Способ рафинирования высокохромистых сталей

(ц 749906 ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1) Дополнительное к аВТ. свил-вуиубликов Дата опу летсиь 27 открыт икования описания 25.07(7 ) Заявите ПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ ВЪСОКОХРОМИСТЪХ СТАЛЕЙ54 компоненты,и жидкое топ 5Изобретение относится к металлургии стали может быль использовано при производстве высокохромистых нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов,Известен способ вакуумного обезуглерожива ния высокохромистой стали, который предусматривает продувку металла кислородом при давлении ниже "50 мм рт.ст. до получения требуемого низкого (0,02 - 0,1) содержания углерода 1), На первом этапе окислительной продувки скорость обезуглероживания определяется скоростью подвода кислорода. На вто. ром этапе после достижения содержания утле. рода 0,08 - 0,012% скорость обезуглероживания определяется скоростью подвода углерода к зоне реакции, т,е. реакция обезуглероживания переходит из кинетического режима в диффу. зионный, вследствие чего скорость обезуглероживания снижается, увеличивается угар хрома, что сопровождается увеличением температуры в реакционной зоне и резким возрастанием интенсивности испарения металла.Известен способ вакуумного обезуглерожи. вания высокохромистого расплава, при котором для продувки металла в в кууме исполь.зуют одновременно различныенапример кислород, аргон, парливо, подаваемые в зону реакции концентрически расположенными трубами раздельно откислорода 2),Подача компонентов позволяет снизитьтемпературу реакционной зоны, но догораниегорючих компонентов над металлом приводит к перегреву оборудования. Кроме этого,раздельная подача компонентов требует применения фурмы сложной конструкции.Известен процесс рафинирования высокохромистой стали, вкнюча(оший выпуск полупродукта с содержанием хрома 8 - 20% и углерода1 - 6% в ковш при температуре 1300 С, помещение ковша с металлом в вакуум-камеру ипродувку металла кислородом через фурму придавлении ниже 1/2 атм, в котором при достижении заданного содержания углерода итемпературы металла 1600 - 1800 С расход кис.лорода снижают и одновременно начинают по.давать через фурму инертный газ (гелий),уменьшая количество подводимого к реак06 4ма в. диффузионный, вследствие чего ско.рость обезуглероживания снижается, увеличивается угар хрома и увеличивается температу.ра реакционной зоны. С этого момента начУнается парокислородная продувка с содержаниемпара в смеси 20 - 40%, поскольку прнпродувке.с долей пара менее 20% охлаждающий эффектпара незначительный, что приводит к увеличе.нию потерь хрома, а при продувке с долейпара более 40% уменьшается скорость обезуглеП ороживания вследствие недостатка кислорос да.родувка с долей пара в смеси 20 - 40% производится до содержания углерода 0,03 - 0,05%,так как при окислении углерода до меньшихПоозначений приводит к увеличению угара хр,ома.родолжительность продувки металла парокислородной смесью 2 - 10 мин н доля пара всмеси 60-80% определяются в зависимости оттемпературы металла и заданного содержания углерода в стали, Доведение же долипара в смеси более 80% не позволяет подво.дить необходимого для глубокого обезугле.роживания количества кислорода, Продолжитель.ность вакуумирования в течение 2 - 6 мин спринудительным перемешиванием обеспечиваетдополнительное рафинирование стали эа счетрастйоренного в металле кислорода,На чертеже показано влияние добавок водяного пара на теоретическую температуруреакционной зоны,Расчеты показывают, что температура зоныпродувки 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 дости.гается значительное уменьшение испарения металла, Измерения на промышленных агрегатахпоказывают еще более низкиезначения температуры реакционной зоны (2300 - 2400 С),Исследовалось влияние добавок перегретогопара к кислородному дутью на образованиебурого дыма в реакционной зоне. На плавкахв мартеновских печах, продувавшихся фур.мами внутрисоплового смешения, определяютсодержание плавильной пыли в отходящих га.зах. Исследования показывают, что количествовыделяющегося в ходе продувки бурого дымауменьшается с 2,5 г/м при продувке кислородом (3000 мз/ч) до 0,8 г/м при добавлении перегретого пара к киСлородному дутью(400 кг/ч) .