Способ получения нержавеющей стали

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспубликЪ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61),Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 3112.80(21) 3230430/22 02 511 М. Кп 3 с присоединением заявки й 9 С 21 С 7/10 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(33 УДК 669.187. .25(088.8) Дата опубликования описания 15,0882 Д. И. Бородин, С. И. Быстров, В. И. Мирошниченко, А. В. Губин,Б, С. Петров, В. М. Бушиелев, С. С. Сивковр-Вч=-А.МинченкоГ. Д. Шурыгин, В, П. Ширяев и А. Д 3 Косръж,-.г, .Г;,цз с;Московский ордена Октябрьской Революции иордена ТрудовогоКрасного Знамени институт стали и сплавов(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ Изобретение относится к черной ме таллургии, конкретно к способам полу- чения низкоуглеродистых нержавеющих сталей с использованием установок вакуумного окислительного рафинирова 5 ния, и может бить использовано в элект росталеплавильних цехах металлургических заводов.Известны способы получения низко- углеродистых нержавеющих сталей с расплавлением исходной металлической шихты в дуговой электропечи и последующим ее обезуглероживанием на установке вакуумного окислительного рафинирования 1. .15К недостатку известных способов получения низкоуглеродистьж легированных сталей относится относительно высокий угар легирующих компонентов металлошихты, что обуславливает повышенную себестоимость получаемых сталей.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения нержавеющих сталей, включающий эавалку и расплавление легированных отходов, усреднение металла, выпуск в ковш расплава и его последующее вакуумирование с подачей аргона сниэу и продувкой кислородом сверху спостоянной интенсивностью 2 ),Недостатками данного способа обезуглероживания легированных расплавов являются относительно низкаяпроизводительность установки вакуумного окислительного рафинированияи сравнительно высокий угар легирующих компонентов металла, что обусловливает повышенную себестоимостьвыплавляемой стали, Эти недостаткиобусловлены как относительно низкойскоростью протекания реакции обеэуглероживания в вакуумном ковше приподаче кислорода на поверхность перемешиваемого аргоном расплава в начальный, контролируемый доставкойкислорода на реакционные поверхности,период продувки, так и наличием значительного избытка кислорода (припостоянной интенсивности его ввода)в системе на заключительном, лимитируемом транспортом углерода, этапепродувки,Целью изобретения является снижение себестоимости получаемой стали.Поставленная пель достигается тем,что в способе получения нержавеющейстали, включающем завалку и расплавление легированных отходов, усрйдне 950780ние металла, выпуск в ковш расплава и его последующее вакуумирование с подачей аргона снизу и продувкой кислородной струей сверху 35-45 продувочного времени струю кислорода заглубляют в расплав, причем величина ,заглубления составляет 1/4-1/2 высо-, ты слещ.металла, а в оставшиеся 55-65 времени окислительной продувки кислород с пониженной в 2,5-3 раза интенсивностью подают на поверхность 10 расплава так, что уровень подачи кис" лорода отстоит от поверхности последнего на расстоянии 1/7-1/5 высоты слоя металла.Предложенный способ получения 15 нержавеющих сталей осуществляют следующим образом.Исходную металлическую шихту, состоящую на 70100 иэ легированных отходов хромоникелевых сталей и 0-30 углеродистых отходов высокоуглеродистых сортов феррохрома ,8-10 кг/т), металлического никеля (25-50 кг/т) и в случае необходимости, молибдена и меди,(2,5-10 кг/т) загружают в дуговую электропечь.Исходная шихта содержит, вес.: углерод 0,50-0,70 у кремний 0,5-1,2 у марганец 0,4-2,0) никель 8-29 у хром 19,5-23,0сера 0,015-0,030 р Фосфор 0,017-0,035 р а также в ряде случаев медь и молибден 2-3. После расплавления металлической шихты при темпе. ратуре приблизительно 1600 С в расплав присаживают изьзсть и 45 феррЮсилиций в количествах соответствен но 5-15 и 4-12 кг/тонну. При достижении температуры металла 1630-1670 ОС осуществляют в течение 8-15 мин продувку металлической ванны техническим кислородом с расходом 0,9-1,1 едт 40 в минуту После продувки металл имеет следующий химический состав, вес. углерод 0,20-0,35 у кремний 0,20-0,50 у марганец 0,20-0,80; никель 8-29 хром 20,0-24,0 у.сера 0,015-0025 р 45 фосфор 0,017-0,035медь 2-Зу молибден 2-3. Температура металла после продувки составляет 1750-1860 фС. После час тичного скачивания шлака металл выпускают в рафинировочный ковш, снабженный пористой пробкой для обработки металла инертным газом. Температура металла в ковше составляет 1700-1800 еС,После установки ковша с металлом в вакуумную камеру и набора в течение 2-4 мин вакуума (6-20 мм рт.