Способ легирования титаном нержавеющей стали

 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве нержавеющих марок стали в электродуговой печи или дуплекс-процессом. Технический результат - повышение стабильности и степени усвоения титана, снижение расхода дорогостоящих ферросплавов для легирования стали. Способ легирования нержавеющей стали титаном предусматривает выпуск из агрегата аргонно-кислородного рафинирования предварительно раскисленного металла в сталеразливочный ковш, удаление насыщенного активными окислами кремния рафинировочного шлака на 95-100%, установку ковша на стенд агрегата “ковш-печь”, присадку на поверхность металла плавикового шпата в количестве 2,5-3,5 кг/т и извести - 1 кг/т, раскисление металла шлака силикокальцием с расходом 1,0-1,5 кг/т и гранулированным алюминием в количестве 0,8-1,0 кг/т, продувку металла снизу аргоном, присадку порциями по 2,0 кг/т титансодержащих ферросплавов. Для наведения нового шлака присаживают известь в количестве 8-10 кг/т. 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способам легирования нержавеющей стали титаном в ковше, и может быть использовано при производстве нержавеющих марок стали в электродуговой печи или дуплекс-процессом с последующей обработкой металла в сталеразливочном ковше на агрегате “ковш-печь”.

Известен способ легирования титаном нержавеющей стали, включающий предварительное раскисление металла в металлургическом агрегате ферросилицием и чушковым алюминием, удаление рафинировочного шлака для предотвращения восстановительных реакций между окислами шлака и алюминия, наведение шлака из смеси плавикового шпата и извести, раскисление металла и шлака силикокальцием, присадку титаносодержащих ферросплавов перед выпуском плавки или в ковше во время выпуска. Усвоение титана металлом при таком способе легирования составляет около 50% (1). Данный способ наиболее близок по технической сущности к изобретению и принят за прототип.

К недостаткам известного способа, объясняющим невысокое усвоение титана, следует отнести значительный перегрев металла в сталеплавильном агрегате, ввиду отсутствия установки ковшевого подогрева, с целью наведения восстановительного шлака, что приводит к насыщению расплава кислородом и азотом, также оказывается негативное влияние на стойкость огнеупорной футеровки печи или сталеплавильного ковша. По этой причине ограничено время, необходимое для качественной обработки металла. Кроме того, значительное окисление титана будет происходить в процессе выпуска плавки из печи в сталеразливочный ковш из-за отсутствия эффективной защиты струи и зеркала металла.

Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение степени усвоения титана, а также снижение расхода дорогостоящих ферросплавов для легирования стали и повышение качества получаемого металла.

Получение высокой и стабильной степени усвоения титана гарантируется минимальным количеством в шлаке перед легированием активных, по отношению к титану, окислов кремния, железа, хрома, глубокой раскисленностью расплава и наличием эффективной защиты металла от окисления атмосферой воздуха.

Поставленная задача достигается тем, что предлагается способ легирования титаном нержавеющей стали, включающий предварительное раскисление металла в металлургическом агрегате ферросилицием и чушковым алюминием, удаление рафинировочного шлака, ввод плавикового шпата и извести в качестве шлакообразующих материалов на поверхность расплава металла, раскисление металла и шлака силикокальцием, присадку титансодержащих ферросплавов, выпуск металла в сталеразливочный ковш, при этом в качестве металлургического агрегата используют агрегат аргонно-кислородного рафинирования, при чем рафинировочный шлак удаляют на 95-100% после выпуска металла в сталеразливочный ковш, затем ковш с металлом устанавливают на стенд агрегата "печь-ковш", присаживают на поверхность расплава металла плавиковый шпат в количестве 2,5-3,5 кг/т и известь в количестве 1,0 кг/т, раскисляют металл и шлак присадками силикокальция в количестве 1,0-1,5 кг/т и гранулированного алюминия в количестве 0,8-1,0 кг/т, после чего продувают металл аргоном снизу через пористую пробку, затем порциями по 2,0 кг/т вводят титансодержащие ферросплавы и присаживают известь в количестве 8-10 кг/т.

Расход раскислителей определяется исходя из количества израсходованного кислорода на плавку. В период восстановления в агрегате АКР в качестве основного раскислителя используется ферросилиций, который восстанавливает хром, марганец, железо из окислов шлака и частично раскисляет металл. Алюминий в металл присаживается с целью более глубокого раскисления расплава, его присадка также оказывает благоприятное влияние на протекание процесса десульфурации.

Попавший в сталеразливочный ковш шлак периода восстановления содержит до 30% SiO₂, до 2,0% Сr₂О₃, до 3,0% FeO и является одним из главных источников окисления титана при легировании. Удаление рафинировочного шлака на 95-100% производится на специальной установке и позволяет практически исключить наличие в новом шлаке активных, по отношению к титану, окислов кремния, хрома и железа, что существенно повысит степень усвоения.

