Способ рафинирования нержавеющей стали

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 05.10,81 (2) 3346872/22-02 с присоединением заявки Мо С 21 С 7/10 Государственный комитет СССР но лелам изобретений и открытий.517(088.8) Дата опубликования описания 07.03.83 Д.И .Бородин, С.И.Быстров, В.И.Мирошниченко, .А.Беляков,Б.С .Петров, В.М.Бушмелев,С.С.Сивков, В.А.Ми фйкО,-::"В.П.Ширяев и Е.И.ТюринфА.:,дфрМосковский ордена Октябрьской Револкции ч орденаТрудового Красного Знамени институт стали и сплавов(7 ) Заявитель 154) СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ Изобретение относится к области черной металлургии, а именно, к способам получения хромистых нержавеющих сталей с использованием установок вакуумного окислительного рафинирования, и может быть и польэовано в электросталеплавильных цехах металлургических заводов.В настоящее время известны спосо бы полуения хромистых нержавеющих сталей с расплавлением исходной металлической шихты в дуговой электропечи и последующим ее обеэуглероживанием на установке вакуумного окислительного рафинирования 11.К недостаткам данных способов получения сталей, легированных хромом, следует отнести относительно высокий угар легирующих компонентов металлошихты, что обусловливает повышенную себестоимость. получаемых сталей.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ рафини рования хромистых сталейвключающий эавалку и расплавление легированных отходов, продувку металла в окислительный период кислородом, выпуск в ковш с последующей обработкой аргоном и окиСлителем под вакуумом 1 2),В качестве окислителя применяюткислород, продувку аргоном и кислородом ведут с постоянной интенсивностью.Недостатками этого способа рафинирования хромистых сталей являютсяотносительно низкая производительность установки вакуумного окислительного рафинирования, а также высокий угар хрома и других компонентоврасплава, что обусловливает повышенную себестоимость выплавляемой стали.Первый недостаток известного способа рафинирования нержавеющих ста- .5 лей обусловлен удлинением процессавакуумного обеэуглероживания легированного расплава при начале обработки последнего аргоном спустя 4-7 минпосле включения вакуумных насосов.Это замедляет скорость обезуглероживания в начальный период обработки иудлиняет процесс в целом.Второй недостаток известного способа рафинирования нержавеющих ста лей обусловлен, во-первых, имеющейместо при верхней продувке расплавагазообразным кислородом значительнойпереокисленностью .металла в высокотемпературной реакционной зоне; во вторых, применяемым режимом продув"ки металла аргоном, при котором походу вакуумного рафинирования в. системе не обеспечиваются требуемые дляэффективного протекания процессаобеэуглероживания при максимальномсохранении в расплаве хрома и другихлегирующих значения парциального давления окиси углерода.Целью изобретения является снижение себестоимости выплавляемой сталицель достигается тем, что по способу рафинирования нержавеющих сталей1включающему завалку и расплавлениелегированных отходов, продувку ме-талла в окислительный период кислородом, выпуск в, ковш с последующей обработкой аргоном и окислением подвакуумом, интенсивность обработкирасплава аргоном в течение временивакуумирования и остаточное давлениев системе изменяют непрерывно так, 20что соотношение начальных и конечныхрасходов аргона и остаточного давления сбставляет соответственно 0,30,5 и 15-80, а в качестве окислителяиспользуют конечный шлак окислительного периода, Соотношение весов шлака окислительного периода и рафинируемого металла составляет 0,01-0,04.Осуществляют способ рафинированиянержавеющей стали следующим образом. 30Исходную металлическую шихту,состоящую на 70-100 иэ отходов хромистых марок сталей, на 0-30 из отходов углеродистых марок сталей и раэличных сортов феРрохРома (высокоуг- З 5леродистого 15-30 кг/тонну, среднеуг.леродистого 0-15 кг/т ниэкоуглеродистого 0-15,0 кг/т) загружают в дуговуюэлектропечь,Исходная шихта. содержит, вес.: 4углерод 0,35-1,00 кремний 0,10-0,30;марганец 0,20-0,80, никель 0,15-0,50хром 26-281 сера 0,015-0,35; фосфор0020-0,035.После расплавления металлическойшихты при температуре металла 1600- . 45. 1650 ОС производят скачивание шЛака( для уменьшения последующего угарахрома).Далее в расплав присаживают известь (10-20 кг/т) и чушковый алюминий 1 10-15 кг/т). Возможна такжезамена алюминия 45-ным ферросилицием 14-20 кг/т) или алюминиевымиотходами из расчета введения в ме.