Способ производства титансодержащей стали

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИХЕСПУБЛИК 178 я)5 С 5 ТЕНТ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ГЗъДррр яр 11", тц-,( "сЪ ЕТЕНИЯ ПИСАН И Б ВТОРСКОМУ И ЛЬС В естве, определяемом= 0,002-0,006 в коли из соотнош МметТ(54) СПОСОБ ПРОИ ДЕРЖАЩЕЙ СТАЛИ ВОДСТВА ТИТАН С34,2 + 0,032/ао - (мтабл.100мет в(71) Московский инсМосковский металли Молот"(56) Рашев Ц.В, Проистали. М.: Металлур 1титут стали и сплавов и ргический завод "Серп ий; Н,Н.Перевалов, кабадэе, А,Ф,Колосов, шин и В.И.Савченко зводство легированной ия, 1981, с. 22-44,Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве сталей легированных титаном.Известен способ производства стали в дуговой печи, при котором добавки шлакообразующих и легирующих материалов производятся в зависимости от постоянно замеряемой походу процесса массы жидкого металла,Недостатком такого способа является высокая себестоимость стали, связанная с перерасходом легирующих материалов, так как не учитываются важные для процесса легирования технологические параметры,такие как температура металла, активност растворенного в стали кйслорада, масс шлака участвующего в химических реакция процесса легирования,Известен способ производства стали при котором подготовленный в дуговой печи, расплав хорошо нагревают и раскисляют, после чего производят легирование его титаном в печи эа 10-12 мин до выпуска плавки после скачивания шлака, из расчета на вер(57) Сущность изобретения: присадку требуемого для легирования стали титансодержащего материала осуществляют после определения в печи активности растворенного в стали кислорода (ао), массы металла (Ммет), массы шлака (Мш) и последующей их корректировки до соответствия граничным условиям эксперимейтально усЧи 100 тановленного соотношения аохний предел заданного состава с учетом 4060 угара.Недостатком этого способа является то,. что присадка ферросплавов в печь малоэф-фективна из-за повышенного их угара, арасчет на верхний предел заданного состава с учетом 40-60 ф 6-ного угара приводит какк повышенному расходу титансодержащихматериалов, так и к случаям непопадания в. заданные пределы по содержанию титана вготовой стали, что существенно увеличиваетсебестоимость металла,Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ, прикотором подготовленный в дуговой печирасплав раскисляют перед выпуском из печи, а требуемую для.легирования массу титансодержащего материалаприсаживаемого в ковш определяют по фор-мулеХ = (100 Е Т)У С) 1000;где Е - масса плавки, т;Т - расчетная концентрация легирующего элемента, определяемая по разности1786103 среднего для данной марки содержания ао - активность растворенного в стали элемента и остаточного его содержания в кислорода перед выпуском из печи для леметалле, ; гирования, О,;У - степень усвоения (100 оуь - потери, МШ 1 - масса печного шлака после корф), ф 6;5 ректировки соотношения (1) попадающая вС - содержание легирующего элемента ковш, кг;в ферросплаве, О 6. В - экспериментально установленныйНедостатком известного способа явля- коэффициент, учитывающий влияние массы ется то, что ввод ферросплава по среднеста- печного шлака, попадающего в ковш и учатической величине, практически 10 ствующего в химических реакциях процесса установленной, степени усвоения не в пол-. легирования, на усвоение титана, изменяюной мере учитывает различные для каждой. щийся от 2,3 до 3,2 в интервале изменения плавки технояогическйе параметры, такие активности растворенного в стали кислорокак, температура металла, активность рас- да от 0,001 оуь до 0,0055 оуь;творенного в стали кислорода и масса шла Р - содержание титана в титансодержака участвующего в химических реакциях щем материале, ор,.процесса легирования. Это приводит к ко-При производстве сталей легированных лебаниямрасхода титансодержащего мате- титаном пределы допустимого содержания риала и йе позволяет повысить степень титана в готовой стали значительны и эавиусвоения титана.: 20 сят от ряда эксплуатационных характери. Целью изобретения является повыше- стик (найример, для коррозионностойких ниестепениусвоениятитана.: - сталей титан вводится для обеспеченияПоставленная цель достигается тем, чтостойкости стали против- межкристаллитной в способе производства титансодержащей : коррозии и концентрация его зависит от стали, включающем загрузку и расплавле концентрации углерода, который требуется ййе шихты в дуговой печи, наведение шла- связать в карбиды).