ст.) начинают продувку расплава кислородом, причем в течение первых 3-9,5 минбО продувочного времени кислородную Фурму заглубляют в расплав так, что величина заглубления составляет 1/4- 1/2 высоты слоя металла. Интенсивность подачи кислорода на первом эта пе продувки составляет 0,6-0,7 кмис/тв минуту.В процессе окислительной продувкиметалл перемешивают аргоном, интенсивность продувки которым составляет0,015-0,035 кмз/т в минуту.Согласно имеющимся теоретическимпредставлениям скорость обезуглероживания при высокчх (0,15-0,35) содержания углерода в расплаве определяется доставкой кислорода на реакционные поверхности поэтому подача кислорода в расплав заглубленной струей наначальном этапе вакуумного обезуглероживания способствует повышению относительной скорости окисления углерода и снижению относительных скоростей окисления ннобия, хрома и другихкомпонентов металлической ванны. Приэтом длительность обработки расплавасокращается, что приводит к повышениюпроизводительности агрегата,При содержаниях углерода в расплаве менее 0,10-0,15 процесс обезуглероживания сложнолегированного расплава согласно теоретическим данным затормаживается и контролируется тран-.спортом углерода на реакционные поверхности. Поэтому продувка расплавазаглубленной струей свыше 9,5 минсопровождается повышением угара хромаи других легирующих. При продувкерасплава заглубленной струей менее3,0 мин вследствие ограниченных скоростных возможностей процесса обезуглероживания не достигается содержания углерода в расплаве 0,10-0,15,что приводит к увеличению временивакуумного рафинирования на последующих этапах с одновременным повышением угара хрома и других компонентов металлической ванны.При величине заглубления струикислорода в расплав более 1/2 высоты слоя металла снижается стойкостьднища рафинировочного ковша под воздействием высокотемпературного факела. При величине заглубления кислородной струи менее 1/4 высоты слоя металла происходит неполное поглощение металлом кислорода, что в условиях внешнедиффузионного контроля реакции обезуглероживания способствует снижению скорости окисления углерода, и, следовательно, приводит к увеличению продолжительности продувки, угара хрома и других легирующих компонентов. Последние 5-12,0 мин окислительное рафинирование проводят с интенсивностью подвода кислорода, равной О, 2-0, 3 нмЗ/т в минуту, причем кислородную фурму устанавливают над по-, верхностью расплава так, что расстояние от поверхности расплава до среза Фурмы составляет 1/7-1/5 высоты слоя металла в ковше. При подаче кисП р и м е р Исходную металлическую шихту, состоящую из отходов хромоникелевых сталей, высокоуглеродистогоферрохрома (10 кг/т) и металлическогоникеля (25 кг/т) загружают в дуговуюэлектропечь. Исходная шихта содержит,вес,; углерод 0,5 у кремний 0,8 рмарганец 0,7 у никель 10 у хром 22 рсера 0,020 р Фосфор 0,020.После добавок в расплав 45-ногоФерросилиция, извести, соответственно в количествах 10 и 5 кг/т, и достижения температуры 1650 С осущест".вляют в течение 10 мин продувку меЗ 0 таллической ванны техническим кислородом с расходом 1,0 нмЗ/т в минуту.После продувки металл имеет следующий химический состав, вес.: углерод 0,25; кремний 0,20; марганец35 0,4; никель 10,5; хром 21,0; сера0,020 у ФосФор 0,020.Температура металла после продувкисоставляет 1780 фС. После выпуска металла в рафинировочный ковшего темпе 40 ратура составляет 1750 С. После устаоновки ковша с металлом в вакуумнуюкамеру и набора в течение 3 мин вакуума (10 мм рт. ст.) начинают продувку металла кислородом, причем втечение первых 4 мин продувочного времени кислородную Фурму заглубляют врасплав так, что величйна заглубления .составляет 500 мм. Интенсивность подачи кислорода на первом этапе продувки составляет О,б нм 3/т в минуту.В процессе окислительной продувки металл перемешивают аргоном, интенсивность продувки которым составляет0,015 нм/т в минуту. Последние7,0 мин окислительного рафинированияпроводят с интенсивностью подводакислорода, равной 0,3 нм /т в минуту,3причем кислородную Фурму устанавливают над поверхностью расплава так, чторасстояние отповерхности расплава60 до среза фурмы составляет 200 мм.