Способ рафинирования нержавеющих сталей

ц 1 665726 Сеюз Советсиии Социалистически к Респубвии(23) Приоритет С 21 С 5/52 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий. 25 (088.8) дата опубликования описания 0504.79 А.Ф. Старцев, Н,Т. Заозерный, Т.М. БабковС.С. Попов, Г.Д, Данченко и А.В. Губенко Запорожскйй индустриальный институт(73) Заявитель,(54) СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ НЕРЖАВЕЮЦИХ СТАЛЕЙ Изобретение относится к электро- металлургии стали и может быть использовано при выплавке хромсодержащих сталей переплавом отходов в основных дуговых электропечах.Способы выплавки нержавеющих сталей в основных печах переплавом отходов с применением газообразного кислорода предусматривают введение в шихту кремния и шлакообразующих материалов 1.Известен способ переплава хром- содержащих стальных отходов (2, заключающийся в том, что, с целью удаления фосфора из расплава и снижения потерь хрома, на подину или в завалку вводят известь, плавиковый шпат, шамот и раскисление шихты ведут в восстановительных условиях, обеспечиваемых путем порционного введения алюминия (от 1,0 до 50,0 кг/т шихты) в проплавляемые электродами колодцы.Введение в шихту алюминия позволяет осуществить переход фосфора в шлак в виде Фосфидов алюминия, образующихся в зоне высоких температур под воздействием электрическрй дуги; одновременно в других объемах ванны ,происходит переход фосфора из металла в шлак в виде фосфатов кальция,образующихся в среде железохромсодержащего известкового шлака. Последующее скачивание шлака до началапродувки расплава кислородом способствует снижению содержания Фосфорав стали и уменьшению потерь хрома,поскольку алюминий предохраняет егоот окисления в период плавления шихПрерывисто-периодическая присадка алюминия в проплавляемые в шихте электродами колодцы требует многора" зового выключения электропечи, в результате .чего снижается производительность агрегата и усложняются условия труда. Наличие окислительной атмосферы в зоне высоких температур расплава . вызывает значительное окисление алюминия и уменьшает эффективность использования его для дефосфорации металла. Введение в щихту вторичного алюминия повышает в стали содержание меди, свинца и других вредных примесей, увеличивающих отбраковку металла при прокатке по рванинам ,и1 трещинам, а применение дорогостоящего первичного алюминия и дефицитного плавикового шпата удо3 6557 рожает производство нержавеющих сталей.Целью изобретения является уменьшение содержания вредных примесей в металле и удешевление выплавки нержавеющих сталей в основных дуговых электропечах. 5Поставленная цель достигается тем, что в шихту вводят желобной шлак электротермического силикоалюминия и известь 7,80 с,70 и 14,80- 24,80 кг/т соответственно. Шлак 10 периода плавления шихты скачивают на 70-80 (отн.) до начала продувки Расплава кислородом.В период плавления шихты при введении в нее алюминия и его спла вов в зоне высоких температур (бо-. лее 2000 С) образуется Фосфид алюминия ,А 6 Р). Под воздействием тепла электрической дуги (более 3500 С) Фосфид алюминия интенсивно удаляет ся из расплава испарением. Для усиления этого явления, максимально Развивающегося в условиях восстановительной атмосферы, и уменьшения окисления хрома необходимо уменьшить пар циальное давление паров фосфидов и кислорода, для чего создать непрерывный поток газа в печи, обладающего высокой восстановительной способностью. Таким газом является окись угле рода (СО), образующаяся в результате реакции разложения введенных в шихту карбидов алюминия, кремния и других элементов.Для максимального растворения в шлаковой Фазе фосфидов алюминия и Фосфатов кальция шлак должен обла,дать необходимой основностью за счет введения расчетного количества извести (СаО),достаточной окисленностью и высокой Реакционной способност ью, Этим требованиям отвечает железохромсодер жащие известково-глиноземные шлаки, которые окисляют и инициируют переход фосфора из металла в шлаковый расплав. Для одновременного создания условий максимальной дефосфорации 45 и уменьшения растворимости в шлаке окислов хрома и других элементов необходимо, кроме извести, вводить в шихту достаточное количество глинозема (А 6 Оэ). Присадка в шихту 50 карбидов позволяет осуществлять раскисление формирующего шлака непрерывно и более глубоко в силу их высокой поверхностной активности, причем раскисление происходит и после окисления основной массы введенных в шихту алюминия,и кремния.