ка, присадку раскислителей, выпуск Длямногих.мароксталиизбыточноесомвталла и шлака в ковш, ввод титаинсодержа-: держание титана отрицательно влияет на щего материала, согласно изобретения, пе- технологическую пластичность в ходе поред выпуском в ковш определяют массу 30 следующей обработки из-за повышенного металла и шлака в печи, активность кисло- содержания неметаллических включений, а . рода в металле и корректируют величину также приводит к повышению себестоимоактивности или массы шлака до получения сти стали в результате перерасхода титан- соотношения: : содержащих материалов.Чо 100 0 0 б35 В связй с колебаниями усвоения титанаЯивт,при легироваиии стали, от плавки к плавке, где ао - активность растворенного в стали связанными с различными значениями темкислорода перед выпуском из печи для ле- пературы легируемого металла, активности гирования, 6; :. :, . растворенного в стали кислорода, массы коМш - масса пвчного шлака перед выпу нечного печного шлака участвующего в хисЮфм для легирования,"кг::.: мических реакциях процесса легирования, ",Ммвт - масса летируемого металла; кг, имеются трудности определения экономно- ,.:Р;" а количество титансодержащего мате- го расхода титансодержащего материала.4 ВЬлф, вводимого в ковш, определяют по Расходтитансодержащего материала больфбрибйМфсгти .45 ше минимально необходимого приводит к ",",к; У ,увеличению себестоимости стали.ф,"., м М 1 оО У Эффективн гм путем решения этой за з 42+о,ом/, ( шоо э) . 1.-р дачи является хорошее раскисление сталиМнет, . перед легированием, учет активности рас 50 творенного в стали кислорода и массы конечного печногО шлака участвующего в . фф ф-". масса т 4 таунсОдержащьго материе-, химических реакциях процесса легировала, йрибагжйваемая в ковш для Обеспечения ния, при определении необходимой массы ЗаданйогбсодержаниятигтанМготовойста-титансодержащего материала для обеспелф, кг,;. .55 чения заданного содержания титана в гото., Ме - масса легируемого металла, кг, . вой стали.Щ- заданное содержание титана в го- " В результате проведенной работы тувой стали за вычетбм имеющегося в ме- опытным путем была установлена зависи. тфле-к моменту легирования, ;мость усвоения титана от измеряемой перед ч.;": г: .:,: выпуском иа печи аля легироваиия величи.10 15 20 25 30 35 40 ны активности растворенного в стали кислорода, при отношении массы конечного печного шлака попадающего в ковш и участвующего в химических реакциях процесса легирования к массе легируемого металла равной 0,08, Эта зависимость представляет собой гиперболу и хорошо описывается уравнением регрессииУ = 34,2 + 0,032/ао, г = 0,95где У - усвоение титана, %;ао - активность растворенного в стали кислорода перед выпуском из печи для легирования, %.Однако, так как на усвоение титана существенное влияние оказывает колебание массы шлака участвующего в химическихреакциях процесса легирования экспериментально было установлено соотношение, учитывающее это влияние при отклонениях величины отношения от 0,08, которое описывается выражениемК= ( -8)В г=0,99М 1 ООМметгде К - поправка в усвоении титана, учитывающая колебания массы шлака участвующего в химических реакциях процесса легирования, %;Мш 1 - масса конечного печного шлака попадающего в ковш и участвующего в химических реакциях процесса легирования, кг;Ммет - масса легируемого металла, кг; В - экспериметально установленный коэффициент учитывающий влияние массы конечного печного шлака, попадающего в ковш и участвующего в химических реакциях процесса легирования, на усвоение титана, изменяющийся от 2,3 до 3,2 в интервале изменения активности растворенного в стали кислорода от 0,001% до 0,0055%.