Способ производства особонизкоуглеродистой стали b вакууме

Способ производства особонизкоуглеродистой стали b вакууме

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51)М. Кл.

С 21 С 5/52

С 21 С 7/10 (22) Заявлено 090279 (21) 2723412/22-02 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 230281 . Бюллетень ИЯ 7

Дата опубликования описания 25. 02. 81

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 669. 187. 25 (088.8) аявитель (54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ОСОБОНИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

В ВАКУУМЕ

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к способам про» изводства особонизкоуглеродистой стали при продувке ее инертным газом в вакууме.

В современном электромашиностроении в настоящее время находят широкое применение особонизкоуглеродистые марки стали с содержанием углерода менее 0,010%. Процесс обезуглероживания таких сталей до укаэанных о пределов является наиболее экономичным в случае, если он осуществляется внепечными методами вакуумной обработки. Однако при вакуумировании в ковшах емкостью более 20 т вследствие возрастающего отрицательного влияния ферростатического столба металла стабильная реализация процесса обезуглерот<ивания до рассмотренных пределов невозможна без продувки расплава в процессе вакуумной обработки инертным газом через донные пористые элементы.-При производстве особонизкоуглероидистой стали методом вакуумной обработки в ковше с продувкой расплава инертным газом важное значение имеет определение непосредственно по ходу вакуумирования момента, когда содержание углерода в расплаве снижается до менее

0,0103. Определение этого момента позволяет оптимизировать весь процесс вакуумирования в целом и, в частности сократить продолжительность периода обеэуглероживания расплава, который в большинстве случаев является необоснованно эавыаенным уменьшить перегрев стали в сталеплавильном агрегате, улучшив стойкость его футеровки; ° ввести в расплав добавки легирующего или раскислительного типа в наиболее оптимальный момент сократить общие тепловые потери расплава при ,вакуумировании.

Кроме того, имеет значение и определение момента начала продувки расплава инертным газом, осуществляемой в целях дополнительного подвода кислорода, например из шлака к месту протекания реакции его взаимодействия с углеродом. Определение этого момента позволяет экономить инертный газ и улучшить условия службы пористых элементов эа счет снижения продолжительности продувки особенно в ковшах большой емкости.

806770

Одним из наиболее доступных параметров, при помощи которого возможно достоверно по ходу вакуумирования определить рассмотренные моменты, является состав откачиваемых из вакуумной камеры газов.

Известны способы получения низкоуглеродистой стали, при которых для определения момента прекращения реакции обезуглероживания расплава при его вакуумировании в ковше исполь— эуют информацию о составе газов, откачиваемых иэ вакуумной камеры.

Основные технологические особенности контроля процесса обезуглероживания при вакуумной обработке жидкой стали данным способом сводятся к следующему.

В процессе вакуумной обработки жидкой стали непрерывно измеряют состав газовой фазы, выделяющейся иэ реакционной емкости. Об окончании 20 процесса обезуглероживания расплава в данном случае судят по достижению максимума на кривой изменения окиси углерода в отходящих газах.Достижение максимума на этой кривой совпадает с моментом окончания реакции обезуглероживания вакуумируемого расплава $1 1

Однако данный способ имеет ограниченное применение. В случае вакууми ров а ни я, например, низ к оуглеродистой нераскисленной стали в целях ее глубокого обезуглероживания реализации способа связана с ошибками, поскольку здесь не учитывают содержа ние двуокиси углерода в отходящих газах. В результате определяемое время, необходимое для завершения процесса глубокого обезуглероживания расплава, является завышенным, особенно при вакуумировании крупнотон= 40 нажных плавок. Кроме того, способ не пригоден для вакуумирования крупнотоннажных плавок, т. е. для условий где требуется продувка расплава инертным газом через донные порис- 4g тые элементы. Для случая продувки вакуумируемого расплава инертным га- зом способ не пригоден вследствие разбавления отходящих газов. Разбавление отходящих газов приводит к снижению в них концентрации окиси углерода, в результате чего содержание этого компонента достигает максиь4ильного значения в момент, когда реакция обеэуглероживания расплава еще не закончилась. Способ не содержит приемов, позволяющих определить технологически оправданный момент начала продувки вакуумируемого расплава инертным газом.

