способ обработки жидкой стали в вакуумной камере

Формула изобретения

Способ обработки жидкой стали в вакуумной камере, включающий разогрев вакуумной камеры перед вакуумированием, порционное и циркуляционное вакуумирование, нагрев стали и введение легирующих материалов, отличающийся тем, что нагрев стали осуществляют одним или несколькими лазерами в процессе вакуумирования и после ввода легирующих материалов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при вакуумировании стали в процессе внепечной обработки.

Наиболее близкими по технической сути к предлагаемому изобретению являются способы порционного и циркуляционного вакуумирования металла (Кнюпель Г. Раскисление и вакуумная обработка стали. Ч.II. Основы и технология ковшовой металлургии. - М: Металлургия, 1984. - с.269-270, 335-336).

Способ порционного вакуумирования заключается в установке ковша с жидким металлом под камеру, соединенную с вакуумной системой. Камера имеет один или два патрубка, с обеих сторон защищенных огнеупорными материалами. Патрубки погружают в жидкий металл, с помощью вакуумной системы в камере создают разрежение, под действием которого металл по всасывающему патрубку поднимается в камеру и проходит вакуумную обработку. При циркуляционном вакуумировании во всасывающий патрубок дополнительно подают аргон как транспортирующий газ.

К недостаткам указанных способов следует отнести остывание металла в процессе вакуумирования на 30-90°С (Якушев A.M. Справочник конвертерщика. - Челябинск: Металлургия, 1990. - с.328). Для компенсации снижения температуры металл перед вакуумированием перегревают, а камеру перед обработкой прогревают до 1500°С. При необходимости ввода дополнительного количества легирующих материалов требуемую температуру металла поддерживают за счет протекания экзотермической реакции окисления алюминия, вводимого в металл в виде проволоки или гранул, газообразным кислородом, вдуваемым в вакуумную камеру (Кудрин В.А. Теория и технология производства стали: Учебник для вузов. - М.: Мир, ООО «Издательство ACT», 2003. - с.318-319). Такой способ нагрева металла и расплавления легирующих добавок является очень дорогим, т.к. требует производства алюминиевой проволоки или гранул и газообразного кислорода.

Задачей изобретения является расширение сортамента и снижение себестоимости обрабатываемых сталей.

Поставленный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе обработки жидкой стали в вакуумной камере, включающем разогрев вакуумной камеры перед вакуумированием, порционное и циркуляционное вакуумирование, нагрев стали и ввод легирующих материалов, при этом нагрев стали осуществляют одним или несколькими лазерами в процессе вакуумирования и после ввода легирующих материалов.

Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с прототипом, и изобретательским уровнем, так как явно не следует из существующего уровня техники, практически осуществимо в действующих сталеплавильных цехах.

Способ нагрева металла при вакуумировании осуществляется следующим образом.

К корпусу вакуумной камеры, в которой производят обработку жидкого металла, герметично присоединяют один или несколько оптических квантовых генераторов большой плотности энергии - лазеров (Физическая энциклопедия. - М: Советская энциклопедия, 1990, том 2. - с.549), излучением которых нагревают металл в процессе вакуумирования и после введения легирующих материалов. Технологический процесс при порционном и циркуляционном вакуумировании в предлагаемом способе не отличается от традиционного процесса. Отличие состоит только в значениях некоторых параметров температурного режима и химического состава готовой стали. Обычно подогрев вакуумной камеры перед вакуумированием составляет 1500°С. Предлагаемый способ позволяет повысить температуру подогрева до 1600°С и даже выше. Ограничением в температуре подогрева является допустимая температура огнеупорности и допустимая температура начала деформации огнеупорных материалов, используемых для футеровки вакуумных камер. Более высокий подогрев вакуумной камеры и нагрев металла в процессе вакуумирования позволяют иметь температуру металла на выпуске из плавильной печи без учета снижения температуры металла при вакуумировании, а исходя только из условий разливки после вакуумной обработки и химического состава готовой стали. Это позволяет не перегревать металл в печи для обработки в вакуумной камере и за счет этого сократить время пребывания металла в печи, и увеличить ее производительность. Кроме того, нагрев металла в вакуумной камере оптическим квантовым генератором позволяет выплавлять стали любого химического состава с меньшей себестоимостью. Например, при выплавке нержавеющей стали типа 08Х18Н10Т в дуговой сталеплавильной печи химический состав металла по расплавлении составляет: углерод 0,35-0,40%; хром 12-14%; никель 10-12%; сера 0,025%; фосфор 0,025%. Такой химический состав определяется технологическим процессом. Большее содержание углерода, чем в готовой стали (0,08%) связано с проведением окислительного периода плавки продувкой кислородом для удаления азота и водорода из металла. Продувка металла кислородом в печи приводит к угару 2-4% хрома и дополнительному расходу феррохрома. При использовании предлагаемого способа нагрева металла при вакуумировании отпадает необходимость в проведении окислительного периода плавки. Шихтовые материалы в завалку можно рассчитывать только исходя из получения заданного количества углерода в готовой стали. После расплавления металл выпускают в ковш и подают его на установку вакуумирования. После вакуумной обработки в течение 3-5 мин в металл порциями начинают вводить низкоуглеродистый феррохром, никель, ферромарганец, ферросилиций, расплавляя добавки и поддерживая температуру металла ˜1600°С. После доведения содержания хрома, никеля, марганца, кремния до заданного значения вводят титан (ферротитан), затем доводят температуру металла до 1600°С, отключают оптические квантовые генераторы, прекращают вакуумную обработку и передают ковш на разливку. При такой технологии выплавки нержавеющей стали 08Х18Н10Т угар легирующих элементов будет минимальным и не будет превышать в сумме 0,5-1,0%.