С целью снижения потерь хрома по ходувакуумного рафинирования и интенсификацииобезуглероживания, в интервале содержанийуглерода 0,12 - 0,03% в ковш вводят СгтОзсодержащие добавки, например хромистую рудув количестве 3,5 - 5 кт/т, что обеспечивает дополнительное поступление окислителя в металл,35 45 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 кислорода из металла и продуктов реакции5 из камеры, Преимущество данного спо. соба состоит в том, что отсутствует догорание горючих компонентов над металлом, природящее к перагреву оборудования, не тре 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 инертного15 газа на завершающем этапе процесса для сохранения высокой скорости иСтечения из сопла должен быть сопоставим с расходом кислоро. да и составлять не менее 0,2 - 0,3 мэ/т мин,т,е. при продолжительности завершающего этапа процесса 5 мин составляет 1,0 - 1,5 м /т,з 20 что при высокой стоимости инертного газа приводит к повышенным материальным затратам на обработку стали.Кроме того, инертный газ (гелий) является25 ,не самым эффективным компонентом в смеси с кислородом для понижения температуры реакционной зоны и металла в целом.Окончательное рафинирование стали производится продувкой инертным газом сверхуЗо 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 сни. жения 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 паро 40кислородной смесью с содержанием пара60 - 80% в течение 2 - 10 мин,.Другое существенное отличие предлагаемогоспособа от известного заключается в том, что окончательное рафинирование стали производится не продувкой инертным газом свер. ху, т.е, давлением доли инертного газа в газокислородной"смеси до 100%, что связанос большим расходом последнего, а продолжением вакуумирования с принудительным электромагнитным или аргонйым"перемешиваниемв течение 2 - 6 мин.Момент начала парокислородной продувкиопределяется содержанием утлерода в металле0,07 - 6,12%, когда скорость обезуглерожива 55ния определяется скоростью подвода углерода к реакционной зоне и реакция обезуглероживания переходит из кинетического режи.; 749906 6раторной вакуумной индукционной печи, Про дувку хромистого расплава с исходным содержа.кием 0,20 С и 18% Сг проводят кислородом (плавки 1 и 2, таблица) и кислородом и наро.кислородной 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. Исходное содержание,% Продувка Конечное содер. жанне,% Плавка Яф,О Как видно из таблицы потери хрома припродувке кислородом составляют 0,99%, тог.да как в плавках с постоянным увеличениемдоли пара в кислороде по ходу плавки от20 до 80% составляет 0,61% (в среднем по4-м плавкам).Температура расплава после парокислород. ной 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 С).Использование данного способа при производстве нержавеющих сталей с низким содер 4 жанием 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.5 Проведенные исследования показывают, чтоприменение 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, позволяет55 сэкономить феррохрома марки ФХ 010 стои. мостью 295 руб./т, применяемой для доводки стали после окислителъного вакуумирования,ете Ф.мула и 1. Способ рафинирования высокохромистых 35сталей, 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 снижениясодержания углерода до 0,07 - 0,12% продувкуметалла ведут парокислородной смесью с содержанием пара 20 - 40% до содержания углерода О,ОЗ - 0,05%, затем парокислородной смесью с содержанием пара 60 - 80% в течение2 - 10 мин, после чего не снимая вакуума металл. перемешивают в течение 2 - 6 мин, О2,Способпоп,1,отличающийсятем, что в процессе вакуумирования при содержании углерода 0,12 - 0,03% в ковш вводятСг,ОЗ, содержащие добавки в количестве 3,5 -5 кг/т. 3, Способ по пп,с я тем, что послепара шлак раскислядобавками. достаточноГо для дополнительного окисления0,020,03% углерода.После продувки смесью с 60 - 80% пара длявосстановления окислов хрома шлак раскиля.1 ют кремнийсодержашнми добавками, напри.мер силикокальцием.Пример конкретного исполнения.Обезуглероживание хромистого расплава- . парокислородной смесью опробовали в лабо 1,2,отличаю ши йпродувки смесью с 60 - 80% ют кремнийсодержашими749906 82, Патент ГДР К 99605, кл, 18 8 5/34,1973.3. Патент США М 3850617, кл. С 21 С 7/10,1974,Источники информации,принятые во внимание при зкспертизе1. Шмидт М, и др. - "Черные металлы",1968, У 4, с. 3-10,Ф:Р 4 У Ф Ю Ю 0,4 0,5 0,5 0,7 Мавчеопо дооайж пара., бац/аю Оа витель Т Редактор А, Мотыль Подписи о комитета СССР и открытий шская наб.; д. 4/5