Наиболее близким по технической Щ сущности и достигаемому эффекту к описываемому изобретению является ,способ рафинирования малоуглеродистой стали. Технологические особенности производства особонизкоугле- Я роцистой стали по известному способу сведены к реализации следующих технологических приемов.

Сталь с содержанием углерода

0,03-0,10% сливают из сталеплавильного агрегата в ковш в нераскнсленном состоянии вместе с частью печного шлака, количество которого сос— тавляет 2,1 — 5,0% от веса металла в ковше. Непосредственно перед вакуумированием в ковш на шлак вводят углеродсодержащий раскислитель или окислитель в количестве, обеспечивающем весовое отношение между углеродом металла и кислородом системы металл-шлак равным 0,3-0,7 от стехиометрического их соотношения при окислении углерода.

Расплав вакуумируют в ковше, причем в период снижения давления с

760 до 20 мм металл продувают инертным газом с интенсивностью 0,0050,20 м т.мин.

По окончании процесса обезуглероживания металл раскисляют и легируют ферросплавами, перемешивая их путем дополнительной продувки инертным газом (2g.

Однако известный способ не содержит сведений и технических приемах, позволяющих объективно определить момент окончания протекания реакции между углеродом и кислородом в вакуумируемой системе металл-шлак.

Отсутствие таких приемов в большинстве случаев приводит к необоснованному увеличению продолжительности периода вакуумирования для требуемого обезуглероживания стали, что влечет за Собой удлинение общего цикла вакуумирования. В ряде случаев отсутствие этих приемов связано также с необоснованным уменьшением продолжительности периода обеэуглероживания расплава и получением в нем более высоких, чем требуемые концентрации углерода.

Продувка инертным гаЖм вакуумируемого расплава s период снижения давления в вакуумной камере от 760 до

20 мм рт. ст. не является оптимальным решением задачи глубокого обезуглероживания стали по следующим причинам. При достаточной удельной мсщности вакуумного насоса в период вакуумирования нераскисленной низкоуглвродистой стали, когда остаточное давление в камере изменяется в пределах от 400 до 20 мм.рт.ст., даже без продувки инертным газом кипение расплава бывает настолько интенсивным, что во избежание перелива металла через край ковша приходится периодически отсоединять вакуум-. .ный насос от камеры. Естественно, что в этих условиях продувка расплава инертным газом, осуществляемая в целях интенсификации перемешивания металла со шлаком, технологически

806770

О

30 ратуры.расплава.

4S

ЬО не оправдана. Aped ðàùåíèå продувки расплава инертным газом при достижении в камере остаточного давления

20 мм.рт.ст. также технологически не всегда оправдано(особенно для плавок весом более 20 т), так как в большинстве случаев при нормальной работе вакуумного насоса в этот момент н расплаве не достигается содержание углерода менее 0,010%.

Цель изобретения — оптимизация продолжительности периода обезуглероживания стали, достигаемая за счет определения момента получения в стали содержания углерода менее 0,010% непосредственно по ходу вакуумирования, сокращение времени продувки расплава инертным газом, улучшение стойкости продувочных элементов, футеронки ковша и устранение недостатков известного способа.

Поставленная цель достигается тем, что для получения особонизкоуглеродистой стали с содержанием углерода менее 0,010% при вакуумировании непрерывно замеряют н отходящих газах суммарное содержание окиси и двуокиси углерода, а продувку.с расходом инертного газа 1,5 ° 10 2,0 10 нм /мин т стали начинают при достижении перво- го максимума на кривой суммарногосодержания окиси и двуокиси углерода н ныделякщихся газах и продолжают . до момента снижения суммы концентраций окиси и двуокиси углерода в этих газах с постоянной скоростью в течение 20-30 с после достижения второго максимума на суммарной кривой изменения этих компонентов в выделяющихся газах, после чего снижают расход инертного газа н 1,5-2,0 раза и вводят в расплав ферросплавы.

