Способ выплавки стали и сплавов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) (1 И С 5 52 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ . СПИ 6 АТЕ" ).ИХНИМИьб:луММЯМОТЫд САНИЕ ИЗОБРЕТЕ СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. п 2. Способ по п.1,ч а ю щ и й с я тем,каждой .порции карбида составляет 10-40% от чества карбида кремни(21) 3549629/22-02печения совместного протекания про- (22) 0902.83 цессов десульфурации и дефосфорации (46) 07.04.84. Бнщ. В 13 в период плавления шихты, повышения (72) Л,Р. Тагер, Г,В, Серов, количества используемых на плавк С.Н,.Падерин, Д.И. Рыжонков, отходов, а также создания возмож- М.М, Клюев, В.М, Караваев, ности применения в качестве шихты В.С. Римкевич и Б.Е. Зайцев менее чистых .по примесям серы и (71) Московский ордена Октябрьскойфосфора материалов, карбид кремни Революции и ордена Трудового Крас- вводят в количестве, превышающем ного Знамени институт стали и сила- в 1,2-2,0 раза массу извести,привов чем первую порцию карбида кремния (53) 669.187.25 (088.8) вводят после зарождения жидкого (56) 1, Авторское свидетельство СССР шлака, последнюю - после расплав- У 535355, кл,С 21 С .5/52, 1975, ления 80-95% металлической шихты,2. Авторское свидетельство СССР. в окислительную продувку начинают Р 425948, кл. С 21 С 7/00, 1972, . после выдержки расплавленного ме- (54)(57) 1. СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ , талла в безокислительной атмосфере И СПЛАВОВ в электропечах, вклю- в течение 10-40 мин и последующего чающий введение извести, порционную частичного или полного удаления рисадку карбида кремния в период шлака.расплавления металлической шихты, отлиокислительную продувку металла и что масса доводку металла до заданного химического состава, о т л и ч а ю- ощ и й с я тем, что, с целью обея1084308 1 О 20 30 1Изобретение относится к металлургии, а именно к способам выплавки стали и сплавов в электропечах, включающим введение извести, порционную присадку карбида кремния в период расплавления металлической шихты, а также продувку металла окислительным газом.Известен способ выплавки стали с использованием карбида кремния в качестве восстановителя окалины, согласно которому осуществляют совместное проплавление окалины с карбидом кремния, причем в завалке обеспечивают весовое соотно шение между окалиной и карбидом кремния (3,0-4,0) 1. Раскисление шлака периода расплавления ведут смесью извести с материалом, содержащим карбид кремния в количестве 50-80 кг/т садки при весовом соотношении между карбидом и известью, равном (0,3-0,8):1,0 1Недостатком этого способа является невозможность осуществления 25 дефосфорации и достаточной десульфурации металла при его выплавке.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ выплавки стали и сплавов в .электро- печах, включающий введение извести, порционную присадку карбида кремния в период расплавления металлической шихты, окислительную продувку металла и доводку металла до заданного химического состава. На шлак периода плавления и восстановления вводится карбид кремния порционно в смеси с глиноземом и криолитом, 4 О причем смесь подают в количестве 5-30 кг/т жидкого металла 2 .Недостатком этого способа является невозможность обеспечения низкого содержания углерода в го товом металле из-за перехода углерода, образующегося в процессе диссоциации карбида кремния, в жидкий металл в заключительный (восстановительный) период плавки. Кроме того, не обеспечивается достаточная дефосфорация металла, особенно в случае присадки смеси на шлак с основностью ниже 2. Цель изобретения - обеспечение 55 совместного протекания процессов десульфурации и дефосфорации в период плавления шихты, повышение ко личества используемых на плавке отходов, а также создание возможности применения в качестве шихты менее чистых по примесям серы и фосфора материалов.Поставленная цель достигается тем, что,согласно способу выплавки стали и сплавов в электропечах, включающему введение извести, порционную присадку карбида кремния в период расплавления металлической шихты, окислительную продувку металла и доводку металла до заданного химического состава, карбид кремния вводят в количестве, превышающем в 1,2-2,0 раза массу извести, причем первую порцию карбида кремния вводят после зарождения жидкого шлака, последнюю - после расплавления 80-95% металлической шихты, а окислительную продувку начинают после выдержки расплавленного металла в безокислительной атмосфере в течение 10-40 мин и последующего частичного или полного удаления шлака.Масса каждой порции карбида кремния составляет 10-40% от общего количества карбида кремния.