В результате объединения установленных зависимостей было получено соотношение для определения массы титансодержащего материала требуемой для получения в стали заданного содержания титана которое описывается выражением:М П ЮО мет 1 Г 334,2 + 0,032/ао - ( - 8)В )РГиперболическая зависимость характерна для реакций раскисления стали элементами-раскислителями имеющими большое сродство к кислороду. В соответствии с этой зависимостью угар элементов раскислителей тем больше, чем больше активность растворенного в стали кислорода. Поэтому для увеличения степени усвоения титана и других легкоокисляющихся в металлическом расплаве Ферросплавов необходимо иметь активность растворенного в стали кислорода как можно ниже, т.е, раскйслять металл более дешевыми раскислителями до требуемого уровня и лишь после этого применять дорогостоящие легирующие приСадки. Таким образом, для увеличения эффективности процесса легирования требуется тщательное раскисление металла в печи с учетом конкретных для каждой плавки технологических параметров, таких как температура металла, активность растворенного в стали кйслорода, масса шлака которое можно провести используя соотно- шение ао =- ,0,002-0,006,Мметкоторое позволяет для каждой отдельной плавки провести раскисление так, чтобы усвоение титана при последующем легировании было максимальным, Регулирование окисленности стали и массы шлака позволяет эффективно подготовить металл к легированию и провести этот процесс,Использование установленных соотношений позволяет повысить степень усвоения титана и снизить расход титансодержащих материалов.Граничные пределы соотношения: ао- 0,002-0,006Мметобусловлены тем, что при величине соотношения менее 0,002 требуется либо снижение величины активности растворенного в стали кислорода, либо сильное уменьшение массы печного шлака, Снижение величины активностй растворенного в стали кислорода возможно в следствии раскисления расплава элементами, имеющими большое сродство к кислороду кремний, марганец, . алюминий, РЗМ и др.), что увеличивает себестоимость стали. Корректировка этого соотношения путем скачивания всего или большей части шлака приводит к тому, что в 45 процессе легирования металла в ковше про-исходит сильное вторичное окисление зеркала металла кислородом воздуха, из-за недостаточной либо вообще отсутствующей . защиты стали шлаком. Плохая защита ме талла шлаком ведет к увеличению угара титана и соответственно расхода титансодержащего материала, связанного с тем, что при легировании часть его окисляется растворившимся в металле кислородом 55 атмосферы, а это в свою очередь увеличивает себестоимость стали.При величине соотношения более 0,006значения активности растворенного в стали кислорода и массы печного шлака, которыйпосле корректировки соотношения попадает в ковш и участвует в химических реакцияхпроцесса легирования настолько велики,что степень усвоения титана не превышает6 ОО, что приводит к увеличению расхода 5титансодержащих материалов и себестоимости стали.Наиболее оптимальным является значение соотношения равное 0,003 при которомстепень усвоения титана максимальна, а 10расход титансодержащего материала и себестоимость стали минимальны.Пример конкретного осуществленияспособа.Способ опробовали при производстве 15нержаве 1 ощей коррозионностойкой сталимарки 12 Х 18 Н 10 Т, производимой методомпереплава отходов в основной дуговой печиемкостью 10 тонн,В качестве шихты в печь загружали 202550 кг слитков(АРМКО), собственные отходы данной марки стали 4200 кг, 400 кг нике ля и 1200 кг феррохрома (марки ФХ 005);Общий вес завалки составил 8350 кг,.После полного расплавления шихы 25ванну размешивали, отбирали пробу металла на химический анализ, скачивали 3/4 :шлака и наводили новый шлак присадкой 30кг/т извести и 7 кг/т плавикового шпата,Шлак раскисляли смесью порошков ферросилиция 1,5 кг/т, алюминия 0,5 кг/т, извести3 кг/т и плавикового шпата 0,6 кг/т.После полного расплавления и сформи, рования жидкоподвижногб шлака металл ишлак перемешивали, отбирали пробу на химический анализ и шлак подкачивали.Рафинировочйый шлак наводили присадками в печь 20 кг/т извести и 6 кг/тплавикового шпата,После расплавления шлаковой смеси в 40печь присаживали на штанге 0,8 кг/т кускового ферросилиция и ферромарганца израсчета получения о металле массовой доликремния и марганца по 0,2%. После присадки кусковых раскислителей в печь порасчету присаживали 200 кг феррохрома (маркиФХ 005) и 115 кг никеля. Ванну тщательно .