Образующаяся и непрерывно выделяющаяся в результате взаимодействия карбидов алюминия и кремния с окислами металла окись углерода (СО) эна 60 чительно уменьшает окисление алюминия и хрома, вследствие чего расход алюминия сокращается для раскисления шлака и металла, а основная часть его используется для дефос-. 65 26 4форации расплава путем образования испаряющихся и растворяющихся в известково-глиноземистом шлаке фосфидов алюминия,Окись хрома (Сг Оз) в известковомагнезиальном шлаке образует тугоплавкие кристаллы хромшпинелидов типа (СаО МдО) Сг 0 а закись хрома в силикатной частй гетерогенного шлака - трудно восстановимые, легкорастворяющиеся силикаты хрома типа СО 610. Так как глинозем (АГ 0)при строго определенных соотношениях(весовых) СаО:МО:А 8 0.510 может замещать одновременно окись хрома (Сг 0 ) в шпинельных группировках и закись хрома (СО) в силикатах хрома, то процесс восстановления хрома значительно интенсифицируется при введении в шихту алюминия, карбида алюминия, глинозема и карбида кремния.,Это обусловлено тем, что изменение изобарного потенциала (д 2) образования АГОЭ 5102 из окислов при соответствующих содержаниях в шлаке СаО при температурах сталеплавильного процесса значительно больше, чем у соединений типа СгО5 0 и СаО СгОэ, т,е, растворимость окислов хрома в гЛиноземосодержащем шлаке значительно меньше, чем в силикатном или известковосиликатном шлаке. Для ограничения окисления хрома, возникновения хромсодержащих комплексов и облегчения их разложения необходимо увеличить содержание (АЕОэ) в шлаке и применятьнаряду с алюминием раскислители и шлакообразующие материалы, продукты реакции которых существенно снижают активность кремнезема ( %0 ): карбид алюминия, карбид кремния, глинозем, криолит и известь. Увеличение содержания глинозема до 18-20 в шлаковой системе, содержащей(вес.):СаО 36-40; Э 1 О 28-33; МрО 0,1-12; прочие окислы - остальное, способствует эффективному разжижениюишака, особенно в присутствии криолита (М 4 ь АЕ,Гб )без добавки плави- кового шпата (СаР ) . Это объясняется тем, что в шлаке такого состава при весовых соотношениях СаО/АВОэ - 1,8- 2,0 и АВ 0 / 510 о0,8 по законам термодинамйки не происходит образования классической шпинели (МоО М 0) и хром-шпинели типа (СаО- МдО) С г О вследствие того, что при содержании АВО в шлаке не более 20 он проявляет по законам термодинамики явно выраженные основные свойства по отношению к окиси кремния и,1 кислотные свойства по отношению к окиси кальция и является в этих условиях амфотерным по отношению к окиси магния.Карбиды алюминия (М, С) и кремния (51 С) существенно улучшают кинетические воэможности условий дефосфорации металлического расплава655726 6 эа счет интенсивного перемешивания металла и шлака газообразными продуктами раскисления (СО), способствуют максимальному восстановлению хрома и дегазации расплава (особенно от водорода), а минимальная вязкость шпака при небольшой кратности значительно ускоряетпроцесс массопереноса восстановленного хрома иэ шлака в металл.Скачивание достаточно раскисленного шлака без оголения зеркала металла до начала продувки хромсодержащего расплава газообразным кислородом улучшает условия обезуглероживания, снижает потери хрома, уменьшает содержание фосфора в металле, а оставшаяся достаточной толщины пленка известково-глиноземистого шла" ка, обладающего меньшей водородопроницаемостью, чем известково-Флюоритовый шлак, предохраняет расплав от насыщения водородом из атмосферы печи в период продувки газообразным кислородом.Желобный шлак злектротермического силикоалюминия является продуктом рафинирования сплава на желобах и содержит ингредиенты в следующих соотношениях (вес.В):Алюминий 19-23Карбид алюминия 6,0-8,0Кремний 10 - 18Глинозем 40-44Карбид кремния 9-12Кремнезем 1,4-2,4Криолит ОстальноеВведение в шихту желобного шлака электротермического силикоалюминия и извести в расчетно необходимых количествах обеспечивает повышение активной концентрации окиси кальция (СаО) и дефосфорацию расплава за.шихты. Подтвержденные практикой ре 35 комендуемые расходы желобного шлака силикоалюминия и извести, удовлетвощим расчетом. 11,70 9,80 7,80 Внесено А 1 желобньвч шлаком силикоалюминия, кг/т 3,08 5,26 2,58 4,41 2,05 3,51 3,38 Внесено АГОэ желобным шлаком, кг/т ОбРазовалось А 8 Оэ лз М шлака, кг/т 5,82 11,21 9,36 7,42 22,4220,018, 7216, 70 14,8413,30 Расход СаО при весовых соотношенияхСаО/АЮ Оэ -- 1,8-2,0, кг/т 24,8022,80 20,6018,60 16,30 -14,80 Расход желобного шлака силикония кг/т Суммарное содержание М Оэ вобразовавшемся шлаке, кг/т Расход извести, содержащей 90СаО, кг/т 5 0 15 Ю 25 гДсчет образования фосфида алюминия 1(АИ Рэ) и ФосФатов кальция, хорошо растворимых в жидкоподвижном известково-глиноэемистом шлаке в присутствии криолита, существенно снижает активность кремнезема ( 510 д) в результате образования алюмокальциевых силикатов, значительно увеличивает удельную контактную .