Способ выплавки ниобийсодержащей нержавеющей стали

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Совете иикСоциалистичесиинРеспублик ц 945184(22)Заявлено 12.09.80 2) 2981494/22-02 с присоединением заявки РЙ -(23) Приоритет С 21 С 5/52 Всударетюный квинтет СССР ао делам нзобретеннй н аткрытнй(53) УДК 669.187.25(088.8) Д.И. Бородин, С.И. Быстров, Г.Д. Шурыгин, А,В. Губин, Б.С. Петров, Е,И. Тюрин, В,и. Бушмелев, С.,С;-Сивмов, - В.П. Ниряев, В,А. Минченко, В.И. Мирошниченко иА.Д. Костюк Московский ордена Трудового Красного Знам(ни-институт.стали и сплавов(,54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ НИОБИЙСОДЕРЖАРЕй НЕРНАВЕЮЦЕЙ СТАЛИИзобретение относится к черной металлургии, конгретно к способам получения низкоуглеродистых легированных сталей с использованием установок вакуумного окислительного рафинирования, и может быть использовано в сталеплавильных цехах метал. лургических заводов.Известны способы получения ниобий- содержащих нержавеющих сталей, то включающие завалку, расплавление и нагрев в дуговой электропечи, легированной хромом и никелем шихты, про. дувку металла техническим кислоро" дом, легирование ванны ферронио"ием 15 после проведения ее предварительного раскисления и скачивания шлака11.Однако известные способы получения ниобийсодержащих нержавеющих 2 очссталеи характеризуются высоким расходом дефицитного феррониобия й от" носительно низкой производительностью плавильного агрегата, что обус" 2лавливает высокую себестоимость получаемой стали.Наиболее близким к предлагаемому объекту по технической сущности и достигаемому результату является способ выплавки нержавеющей стали, включающий завалку шихты, содержащей углерод и кремний, расплавление, нагрев металла в печи и его последующее окислительное рафинирование под вакуумом с продувкой кислородом сверху и аргоном снизу 1,2).Недостатком известного способа является низкая экономическая эффек. тивность выплавки нержавающих сталей, легированных ниобием, в случае поименения в исходной шихте нио бийсодержащих отходов, Недостаток обусловлен невозможностью утилизации ниобия ( ниобий обладает высоким сродством к кислороду ) из ниобий- содержащих отходов, вследствие применения для частичного окисления углерода в дуговой печи техническо84 3 Ю 1го кислорода, и не оптимальными температурой металла перед выпускомиз печи, режимом обработки расплава аргоном и кислородом под вакуумом,а также соотношением углерода, ниобияи кремния в исходной шихте, что непозволяет реализовать высокие скорос.ти процесса обезуглероживания примаксимальном сохранении в расплавениобия и других легирующих, 16Цель изобретения - снижение себестоимости получаемой стали.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу выплавкинержавеющей стали, включающему завал- дку шихты, содержащей углерод и крем"ний, расплавление, нагрев металлав печи и его последующее окислительное рафинирование под вакуумом с продувкой кислородом сверху и аргоном щснизу, в состав металлической шихтывводят легированные ниобием отходы, при соотношении содержаний углерода, ниобия и кремния в металличес.,кой шихте (1-3),(17" 19), (7-11), 25а нагрев металла в печи осуществляют до 1750-1820 фС,Вакуумное окислительное рафинирование могут проводить при соотношении расходов кислорода и аргона, рав- Зном 13"ч 0. Способ осуществляют следующим об"разом.Исходную металлическую шихту,состоящую на 70-1004 из легированных ниобием и 0-30 углеродистыхотходов загружают в дуговую электропечь. Исходная шихта содержит, вес.3;Углерод 0,07-0,20Кремний 0,5-0,8 . ффМарганец 1-2Сера 0,014-0,025Фосфор 0,025-0,023Хром 19-21Никель 9" 11 4Ниобий 1,2-1,3Соотношение содержаний углерода,ниобия и кремния в исходной шихтесоставляет (1-3);: (17-19): ( 7-11)При заданных соотношениях указан- фных компонентов реализуются относительно высокие температуры операциии следовательно, высокие скорости процесса обезуглероживания при максимальном сохранении в расплаве ниобия и других легирующих.