Способ внепечной обработки высокоуглеродистой стали

 

Способ может быть использован при внепечной обработке высокоуглеродистой стали. Алюминий вводят в расплав перед введением силикокальция. Расход силикокальция устанавливают с учетом степени усвоения кальция в зависимости от усвоенного алюминия и содержания серы в расплаве. Нижний предел содержания кальция в расплаве определяют по выражению [Ca] 0,01[Al] + 0,0016%. Верхний предел содержания кальция в расплаве при содержании серы в расплаве до 0,014% определяют по выражению [Ca] 0,036[Al] + 0,0026%. При содержании серы в металле более 0,014%, верхний предел определяют по выражению [Ca] 0,0037% - 0,042[S], где [Ca] - содержание кальция, растворенного в металле, %; [Al] - содержание алюминия, растворенного в металле, %: [S] - содержание серы, растворенной в металле, %.

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно, к способу внепечной обработки высокоуглеродистой стали.

Известен способ получения высококачественной стали, согласно которому металл рафинируют в ковше шлаками, а раскисление проводят сначала силикокальцием, а затем алюминием (SU, авт.свид. N 447434, кл. С 21 С 5/04, 7/06, 1975). Данный способ выбран в качестве прототипа.

Недостатком способа является то, что при обработке стали силикокальцием и алюминием не учитывается содержание серы в металле. Поэтому при определенных соотношениях кальция, алюминия и серы в расплаве могут образовываться твердые неметаллические включения в виде Al₂O₃ и СаS, которые, с одной стороны, ухудшают разливаемость стали, а с другой являются концентраторами напряжений, способствующими развитию усталостных дефектов, особенно в высоконагруженных деталях.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать способ внепечной обработки высокоуглеродистой стали алюминием и кальцием таким образом, чтобы была обеспечена возможность глобуляризации сульфидных включений и перевода твердого глинозема в жидкое состояние при температуре разливки алюминаты кальция. Такая обработка повысила бы литейные и механические свойства стали. Эта задача решается путем установления определенной последовательности ввода алюминия и кальция в расплав, а также установления оптимального соотношения между количеством вводимого кальция, количеством алюминия и содержанием серы в металле.

Сущность изобретения состоит в том, что в способе внепечной обработки высокоуглеродистой стали, включающем ввод в расплав алюминия и силикокальция, алюминий вводят в расплав перед вводом силикокальция, а расход силикокальция устанавливают с учетом степени усвоения кальция в зависимости от усвоенного алюминия и содержания серы в расплаве. При этом нижний предел содержания кальция в расплаве определяют по выражению [Ca] 0,01[Al] + 0,0016, а верхний предел определяют при содержании серы в расплаве до 0,014% по выражению [Ca] 0,036 [Al] + 0,0026, или [Ca] 0,0037% 0,042 [S] при содержании серы в металле более 0,014% где [Ca] cодержание кальция,растворенного в металле, [Al] cодержание алюминия,растворенного в металле, [S] cодержание серы, растворенной в металле, Силикокальций предпочтительно вводить в ковш в виде порошковой проволоки. Такой способ ввода силикокальция в металл обеспечивает возможность тонкого регулирования количества вводимого кальция в зависимости от содержания алюминия и серы в металле.

Общим с прототипом существенным признаком изобретения является ввод в расплав алюминия и силикокальция.

Отличительными от прототипа существенными признаками изобретения являются: ввод алюминия в расплав перед вводом силикокальция; расход силикокальция устанавливают с учетом степени усвоения кальция в зависимости от усвоенного алюминия и содержания серы в расплаве. При этом нижний предел содержания кальция в расплаве определяют по выражению [Ca] 0,01 [Al] + 0,0016, а верхний предел определяют при содержании серы в расплаве до 0,014% по выражению [Ca] 0,036 [Al] + 0,0026, или [Ca] 0,0037% - 0,042n [S] при содержании серы в расплаве более 0,014% Дополнительным признаком является ввод силикокальция в расплав в виде порошковой проволоки.

Между существенными признаками изобретения и техническим результатом - повышением литейных и механических свойств стали существует причинно-следственная связь, которая поясняется следующим.

Как показали исследования, ввод силикокальция в предварительно раскисленную алюминием сталь превращает глинозем в алюминаты кальция, которые остаются жидкими при температурах разливки стали. При этом содержание кальция в системе СаО Аl₂О должно находиться в определенных соотношениях. Как недостаток, так и избыток кальция могут препятствовать образованию жидких алюминатов кальция. При этом, как показали исследования, при содержании серы в металле до 0,014% должно быть выдержано определенное соотношение между растворенным кальцием и алюминием, а при содержании серы в металле более 0,014% должно быть обеспечено определенное соотношение между растворенным кальцием и содержанием серы в расплаве.