Наличие агрегата “ковш-печь” позволяет получать качественный металл самого разнообразного марочного сортамента с гарантированными механическими свойствами, корректировать химический состав в любых пределах, иметь содержание серы в металле <0,003% и требуемую для разливки температуру. Являясь буфером между сталеплавильными агрегатами и МНЛЗ, агрегат “ковш-печь” дает возможность разливки нержавеющих марок стали на МНЛЗ сериями.

Обязательным условием при легировании стали титаном, по предлагаемому способу, является наличие донной продувки металла аргоном в ковше через пористую пробку. Продувка аргоном через пористую пробку в днище ковша гарантирует быстрое и полное растворение присаживаемых титансодержащих материалов и равномерное распределение титана в объеме металла. Продувка аргоном осуществляется таким образом, чтобы исключить оголение “зеркала” жидкого металла, в противном случае будет происходить насыщение металла кислородом и азотом атмосферного воздуха, а их избыток в стали существенно понижает степень усвоения титана.

Присадка плавикового шпата на “зеркало” металла после скачивания рафинировочного шлака производится из следующих соображений. Плавиковый шпат является легкоплавким фторидом с температурой плавления ~1400С, при температурах выше температуры плавления он образует монофторид кальция, являющийся сильным раскислителем, и плотную оболочку из паров фтора. Присадку плавикового шпата необходимо производить в количестве 2,5-3,5 кг/т, введение в ковш менее 2,5 кг/т недостаточно для образования шлакового покрова, предохраняющего зеркало металла от окисления атмосферой воздуха, присадка более 3,5 кг/т приводит к размыванию шлакового пояса сталеразливочного ковша. Присадка извести в количестве 1,0 кг/т осуществляется с целью снижения агрессивного воздействия шлака на футеровку ковша.

Введение в металл дробленого силикокальция в количестве 1,0-1,5 кг/т необходимо для более полного раскисления металла, так как в ряду титан-алюминий-кальций самым сильным раскислителем является последний, а также из экономических соображений (алюминий в три раза дороже силикокальция) и с точки зрения получения более высоких механических свойств. Присадка силикокальция менее 1,0 кг/т не обеспечивает высокую раскисленность металла, присадка более 1,5 кг/т может привести к увеличению содержания окислов кремния в шлаке, наличие которых негативно сказывается на степени усвоения титана, а также к возможному ухудшению механических свойств готовой стали.

Раскисление остатков попавшего рафинировочного шлака, а также окислов кремния, образовавшихся после ввода силикокальция в металл, осуществляется путем присадки гранулированного алюминия на шлак в количестве 0,8-1,0 кг/т. Количество присаженного алюминия менее 0,8 кг/т не обеспечивает получение качественного восстановительного шлака, обеспечивающего высокое усвоение титана. Присадка гранулированного алюминия более 1,0 кг/т экономически не целесообразна, а также возможно насыщение металла алюминием, что приводит к побочному эффекту - ухудшению физико-механических свойств металла и созданию определенных трудностей при непрерывной разливке.

После наведения восстановительного шлака производится продувка металла, не допускающая оголения “зеркала”, в течение 2-3 минут и присаживается порциями по 2 кг/т 70%-ный ферротитан в продувочное пятно. Введение ферротитана в металл порциями позволяет максимально его использовать. На расплавление и растворение одной порции материала затрачивается меньше времени, растворившийся титан быстрее распределяется по всему объему металла. Присадка ферротитана в металл одной порцией не целесообразна из-за введения большой массы присадки, которая не гарантирует высокого усвоения, вследствие длительного его растворения, и значительная часть которой окисляется атмосферой воздуха и переходит в шлак.

Присадка извести в количестве 8-10 кг/т после легирования позволяет получить достаточное количество (для избежания чрезмерных потерь тепла при разливке металла) высокоосновного шлака, позволяющего получать довольно низкое содержание серы в металле (до 0,003%).

В таблице приведены усредненные значения по предлагаемому и известному способу. По каждому из представленных в таблице вариантов проведено не менее 5 плавок.

Пример 1. После выпуска предварительно раскисленного ферросилицием (20-35 кг/т) и чушковым алюминием (1,0-1,5 кг/т) металла из агрегата аргонокислородного рафинирования удаляется рафинировочный шлак на 95-100% и ковш с металлом устанавливается на стенд агрегата “ковш-печь”, где производится обработка металла в следующей последовательности: на поверхность металла присаживают 3,0 кг/т плавикового шпата и 1,0 кг/т извести, в металл вводится 1,0 кг/т дробленого силикокальция и на шлак 0,9 кг/т гранулированного алюминия, после кратковременной продувки аргоном в течение 3 минут в продувочное пятно присаживается порциями по 2,0 кг/т 70%-ный ферротитан, затем наводится шлак присадкой извести, производится, при необходимости, доводка по химическому анализу и температуре и ковш с металлом передается на участок разливки (таблица). Усвоение титана - 80%.

