Способ обработки стального расплава

(21 (22 (46 (72 удАРственный номитет сссРделдм изоБретений и отнрытий ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Металлургический ордена Трудового Красного Знамени заводим.А.К,Серова(56) 1. Авторское свидетельство СССРР 670619, кл. С 21 С 7/00, 1979,2. Авторское свидетельство СССРР 171414, кл. С 21 С 7/06, 1964,(54)(57) 1. СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТАЛЬ-НОГО РАСПЛАВА в процессе его выпускаиз сталеплавильного агрегата, включающий введение в расплав алюминия,кремния, обработку жидким известковоглиноземистым десульфурирующим шлакоми последующее введение редкоземельныхэлементов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения устойчивости стали к водородному охрупчиванию, уменьшения ликвации фосфора в слитке и повышения равномерности распределения его по сечению слитка, уменьшения расхода для выплавки стали низкофосфористых материалов, раскислителей и модификаторов, улучшения технологических свойств стали в процессе горячей пластической деформации и увеличения выхода годного проката, стальной расплав непосредственно перед введением редкозе" мельных элементов обрабатывают углеводородами и целлюлозой, а редкоземельные элементы вводят в центральную часть обрабатываемого целлюлозой и углеводородами участка стального расплава.2. Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что редкоземельные элементы, целлюлозу и углеводороды вводят в весовом соотношении (75-85): (2,5-4,7):1.Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки нпзкодегированной стали с обработкой расплава редкоземельными элементами и синтетическим шлаком,При производстве низколегированной трубной стали, работающей в агрессивных средах сероводороднаго газа, практика рафинирующей обработки стального расплава в процессе выпуска 10 его из сталеплавильнога агрегата оказывает существенное влияние н.а антикоррозионные свойства стали,Известен способ рафинированиярасплавленной стали, согласно которому металл в ковше обрабатываютсмесью древесины и огнеупора-замедлителя разложеиия древесины И ,Однако этот способ не способствует уменьшению Ликвации фосфора ине повышает стойкость стали к сероводородпому охрупчиванию.Наиболее близким к изобретению потехнической сущности и,достигаемымрезультатам явпяется способ обработки стального расплава в процессе еговыпуска из сталеплавильного агрегата,включающий введение в расплав алюминия, кремния, обработку расплава30жидким известкова-глиноземистым синтетическим шлаком и последующее введение в расплав редкоземельньгх элементов (7,Недостатком известного способаявляется получЕние стали, недостаточ-З 5но устойчивой к сероводородному охрупчиваниго, имеющей значительнуюликвацию фосфора в слитке, .обладающейнедостаточной технологичностью пригорячей пластической деформации врезультате чего снижается выходгодного проката.Целью изобретения является повышение устойчивости стали к водородному охрупчиванию, уменьшение ликвации фосфора в слитке и повышениеравномерности его распределения посечениго слитка, уменьшение расходадля выплавки стали пизкофосфористыхматериалов, раскислителей и модификатаров, улучшение технологическихсвойств стали в процессе горячейпластической деформации и увеличениевыхода годного проката,Поставленная цель достигается 55тем, что согласно способу обработкистального расплава в процессе еговыпуска из сталеплавильного агрегата,включающему введение в расплав алюминия, кремния, обработку жидкимизвестково-глиноземистым десупьфирующим шл;.ком и последующее введениередкоземельных лементов, стальнойрасплав непосредственна перед вв.дением редкоземельных элементов обрабатывают углеводородами и иеллк,-:о ой,а редкоземельные элементы вводят вцентральную часть обрабатываемогоцеллюлозой и углеводородами участкастального расплава,Редкоземельные элементы, целлюлозу и углеводороды вводят в весовомсоотношении (75-85):(2,5-4,7);1.Введение в расплав углеводородови целлюлозы приводит к взаимодействиюих с металлическим и шлаковым расплавом и вследствие их низкой температуры г 1 лавления и кипения - к барботажу металг 1 а и шлака в месте ихввода. При этом происходит дополнительное значительное перемешивание металла и синтетического шлака,получение их мелкодисперсной эмульсии, в результате чего происходитместная глубокая рафинирующая обработка стального расплава. Выделение вместе обработки газов от разложенияцеллюлозы и углеводородов создаетнад поверхностью расплава защитнуюатмосферу, что предохраняет отокисления вводимые в центральнуючасть обрабатываемого целлюлозойи углеводородами участка стальногорасплава редкоземельные элементы.