RU2161205C1

RU2161205C1 - Method of rail steel production

Info

Publication number: RU2161205C1
Application number: RU99112057A
Authority: RU
Inventors: А.И. Катунин; Л.А. Годик; Н.А. Козырев; К.Е. Ботнев; О.В. Путилова; П.Е. Сычев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Кузнецкий металлургический комбинат"
Priority date: 1999-06-01
Filing date: 1999-06-01
Publication date: 2000-12-27

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy, particularly, methods of rail steel production. SUBSTANCE: method includes steel making in furnace, its tapping into ladle, deoxidation and subsequent blowing in ladle with gaseous nitrogen through slotted bottom refractory lance with slot thickness up to 0.1 mm for 15-30 min, flow rate of 40-65 n.cu.m/h and pressure of (6-8)10⁵ Pa, and total consumption of nitrogen of 0.10-0.30 n.cu.m/t of liquid steel. EFFECT: higher impact strength of steel at position and negative temperatures due to increase and stabilization of nitrogen content in steel and reduced duration of heat due to reduced reducing period in connection with transfer of process of steel alloying with nitrogen from furnace into ladle. 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам получения рельсовой стали. Известен выбранный в качестве прототипа способ выплавки рельсовой стали низкотемпературной надежности по ТУ 1-5233-93 марки НЭ76В, содержащей 0,71-0,82% C, 0,75-1,05% Mn, 0,25-0, 45% Si, 0,05-0,08% V, 0,008-0,020% N в дуговых электросталеплавильных печах [1]. Рельсы, изготовленные из данной стали низкотемпературной надежности, отличаются повышенными значениями ударной вязкости при отрицательной температуре и, в связи с этим широко используются на северном и восточном направлениях железных дорог РФ. Повышенная ударная вязкость при положительных и отрицательных температурах достигается за счет микролегирования стали азотом, которое приводит к увеличению количества карбонитридов и измельчению зерна, а вследствие дополнительного выделения нитридной фазы - к дисперсному упрочнению. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to methods for producing rail steel. Known as a prototype method for smelting rail steel of low temperature reliability according to TU 1-5233-93 brand NE76V containing 0.71-0.82% C, 0.75-1.05% Mn, 0.25-0, 45% Si, 0.05-0.08% V, 0.008-0.020% N in electric arc furnaces [1]. Rails made of this steel of low temperature reliability are characterized by increased impact strength at low temperature and, therefore, are widely used in the northern and eastern directions of the railways of the Russian Federation. Increased toughness at positive and negative temperatures is achieved due to microalloying of steel with nitrogen, which leads to an increase in the number of carbonitrides and grain refinement, and due to additional precipitation of the nitride phase, to disperse hardening.

Однако при выплавке данной марки стали в дуговых электросталеплавильных печах необходимо создавать специальные условия для поглощения азота, что увеличивает длительность плавки. При этом конечное содержание азота в стали варьируется в широких пределах. However, when smelting this steel grade in electric arc furnaces, it is necessary to create special conditions for the absorption of nitrogen, which increases the duration of the smelting. In this case, the final nitrogen content in steel varies widely.

Известны также способы легирования стали газообразным азотом при продувке стали в ковше [2,3]. Однако при использовании данных способов для повышения усвоения азота в зону продувки вводится алюминий. Данная операция недопустима при выплавке рельсовой стали, т.к. при этом алюминий реагирует не только с азотом, но и с кислородом. Соединения алюминия с кислородом - включения глинозема, загрязняют сталь, образуя недопустимую длину строчки, являющуюся браковочным признаком [4]. There are also known methods of alloying steel with gaseous nitrogen when purging steel in a ladle [2,3]. However, when using these methods to increase the absorption of nitrogen, aluminum is introduced into the purge zone. This operation is unacceptable when smelting rail steel, because while aluminum reacts not only with nitrogen, but also with oxygen. Compounds of aluminum with oxygen - inclusions of alumina, contaminate steel, forming an unacceptable line length, which is a rejection sign [4].

