Способ выплавки высокомарганцевой ванадийсодержащей литейной стали

(19 5 ц 5 С 21 С 5/52 НИ ОБ Е ПИСА ВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКО 1гатньА Л завод Овсянников, .С.Раковский, ов, Ю,М.Кача- в и В,А,Тимолов, Ф овосел олетае ельство ССС 5/52, 1987.ельство ССС5/52, 1988. ко-, С)0 иеавФ Од талла по с нца в период ь металл с вы- раскислителяостью дллд тд чной ат али НВ ии ме ом, пе сявс й шл низ- рган- ания лезаобра ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(56) Авторское свидетМ 1344783, кл. С 21 САвторское свидетМ 1452114, кл. С 21 С Изобретение относится к металлургии, в частности к выплавке в электродуговых печах высокомарганцевой литейной стали для изготовления литых деталей методом переплава отходов или сплавления.Целью изобретения является повышение хладостойкости стали, увеличение долговечности литых деталей и повышение степени усвоения сталью марганца и ванадия. Способ предусматривает получение в период плавления металлического расплава, содержащего 0,65 - 0,90% кремния и 7,5- 9,0% марганца, и последующее рафинирование металла в течение 15-30 мин образовавшимся печным шлаком,обрабатываемым присадками дробленого углеродсодержащего материала порциями по 4 - 6 кг/м площади ванны через 5 - 10 мин.Предлагаемый способ может быть использован при выплавке в дуговых электро- печах методом переплава стали типа 1803432 А 1(54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ВЫСОКОМАРГАНЦЕВОЙ ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩЕЙ ЛИТЕЙНОЙ СТАЛИ(57) Сущность изобретения: для повышения хладостойкости, увеличения долговечности литых деталей и повышения степени усвоения марганца и ванадия в период плавления доводят концентрацию кремния в металле до 0,65 - 0,900 концентрацию марганца до 7,5 - 9,0%, а в период рафинировки шлак в течение 15 - 30 мин обрабатывают дроблеными углеродсодержащими материалами порциями по 4 - 6 кг/м площади ванны че 2рез 5 - 10 мин. 2 табл,110 Г 13 ЛГ 10 ФЛ, испо ливки звеньев гусениц се ных тракторов.Преимущества предла в отличие от известных за что он позволяет осущест ленное положительное во личество, морфологию и оксидных НВ в стали, хи образующегося при плавк льзуемои для отльскохозяйственгаемого способаключается в том,вить целенаправ- йздействие нараспределенмический состе шлака,Регламентация состава держанию кремния и марга плавления позволяет получи сокой активностью сильного кремния - и с пониженнои марганца, При взаимодейств кого состава с печным шлак мосферой и образовавшими формируется малоокисленнь ким содержанием оксидов же ца,тормозятся процессы55 новых Н В, происходит восстановление марганца из ранее образовавшихся НВ.Дальнейшая обработка шлака углерод- содержащим материалом по предложенному режиму, при указанном составе металла, позволяет осуществить рафинировку металла от значительной части содержащихся в ней НВ и существенно изменить химический состав оставшихся НВ в сторону снижения в них концентрации оксидов марганца, благодаря чему НВ не образуют пленочных включений, а разлагаются отдельными глобулями по объему металла, что обуславливает повышение физико-механических свойств стали, прежде всего хладостойкость и долговечность стальных изделий,Наряду с повышением качества стали обработка шлака углеродсодержащим материалом по предлагаемому режиму, без использования известняка, оказывающего окислительное воздействие на шлак, и ферросилиция позволяет существенно уменьшить массу шлака и содержание в нем оксидов марганца, за счет чего достигается повышенное усвоение сталью легирующих элементов - марганца и ванадия,Параметры предлагаемого способа выплавки определены экспериментально из следующих условий.При концентрации кремния в металле менее 0,65 его восстановительная способность невелика и не оказывает заметного влияния на процессы образования и модификации состава НВ, формирования печного шлака и, следовательно, на качественные характеристики стали и степень усвоения легирующих элементов. При концентрации кремния более 0,9 может быть превышен предел, допускаемый по ГОСТ,Содержание в металле марганца ниже 8,5 вызывает необходимость больших присадок марганцевых ферросплавов в доводку, при этом в металл вносится дополнительное количество НВ и газов, снижается температура металла и ухудшается его качество. Содержание марганца выше 9,0 приводит к его усиленному окислению и снижениюкачественных характеристик металла, увеличению потерь марганца с печным шлаком.