Способ выплавки рельсовой стали

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН ЗЙО,С 21 С 7/0/ РЕТЕН ИСА И ЛЬСТВУ СНОМУ СВ ас- ий т в407 об- вводят ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Украинский ордена Трудового Кного Знамени научно-исследовательскинститут металлов(56) 1. Авторское свидетельство СССР 539081, кл. С 21 С 7/06, 1974.2. Комплексная переработка желеных руд. Труды УралНИИЧМ, т.28, 19с.95-100.(54)(57) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ РЕЛЬСОВОЙСТАЛИ, включающий продувку металла конвертере до содержания углерода нижемарочного, науглероживание и модифицирование металла природнолегирован.-:ным, содержащим ванадий и титан чугуном в количестве 5-15 Х от веса с- металла, раскисление металла в ковшеферромарганцем, силикомарганцем исиликокальцием и продувку инертнымгазом, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью уменьшения угара раскислителей, предотвращения выбррсови резкого охлаждения металла, послевыпуска металла и шлака природнолегированный чугун заливают в конвгде .осуществляют его выдержку вчение 2-5 мин, а затем сливаюковш с металлом, при этом 20 щего количества силикокальцияпод струю чугуна.20 Наиболее близким по технической сущности к .предлагаемому является способ выплавки рельсовой стали, включающий продувку металла в конвертере до содержания углерода ниже марочно Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в сталеплавильных цехах.Известен способ выплавки углеродистой стали, включающий раскисление металла ферромарганцем, силикокальцием, вайадием и титаном: в ковш перед . выпуском стали заливается 10-207 от веса плавки природнолегированного ванадием и титаном чугуна, в чугун 10 дают 20-607 силикокальция и 10-907 ферромарганца от необходимого расхо.да их на плавку, а остальное количество вводят в ковш под струю металла И .Недостатком данного способа явля ется крайне неблагоприятные темперагурные условия процесса, Жидкий чугун, температура которого не превышает 1300 С, заливают в холодный ковш (температура поверхности футеровки обычно не превышает 500 С) и подверФгают здесь резкому охлаждению, так как чугун занимает всего от 1/5 до 1/10 объема ковша. В этих усло - виях присадка значительного количест ва раскислителей может привести не только к закозлению раскислителей в ковше, но и самого чугуна, По организаци.энным причинам трудно точно совместить заливку чугуна в ковш и ЗО выпуск плавки. При выдержке в ковшемалого объема чугуна его температура быстро снижается, Велико также охлаждающее влияние чугуна; при его температуре 1300 С, минимально предус-З 5омотренном расходе 107 и температуоре жидкой стали 1600 С снижение тем" пературы стали только под влияниемо этого фактора составит 30 С, в случае температуры чугуна 1150 составит 40 45 С. Присадку раскислителей в ковш начинают с 1/3 - 1/2 высоты ковша, в этот момент температура расплавабудет еще ниже. Если учесть, что при выплавке стали в конвертерах 45 все количество раскислителей присаживают в ковш и выпуск плавки занимает несколько минут, то закозле ние раскислителей при значительной,присадке их (например присадка силикомарганца при выплавке рельсовой стали составляет 1,37 от веса плавок) будет неизбежной. го, науглерожнвание и модифицирование металла природнолегированным, содержащим ванадий и титан чугуном, в количестве 5-157. от веса металла, раскисление металла в ковше ферро-марганцем, снликомарганцем и силикокальцием и продувку инертным газом 21 .