Таким образом, для обеспечения требуемых литейных и механических свойств стали необходимо введение в расплав строго определенного количества кальция, что и достигается при выполнении приведенных выше соотношений.

Пример. Выплавленную в кислородном конвертере сталь У8 раскисляли в ковше алюминием в количестве 0,3 кг на тонну стали. В конечной пробе содержание серы и алюминия в стали было 0.010% и 0,010% Затем в ковш вводили в виде порошковой проволоки силикокальция СК-30. Пределы допустимого количества вводимого силикокальция определяли следующим образом.

Минимально допустимое количество усвоенного кальция определяли в соответствии с зависимостью [Ca] 0,01 [Al] + 0,0016% [Ca] 0,01 0,01 + 0,0016 0,0017% Минимально допустимое количество вводимого силикокальция СК-30 при коэффициенте усвоения 0,16 составляет 0,0017 /(0,160,30) 0,035% или 0,35 кг/т В соответствии с зависимостью [Ca] 0,036 [Al] + 0,0026% определяли максимально допустимое количество усвоенного кальция [Ca] 0,0360,01 + 0,0026 0,0032% Количество силикокальция СК-30 при коэффициенте усвоения 0,16 составляет
0,0032 / (0,160,30) 0,066% или 0,66 кг/т.

В ковш было введено 0,55 кг/т силикокальция СК-30 в виде порошковой проволоки. Остаточное содержание кальция в металле составило 0,0025% Температура металла в промежуточном ковше составила 1537^oС. При скорости разливки 0,6 м/мин металл ковша был разлит полностью в круглую заготовку без потерь и затягивания стаканов. Качество металлопродукции по поверхностным дефектам, неметаллическим включениям отвечало требованиям нормативной документации при повышенных показателях ударной вязкости на образцах с острым надрезом (КС) 3,0-3,2 кгм/мм².

Пример 2. Выплавленную в кислородном конвертере сталь У8 раскисляли в ковше алюминием в количестве 0,37 кг/т. В конечной пробе сталь имела содержание серы и алюминия 0,025% и 0,020% соответственно. Температура металла составляла 1570^oС. Затем в ковш вводили силикокальций СК-30 в виде порошковой проволоки.

Пределы допустимых количеств вводимого силикокальция определяли следующим образом.

Минимально допустимое количество усвоенного кальция определяли по зависимости
[Ca] > 0,01 [Al] + 0,0016%
[Ca] 0,010,020 + 0,0016 0,0018%
Минимально допустимое количество вводимого силикокальция СК-30 при коэффициенте усвоения 0,16 составляет
0,0018 / (0,160,30) 0,039% или 0,39 кг/т.

В соответствии с зависимостью [Ca] 0,0037% 0,042[S] определяли максимально допустимое количество усвоенного кальция
[Ca] 0,0037 0,042 [S] 0,025 0,0027%
Количество силикокальция СК-30 при коэффициенте усвоения 0,16 составляет
0,0027 / (0,160,30) 0,056% или 0,56 кг/т.

В ковш в виде порошковой проволоки ввели 0,4 кг/т силикокальция. Остаточное содержание кальция в металле составило 0,0020% Температура металла в промежуточном ковше составила 1540^oС. При скорости разливки 0,6 м/мин металл был разлит полностью. Качество металла по неметаллическим включениям удовлетворительное. Металлопродукция имела однородную структуру, высокие пластические характеристики и ударную вязкость на образцах с острым надрезом 2,9-3,1 кгм/мм².

Формула изобретения

Способ внепечной обработки высокоуглеродистой стали, включающий введение в расплав алюминия и силикокальция, отличающийся тем, что алюминий вводят в расплав перед вводом силикокальция, а расход силикокальция устанавливают с учетом степени усвоения кальция в зависимости от усвоенного алюминия и содержания серы в расплаве, при этом нижний предел содержания кальция в расплаве определяют по выражению [Ca] 0,01[Al] + 0,0016% а верхний предел определяют при содержании серы в расплаве до 0,014% по выражению [Ca] 0,036[Al] + 0,0026% или [Ca] 0,0037% 0,042[S] при содержании серы в металле более 0,014% где [Ca] содержание кальция, растворенного в металле, [Al] содержание алюминия, растворенного в металле, [S] содержание серы, растворенной в металле,