При традиционной технологии производства углеродистой стали с целью удаления фосфора используют многократное обновление шлака в окислительных условиях и при относительно низких температурах. Реакцию дефосфорации можно записать следующим образом 5(РеО)+4(СаО)+21 Р(Са 4 Р 20)+5 Ре 1,. В известной технологии выплавки хромоникелевых нержавеющих сталей с использованием собственных отходов в количестве до 70% от массы металлической шихты с применением окислительной продувки дефосфорация металла вообще не производится, поскольку в металле содержится до 12% хрома и более, Термодинамика окисления фосфора и хрома близка и в окислительных условиях при выплавке,хромоникелевых нержавеющих сталей, где концентрация в металле хрома превышает концентрацию фосфора в сотни раз, окисляется хром. Окисление же фосфора начинается при концентрации хрома, не превышающей 1-2%, а иногда и меньше. Десульфурация в соответствии с из= 1,2-1,4,Рсао 3вестной технологией производится в период восстановительного рафинирования металла, хотя основной целью этого периода является восста.новление хрома из шлака после окис лительной продувки и доведение металла по химсоставу.В случае применения предлагаемого способа основная масса фосфора и серы удаляется в период до окислительной продувки в безокислительных условиях. Кроме того, сера удаляется и после окислительного рафинирования в восстановительный период,как и в известном способе выплавки.По указанным причинам в готовом металле, выплавленном по известной технологии, содержание серы .и фосфора существенно вышее, чем в металле, полученном согласно предлагаемого способа. 20 Физико-химический процесс удаления фосфора и серы в период плавления металла по предлагаемой технологии может быть представлен следующим обра зом. При существующих температурах ,выплавки стали и сплавов в основных шлаках возможна следующая реакция с образованием карбида кальция ЗО(ЯдС)+(СаО) )-(СаС 2)+(Я 10 )Ф Я Карбид кремния, имеющий неэначиотельную прочность И С щоо)(сто)+зс - (сас )+со) В условиях плавки при ненасыщенности металла углеродом возможна 45 реакция(СаС 2) -(Са)+2 С 1 Выделившийся кальций реагирует сфосфором металла с образованием фосфида кальция 3(Са)+2 Р а.-(Са Р ). Эти процессы можно описать суммарной реакцией(БСф 3 СО О) 2 Р СОР 2 ф 02)СО аОбразование СО способствует соз данию безокислительной атмосферы и препятствует протеканию таких реакций, как, например 2(Са)+О , 2(СаО) 2(Са)+И 2 г - э (СаИ) и тем способствует связыванию фосфора в фосфид кальция, Десульфурация при осуществлении предлагаемого способа протекает по реакции, осуществляемой и в известной технологии(СаО)+ РеЯ(СаЯ)+(РеО)С увеличением основности шлака и егораскисленности (за счет введения извести и карбида кремния) эта реакциясдвигается вправо, т.е. возрастаетстепень десульфурации. Возможнатакже реакция Для того, чтобы протекали реакции дефосфорации и десульфурации, необходимо поддерживать определенные соотношения между СаО и ЯьС в зависимости от исходного суммарного содержания серы и фосфора в металлической шихте. При выплавке большинства низкоуглеродистых сталей (преимущественно нержавеющих) исходное суммарное содержание в шихте находится в пределах 0,05-0,10 по массе. Опытным пу" тем установлено, если в шихте серы и фосфора содержится 0,10 , то необходимо иметь с где РО - масса извести, - масса карбида кремния. Если же серы и фосфора в шихте содержится в сумме 0,05 , тодолжно быть в пределах 1,8-2,0Р",с СаО Если Р; /Рс о1,2, то процессы рафинирования от серы и фосфора становятся неэффективными, посколькупонижается раскисленность металла,уменьшается количество образующегосякарбида кальция, а в итоге и свободного кальция, необходимого для свя-).зывания примеси в соединение, Если Р с /Рсао 1 2, то образующаяся Яд 02 являющаяся продуктом реакции кремния из ВС с окислами шлака, связывает почти весь СаО в прочные сое динения типа щ СаО и ЯдО (например 2 СаО-ЯдО), Поэтому свободных окиси кальция и кальция недостаточно для связывания серы и фосфора в шлаке. Первую порцию карбида крем ния необходимо вводить после зарождения жидкого шлака с целью обеспечения достаточной реакционной способности ЯС, так как последний может взаимодействовать только с 15 жидким шлаком. Для достижения наилучших условий перехода серы и фосфора в шлак, присадку карбида кремния следует заканчивать после расплавления 80-95% металлической сад ки, так как .введение карбида кремния в более поздний период, например, после полного расплавления шихты приводит к существенному увеличению длительности плавки вслед ствие того, что скорость взаимодействия карбида кремния с известью в шлаке невелика и для начала реакции каждой новой порции вводимого карбида кремния требуется время на ЗО прогревание и подготовку к взаимодействию с известью (так называемый скрытый период реакции),Если присадку карбида кремния производить раньше расплавления 80% металлической садки, то температура жидких металла и шлака лишь несущественно превышает температуру не 9 асплавившейся части металлической шихты, и значительная часть извести 40 пребывает в твердом (неофлюеованном) состоянии. Скорость протекания реакций низкая, вследствие чего ЯС взаимодействует не со шлаком, а с металлом, приводя к его науглероживанию. Если присадку карбида кремния производить позже расплавления 95% металлической садки, то плавка неоправданно