Известны два способа продувки [5]: через верхнюю погружаемую фурму и донную огнеупорную пористую фурму (или через пористое днище ковша). При этом продувка через пористую донную огнеупорную фурму предпочтительнее для насыщения стали азотом, т.к. образующиеся пузыри азота, проходя через весь объем ковша более длительное время за счет своего незначительного размера, всплывают и соответственно взаимодействуют с жидкой сталью. Эффективному усвоению азота способствует большая поверхность раздела азот-жидкий металл. Тем не менее для глубокого насыщения стали при продувке через донные пористые фурмы требуется значительная длительность продувки, что приведет к повышенному расходу азота для азотирования стали. There are two known methods of purging [5]: through the upper immersed lance and the bottom refractory porous lance (or through the porous bottom of the bucket). In this case, blowing through a porous bottom refractory lance is preferable for saturation of the steel with nitrogen, because nitrogen bubbles formed, passing through the entire volume of the bucket for a longer time due to their small size, float and, accordingly, interact with liquid steel. Effective assimilation of nitrogen contributes to a large nitrogen-liquid metal interface. Nevertheless, for deep saturation of the steel when blowing through the bottom porous tuyeres, a considerable blowing time is required, which will lead to an increased nitrogen consumption for nitriding of steel.

Техническим результатом является повышение ударной вязкости стали при положительных и отрицательных температурах (за счет увеличения и стабилизации содержания азота в стали) и снижение длительности плавки (за счет сокращения восстановительного периода в связи с переносом процесса легирования стали азотом из печи в ковш). The technical result is an increase in the toughness of steel at positive and negative temperatures (due to an increase and stabilization of the nitrogen content in steel) and a decrease in the melting time (due to a reduction in the recovery period due to the transfer of the process of alloying steel with nitrogen from the furnace to the ladle).

Для достижения этого газообразный азот подают через щелевую донную огнеупорную фурму, имеющую толщину щели до 0,1 мм в течение 15-30 минут с расходом 40-65 нм³/ч, при давлении (6-8) 10⁵ Па и общим расходом азота 0,10-0,30 нм³/т жидкой стали.To achieve this, gaseous nitrogen is fed through a slotted bottom refractory lance having a slit thickness of up to 0.1 mm for 15-30 minutes with a flow rate of 40-65 nm ³ / h, at a pressure of (6-8) 10 ⁵ Pa and a total nitrogen flow rate 0.10-0.30 nm ³ / t liquid steel.

Продувка стали через щелевую донную огнеупорную фурму обеспечивает по сравнению с пористой донной фурмой значительное измельчение образующихся на поверхности пузырей. Толщина щели менее 0,1 мм обеспечивает критические скорости истечения газа из сопла фурмы с образованием наиболее мелких пузырей, в то время как при продувке через пористые фурмы возникает пузырьковый режим, обеспечивающий формирование крупных пузырей [6]. The purging of steel through a slotted bottom refractory lance provides significant grinding of bubbles formed on the surface compared to a porous bottom lance. A slit thickness of less than 0.1 mm provides critical velocities of gas outflow from the tuyere nozzle with the formation of the smallest bubbles, while when blowing through porous tuyeres, a bubble mode arises that ensures the formation of large bubbles [6].

При длительности продувки менее 15 минут количество введенного в сталь азота (при заявляемых расходах 40-65 нм³/ч) недостаточно для полного связывания ванадия в нитриды ванадия, а при увеличении длительности более 30 мин возможно большое насыщение стали азотом. При расходе менее 40 нм³/ч сталь в ковше слабо перемешивается, а при расходе более 65 нм³/ч наблюдаются интенсивные выбросы стали и шлака из ковша.With a purge duration of less than 15 minutes, the amount of nitrogen introduced into the steel (at the claimed costs of 40-65 nm ³ / h) is not enough to completely bind vanadium to vanadium nitrides, and with an increase in duration of more than 30 minutes, a high saturation of the steel with nitrogen is possible. At a flow rate of less than 40 nm ³ / h, the steel in the ladle mixes slightly, and at a flow rate of more than 65 nm ³ / h, intense emissions of steel and slag from the ladle are observed.

Общий расход азота 0,10-0,30 нм³ на тонну жидкой стали обеспечивает получение требуемого (0,008-0,020% N) содержания азота в стали.The total nitrogen consumption of 0.10-0.30 nm ³ per tonne of molten steel provides the required (0.008-0.020% N) nitrogen content in the steel.

Пример осуществления способа. An example implementation of the method.

