способ рафинирования рельсовой стали в печи-ковше

Формула изобретения

Способ рафинирования рельсовой стали в печи-ковше, включающий дуговой подогрев металла, продувку расплава аргоном и обработку металла шлаком, отличающийся тем, что 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 окиси железа в шлаке не более 0,5% раскислением шлака порошком кокса и дробленого ферросилиция с расходом каждого 0,5-1,5 кг/т жидкой стали, и дополнительно проводят раскисление стали силикокальцием из расчета введения 250-300 г кальция на тонну жидкой стали, причем силикокальций присаживают в два приема равными порциями после раскисления шлака и за 5-10 мин до окончания обработки стали.

Описание изобретения к патенту

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

Известен выбранный в качестве прототипа способ рафинирования металла в печи-ковше, включающий дуговой подогрев металла, продувку расплава аргоном и обработку металла шлаком, в котором перед дуговым нагревом расплава в ковше производят присадку на шлак извести и алюминия, массу которых определяют по соответствующим формулам [1].

Существенными недостатками данного способа являются:

- высокая загрязненность стали алюминийсодержащими неметаллическими включениями в связи с присадкой на шлак алюминия;

- пониженный уровень физико-механических свойств в связи с повышенным уровнем кислорода в стали, связанным с загущением шлака после присадки извести на шлак без работающих дуг, "свертыванием" шлака, оголением поверхности металла и создание условий поглощения кислорода жидкой сталью.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются снижение содержания кислорода, уменьшение загрязненности стали неметаллическими включениями, повышение физико-механических свойств стали.

Для этого предлагается способ рафинирования рельсовой стали в печи-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 минут до окончания обработки стали.

Заявленные пределы подобраны экспериментальным путем.

Интенсивность дугового нагрева выбрана с учетом того, что при интенсивности нагрева менее 40 кВт·ч/т жидкой стали длительность обработки стали под окисленными (с содержанием FeO выше 0,5%) шлаками приводит к насыщению стали кислородом, растворенным в шлаке.

Продувка металла аргоном с расходом 15-30 м³/т позволяет гомогенизировать металл по температуре и химическому составу. При расходе аргона менее 15 м³/т наблюдалось плохое перемешивание и, как следствие, неравномерное распределение температуры и химического состава по высоте ковша, а также неполное удаление неметаллических включений. При расходе аргона более 30 м³/т происходит оголение зеркала металла с последующим насыщением стали кислородом и созданием условий для повышения содержания неметаллических включений в стали.

При снижении длительности обработки стали менее 40 мин не удавалось снизить концентрацию кислорода до требуемой вследствие неполной флотации неметаллических включений из стали и поглощения их шлаком.

Расход порошка кокса и дробленого ферросилиция, присаживаемых на шлак, выбран исходя из того, что при достижении содержания FeO в шлаке менее 0,5% создаются условия, обеспечивающие хорошие условия для диффузионного перехода кислорода из стали в шлак.

Выбранные расходы порошка кокса и дробленого ферросилиция в пределах 0,5-1,5 кг/т жидкой стали обеспечивают концентрацию FeO в шлаке менее 0,5%. При превышении расхода порошка кокса и дробленого ферросилиция более 1,5 кг/т жидкой стали возможно повышение содержания углерода и кремния в стали.

Количество кальция, необходимое для раскисления и модифицирования стали, подобрано опытным путем. При недостаточном количестве кальция (менее 250 г кальция на тонну жидкой стали) образуются отложения глинозема и алюминатов кальция с высокой температурой плавления (твердые продукты раскисления удаляются хуже), а при избыточном (более 300 г кальция на тонну жидкой стали) - это тугоплавкие сульфиды кальция. Двойная отдача силикокальция обусловлена тем, что первая порция раскисляет металл, тем самым повышая усвоение легирующих элементов, причем увеличивается продолжительность удаления продуктов раскисления, что приводит к снижению кислорода и загрязненности стали неметаллическими включениями. После отдачи второй порции силикокальция происходят связывание оставшегося кислорода и трансформирование продуктов раскисления в наиболее благоприятные для рельсовой стали глобулярные включения.

В случае раскисления шлака более чем за 10 минут до окончания обработки происходит повторное насыщение стали кислородом атмосферы, а при раскислении менее чем за 5 минут до окончания обработки стали - недостаточно времени для связывания остаточного кислорода в глобулярные включения.

Заявленный способ рафинирования рельсовой стали в печи-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. Плавка (100-110 т) доводилась на агрегате "печь-ковш". Обработку проводили по следующей схеме. Дуговой нагрев металла проводили с интенсивностью от 30 кВт ч/т жидкой стали, продувку стали аргоном проводили через пористые донные фурмы с расходом 10-40 м³ /т жидкой стали, в течение не менее 20 минут. Раскисление стали осуществляли коксом и дробленым ферросилицием с расходом каждого 50-150 кг на плавку. Проводили предварительное раскисление стали силикокальцием из расчета введения 125-150 г кальция на тонну стали, далее осуществляли присадку требуемых ферросплавов (силикомарганца, феррованадия, ферросилиция). Последнюю порцию силикокальция (125-150 г кальция на тонну стали) присаживали за 3-15 минут до окончания обработки стали.

Заявляемый способ позволяет получать содержание кислорода в рельсовой стали менее 35 ppm; среднюю длину строчки неметаллических включений менее 0,4 мм; повысить предел текучести на 10 Н/мм², временное сопротивление разрыву на 8 Н/мм², относительное удлинение и сужение на 1,5%.

Источники, принятые во внимание

1 Авт.св. СССР №1788032, кл. С21С 7/00, 93 г.