Получение меньших содержаний углерода в исходной шихте затруднено практически, вследствие относительно высоких содержаний углерода в легированных и углеродистых отходах,При больших содержаниях углерода в исходной шихте процессы рафинирования удлиняются с соответствующим увеличением угара ниобия и других легирующих.При снижении содержания кремния в расплаве менее 0,5/ возникают трудности в тепловом балансе опера-, ции, При повышении содержания кремния более 0,84 повышается количество шлака, что способствует росту угара ниобия и других легирующих при окислительной продувке расплава под вакуумом.Применение в шихте ниобия в пределах 1,2-1,3 способствует максимальному его сохранению в расплаве при окислительном рафинировании металла с указанным содержанием Углерода и кремния. Для снижения в процессе расплавления угара ниобия и других легирующих в завалку присаживают 15 Ф- ный ферросилиций и известь в количествах соответственно 8-15 и 8- 25 кг/т металлошихты.После расплавления металл содержит, вес,:Углерод 0,10-0,25Кремний 0,50-0,80Марганец 1-1,8Сера 0,01 Й,025Фосфор 0,020-0,025Хром 19,0-21,0Никель 9-11Ниобий 0,5-1,2При достижении температуры расплавов 1600-1650 С осуществляют усреднение температуры и состава металла путем продувки последнего в течение 3-10 мин аргоном, который вводят в ванну через стальную трубу с внутренним диаметром 3/1 дюйма с интервалами 2-5 мин. Общий расход аргона, идущего на перемешивание расплава, составляет 0,15- 0,35 нм/т. После нагрева металла в печи до 1750-1820 С осуществляют его, выпуск в рафинировочный ковш, снабженный пористой пробкой, служащей для диспергирования подаваемого в расплав аргона. Нагрев металла в дуговой электропечи перед выпуском до 1750-1820 С позволяет на последующей стадии технологического9451 1 О 35 процесса осуществлять рафинирование расплава с повышенными скоростями и с минимальным угаром ниобия, а такие иметь необходимый запас тепла при корректировке состава ме талла в рафинировочном ковше. Нагрев расплава до температур более 18200 С приводит к быстрому разрушению футеровки дуговой печи и рафинировочного ковша, что делает ве" роятным аварийный уход металла.При температурах металла менее 1750 С не обеспечиваются требуемые скорости протеканил окислительных процессов, что приводит 15 к снижению производительности установки вакуумного окислительного рафинирования. Кроме этого, при пониженных температурах возникает напряженность в тепловом балансе операции.Ковш с металлом помещают в вакуумную камеру, где осуществляют процесс окислительного рафинирования, Температура металла перед 25 началом вакуумирования составляет 1680-1720 С. Металл перед началом вакуумирования имеет следующий химический состав, вес.0:Углерод 0,10-0,25Кремний 0,30-0,50Марганец 0,80-1,40Сера 0,014-0,020Фосфор 0,020-0,025Хром 18,5-20,5Никель 9-11Ниобий 0,50-1,00Общее время вакуумирования металла при остаточном давлении в камере 5-40 мм рт.ст. составляет 17- 23 мин. Металл под вакуумом продувают техническим кислородом через водоохлаждаемую фурму, сопло которой устанавливают на расстоянии 200- 400 мм от поверхности расплава, Ин" тенсивность подачи кислорода составляет 35-40 нм /т ,при давлении 8210 ати, Время окислительной продувки составляет 6-12 мин. Одновременно с продувкой кислородом металл переме 50 шивают в рафинировочном ковше аргоном, подачу которого осуществляют снизу через пористую пробку. Кроме этого, в течение 2-3 мин до начала окислительной продувки и после нее металл перемешивают одним аргоном с целью повышения раскислительной способности углерода и следовательно, снижения угара легирующих. 84 6Расход аргона составляет 0 8 эЭ3,2 нм /ч т. При данных расходахкислорода и аргона в сочетании с высокими средними температурами металла в период рафинирования 117001750 С) и заданном соотношении со"держания углерода, ниобия и кремнияв металле, равном (1-3):(17-19):7-11), реализуется относительновысокая скорость протекания реакциииобезуглероживания без значительногопереокисления металла и следовательно минимальном угаре легирующихУвеличение данного соотношенияболее 40 приводит к существенномупереокислению металла с соответствующим ростом угара ниобия и другихлегирующих. Температура металла вконце вакуумирования составляет1650-1680 С,После вакуумирования металл имеетследующий химический состав, вес.