В результате редкоземельные элементы,вводимые в расплав, используютсяглавным образом на модифицированиеметалла, способствуя резкому повышению устойчивости стали к водородному охрупчиванию и улучшая служебные свойства изделий из металла приэксплуатации в газонефтяныхсероводорадсодержащих средах. Введениередкоземельных элементов не в центральную часть обрабатываемогоцеллюлозой и углеводородами расплава приводит к значительномусгггакениго антикоррозионных свойствстали,Применение углеводородов и их положительное влияние на достижение поставленной цели основаны на их взаимодействии с основньми компонентами синтетического шлака (глиноземам и окисью кальция) и восстановлении в локальных объемах алюминияи кальция с последующим подавлением ликвации Фосфора поверхностно-активным элементом - кальцием.При разложении целлюлозы из нее выделяются кислородсодержащие вещества, обладающие окислительными свойствами.Положительное влияние целлюлозы основано, по-видимому на использовании кислорода целлюлозы частично 10 для окисления фосфора, Однако основная роль целлюлозы и ее кислород- содержащих Фракций состоит в том, что они блокируют границы зерна, уменьшая диффузию фосфора в металле 15 ,и тем самым способствуя более равномерному его распределению в объеме слитка.Вводимые в металл редкоземельные элементы, мсдифицируя металлическую матрицу, приводят к уменьшению ликвации Фосфора в твердом растворе и к равномерному его распределению по сечению слитка. При этом фосфор распределяется равномерно во всем объе ме кристаллита а не между осями дендритов согласно известному способу, что связано, по-видимому, с измельчением внутреннего строениядендрита железа.30Равномерное распределение Фосфора в объеме слитка и модифицирование металла редкоземельными элементами приводят к улучшению технологических свойств стали в процессе горячей пластической деформации и к увелинению выхода годного проката.Для достижения максимального положительного эффекта необходимо соблюдать оптимальную продолжительность 40 обработки стального расплава углеводородами, целлюлозой и РЗМ, При малой продолжительности обработки будут образовываться также окислы РЗМ, что снизит положительный эффект способа, 45 а при большой продолжительности обработки произойдет охлаждение шлакового расплава, что приведет к запутыванию его в металле и ухудшению свойств стали. 50Продолжительность обработки расплава углеводородами, целлюлозой и редкоземельными элементами определяется весовым соотношением между ними, которое установлено экспериментально.55Весовое соотношение редкоземельных элементов, целлюлозы и углеводородов (75-85):(2,5-4,7):1 является оптимальным,поскольку обеспечивает наибольший положительный эффект предла-гаемого способа. При весовом соотношении РЗМ, целлюлозы и углеводородов72;4,9:1 продолжительность барботажаметалла и шлака настолько увеличивается, что происходит охлаждение расплава, повышение его вязкости, металлзагрязняется запутавшимися шлаковымивключениями, РЗМ используют нерационально. При весовом соотношении РЗМ,целлюлозы и углеводородов 88:2,3:1продолжительность обработки расплавов недостаточна и значительнаячасть РЗМ связывается с кислородомметалла, образуя окислы РЗМ, модифицирующее действие на металл РЗМ уменьшается. Положительное влияние целлюлозы и углеводородов при этом снижается.П р и м е р ы 1-6. Стальной полупродукт для получения стойкой к сероводородному охрупчиванию стали выплавляли в 180-тонной мартеновской печис использованием рядового металлического лома с содержанием Фосфора0,035-0,040 Е и перддельного жидкогочугуна с содержанием фосфора 0,100,127.Металл в печи раскисляли 452-нымферросилицием и выпускали в ковш при. 1635-1640 С. В ковше металл обрабатыовали десульфурирующим синтетическимшлаком и раскисляли алюминием, силикомарганцем и Ферросилицием, а затемредкоземельными элементами, Непосредственно перед обработкой расплаваредкоземельными элементами в расплавлокально вводили целлюлозу и углеводороды, а редкоземельные элементывводили в центральную зону обрабатываемого целлюлозой и углеводородамиучастка расплава.Соотношение между РЗМ, целлюлозойи углеводородами поддерживали наплавках 1-4 в пределах (75-85):(2,54,7);1, на плавке 5 оно составило72:4,9:1 на плавке 6-88:2,3-1. Конкретные параметры осуществленияспособа, реализованные на плавках 1-6,приведены в табл, 1,В качестве носителей углеводородов применяли парафин, в качественосителей целлюлозы - древесину ибумагу, в качестве РЗГ 1 - сплав ГЩ 40. Сталь разливали сифоном на слитки массой 5,25 т под шлакообразующей смесью. Слитки в горяем состоя 1125262нии передавали в нагревательные колодцы прокатноГо цеха, а затем прокатывали на трубную заготовку диаметром 270 мм.