Заявляемый способ был опробован при производстве рельсовой стали марки НЭ76В. Сталь выплавлялась в 100-тонных дуговых электросталеплавильных печах ДСП-100И7. Во время выпуска до наполнения 1/3 высоты ковша присаживались ванадийсодержащие ферросплавы из расчета введения ванадия на 0,05-0,08% и силикокальция из расчета 600-850 г/т стали. Далее ковш с металлом транспортировался на установку продувки стали азотом, где через донные щелевые огнеупорные фурмы сталь обрабатывалась азотом при давлении в тракте (6-8)•10⁵ Па и расходе 40-65 нм³/ч в течение 15-30 минут. Данные по химическому составу и изменению ударной вязкости стали при положительных и отрицательных температурах в зависимости от времени продувки и расхода азота приведены в таблице 1.The inventive method was tested in the production of rail steel grade NE76V. Steel was smelted in 100-ton electric arc furnace DSP-100I7. During release, vanadium-containing ferroalloys were seated to fill 1/3 of the bucket height, based on the introduction of vanadium by 0.05-0.08% and silicocalcium, based on 600-850 g / t of steel. Next, the ladle with metal was transported to a nitrogen purge installation, where steel was treated with nitrogen through bottom slotted refractory tuyeres at a pressure in the duct (6-8) • 10 ⁵ Pa and a flow rate of 40-65 nm ³ / h for 15-30 minutes. Data on the chemical composition and change in the toughness of steel at positive and negative temperatures depending on the purge time and nitrogen flow are shown in table 1.

Анализ данных показывает, что при использовании заявляемого способа по сравнению с прототипом за счет увеличения и стабилизации содержания азота повышается ударная вязкость рельсовой стали при положительных и отрицательных температурах, а в связи с переносом процесса легирования стали азотом из печи в ковш сокращается длительность плавки. Data analysis shows that when using the proposed method compared to the prototype due to the increase and stabilization of the nitrogen content, the toughness of rail steel increases at positive and negative temperatures, and due to the transfer of the process of alloying steel with nitrogen from the furnace to the ladle, the melting time is reduced.

Литература
1. Технологическая инструкция ОАО "КМК" ВТИ 103-ЭС-508-97 "Выплавка и разливка на состав рельсовой стали в ЭСПЦ-2" - Новокузнецк, 1997. - 15 с.Literature
1. Technological instruction of OJSC "KMK" VTI 103-ES-508-97 "Smelting and casting on the composition of rail steel in ESPC-2" - Novokuznetsk, 1997. - 15 p.

2. Авт. св. СССР N 1440049, кл. C 21 C 7/00. 2. Auth. St. USSR N 1440049, class C 21 C 7/00.

3. Авт. св. СССР N 1345634, кл. C 21 C 7/00. 3. Auth. St. USSR N 1345634, class C 21 C 7/00.

4. ГОСТ 24182-80 "Рельсы железнодорожные широкой колеи типов Р75, Р65 и Р50 из мартеновской стали"
5. Поволоцкий Д.Я., Кудрин В.А., Вишкарев А.Ф. Внепечная обработка стали - М.: "МИСИС", 1995. - 256 с.4. GOST 24182-80 "Railway rails of a wide gauge of types P75, P65 and P50 from open-hearth steel"
5. Povolotsky D.Ya., Kudrin V.A., Vishkarev A.F. Extra-furnace steel processing - M.: MISIS, 1995. - 256 p.

6. Сизов А.М. Газодинамика и теплообмен газовых струй в металлургических процессах - М.: Металлургия, 1987. - 256 с. 6. Sizov A.M. Gas dynamics and heat transfer of gas jets in metallurgical processes - M .: Metallurgy, 1987. - 256 p.

Claims

A method of producing rail steel, including smelting steel in a furnace, its pouring into a ladle, deoxidation and subsequent purging of steel in a ladle with nitrogen gas through a lance, characterized in that gaseous nitrogen is fed through a slotted bottom refractory lance having a gap thickness of up to 0.1 mm in during 15-30 minutes with a flow rate of 40 - 65 nm ³ / h, at a pressure of (6 - 8) • 10 ⁵ Pa and a total nitrogen flow rate of 0.10 - 0.30 nm ³ / t of liquid steel.