Недостатком известного способа является необходимость перегрева металла примерно на 30 С, что экономически невыгодно и приводит к ухудшению качества металла, усугубляет опасность выбросов металла при контакте чугуна с окнсленными металлом и шлаком, При контакте чугуна с окисленными шлаком и металлом теряется также около 107. ванадия.Цель изобретения - уменьшение угара раскислителей, предотвращение выброса металла из конвертера и резкого охлаждения металла.Поставленная цель достигается тем, что в способе выплавки рельсовой стали, включающем продувку металла в конвертере до содержания углерода ниже марочного, науглероживание и модифицирование металла природнолегированным, содержащим ванадий и титан чугуном в количестве 5-157 от массы металла, раскисление металла в ковше ферромарганцем, силикомарганцем и силикокальцием и продувку металла в ковше инертным газом, согласно изобретению, после выпуска металла и шлака природнолегированный чугун заливают в конвертер, где осуществляют его выдержку, в течение 2-5 мин, а затем сливают в ковш с металлом, при этом 20-407. общего количества силикокальция вводят под струю чугуна.Основным преимуществом предлагаемого способа является полное исключение контакта жидкого чугуна с окисленными шлаком и металлом в конвертере, так как чугун заливается в конвертер после полного удаления металла и шлака. Это целиком исключает возможность выбросов металла из конвертера, а также окисление ванадия чугуна. Чугун с температурой 1300 фС сливается в конвер- тер сразу после выпуска металла и шлака, когда температура футеровки составляет 1580-1590 С. Конвертер на клоняют и покачивают, чугун тонким слоем разливается по стенке конвертера. Нагрев чугуна осуществляется интенсивно за счет теплоизлучения в замкнутом пространстве конвертера иДля установления доли силикокаль-,ция, вводимого в ковш во время выпуска стали и чугуна, провели следующий эксперимент,В дуговой индукционной печиУкрНИИМЕТа выплавляют 1000 кг рельсовой стали, содержащей, 7: С 0,33,Мп 0,85, Ях 0,35, Р 0,025, Я 0,022в индукционной печи выплавляют 100 кгсинтетического чугуна, содержащего,7.:С 4,3 У 0,42, Яз. 0,20, Мп 0,25,Т 0,15. В 200-кг ковше по Футеровке деляют отметку на 180 кг металла(расчет по объему), Из дуговой печи 180 кг металла сливают в ковш,под струю дают часть силикокальция,затем ковш с металлом подают под индукционную печь, из нее сливают 20 кг,чугуна (до верха ковша), присаживая.оставшееся количество силикокальцияпод струю чугуна. Готовый металл содержит, 7: С 0,72-0,75, Мп 0,81-0,84,Яд 0,30-0,34, Ч 0,035-0,045,40 конвективного нагрева при контактечугуна с футеровкой, Расчет показыва"ет, что скорость нагрева чугуна в первую минуту составляет 100 С при расоходе его 57 от веса металла, 70 Спри расходе 107 и 50 С при расходео157, во вторую минуту скорость нагрер уФва уменьшается до 40-70 С в минуту.Таким образом, нагрев 57.-ного чугуна до 1470 С осуществляется за 2 мин, 10а 157-ного - за 5 мин. При нагревеметалла в конвертере до 1590 С, какпоказали замеры, в процессе выпускаи раскисления металла в ковше темпео,ратура его снижается до 1525-1535 С. 15В этих условиях поступление в ковшв среднем 107-ного чугуна с темпераотурой около 1450 С приведет к незначительному снижению температуры стали(на 8 С). 20Для рельсовой стали важно правильно подобрать режим раскисления, таккак кальций, входящий в состав силикокальция является одним из основныхФмодификаторов (как и ванадий). С учетом этого был исследован способ вводасиликокальция двумя порциями: первую,большую, вводили в ковш при выпускеплавки вковш, вторую, меньшую, присливе чугуна в ковш под струю. При Зоэтом силикокальций со струей чугунавводили в металл, учитывая его повышенную растворимость в чугуне, и наличие всего объема металла в ковше(а не 107 его как в аналоге).35 Тх 0,006-0,008, Р 0,022-0,027,Я 0,021-0,025. Всего налито пять ковшей с различным распределением силикокальция при выпуске стали и чугуна.