затягивается.1С целью создания наилучших условий дефосфорацни и десульфурации необходимо после полного расплавления металла выдерживать его под шлаком в течение 10-40 мин в безокисленных условиях. Выбор продолжительности выдержки зависит от емкости печи и наличия электромагнитного перемешивания : 10 мин требуется для печей емкостью до 10 т безэлектромагнитного перемешивания идля печей с большой емкостью при наличии электромагнитного перемешивания: 40 мин необходимо для печей емкостью более 40 т. Выдержка менее10 мин не обеспечивает полноты протекания реакции дефосфорации и десулиЪьрации. Выдержка более 40 миннеоправданно затягивает плавку, таккак все процессы, как показываетпрактика, уже завершаются,Необходимым элементом предлагаемого способа является полное иличастичное скачивание шлака с цельюудаления перешедших в него из металла фосфора и серы. Полнота скачивания шлака зависит от концентрациисеры и фосфора в шлаке и от предельно допустимых содержаний этих элементов в готовом металле.Для более равномерного и полногопротекания процессов дефосфорациии десульфурации масса каждой порциикарбида кремния должна составлять 10-40% от общего количествавводимого на плавку карбида кремния. Масса порции зависит от емкости печи или, в конечном счете, ототношения площади поверхности ваннык ее объему, Чем меньше это соотношение или чем больше емкость печи,тем меньше должна быть величина порции и больше количество порций сцепью обеспечения достаточной скорости реагирования смеси за счетулучшения условий ее прогревания иповышения газопроницаемости,Есливеличина порции карбида кремнияменьше 10%, то увеличиваются потеритепла от неоправданно частой подачиЫС, захолаживается поверхность,увеличивается подсос воздуха и замедляются процессы, Если величинапорции карбида кремния больше 40%от общего количества вводимого наплавку карбида кремния, то смесьплохо прогревается и снижаетсяее газопроницаемость,Примеры конкретного выполнения.В 20-и тонной дуговой электропечи выплавляют плавку стали марки 12 Х 18 Н 10 Т. В качестве шихтовых материалов используют отходы (кусковые и стружку) металла соответствующего химического состава в количестве до 70% от веса садки, остальное - свежие материалы. НаИас- МасСодержание в готовом металле,% ВреКоличествои массапорции ЯС Уопыта,п/п са са са са выпорцииБь.С,% из- ввометал. шихты,г держкиподшладимого81 Сг вестиг р ком, мин 1 400 8 9,6 10 1,2 10740996 г , 10 0,034 0,029 0,027 0,021 2 400 8 16,0 40 2,0 2 х 694 г +1 Х 392 г 40 0,028 0,020 0,020 0,014 3 400 8 11,2 30 1,4 Зх 3973 г 25 0,034 0,029 0,026 0,022 20 0,034 0,029 0,034 0,025 0,034 0,029 0,034 0,023 5 400 8 ННйиПН Закан 1927/19Тираж 940 Подписное Филиал ППП Патежтл, г, Ужгород, ул.Проектиаи,4 подину печи предварительно дают из=весть в количестве 300 кг, Расчетное содержание в шихте серы сос"тавляет 0,032%, фосфора - 0,037%.В процессе расплавления шихты впечь порционно вводят порошок карбида кремния, всего в количестве486 кг, причем первую порцию карбида кремния вводят после зарождения жидкого шлака, через 40 минот начала плавки. Всего дают трипорции карбида кремния по 162 кгкаждая. Последнюю порцию карбидакремния вводят через 1 ч от началаплавки, после расплавления 90% металлической завалки. После полногорасплавления шихты включают электромагнитное перемешивание и металлвыдерживают в печи под образовавшимся шлаком в течение 15 минпослечего шлак полностью удаляют. Затейпроводят окислительную продувку досодержания углерода 0,07%, восста-новительный период. Доводку металла по химическому составу и разливку металла осуществляют по известной технологии. В готовом металлесодержание серы составляет 0,012%,фосфора - 0,014%. Полученные результаты сравнивают с результатами контрольной плавки, проведенной нааналогичных шихтовых материалах поизвестной технологии. Содержаниесеры в готЬвом металле контрольной 4 400 8 9,1 30 1,01 Зх 297 г плавки составляет 0,022%9 фосфора - 0,034%,Кроме того, в лабораторной печипроводят 4 плавки стали марки12 Х 18 Н 10 Т. Масса металлической садкикаждой плавки составляет 400 г. Вкачестве шихтовых материалов используют отходы выплавляемой марки сталив количестве 70% от массы садки, остальное - свежие материалы. Передзагрузкой металлической шихты на днотигля засыпают 8 г свежеобожженнойизвести. По ходу расплавления шихтыв печь вводят порциями, порошок карбида кремния. Первую порцию карбидакремния присаживают после появленияжидкого шлака, т.епосле 50 минот начала плавления, последнюю -после расплавления 80-95% всей металлической садки. Время выдержкиметалла под шлаком после присадкипоследней порции карбида кремния вопытах составляет 10-40 мин, послечего шлак удаляют и проводят окислительную продувку металла газообразным кислородом до содержанияуглерода в металле 0,06-0,08%.Восстановительный период проводят пообычной технологии,Данные опытных плавок (Р 1-4),оДной контРольной плавки 0195) р пРоведенной на аналогичных шихтовых.материалах по известной технологии,приведены в таблице.