перемешивали. Во время расплавленияферрохрома шлак раскисляли смесью 65 О/- го ферросилиция, извести 4 кг/т, плавикового шпата 1 кг/т. После расплавленияферрохрома и получения светло-коричневого шлака последний скачивали.Новый шлак наводили присадками 25кг/т извести и 6 кг/т плавикового шпата. 55Перед выпуском металла из печи длялегирования измеряли температуру сталипогружными термопарами и ЭДС устройством типа УКОС, а также массу металла и шлака по известной методике (4) основанной на определении плотности и объема.Температура стали была равна 1605 С,величина ЗДС составила 380 мВ, масса металла 8000 кг, масса шлака 300 кг. Рассчитавактивность растворенного в стали кислорода определяли величину соотношенияао - 0,00417 хМмет300 х 100 0 0158000В связи с тем, что величина соотношения выходит за допустимые пределы, равные 0,002-0,006, в печь присаживалираскислительную смесь состоящую из 10 кгалюминиевого йорошка, 5 кг силикокальция,.5 кг плавикового шпата и 5 кг извести,после чего частично подкачивали шлак, После проведения этих операций активностьрастворенного в стали кислорода составила0,00200%, а масса шлака 240 кг,Величина соотношения составилаао- 0,00200 хМмет240 х 1008000Так как величина 0,006 входит в экспериментально установленные границы соотношенияао - 0,002 - 0,006,метрассчитывали массу 70%-ного ферротитананеобходимого для обеспечения заданногосодержания титана в готовой стали по соотношениюМметГП 1100-90,5 кти присаживали ее в ковш, после чего выпускали из печи расплав, Степень усвоения титана составила 63,2%, расход 70 О-ного ферротитана на 1 т стали составил 11,300 кг,Себестоимость 1 т стали снизилась на 0;66 руб.Аналогично были проведены и другие плавки, результаты которых приведены в табл. 1,В табл. 2 представлены результаты сравнения экономических показателей предлагаемого способа и способа-прототипа.формула изобретения Способ производства титансодержащей стали, включающий загрузку и расплавление шихты в дуговой печи, наведение шлака, присадку раскислителей, выпуск ме10 17 В 6103 Таблица Результаты опытных плавок и в ю в в иПример вв ив вюювиюи вв ю ю УсвовниетитанаРасход70-ногоферротивтина на1 тстали,кг/т Фактив цеское содержание титана в гото вой Расчет ное со держан титана готово стали Масса шлака йп кг Масса металла11 нтт кг Активностькислородамицескому со виюивююю талла и шлака в ковш, ввод титансодержащего материала, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повыюшЕйия"степени усвоения титана, перед выпуском в ковй определяот массу металла и шлака в печи, активность кислорода в металле и корректируют величину активности или массы шлака до получения соотношения100 " 0,00-0,00Мметгде ао - активность растворенного в стали кислорода перед выпуском из печи, %;Мш - масса печного шлака перед выпуском, кг;Ммет - масса металла, кг;а количество титансодержащего материала, вводимого в ковш, определяют по следующей зависимости:ТметТ 1." 100ф34,2 + 0,032/ао - ( 8 )ОР где ф - масса титансодержащего материала, кг;Ммет - масса металла, кг;ТД - заданное содержание титана в го товой стали за вычетом имеющегося в металле к моменту легирования, %;ао - имеет указанное значение;МШ 1 - масса печного шлака после корректировки до соотношения 1;10 В - экспериментально установленныйкоэффициент, учитывающий влияние массы печного шлака, попадающего в ковш и участвующего в химических реакциях процесса легирования, на усвоение титана, изменяю щийся от 2,3 до 3,2 в интервале измененияактивности растворенного в сталй кислорода 0,001-0,0055%; Р - содержание титана в титансодержа 20 щем материале. %. С ниже",ниЕ (в)увелицение (+)себестоимостипо сравнениюс прототи- ,пом,руб/тиввВЭ 1411786103 Таблица 2 Сравнение экономических показателей прототипа и предлагаемого способаСоставитель С. КуберскийРедакторТехред М;Моргентал Корректор М, Керецман Производственно-издательский комбинат "Дртент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Заказ. 229 Тираж ВНИИПИ Государственного комите 113035, МоскваПодписноеизобретениям и открытиям при ГКНТ СССР