Ф:Углерод 0,05-0,10Хром . 17,0-18,0Никель 10-11Марганец 0,3-0,06Кремний 0,1-0,2Сера 0,015-0,025фосфор 0,020-0,025Ниобий 0,75-0,8Далее металл раскисляют чушковымалюминием1,1-1,3 кг/т), которыйвводят на штангах в рафинировочныйковш.Одновременно с добавками алюминияв ковш присаживают часть необходимого количества металлического марган"ца3-4 кг/т ),После предварительного раскисле"ния металл легируют ниобием за счетприсадок феррониобия в смеси с алюминиевым порошком. Расходы феррониобия и алюминиевого порошка составляет соответственно 25-40 и 1,82,2 кг/т. После корректирующей добавки ( в случае необходимости) среднеуглеродистого феррохрома (14"18 кг/т) температура металла в рафинировочном ковше снижается до 1620"650 фС,В процессе присадок раскислителей и добавок металл в рафинировочном ковше перемешивают аргоном в течение 2-4 мин с общим расходом О,5-0,20 0,20 нм/т.Далее металл переливают в разливочный ковш, в который предварител но присаживают оставшееся количест945184 5 30 7во марганца (12-20 кг/т) и 4 Я-ный ферросилиций 1 6-10 кг/т). После перелива температура металла в разливочном ковше составляет 1540-1580 С.оРазливку металла осуществляют 3 по действующей на заводе технологии.Готовый металл имеет следующий химический состав, вес.ь:Углерод 0,05-0,10,Хром 18,5-20,0 1 ОНикель 9,0-11,0Марганец 1,5-2,0Кремний 0,5-0,7Сера 0,020-0,025Фосфор 0,020-0,025Ниобий 1,2-1,50П р и м е р. В дуговую электросталеплавильную пець загружают 100."; . легированных ниобием отходов. Исходная шихта имеет следующий химичес кий состав, вес.Ф:Углерод 0,10Кремний 0,6Марганец 1,5Сера 0,020 25Фосфор 0,020Хром 20,0Никель 10,0Ниобий 1 ф 3В эавалку присаживают 10 кг/т 453-ного ферросилиция и 15 кг/т извести. После расплавления металл содержит, вес,4:Углерод 0,17Кремний 0,65МарганецСера 0,020Фосфор 0,020Хром 20,0Никель 10,0Ниобий 1,1оПри нагреве металла до 1630 С производят четыре продувки ванны аргоном продолжительностью две минуты каждая с интервалами 2 мин, Рас 45 ход аргона на продувку составляет 0,2 нм/т металла,Далее производят нагрев ванны до 1780 С и выпуск металла в рафинировочный ковш, который затем устанавливают в вакуумную камеру, Температура металла в ковше составляето1720 С, Время вакуумирования металла составляет 18 мин при остаточном давлении в камере 10 мм рт.ст. Металл55 под вакуумом продувают кислородом в течение 12,0 мин Интенсивность подачи кислорода составляет 36 нм/т ч. Одновременно с продувкой кислородом металл продувают аргоном черезпористую пробку, установленную вднище рафинировочного ковшаРасходаргона составляет 1,5 нм/т ч. Кроме этого, в течение 2,5 мин до начала окислительной продувки и после нее металл в ковше перемешиваютаргоном с указанной интенсивностью.Температура металла в конце вакуумирования составляет 1640 С. Металлв конце вакуумирования содержит,вес,3:Углерод 0,07ром 17,5Никель 10,5Марганец 0,4Кремний 0,15Сера 0,020фосфор 0,020Ниобий 0,42Расходы алюминия и металлическогомарганца для раскисления металласоставляют соответственно 1,2 и3,5 кг/т.После присадок в рафинировочныйковш Феррониобия в количестве 30 кг/тв смеси с алюминиевым порошком1,9 кг/т ) температура металла составляет 1620 С,В процессе присадок раскислителейи добавок металл в рафинировочномковше перемешивают аргоном с расходом0,16 нм/т,Далее металл переливают в раэливоцный ковш, в который предварительно присаживают металлицеский марганец и 451-ный Ферросилиций соответственно в количествах 15 и7 кг/т, После перелива температура металла в разливочном ковше составляет 1550 С. Готовый металл имеет следующий химический состав,вес.3:Углерод 0,07Хром 18,5Никель 10,5Марганец 1,7Кремний 0,65Сера 0,020Фосфор 0,020Ниобий 1,35Г 1 ри выплавке ниобийсодержащей стали предлагаемым способом экономияниобия составляет 0,42 абс,Ф, Присодержании ниобия в феррониобии603 экономия феррониобия составляет0,7 абс.4. При средней цене Феррониобия 17 руб./кг экономический эф