Пример 2. То же, что и в примере 1, только в металл вводят 1,5 кг/т дробленого силикокальция, 0,9 кг/т гранулированного алюминия (в заявляемых пределах). Степень усвоения титана высокая - 76%.

Пример 3. То же, что и в примере 1, в металл вводят дробленый силикокальций в количестве 1,2 кг/т и гранулированный алюминий - 0,8 кг/т (в заявляемых пределах), степень усвоения титана - 75%.

Пример 4. То же, что и в примере 1, в металл вводят дробленый силикокальций в количестве 1,2 кг/т и гранулированный алюминий - 1,0 кг/т (в заявляемых пределах), степень усвоения титана высокая - 82%.

Пример 5. То же, что и в примере 1, в металл вводят дробленый силикокальций и гранулированный алюминий в заявленных пределах, степень усвоения титана высокая - 79%.

Пример 6. То же, что и в примере 1, шлакообразующие - шпат и известь в заявляемых пределах, из раскислителей вводят только силикокальций - 1,2 кг/т. Степень усвоения титана низкая - 58%.

Пример 7. То же, что и в примере 1, шлакообразующие - в заявляемых пределах, из раскислителей вводят только гранулированный алюминий - 0,9 кг/т. Усвоение титана невысокое - 65%.

Пример 8. То же, гранулированный алюминий - 0,9 кг/т (в заявленных пределах), силикокальция вводят - 0,5 кг/т, ниже заявляемых пределов. Усвоение титана составляет 70%.

Пример 9. То же, гранулированный алюминий - 0,9 кг/т (в заявленных пределах), силикокальция вводят - 2,0 кг/т, выше заявляемых пределов. Степень усвоения низкая - 68%.

Пример 10. То же, силикокальция вводят - 1,2 кг/т (в заявленных пределах), гранулированный алюминий 0,5 кг/т - ниже нормы. Усвоение титана составляет 64%.

Пример 11. То же, силикокальция вводят - 1,2 кг/т (в пределах нормы), гранулированный алюминий - 1,5 кг/т, выше заявляемых пределов. Степень усвоения титана высокая - 80%, но наблюдается перерасход гранулированного алюминия (экономически нецелесообразно, таких же результатов можно добиться при меньшем расходе алюминия), также возможно возникновение трудностей при непрерывной разливке металла.

Пример 12. То же, количество шлакообразующего материала - плавикового шпата составляет 1,5 кг/т, ниже заявляемых пределов. Количество раскислителей - в заявленных пределах. Степень усвоения титана невысокая - 69%.

Пример 13. То же, что и в примере 12, количество плавикового шпата - 3,7 кг/т, выше заявляемых пределов, расход раскислителей - в заявленных пределах. Усвоение титана составляет 73%, при этом после пяти плавок сталеразливочный ковш имел повышенный износ футеровки в районе шлакового пояса.

Представленные в таблице данные показывают, что легирование нержавеющей стали титаном по предлагаемому способу, в сравнении с известным, позволит повысить и стабилизировать степень усвоения титана на уровне 75-85%.

Использование предлагаемого изобретения позволяет снизить расход ферросплавов и повысить качество металла.

Источники информации

I. Книга Хан Б.Х. и др. "Раскисление, дегазация и легирование стали. - М.: "Металлургия", 1965, с.243-246.

Формула изобретения

Способ легирования титаном нержавеющей стали, включающий предварительное раскисление металла в металлургическом агрегате ферросилицием и чушковым алюминием, удаление рафинировочного шлака, ввод плавикового шпата и извести в качестве шлакообразующих материалов на поверхность расплава металла, раскисление металла и шлака силикокальцием, присадку титансодержащих ферросплавов, выпуск металла в сталеразливочный ковш, отличающийся тем, что в качестве металлургического агрегата используют агрегат аргонно-кислородного рафинирования, причем рафинировочный шлак удаляют на 95-100% после выпуска металла в сталеразливочный ковш, затем ковш с металлом устанавливают на стенд агрегата "печь-ковш", присаживают на поверхность расплава металла плавиковый шпат в количестве 2,5-3,5 кг/т и известь в количестве 1,0 кг/т, раскисляют металл и шлак присадками силикокальция в количестве 1,0-1,5 кг/т и гранулированного алюминия в количестве 0,8-1,0 кг/т, после чего продувают металл аргоном снизу через пористую пробку, затем порциями по 2,0 кг/т вводят титансодержащие ферросплавы и присаживают известь в количестве 8-10 кг/т.