Продолжительность рафинировки менее 15 мин не обеспечивает достаточно полного протекания восстановительных процессов между металлом, шлаком и НВ и положительного влияния на качество стали, а при продолжительности более 30 мин отмечается снижение положительного эффекта вследствие развития активного 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 взаимодействия между футеровкой ванны с одной стороны и металлом и шлаком с другой,Разовая присадка углеродсодержащего материала менее 4,0 кг/м площади ванны не позволяет достичь восстановительной печной атмосферы и достаточной скорости восстановления в шлаке оксидов железа и марганца, обеспечивающих повышение качества металла и степени усвоения легирующих элементов. При добавке углеродсодержащего материала более 6,0 кг/м положительный эффект не увеличивается и возможно науглероживание металла выше допустимого предела содержания углерода.Интервал между разовыми присадками углеродсодержащего материала менее 5 мин приводит к его избытку, не дающему положительного эффекта и ведущему к науглероживанию металла, а увеличение интервала сверх 10 мин не позволяет непрерывно поддерживать в газовой фазе печи и в шлаке высокий восстановительный потенциал, обеспечивающий активное и полное протекание рафинировочных процессов и, следовательно, высокое качество стали.П р и м е р. В основной дуговой электропечи на однотипной шихте методом переплава отходов выплавляли стали марки 120 Г 10 ФЛ (ГОСТ 977-88), содержащую,: углерод 1,26, кремний 0,81, марганец 10,2, ванадий 0,04, фосфор 0,11 (значения усреднены), Шихта состояла из 80 отходов этой стали, 20 стальной стружки и добавок известняка, ванадиевого конвертерного шлака и молотого кокса,При выплавке стали по известному способу ванадиевый шлак в количестве 40 от необходимого для получения в стали заданного содержания ванадия вводили в завалку в смеси с известняком и молотым коксом в соотношении 7;150:15 (оптимальный вариант). После расплавления металла и рафинировочной выдержки металл доводился по химическому составу и температуре, обрабатывался корректирующей смесью, содержащей,; алюминий 12, молотый кокс 7, криолит 6, щелочно-земельные металлы 12, окислы ниобия, тантала, циркония, титана 6, известь - остальное в количестве 6,5 кг/т, и выпускался в ковш,При выплавке стали по предлагаемому способу ванадиевый шлак вводился в завалку в количестве, необходимом для получения в стали заданного содержания ванадия в смеси с молотым коксом, Количество добавляемого в завал ку известняка не изменялось. В процессе плавления, после расплавления 2/3 - 3/4шихты, добавками кремнистых и марганцевых ферросплавов концентрацию кремния в металле доводили до 0,60 - 0,95, а марганца до 7,0 - 9,5 ф , После расплавления шихты проводили рафинировку металла, обрабатывая шлак в течение 15 - 55 мин разовыми присадками молотого кокса по 3-6,5 кгlмг площади ванны через 7 - 18 мин и выпускали металл в ковш. За 10 - 15 мин до выпуска корректировали содержание марганца присадкой марганцевых ферросплавов.Исследовано 6-ть вариантов технологического процесса плавки по предлагаемому и известному способам, параметры которых приведены в табл, 1,На каждой плавке отбирались пробы для определения химического состава металла и шлака, заливались трефовидные пробы по ГОСТ 977-88, из которых после термообработки изготавливались образцы для исследований, и отливки - звенья гусениц сельскохозяйственных тракторов для проведения стендовых испытаний, Содержания в стали НВ и их состав определяли химическим анализом зле ктролитически выделенного осадка. Хладостойкость оценивали по уровню ударной вязкости при отрицательных температурах на образцах типа 1 по ГОСТ 9454-78,Долговечность отливок-звеньев гусениц определяли по принятой в тракторостроении методике - по величине предельной нагрузки до разрушения на испытательном стенде.Усвоение сталью марганца и ванадия определялось расчетом по содержанию элементов в шлаке и металле и определяемой кратности шлака (отношение массы шлака к массе металла),По каждому варианту способа выплавки усредненные результаты по 3-м плавкам приведены в табл. 2.