Иэ каждого ковша отливают два 50-кгслитка, один режут для исследованиямакроструктуры, другой прокатываютна квадрат 56 мм. Заготовку подвергают закалке и отпуску и испытываютна ударную вязкость (по результатампроведенных ранее исследований известно, что сталь при данном способераскисления чиста по строчечным оксидным включениям).Макроструктура всех слитков оказалась удовлетворительной.Результаты опытов раскисления металла силикокальцием и ударная вязкость металла приводятся в таблице,Как видно из таблицы, при расходе600 г ферросиликокальция на 200 кгметалла (необходимый расход 3 кг/тстали установлен на основании многолетней практики выплавки стали с ванадием для рельсов первой группы) наилучшие результаты по ударной вязкостидостигаются в плавках-ковшах 2-4, когда 20-407 ферросиликокальция присаживаются при сливе чугуна. Металлографическое исследование показало,что причиной этого является образование глобулярных включений кальциевыхсиликатов в стали, в то время как вметалле из плавок-ковшей 1 и 5 в значительном количестве обнаружены вытянутые вдоль прокатки включения же:лезо-марганцевые силикаты.Технология производства сталидля рельсов первой группы согласноизобретению включает в себя проведениетакйх операций в их последовательности: продувку чугуна на полупродуктследующего состава, 7: С 3,2-3,6,Ч 0,03-0,04, до Мп 0,05 в первом .конвертере, выпуск полупродукта изпервого конвертера и заливку егово второй конвертер, продувку полупродукта во втором конвертере до содержания углерода 0,10-0,557 при температуре металла 1580-1600 С, выпускметалла из конвертера, раскислениеметалла ферромарганцем, силикомарганцем и ферросиликокальцием (в количестве 60-803 от общего его расхода1,8-2,4 кг/т стали) во время выпуска металла, слив шлака из конвертера, заливка в конвертер 5-157-ногожидкого чугуна, выдержка в конвертере чугуна в течение 2-5 мин, выпускжидкого чугуна из конвертера в ковш с металлом, присадку под струю чугуна оставшегося количества Ферросиликокальция 20-407 (1,2-0,6 кг/т стали), выдержка металла в ковше 7-10 мин, продувка металла в ковше аргоном в течение 5-10 мин, разливка металла на слитки.П р и м е р. В конвертер заливают 130 т полупродукта, содержащего, 7.: 10 С 3,4 и Ч 0,04, температура его составляет 1410 С. Продувку осуществляют через трехсопловую фурму с интенсивностью подачи кислорода 1,7 з Ф -2,2 нм /т при. высоте Фурмы над ван ной 2,0-2,5 м в течение первых трех минут и 0,7-1,4 м - в остальное время продувки. На второй минуте присаживают 1,8 т извести и 0,7 т плавикового шпата, на третьей минуте - 20 1 т марганцевого агломерата и 1 т железной руды, на седьмой минуте - 0,5 т извести. Через 15 мин после начала продувки Фурму поднимают, конвертер наклоняют и берут пробу металла, за меряют его температуру, которая составляет 1595 С. Через 5 минполучают анализ металла; содержание, 7.: углерод 0,42, ванадий 0,015, сера 0 025 фосфор 0,020. 30Э 3 Состав чугуна в миксере следующий, 7:С 4,3, Ч 0,47, 83. 0,20,Мп 0,24, Тз. 0,12, Р 0,04 и 8 0,035,температура чугуна 1280 С, Из расчета 45требуемого содержания углерода вготовой стали, 7: 0,7 1-0,82 и ванадия 0,03-0,07 заказали 10 т чугуна (7,17. от веса плавки) и начинаютвыпуск металла из конвертера, По ходу выпуска под струю металла присажи-.