При вакуумировании и продувке инертным газом нераскисленной низкоуглеродистой стали с исходным содержанием углерода 0,03-0,010% по предлагаемому способу воэможность получения после окончания периода обезуглероживания содержания углерода в расплнне менее 0,010% обеспечивается регулированием исходного(перед вакуумиронанием)соотношения между ,кислородом н металле, окислах железа в шлаке — к углероду, содержащемуся в системе металл-шлак,в пределах

1,1-3,3 от стехиометрически необхо димогс при окислении углерода.

Достижение первого максимума на кривой изменения окиси и двуокиси углерода и отходящих газах свидетельствует, что при данной удельной мощ:ности откачной системы реакция .обезуглерожинания накуумируемого расплава прекратилась вследствие резкого снижения скорости поступления кислорода к месту реакции из окисленного шлака н металл. Содержание углерода н расплаве в этот момент составляет обычно 0,012-0,014%, а шлак обладает достаточным окислительным потенциалом(15-20% закиси железа). Такое положение является типичным при вакуумировании н ковше больших масс металла, где существенную роль играет,ферростатическое давление. Дальнейшее обезуглерожинание вакуумируемого расплава возможно только при дополнительном подводе кислорода, например из шлака к месту реакции, что и достигается продувкой расплава инертным газом через донные пористые элементы.

Продувка расплава инертным газом в момент достижения максимума на кривой изменения суммарного содержания окиси и двуокиси углерода в отходящих газах приводит к увеличению скорости поступления кислорода в металл из окислов железа шлака и возобновлению реакции вакуумного обезуглероживания расплава.

Более ранняя продувка стали инертным газом не имеет технического смысла, поскольку при достаточной удельной мощности откачной системы интенсивность кипения расплава во избежание перелива металла через край ковша приходится ограничивать искусственно путем отсоединения реакционного пространства от вакуумного насоса. Позднее начало продувки нлечет эа собой необоснованные потери времени, что связано с дополнительным снижением темпеВторичное ундличение скорости обеэуглероживания расплава влечет за собой рост содержания и двуокиси углерода н отходящих газах и образование вторичного максимума на суммарной кривой изменения этих компонентов. Процесс глубокого обезуглерожинания расплава является завершенным, если скорость снижения суммарной концентрации этих компонентов отходящего газа остается постоянной на протяжении 20-30 с о после момента достижения второго максимума на кривой их изменения.

Постоянство скорости снижения суммарной концентрации рассмотренных компонентов газа обусловлено тем, что реакция обезуглероживания расплава прекращается и отходящие газы разбавляются линейно инертным газом, продунаемым с постоянным расходом.

Выбор н Качестве характеристического компонента суммарной концентрации окиси и двуокиси углерода в отходящих газах обусловлен тем, что наличие этих компонентов н газах связано с протеканием реакции обезуглерожинания обрабатываемого расплава. Учет содержания двуокиси углерода в отходящих газах обусловлен и тем фактором, что при вакуумиронании нераскисленной низкоуглеродистой стали величина этой сос806770 тавляющей достигает 20Ъ(при общем содержании окиси углерода в газах

50-70ф Игнорирование содержания .двуокиси углерода в отходящих газах влечет за собой значительную ошибку в определении моментов прекращения или завершения реакции обезуглероживания расплава.

На фиг. 1 приведен пример осуществления данного способа, где (cO+ СО2)Уо изменение суммарного содержания окйси и двуокиси углерода в выделяющихся из вакуумной камеры газах в процессе вакуумирования нераскисленной иизкоуглеродистой стали, где: Н— начало кипения расплава в вакууме;

à — время вакуумирования, мин.

Стрелками обозначены моменты начала продувки расплава аргоном и введения в расплав легирующих и раскислителей

Qg =1,5 10 нм /мин"т — удельный расход аргона для дополнительного обеэуглероживания расплава>

Q2 = 0,75 10 нм/мин т — удельный

2 Ъ расход аргона для перемешивания расплава при введении в него добавок раскислительного или легирующего

° типа, на фиг. 2 показано изменение содержания углерода в расплаве в процессе его вакуумирования и продувки инертным газом в вакууме.

Способ осуществляется следующим образом.

