плавки 1 и 2, таблица) и кислородом и парокислородной смесью (плавки 3, 4, 5 и 6), количество пара по ходу плавки меняется от

20 до 80% с сохранением постоянного суммарного расхода дутья 0,2 л/кг мин. достаточного для дополнительного окисления

0,02--0,03% углерода.

После продувки смесью с 60 — 80% пара для восстановления окислов хрома шлак раскиля ют кремнийсодержашими добавками, например силикокальцием.

Пример конкретного исполнения.

Обезуглероживание хромистого расплава . парокислородной смесью опробовали в лабоИсходное содержание,% т, Снач

Продувка

Конечное содержание,%

Плавка

%абс

t Oc

019 179 1595 004 1692 1695

Π— 100%

0,98

17,29 1715

0,22 18,3 1610 . 0,05

2 Π— 100%

1,01

3 О + (20 — 80)% Нз О 0,23 18,1 1605 0,055 17,57 1625

0,53

4 . O +(20 — 80)% Нр О 0,20 17,6 1610 0,07

16,96 1635

0,64

5 02+ (20 — 80)% Нг О 0,23 18,0 1590 О 065 17,41 1615

0,59

182 1605 005 175 1635

6 Ог+(20 — 80)% Н20 0,21

0,70

Формула изобретения

so

2.Способпоп.1,отличающийся тем, что в процессе вакуумирования при содержании углерода 0,12 — 0,03% в ковш вводят

Cr>0>, содержащие добавки в количестве 3,5—

5 кг/т.

Как видно из таблицы потери хрома при продувке кислородом составляют 0,99%, тогда как в плавках с постоянным увеличением доли пара в кислороде по ходу плавки от

20 до 80% составляет 0,61% (в среднем по

4-м плавкам) .

Температура расплава после парокислородной продувки увеличивается лишь на 25 С (с 1600 С до 1625 С), тогда как при продувке кислородом увеличивается на 105 С (с 1600 С до 1695 C) .

Использование данного способа при производстве нержавеющих сталей с низким содержанием углерода позволяет значительно снизить затраты на производство за счет уменьшения расхода феррохрома, ферроникеля .и других ферросплавов вследствие уменьшения потерь металла и увеличения.. выхода годной стали.

Проведенные исследования показывают, что применение парокислородной продувки для окислительного вакуумирования позволяет снизить потери хрома до 0,4%. При снижении потерь хрома на 0,3 — 0,4%, что составляет .для

100 т плавки 300 — 400 кг хрома, позволяет сэкономить феррохрома марки ФХ010 стоимостью 295 руб./т, применяемой для доводки стали после окислителъного вакуумирования, 1. Способ рафинирования высокохромистых

35 сталей, включающий обработку металла в вакууме с продувкой кислородом и газокислородной смесью и электромагнитным или аргонным перемешиванием, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения потерь металла и удешевления процесса, после снижения содержания углерода до 0,07 — 0,12% продувку металла ведут парокислородной смесью с содержанием пара 20 — 40% до содержания углерода 0,03 — 0,05%, затем парокислородной смесью с содержанием пара 60 — 80% в течение

2 — 10 мин, после чего не снимая вакуума металл. перемешивают в течение 2 — 6 мин, 3. Способ по пп. 1, 2, о т л и ч а ю ш и йс я тем, что после продувки смесью с 60 — 80% пара шлак раскисляют кремнийсодержашими добавками.

Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе

1. Шмидт М. и др. — "Черные металлы", 1968, И 4, с. 3 — 10, Ф Ю 0 0,4 0,5 0,6 07 {ф Ц9 0

Мояичестйо ЮЕайж пара, иаиугыиа g, Редактор А. Мотыль

Заказ 4430/8 Тираж 608 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.; д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

5

4 зао

C.

g 2600

В 2ЯО

Ф

2460

749906 8

2. Патент ГДР N 99605, кл. 18 8 5/34, 1973.

3. Патент США М 3850617, кл. С 21 С 7/)0, 1974, Составитель Г. Прусс

Техред М. Петко Корректор Е. Папп