П р и м е р ы 7-9. На плавках 5 7-9 выплавку стали аналогичного назначения и обработку стального расплава в процессе его выпуска иэ сталеплавильного агрегата проводили по известному способу. В качестве метал О лошихты на плавках 7-8 использовали чистую по фосфОру шихтовую заготовку, содержащую 0,017-0,020% Фосфора, .и низкофосфористьй чушковый чугун с содержанием Фосфора 0,015%,На плавке 5 9 использовали рядовую металлошихту, аналогичную шихтс на плавках 1-б. Редкоземельные элементы (сплав МЦ) присаживали в металл после слива синтетического шлака и раскисления металла алюминием и кремнием.Оценка коррозионной стойкости металла, выполненного по известному и предлагаемому способам, к сероводородному растрескиванию под напряжением проводилась в водном 5%-ном растворе поваренной соли, подкисленном уксусной кислотой до рН З-Э,5 и насыщенном сероводородом (испытание по международному стандарту). Ликва цию фосфора в. слитке оценивали по изменению содержания Фосфора по длине раската при прокатке. Результаты исследований приведены в табл. 2,В табл. 1 и 2 металл плавок 1-6, при выплавке которого обработку расплава в процессе выпуска из мартеновской печи проводили по предлагаемому способу, несмотря на примерно одинаковое содержание Фосфора, существенно 1 п отличается от металла, выплавленного с использованием известного способа, по степени усвОения раскислителей и модификаторов более технологичен при горячей прокатке, имеет значительно большую сопротивляемость сероводородному охрупчиванию.Наилучшие результаты достигнуты на плавках 1-4 на которых соотношение между РЗМ, целлюлозой и углеводородами находилось в пределах (75-85):(2,5-4,7):1.Плавка 9, выплавленная с применес нием рядовой мЕталлошихты, имела стойкость к сероводородному охрупчиванию меньше минимально допустимой стандартом нормы 80 ч и не может быть использована для эксплуатации в серовод,.одержащих средах.Высока ". ос"ь ог-.;,тного метя ла (плавки 1-з. ., сер;,одо 1 одному Р .стрескивани:э объ :ьяется как более равномерным распределением фо.-г:р: в металле и получением мелкодисперсной дендритной структуры, так и более эффективным гоцавлением выделения фосфора по границам вере".,Содержание кремния и алюминия в опьггном металле более высокое за1счет повышения степени усвоения элементов, что позволяет при применении предлагаемого способа снизить расход раскислителей и легирующих элементов.Таким образом, использование изобретения позволяет при одинаковом или даже несколько более высоком содержании Фосфора в стали повысить ее стойкость к сероводородному охрупчиванию в 2 раза, в связи с чем представляется возможность выплавлять сталь в агрегатах без продувки ванны кислородом с использованием металлошихты, раскислителей и модификаторов обычного качества по содержанию фосфора,Кроме того, изобретение позволяетпри выплавке стали сократить расходраскислителей и модификаторовсвязи с их богее высоким усвоением,ири горячей прокатке слитков благодаря более высокой технологическойпластичности стали снизить количествоповерхностных дефектов и увеличитьвыход годе, го проката,Предлагаемый способ не сложен восуществлении, для его реализациинеобходимо использование дополнительных недефицитных материалов - целлюлозы и углеводородов, а также установка оборудования для введения этихматериалов (дополнительных лотков ипогружных устройств). Способ можетбыть использован при выплавке стойкой к сероводоро,цному охрупчиваниюстали,Зкономический эффект от использования способа достигается в сфереэксплуатации за счет увеличения стойкости стали к сероводородному охрупчивапию, а также при ее производствеэа счет снижения расхода пизкофосФористой шихты. При разнице в ценах20 руб,/т и расходе шихты 1/1 т/тстали эффект оценивается в размере22 руб/т, За счет увеличения выходагодного проката на"1,8 Х при себестоимости 1 т, проката 150 руб. и цене1 т,металлолома 50 руб, экономический эффект оценивается в размере0,18 руб/т. За счет сникения расхода раскислителей эффект оцениваетсяв размере 0,12 руб./т.Суммарный годовой экономическийэффект при производстве 10 тыс. т.5 стали составит 223000 руб.1125262 оа хХ О,С Ж Оо охЮ 4Я Е цл аРд Ее цПВ2 ъс оом сс йл лл м 1 л 1 1 Х а х о Х с х сс о Е х С о а о ош о д о о ис 0 о л Ф с с с с Ф 4 и ц о с Л Л СО СоО, СЧ СЧ л л О О л О СЧ СЧ СЧлО О О М СЧ в ОО М О лОФ 0 О 1а ф Л О О О О л в О О СООО 1вО л 0 ф О О О О О Ол л О О О 0 О О л О ф О О л О О О О л О Э Х 1:. Х 0 О ХО Р ЭрО М О О лО О 4 М СЧ С 4 СЧ СЧ О О Ов л О О О О СЧ С 4 СЧ О О л л О О О М СЧ О л О СЧО СЧ СЧ СЧ О О О л л в О О О СО СЧ МСЧ СЧ СЧ О О О в в л О О О О СЧ О л О СО л СЧ О л ООлО Р Х Э )Х Х 0 И а 0 О Х Х 00 СЧ СЧ СЧ О О л л О О З СОСЧО ОвО О ИО М е- - СЧ О О О л в л О О О О О л ОСЧ СЧ О ОСО М СЧ СЧ СЧ О О л л О О ф О И а е- СЧ О О Ов О О О СЧ О СЧ СЧ О О л л О О СЧ СЧ Ол .О О СЧ О л О 1 )Х л 0 1 0 Э8 Ю д ХЮ С 1 Х Х 0 О ф О Э, а ф 1 Х Е0 Х Х СС С О л