Температура металла в конце ваккумировання составляет 1700 С. После ваокуумирования металл имеет следующийхимический состав, вес, углерод с0,03 у кремний 0,08; марганец 0,20; лорода с пониженным. расходом на поверхность расплава в вакууме в верхних горизонтах ковша вследствие незначительной величины гидростатического давления, интенсивного баротажаповерхностных слоев аргоном и отсутствия переокисленной высокотемпературной локальной реакционной зоныскладываются благоприятные термодинамические и кинетические условия для,преимущественного окисления углерода,.Угар хрома и других легирующих компонентов расплава при этом относительно невелик. При снижении интенсивности подачи кислорода менее 0,2 нм /т в минуту9не обеспечивается необходимое поступ-ление в верхние горизонты ковша, чтоприводит: к уменьшению скорости обезуглероживания. Кислородная продувкас интенсивностью более 0,3 нмЗ/т вминуту приводит к переокислению металла и повышению угара легирующих вусловиях окисления углерода во внутридиффузионном режиме,Расположение уровня подачи кисло;рода свыше 1/5 высоты слоя металлаприводит к недостаточному насыщениюверхних горизонтов кэвша кислородоми снижению скорости окисления углерода.Снижение уровня подачи кислородаменее 1/7 высоты слоя металла приводит к переокислению поверхностныхслоев металла, способствующему повышенному угару легирующих компонентоврасплава.Температура металла в конце вакуумирования составляет 1650-1730 Состоградус ной шкалы.После вакуумирования металл имеет следующий химический состав,вес.: углерод 0,020-0,06; кремний0,03-0,12 у марганец 0,08-0,40 р никель 8-29; хром 18,5-22,0; сера0,015-0,022 у фосфор 0,017-0,035 рмедь 1,5-2,5; молибден 1,5-2,5.После проведения вакуумного окислительного рафинирования металл раскисляют чушковым алюминием (1,01,5 кг/т), который вводят. в ковшна штангах.В рафинировочный ковш присаживаюттакже металлический марганец (1015 кг/т), 45-ный. Ферросилиций(6-10 кг/т) и, в случае необходимости, корректирующие добавки Феррохрома, никеля, меди, молибдена.Требуемую стейень десульфурацииобеспечивают присадками в ковш алюминиевого пооошка (1,0-2 кг/т) всмеси сизвестью (10-40 кг/т). Послеприсадок в рафинировочный ковш раскислителей, легирующих и десульфураторов производят набор вакуума(6-20 мм рт.ст.) и перемешивание металла в течение 3-5 мин аргоном с .ра ходом 0,05-0,07 нмэ/т. Далее металлиз рафинировочного переливают с высоты 2-2,5 метра в стопорный ковш.В процессе перелива осуществляется,дополнительная десульфурация металла 5 диспергированным шлаком. Степень десульфурации составляет 30-50.,Готовый металл имеет следующийхимический состав, вес.: углеродОр 02-0,06; кремний 0,5-0,7; марга нец 0,8-1,4, никель 8-29, хром 18,5=22,0; сера 0,015-0,018 у Фосфор 0,0170,035 медь 1,5-2,5; молибден 1,52,5.Разливку металла осуществляют по15 действующей на заводе технологии.950780 формула изобретения Составитель Л, Магаюмова Редактор Л. Повхан Техред М. Надь Корректор С, Ш гимарЗаказ 5900/29 Тираж 587 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ПИП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна, 4. никель 11,0 у хром 21,0; сера 0,015;фосФор 0017,После проведения вакуумного окис-,лительного рафинирования металл раскисляют чушковым алюминием (1,0 кг/т),который вводят в ковш на штангах.В рафинировочный ковш присаживаюттакже металлический марганец(В кг/т). Перемешивание металла производят в течение 3 мин аргоном,для разливки по действующей технологии.При использовании предлагаемого 2 Оспособа выплавки нержавеющей сталиэкономия хрома составляет або, 1,5или 2,1 Феррохрома, При средней цене феррохрома 300 рублей за тонну игидоой производительности 50 тыс. тэкономический эффект составляет:2,1 х 3,0 х 50.000 = 315 тыс.руб.Таким образом, предложенный способ получения нержавеющей стали позволяет суцественно снизить себестоимость выплавляемой стали эа счетуменьшения угара хрома при проведении двухстадийной окислительной продувки под вакуумом. Способ получения нержавеющей стали, включаюций эавалку и расплавление легированных отходов, усреднениеметалла, выпуск в ковш расплава иего последуюцее вакуумирование с подачей аргона снизу и продувкой кислородной струей сверху, о т л и ч а юц и й с я тем, что, с целью снижения себестоимости получаемой стали,в течение 35-45 продувочного времени струю кислорода эаглубляют в расплав, причем величина заглублениясоставляет 1/4-1/2 высоты слоя металла, а в оставшиеся 55-65 времениокислительной продувки кислород с по.ниженной в 2,5-3 раза интенсивностьюподают на поверхность расплава так,что уровень подачи кислорода отстоитот поверхности последнего на 1/7-1/5высоты слоя металла.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 532629, кл. С 21 С 7/10, 1976.2. Морозов А. Н. и др. Внепечноевакуумирование стали. М., "Металлур-,гияф, 1975, с. 288.