талл 10-15 кг/т алюминия, 55При достижении температуры металла 1630-1670 С осуществляют в течение 4-12 мин продувку металлической ванны техническим кислородомс расходом 0,9-1,1 им/т мин,60Температура металла после продувки составляет 1720-1820 ОС,После продувки металл имеет следующий химический состав, вес.: углерод 0,25-0,35;марганец 0,15-0,40;,65 хром 25,0-27 р, никель 0,20-0,50 кремний 0,05-0,10; сера 0,010-0,025 фосфор 0,020-0,035,Далее металл с частью шлака 1,04,0 от массы металла) выпускают врафинировочный ковш, снабженный пористой пробкой для обработки металлаинертным газом. Температура металлав ковше составляет 1700-1800 ОС.После установки ковша с металломв вакуумную камеру производят наборвакуума в системе от среднего начального остаточного давления 400 ммрт.стустанавливается в системе спустя20-40 с, после включения вауумных насосов ) до конечного значения 527 мм рт.ст.По ходу вакуумирования металлпродувают аргоном. Интенсивностьподачи аргона изменяют линейно от0,5-0,75 нм/тч в начале вакуумирования до 1,25-1,75 нм/м ч в егоконце.Время перемешивания металла аргоном под вакуумом составляет 1015 мин.При непрерывном снижении в вакуумной камере остаточного давления,а также перемешивании расплава аргоном, с увеличением расхода последнего по ходу вакуумирования в системескладываются термодинамические и кинетические условия, способствующие.повышению относительной скоростиокисления углерода, что приводит кснижению угара хрома и других компонентов металла.Протекание реакции обезуглероживания обеспечивается как за счет кислорода, растворенного в металле, так и за счет кислорода, содержащегося в шлаке.При оставлейии;.: в ковше шлака в количестве менее 1 от массы металла не обеспечивается полное протекание реакции обЕзуглероживания.Во время продувки иэ рафинировочного ковша наблюдаются выбросы шлака, если количество последнего превышает 4 от массы металла, Кроме то. го, при большом количестве шлака увеличивается окисленность металла после вакуумной обработки и угар корректирующих добавок и раскислителей .Окислительный шлак имеет следующий химический. состав, вес.:СаО Я 1 О, МЗ 0 М, СгО еО10-12 20-25 15-18 12-15 30-35 6-12остальное до 100 Продувка металла аргоном одновременно с набором вакуума позволяет существенно увеличить скорость окисления углерода и повысить производительность вакуумной камеры на 2030.При проведении окислительного рафинирования кислородом, содержащимся в металле и в шлаке, в системеотсутствует переокисленная реакционная зона, что дополнительно позволяет сниэкть угар хрома и другихкомпонентов, расплава,Использование перемешивания расплава аргоном с соотношением начальных и конечных расходов последнегоменее 0,3, а также разряжения в вакуумной камере с соотношением начального и конечного остаточного давления более 80 экономически нецелесообразно, так как связано с перерасходом аргона, электроэнергии, воды иререгретого пара,При использовании аргоновой продувки с соотношением начальной и конечной интенсивности последней более 0,5 и создания величины вакуумав системе с соотношением начальногои конечного остаточного давления ме.нее 15 существенно ухудшаются термодиналические и кинематические условияпротекания реакции обеэуглерожнвания,что приводит к росту угара хрома идругих гелирующих компонентов расплава. 30Температура металла в конце вакуумирования составляет 1650-1700 С .После вакуумирования металл имеетследующий химический состав, вес,:углерод 0,08-0,12 кремний 0,04-0,06 35марганец 0,08-0,25 никель 0,25-0,55;хром.24,5-26,5;сера 0,010-0,025; фосфор 0,020-0,035.После проведения вакуумного окислительного рафинирования металл раскисляют чушковым алюминием (1,01,5 кг/т), который вводят в ковш наштангах,.Присадкой на поверхность рафинировочного ковша порошкообраэногоалюминия или алюминиевой стружки 45(1,5-20 кг/т) добиваются эффективнойраскисленности шлаковой фазы .Далее в рафиннровочный ковш присаживают 70-ный Ферротитан ( 3,5-12 кг/т),металлический марганец ( 5-7 кг/т), 5045-ный ферросилиций (6-10 кг/т ) и вслучае необходимости, корректирующиедобавки феррохрома и никеля. После присадок в рафиннровочный 55 ковш раскислителей и легирующих производят набор вакуума ( 6-20 мм рт.ст) .и перемешивание металла в течение 3-5 мин аргоном с расходом 0,05- 0,07 нм /т. 60Температура металла .после усредне ния металла составляет 1620-1650 С.Далее металл из рафинировочного ковша переливают в стопорный ковш (в случае оборудования ковшей шибер ными затворами операция перелива отсутствует).Температура. металла в ковше составляет 1570-16100 С.Готовый металл имеет следующий химический состав, вес.: углерод 0,08-0,12; кремний 0,5-0,7 р ларганец 0,5-0,7 никель 0,20-0,50; хром24-27 сера 0,010-0,025;. Фосфор 0,020-0,035; титан 05-0,8.