Патент на изобретение №2365631

(54) СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ В ПЕЧЬ-КОВШЕ

(57) Реферат:

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам внепечной обработки рельсовой стали на агрегатах печь-ковш. Способ включает дуговой подогрев металла, продувку расплава газом через пористые донные фурмы и обработку металла шлаком. Дуговой подогрев металла ведут с интенсивностью не менее 0,07°С/мин под шлаком с основностью 2,1-3,4 и начальным содержанием оксида железа менее 3%, продувку металла через пористые донные фурмы проводят комбинированно азотом и аргоном, причем в начальные период осуществляют продувку азотом с расходом 0,08-0,25 м³/т жидкой стали и интенсивностью 5-40 м³/ч и при достижении общего количества введенного азота 0,20 м³/т жидкой стали осуществляют продувку аргоном с интенсивностью 3-30 м³/ч. Изобретение позволяет снизить себестоимость выплавляемой стали, повысить физико-механические свойства стали, исключить расход азотированных ферросплавов.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам внепечной обработки рельсовой стали на агрегатах печь-ковш.

Известен выбранный в качестве прототипа способ рафинирования рельсовой стали в печь-ковше, включающий дуговой подогрев металла, продувку расплава аргоном и обработку металла шлаком, при котором дуговой подогрев металла ведут с интенсивностью не менее 40 кВт·ч/т жидкой стали, продувку металла аргоном проводят через пористые донные фурмы с расходом 15-30 м³/т жидкой стали в течение не менее 40 мин, при этом обеспечивают содержание FeO в шлаке не более 0,5% раскислением шлака порошком кокса и дробленого ферросилиция с расходом каждого 0,5-1,5 кг/т жидкой стали, а раскисление стали проводят дополнительно силикокальцием из расчета введения 250-300 г кальция на тонну жидкой стали, причем силикокальций присаживается в два приема равными порциями после раскисления шлака и за 5-10 мин до окончания обработки стали [1].

Существенными недостатками данного способа являются:

– высокая себестоимость выплавляемой стали из-за использования аргона в качестве инертного газа;

– пониженный уровень физико-механических свойств, связанный с низким уровнем азота в стали и, соответственно, возможностью образования карбонитридов ванадия, измельчающих зерно стали и повышающих ударную вязкость и предел прочности стали.

Известен также способ получения рельсовой стали, включающий выплавку стали в печи, ее выпуск в ковш, раскисление и последующую продувку в ковше газообразным азотом через щелевую донную огнеупорную фурму, имеющую толщину щели до 0,1 мм в течение 15-30 мин с расходом 40-65 нм³/ч, при давлении (6-8)·10⁵ Па и общим расходом азота 0,10-0,30 нм³/т жидкой стали [2].

Существенными недостатками данного способа являются

– низкая степень усвоения азота при продувке;

– нестабильное усвоение азота;

– невозможность длительной обработки азотом из-за значительных тепловых потерь и отсутствия источника дополнительного нагрева жидкой стали при продувке.

Известны также способы повышения ударной вязкости за счет микролегирования рельсовой стали азотом, которые приводят к увеличению количества карбонитридов и измельчению зерна, а вследствие дополнительного выделения нитридной фазы – к дисперсному упрочнению. Обычно для этого используются азотированные ванадийсодержащие ферросплавы [3].

Существенными недостатками данных способов являются:

– высокая стоимость азотированных ферросплавов;

– увеличение времени плавки в связи с необходимостью растворения ферросплавов и соответственно повышение себестоимости выплавляемой стали.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются снижение себестоимости выплавляемой стали, повышение физико-механических свойств стали, уменьшение расхода азотированных ферросплавов.

Для этого предлагается способ рафинирования рельсовой стали в печь-ковше, включающий дуговой подогрев металла, продувку расплава инертным газом через пористые донные фурмы и обработку металла шлаком, отличающийся тем, что дуговой подогрев металла ведут с интенсивностью не менее 0,07°С /мин под шлаком с основностью 2,1-3,4 и начальным содержанием FeO менее 3%, продувку металла через пористые донные фурмы проводят комбинированно азотом и аргоном, причем в начальный период осуществляют продувку азотом с расходом 0,08-0,25 м³/т жидкой стали и интенсивностью 5-40 м³/ч и при достижении общего количества введенного азота 0,20 м³/т жидкой стали осуществляют продувку аргоном с интенсивностью

3-30 м³/ч.