поверхность взаимодействия металла и шлака на границе их раздела пузырями выделяющейся окиси углерода (СО), В результате совокупного действия названных процессов содержание окислов хрома в шлаке в конце плавления шихты уменьшается с 18-27 до 3- 4 вес.Ъ, а содержание фосфора в расплаве на 0,008-0,10 абс.В.При выплавке нержавеющих сталей переплавом отходов в основных дуговых печах образовавшийся после расплавления шихты, содержащей хрома от 6 до 14 вес.%, шлак согласно расчету материального баланса плавки и данных практики, содержит (кг на одну тонну шихты): Сг О 7,2 - 9,2; СгО 4,9-5,8; ИпО 2,3-5,7; РеО 2,8-4,3; 810 д 7,9-9,7; ИО 3,2-4,1; АЕ О 0,32- 0,48; остальное - примеси других окислов. Для полного восстановления хрома, марганца и железа из соответствующих окислов расход желобного шлака силикоалюминия по стехиометрическому расчету составяет 7,80-11,70 кг/т ряющие условиям максимальной дефосФорации расплава и минимальных потерь хрома, обосновываются следую655726 Продолжение таблицы Внесено кремния желобным шлаком, кг/тВнесено 60 желобным шлаком, кг/т 2,07 2,49 0,29 0,19 0,24 4,45 5,32 7,90 8,80 9,70 11,69 15, 31 13,49 51,83 36,38 45,21 8,05 7,95 8,70 0,70 0,74 0,63 В промышленных условиях в основных дуговых печах емкостью 30-50 т при выплавке нержавеющих сталей типа 08-12 Х 18 Н 10 Т, 08-10317 Н 13 Й 2-ЖЗТ, 08 Х 18 Т 1 и 08-40 Х 13 проведены испытания способа раФинирования стали. Выплавку нержавеющих сталей переплавом отходов производили следующим образом.В печ пе)ед завалкой или подвалкой шихты вводили известь в количестве 19 кг/т шихты, при наличии в завалке 10 вес,Ъ хрома, В завалку в центральную зону бадьи вводят желобной шлак электротермического силикоалюминия в количестве 9,80 кг/т в кусках фракции: от 0,1 до 350 мм. По расплавлении шихты на 80-100 (отн.) образовавшийся шлак при включенном токе скачивают на 70-80 (отн.), после чего начинают продувку расплава кислородом по установленному режиму. Содержание окислов хрома в скачиваемом шлаке снижается с 22,5 вес.Ъ при выплавке нержавеющей стали 12 Х 18 Н 10 Т по существующей технологии до 3,5 вес.Ъ на плавках, выплавленных предложенным способом, а содержание фосфора в металле перед скачиванием шлака периода плавления шихты снижается с 0,031 до0,022 вес.Ъ, т.е. на 0,009 (абс.).Использование предложенного способа рафинирования нержавеющих сталей в основных дуговых электропечах переплавом отходов от вредных примесей по сравнению с существующими способами выплавки обеспечивает следующие преимущества:1. Исключает применение дорогостоящего и дефицитного первичного алюминия и плавикового шпата.ЦНИИПИЗаказ 1459/21 Формула изобретения 40 г,ужгород,ул .Проектная,4 Образовалось 510 из кремния желобного шлака, кг/т Образовалось В Оиз кремнияметаллической шихты, кг/т Суммарное содержание 50 вобразовавшемся шлаке, кг/т Суммарное содержание окислов СаО, МО, А 80, 50, кг/т Содержание МдЭ в образовавшемся шлаке, вес.Ъ: Весовые соотношения А 60 / 50 Филиал 1 ПП 1 Патентф,2. Снижает содержание Фосфора в стали на 28-30 (отн.)3. Повышает извлечение хрома из шихты на 2-3 (абс.).4. Снижает содержание в стали меди, свинца и других вредных примесей, вносимых фвторичным алюминием, и уменьшает в результате этого отбраковку металла при прокатке по рванинам, трещинам и другим дефектам и позволяет получить экономический эффект на заводе-изготовителе (без учета положительного эффекта у потребителя за счет повышения качества готового металла) более 3 руб/т стали. Способ раФинирования нержавеющихсталей в основных дуговых электропечах, включающий введение на подинуили в завалку шлакообраэующих, рас плавление хромсодержащей шихты,введение в нее алюминия и скачивание шлака с периода плавления до продувки расплава кислородом, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюснижения содержания вредных примесейв металле и удешевления выплавки нержавеющих сталей, в шихту вводят желобной шлак электротермического силикоалюминия и известь 7,80-11,70и 14,80-24,80 кг/т шихты соответственно.Источники информации, принятыево внимание при экспертизе1, Крамаров А,Д, Производствостали в электропечах, И., Ие таллургия, 1969. с. 280.2, Авторское свидетельство СССР9 403750, кл. С 21 С 5/52, 1974. Тираж 652 Подписное