Разливку металла осуществляютпо действующей на заводе технологии .Полученный с использованием уста- новки вакуумного окислнтельк то рафинирования металл характеризуетсяповышенным качеством. Так, содержание азота в готовой стали составляет 0,02-0,03 вместо 0,04-0,06, характерных для металла, полученного по обычной технологии. Хроле того, Хромкстые включения имеют благоприятную форму,П р и м е р . Исходную металличес кую шихту, состоящую на 100 из отходов хромистых марок сталей и высокоуглеродистого Феррохрома ( 30 кг/т) загружают в дуговую электропечь.Исходная шихта содержит, вес.углерод 0,35 ю кремний 0,20; ларга,нец 0,40; никель 0,30 хром 27сера 0,025; фосфор 0,025.После расплавления металлВИеской шихты при температуре металла 1650 С производят скачиванне шлака.Далее в расплав рисаживают известь (15 кг/т) и чушковый алюминий(12 кг/т) или отходы алюминия нз расчета введения 1,0-1,5 алюминия от массы металла,При достижении температуры металла 1660 С осуществляют в течение4 мин продувку металлической ванныотехническим кислородом с расходом 1,0 нм/т мин.Температура метаЛла после продувки составляет 1750 С.После продувки металл имеет следу ющий химический состав, вес.: углерод 0,25 1 марганец 0,35; хрол 26,5никель 0,35; кремний 0,10;сера 0,020;Фосфор 0,025,Далее металл с частью шлака ( 2 от массы металла) выпускают в рафинировочный ковш.Температура металла в ковше составляет 1730 С.после установки ковша с металлом в вакуумную камеру производят набор вакуума в системе от среднего остаточного давления 400 мм рт.ст. доконечного значения 10 мм ртст.По ходу вакуумировання металл продувают аргоном. Интенсивность подачи аргона изменяют линейно от 0,6 нм /т.ч в начале вакуумирования до 1,5 нм/т ч в его конце.Составитель Г. ПруссРедактор О. Юркова Техред М,Тепер, Корректор В. Бутяга Заказ 1730/10 Тираж 566 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по,делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул . Проектная, 4 Время перемешивания металла аргоном под вакуумом составляет 10 минТемпература металла в конце вакуумирования составляет 1670 фС.После вакуумирования металл .имеет следующий химический состав,вес,.В: углерод 0,09; кремний 0,05;марганец 0,15 никель 0,40; хром26,0; сера 0,020 Фосфор 0,025.Далее металл раскисляют чушковым алюминием 1,0 кг/т), а шлакпорошкообразным алюминием 1,5 кг/т),В рафинировочный ков присаживают70 -ный Ферротитан 7 кг/т), металлический марганец (5 кг/т), 45 -ныйферросилиций (7 кг/т). 15После присадок в рафинировочныйковш раскислителей и легирующих производят набор вакуума Г 10 мм ртст)и переманивание металла в течение4 мин аргоном с расходом 0,06 нм /т, 2 ОТемпература металла после усреднения составляет 1630 ОС.Полученный металл имеет следующийхимический состав, вес.В: углерод0,085; кремний 0,40; марганец 0,60 25никель 0,35; хром 26,5 сера 0,020фосфор 0,025; титан 0,50.Разливку металла осуществляют подействующей на заводе технологии.При использовании предлагаемого ЗОспособа рафинирования нержавеющейстали зкономия хрома составляет1,5 абсЪ. или 2,1 абс.% Феррохрома.При средней цене феррохрома300 руб/т и годовой производительности 50 тыс. тонн экономический эффект составит2,1 х 3,0 х 50000=305 тыс. руб.Таким образом, предлагаемый способ рафинирования нержавеющей стали позволяет существенно снизить ее се. бестоимость за счет уменьшения угара хрома при применении в процессе вакуумного обезуглероживания эффективного режима обработки металла аргоном и окислительного шлака. 1, Способ рафинирования нержавеющей стали, включающий завалку ирасплавление легированных отходов,продувку металла в окислительный период кислородом, выпуск в ковш споследующей обработкой аргоном иокислителем под вакуумом, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюснижения себестоимости выплавляемойстали, интенсивность обработки расплава аргоном в течение времени вакуумирования и остаточное давлениев системе изменяют непрерывно, причем соотношение начальных и конечных расходов аргона и остаточногодавления составляет соответственно0,3-0,5 и 15-80, а в качестве окислителя используют конечный шлак окио .лительного периода.2. Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что соотношениевесов шлака окислительного периодаи рафинируемого металла составляетО, 01-0, 04.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРФ 532629, кл. С 21 С 7/10, 1974.2. Морозов А.Н. и др. Внепечноевакуумирование стали. М., "Металлургия", 1975, с. 254-259.