Анализ качественных характеристик стали показывает, что при практически одинаковом химическом составе стали использование предлагаемого способа (варианты 3 - 5) позволяет по сравнению с известным (вариант 1) повысить определяющие характеристики - хладостойкость и долговечность - на 30 и 20 соответственно (вариант 4). При этом ударная вязкость при температуре -40 С возрастает в значительно большей степени (на 30 ), чем при температуре +20 С (10 ), что обусловлено главным образом малым содержанием НВ, которые, являясь концентратором напряжений, инициируют возникновение и развитие трещины, а также сильным рафинирующим эффектом шлака, При слабом воздействии45 5055 5 10 15 20253035 40 этих факторов (вариант 3) или отрицательном влиянии дополнительных факторов - взаимодействие с футеровкой (вариант 5) уровень свойств несколько понижается. Использование запредельных параметров предлагаемого способа (варианты 2 и 6) приводит к дальнейшему снижению качественных характеристик стали до нежелательного уровня,Показатели эффективности процесса плавки - кратность шлака, остаточное содержание в шлаке марганца и ванадия и степень их усвоения сталью, приведенные в табл, 2, показывают, что наиболее оптимальными параметрами заявляемого способа являются параметры, соответствующие заявляемым (варианты 3 - 5), что обусловлено рациональным шлакообраэованием и активным углеродным восстановлением. Использование запредельных значений параметров приводит либо к недостаточному раскислению шлака (вариант 2), либо к ухудшению качества шлака из-за активного взаимодействия с футеровкой ванны,При использовании известного способа(вариант 1) вследствие неуправляемого шлакообразования и использования в рафинировочные периоды окислительных материалов (известняк, ванадиевый шлак и др.) отмечается: высокая кратность шлака, большие пбтери легирующих элементов и негативное влияние на качество стали,Таким образом, полученные результаты показывают, что использование предлагаемого способа выплавки литейной высоко- марганцевой стали позволяет повысить хладостойкость стали, увеличить долговечность отливок, увеличить степень извлечения в сталь марганца и ванадия по сравнению с показателями, достигаемыми при использовании известного способа,Формула изобретения Способ выплавки высокомарганцевой ванадийсодержащей литейной стали, включающий плавление шихты, содержащей марганец, кремний, ванадий, шлакообразование, рафинирование, доводку и выпуск металла, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения хладостойкости стали, долговечности отливок и степени усвоения марганца и ванадия, в период плавления концентрацию кремния в металле доводят до 0,65 - 0,90 , концентрацию марганца - до 7,5-9,07 о, а в период рафинирования шлак в течение 15 - 30 мин обрабатывают дроблеными углеродсодержащимиматериалами порциями по 4 - кг/м площади ванны через 5 - 10 мин.1803432 Таблица Насса разовой при"садки кокса,кг/мэ (Д) Продолжительность рариниров" ки мин Соотношениепараметров Концентрация в металлепри расплавлении, т Номерварианта кремния (А) марганца (Б) Известный способ прототипОптимальное соот"ношение параметров Введение в эавалку смеси - ванадиевый шлак;известнякмолотый кокс всоотношении 7;15015 в количестве 42 кг/т стали, Введение я доводкув количестве 6,3 кг/т смеси - алюминий 122; ЦЗН 10 молотый кокс 72ванадиевый шлак 402 крислит 6 оксиды тугоплавких металлов 62известь 19,Параметры А,В,С,Д и Е ниже нижнегопредела 0,60 3,5 7,0 1 О Паранетры А,В,СД и Е на нижнеипределе 4,0 0,65 7,5 Параметры А,В,С,Д и Е на среднемуровне 8,3 5,0 0,78 22 Параметры А,В,С,Д и Е на верхнемпределе 6,0 10 9,0 30 0,90 Параметры А,В,С, Д и Е выше верхнего уровня 6,5 9,5 0,95 Т а б л и ц а 2 Качественные характеристики технологического процесса Качественные характеристики стали Номерварианта ударная вязкость, НДж/иприС предельная насодержание НВ,усвоение сталью,содержание в шлакез кратностьшлака грузка при разрушении,т-40 с 20 -20 4 вана- дий Ипо марганец 18,1 18,2 2,1 0,19 0,17 0,15 91 015 1 О,Э О, 15 1,12 1,06 12,8 015 15,3 Составитель Ф.РаковскийРедактор А,Полионова Техред М.Моргентал Корректор М,Петрова Заказ 1033 Тираж ПодписВНИИП ГодписноеИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 3,1 0,0472 0,047 3 0,040 4 0,026 5 0,032 6 О, 038 1,02 0,99 1,05 1,8 0;68 0,69 0,720,82 О, 77 О, 74 049 0,48 0,52 0,63 0,58 0,53 14,2 142 15,4 16,8 15,8 О, 098 О, 071 .О, 072 О, 075 0,077 0,088 Интервал иежду разовымиприсадками кокса, мин