Заявленные пределы подобраны экспериментальным путем.

Интенсивность дугового нагрева выбрана с учетом того, что при интенсивности нагрева менее 0,07°С/мин влияние дугового нагрева на насыщение металла азотом незначительно.

Продувка азотом с расходом 0,08-0,25 м³ на тонну жидкой стали обеспечивает получение содержания азота в металле в пределах 0,008-0,020%. Причем при снижении расхода менее 0,08 м³/т увеличивается длительность обработки и соответственно возрастают затраты, а при увеличении расхода более 0,25 м³/т снижается усвоение азота сталью при продувке и возрастают тепловые потери.

Продувка металла азотом с расходом 5-40 м³/час позволяет гомогенизировать металл по температуре и химическому составу. При расходе азота менее 5 м³/час наблюдалось плохое перемешивание и, как следствие, неравномерное распределение температуры и химического состава по высоте ковша, а также неполное удаление неметаллических включений. При расходе азота более 40 м³/час происходит снижение усвоения азота сталью, а также наблюдается оголение зеркала металла с последующим насыщением стали кислородом и водородом, а также созданием условий для повышения содержания неметаллических включений в стали.

Общий расход использованного для продувки металла азота выбран исходя из того, что при расходе газа более 20 м³ на плавку возможно получение брака макроструктуры по дефекту «пятнистая ликвация», а также «газовый пузырь».

Последующая продувка аргоном с расходом 3-30 м³/ч позволяет производить усреднение металла по химическому составу и температуре без снижения содержания азота в стали. При расходе менее 3 м³/ч не обеспечивается требуемое перемешивание стали в ковше, позволяющее обеспечить равномерное распределение температуры и химического состава по высоте ковша, а при увеличении расхода более 30 м³/ч происходит снижение концентрации азота в стали.

Заявленный способ рафинирования рельсовой стали в печь-ковше был реализован при выплавке рельсовой стали марок НЭ76Ф и Э76Ф. После расплавления и проведения окислительного периода в дуговой электросталеплавильной печи плавка выпускалась с отсечкой печного шлака в ковш. Доводка стали проводилась на агрегате “печь-ковш” с трансформатором 16 MBА. Обработку проводили по следующей схеме. Дуговой нагрев металла проводили с интенсивностью от 0,07°С/мин, продувку стали азотом проводили через пористые донные фурмы с расходом 0,08-0,25 м³/т жидкой стали с общим расходом до 20 м³ на плавку, при достижении которого дальнейшую обработку производили аргоном с интенсивностью 3-30 м³/ч.

Заявляемый способ позволяет снизить себестоимость выплавляемой стали на 45 руб/т, исключить расход азотированных ферросплавов, повысить физико-механические свойства стали: предел текучести на 5 Н/мм², временное сопротивление разрыву на 4 Н/мм², относительное удлинение и сужение на 1,0%, ударную вязкость на 5 Дж/см².

Источники информации

1. Патент РФ 2312902, кл. C21C 7/06.

2. Патент РФ 2161205, кл. C21C 7/100, 7/072.

3. В.В.Поляков, А.В.Великанов. Основы технологии производства железнодорожных рельсов. – М.: Металлургия, 1990. – 416 с.

Формула изобретения

Способ рафинирования рельсовой стали в печь-ковше, включающий дуговой подогрев металла, продувку расплава газом через пористые донные фурмы и обработку металла шлаком, отличающийся тем, что дуговой подогрев металла ведут с интенсивностью не менее 0,07°С/мин под шлаком с основностью 2,1-3,4 и начальным содержанием оксида железа менее 3%, продувку металла через пористые донные фурмы проводят комбинированно азотом и аргоном, причем в начальный период осуществляют продувку азотом с расходом 0,08-0,25 м³/т жидкой стали и интенсивностью 5-40 м³/ч и при достижении общего количества введенного азота 0,20 м³/т жидкой стали осуществляют продувку аргоном с интенсивностью 3-30 м³/ч.