вают в ковш 1600 кг силикомарганца и 300 кг Ферросиликокальция. Через4 мин выпуск металла заканчивается,еще через 1 мин в шлаковую чашу 45сливают шлак из конвертера и приступают к заливке чугуна в конвертер,через 0,5 мин 10 т чугуна заливаютв конвертер, Конвертер наклоняют в горизонтальное положение и слегка пока чивают, Через 3 мин чугун сливаютв ковш, под струю чугуна в ковш присаживают 120 кг силикокальция, Послеслива чугуна, который длится 0,5 мини восьмиминутной выдержки ковш с металлом подают на установку для продувкиметалла аргоном. Температура металлаперед продувкой было 1540 С, после семиминутной продувки с интенсивностью 0,7 м/мин она составила 1525 С,Ковш подают на разливку, Химический состав готового металла, 7: С 0,77, Мп 0,80, Ч 0,05, 81 0,31, Т 1 0,005, Б 0,027 и Р 0,028.Рассмотрим граничные параметры процесса.оТребуемая температура металла 1580 С получена при содержании, 7: С 0,10. При таком низком содержании углерода в металле практически ванадия не будет. Для обеспечения заданного содержания углерода в рельсовой стали 0,71 - 0,827. необходимо будет долить 157 О-ного чугуна (23 т), при этом будет введено Ч 0,077, т.е. ванадий будет получен на верхнем пределе (допускается содержание ванадия до 0,17), Выдержка чугуна в конвертере должна быть 5 мин для обеспечения нагрева чугуна до 1480 С, В этом случае целесообразно заменить силикомарганец ферромарганцем и дать корректирующие присадки Ферросилиция. 1800 кг углеродистого Ферромарганца вносят 126 кг углерода, т.е. столько, сколько 3 т чугуна, тем самым добавка чугуна составляет не 23, а 20 т.В случае получения заданной температуры 1580 С при содержании 7; углерода в металле 0,55 (верхний предел) необходимо будет ввести в ме талл всего 0,227 С, для, этого понадобится около 57 чугуна (7 т), он внесет 0,0237. ванадия, что при остаточном содержании ванадия 0,0157. обеспечит получение около 0,047 ванадия в металле, что выше требуемого нижнего предела. При таком малом расходе чугуна достаточна выдержка его в конвертере в течение 2 мин.Как показывает исследование и опытная проверка, по сравнению с базовым объектом, в качестве которого принят, способ легирования стали путем долив-( ки ванадийсодержащего чугуна 2, пред; лагаемый способ обладает рядом преимуществ. Он позволяет экономить 107 ванадия благодаря исключению угара его при контакте с окисленным металлом и шлаком, исключает случаи выброса металла и шлака из конвертера, что создает безопасные условия работы в цехе и позволяет в промьппленных масштабах применять предлагаемый способ. Кроме того, он разрешает снизить температуру металла перед выпуском1089149 Расход ферросиликокальция в ковш УдарнаявязкостьМДж/мКовш При выпуске чугуна При выпуске стали 7 от общегорасхода 7 от общегорасхода Г 10 540 90 60 0,35 0,41 20 120 480 80 420 70 180 30 0,43 360 60 240 40 0,40 300 300 50 0,36 Составитель А.ТимофеевТехред М. Гер гель Корректор А. Ильин Редактор Е. Кривина Заказ 2874/24 Тираж 540 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 7плавки на 20-30 С, что позволяет увеличить расход лома и охладителей и экономически выгодно, за счет использования рациональной технологии раскисления повышаются механические свойства рельсов. Благодаря расширению производства рельсов первой группы с ванадием увеличивается доля рельсов с повышенной эксплуатационной стойкостью (на 337).Вследствие исключения присадок феррованадия для легирования стали исключается связанное с производством его загрязнение окружающей среды (выделение газов в атмосферу,отходы . в виде шпаков и хвос 5 тов при обогащении шлаков, загрязнение атмосферы и воды прихимической переработке шлаков),10 Ожидаемый экономический эффектот использования изобретения составляет 1,89 руб/т стали.