В 100 т основной электропечи выплавляют и рафинируют от серы, фосфора, кремния и частично от марганца 100 т металла, после чего плавку в нераскисленном состоянии сливают в ковш вместе с частью окислительного шпака, количество которого составляет 2,0 т.

Химический состав металла перед вакуумированием,%:

С=0,050у Ип=0,10; 5j - ; Ь

0,020; P=0,015; 103 =0,060.. Содержание легковосстановимых окислов железа в шлаке перед вакуумированием составляет 25%(в пересчете на закись железа).

После установки ковша с металлом в вакуумную камеру и подключения его пористого элемента к аргонной станции на шпак в ковше вводят мелкодробленный кокс в количестве

0,20 кг/т. Введение кокса в указанном кол учестве обеспечивает исходное весовое отношение кислорода, находящегося в металле и в шлаке в виде легковосстановимых окислов железа, к углероду в металле и внесенному на шлак, равным 2,0 от стехиометричес- кого их соотношения при окислении углерода. Соблюдение рассмотренного соотношения в указанном пределе обеспечивает стабильную возможность получения в расплаве после его про дувки аргоном в вакууме менее

0,010% углерода.

Таким образом, продувка расплава

25 инертным газом с постоянным его pacxo3, дом — 1,5 10 нм / лин т стали в течение 3 мин обеспечивает снижение содержания углерода в металле с 0,013 до

0,007% (фиг. 2). Иомент достижения этой концентрации углерода в металле фиксируют непосредственно по ходу вакуумной обработки по образованию второго максимума на кривой изменения суммарного содержания окиси и

З5 двуокиси углерода в отходящих газах и по последующему (на протяжении О, 5 мин) снижению с постоянной скоростью концентрации этих компонентов в отходящих газах.

Применение предлагаемого изобретения позволяет уменьшить нагрев металФормула изобретения

1О

20

S0

В процессе вакуумной обработки непрерывно измеряют состав отходящих газов. В момент достижения пер.вого максимума на кривой. изменения суммарного содержания окиси и двуокиси углерода в отходящих газах расплав начинают продувать аргоном через донный пористый элемент ковша, причем расход аргона поддерживают постоянным — 1,5<10 ???? >

После образования второго максимума на кривой изменения суммарного содержания окиси и двуокиси углерода в отходящих газах и снижения концен— трации этих компонентов с постоянной скоростью в течение 20 — 30 ср т. е. на

6 минуте от начала вакуумирования, расход аргона снижают в 2 раза, т. е.

"2 до 0,75 10 нм гмин ° т стали — величины, достаточной для перемешивания ферросплавов, и в расплав вводят ферромарганец, ферросилиций и алюминий в количестве, обеспечивающем заданный состав готовой стали. ла в печи на 20 С, сократить длительность плавки. Увеличить стойкость футеровки сталеразливочного ковша.

Способ производства особонизкоуглеродистой стали в вакууме с содержанием углерода менее 0,0103, включающий вакуумирование в ковше нераскисленной стали с исходным содержанием углерода 0,03-0,010% вместе с частью конечного печного шлака, корректировку соотношения между окислительным и.восстановительным потенциалами системы металл-шлак перед вакуумированием, продувку жидкой стали инертным газом через донные пористые элементы ковша, окончательное раскисление и легирование стали ферросплавами, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью оптимизации продолжительности периода вакуумного обезуглероживания стали, сокрашения времени продувки расплава инертным

806770

)gO cp, 70

3 if j Ю

Фиа1

Н 1

Составитель A. Щербаков

Редактор Т. Киселева Техред E.Ãàâðèëåøêî Корректор С. Щомак

Заказ 184/45 Тираж 629 Подписное

ВНИИПИ 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 газом, улучшения стойкости продувочных элементов, футеровки ковша, продувку расплава начинают при достижении первого максимума на кривой сухарного содержания окиси и двуокиси углерода в выделякщихся газах при их непрерывном измерении, а заканчивают по истечению 20-30 с при линейном уменьшении концентрации этих компонентов после второго максимума на этой кривой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 383746, кл. С 21 С 7/10, 1973.

2. Аввррское свидетельство СССР

9 483441, кл. С 21 С 7/00, 1975.