RU2197539C2

RU2197539C2 - Method of making rail steel in electric arc furnaces

Info

Publication number: RU2197539C2
Application number: RU99112058/02A
Authority: RU
Inventors: В.П. Дементьев; Н.А. Козырев; В.В. Могильный; А.А. Шишмарев; к С.С. Черн; С.С. Черняк; П.Е. Сычев; В.Д. Войлошников; В.Н. Поздеев; Л.В. Тужилина
Original assignee: Открытое акционерное общество "Кузнецкий металлургический комбинат"
Priority date: 1999-06-01
Filing date: 1999-06-01
Publication date: 2003-01-27

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy; making steel in electric arc furnaces. SUBSTANCE: proposed includes oxidation stage with slag flushing, reducing stage and deoxidation of slag during reducing stage. At the end of oxidation stage after slag flushing, strontium-barium carbonatite, lime and feldspar are added to furnace at ratio (1/0-2/0) : (2.5-5.0) : (0.10- 1.0), respectively. Amount of slag at basicity of 1.5 to 4.0 ranges from 1.5 to 4.0% of mass of metal. EFFECT: improved impact elasticity at positive and negative temperatures. 2 tbl

Description

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к выплавке рельсовой стали в электропечах. The invention relates to the field of ferrous metallurgy, in particular to smelting rail steel in electric furnaces.

Известен выбранный в качестве прототипа способ выплавки рельсовой стали марки Э76В и Э76 в дуговых электросталеплавильных печах, включающий проведение окислительного и восстановительного периодов (1). A known method of smelting rail steel of grades E76V and E76 in electric arc furnaces, including oxidation and reduction periods, is known (prototype) (1).

Существенным недостатком прототипа является то, что при выплавке рельсовой стали по данной технологии не всегда удается обеспечить требуемый уровень ударной вязкости, особенно при низких температурах, что приводит к преждевременному выходу железнодорожных рельсов из эксплуатации. При этом требуемый уровень ударной вязкости связан с количественным и качественным составом неметалличеких включений, присутствующих в рельсовой стали. Неметаллические включения являются одной из основных причин преждевременного снятия рельсов с железнодорожного пути по различным усталостным разрушениям. Рядом исследований [2] установлено, что образование контактно-усталостных дефектов начинается от внутренних концентраторов напряжений - скоплений неметаллических включений. Наиболее вредное влияние оказывают оксиды (особенно глинозема), которые образуют скопления, вытянутые в виде строчек. Установлено, что скопления корунда больше 60 мкм в поперечном сечении и длиной 2 мм существенно снижают долговечность рельсов и являются местом возникновения продольных трещин [3]. В условиях циклической деформации сульфидные включения влияют на процессы и зарождение микротрещин. При этом различают: I тип - шарообразные сульфиды, II тип - сульфиды, расположенные по границам зерен, III тип - остроугольные сульфиды [4]. Наиболее опасными считаются III и II тип включений. Глобулярные и овальные включения образуются при обработке стали щелочно- и редкоземельными металлами (кальцием, барием, стронцием и др). При использовании только кальция не всегда удается достичь требуемого уровня раскисленности стали и возможно образование строчечных включений. Кроме того, при использовании способа- прототипа кальций в виде силикокальция вводится в ковш после предварительного раскисления стали в печи силикомарганцем и алюминием, в связи с чем возможно образование строчечных включений. A significant disadvantage of the prototype is that when smelting rail steel by this technology, it is not always possible to provide the required level of impact strength, especially at low temperatures, which leads to premature decommissioning of rail rails. Moreover, the required level of toughness is associated with the quantitative and qualitative composition of non-metallic inclusions present in rail steel. Non-metallic inclusions are one of the main reasons for premature removal of rails from the railway track due to various fatigue fractures. A number of studies [2] found that the formation of contact-fatigue defects begins from internal stress concentrators - accumulations of non-metallic inclusions. The most harmful effect is exerted by oxides (especially alumina), which form clusters elongated in the form of lines. It has been established that corundum aggregates larger than 60 μm in the cross section and 2 mm long significantly reduce the durability of the rails and are the site of occurrence of longitudinal cracks [3]. Under cyclic deformation conditions, sulfide inclusions affect the processes and nucleation of microcracks. They distinguish: type I — spherical sulfides, type II — sulfides located at grain boundaries, type III — acute-angle sulfides [4]. The most dangerous are the III and II type of inclusions. Globular and oval inclusions are formed during the processing of steel with alkali and rare earth metals (calcium, barium, strontium, etc.). When using only calcium, it is not always possible to achieve the required level of deoxidation of steel and the formation of line inclusions is possible. In addition, when using the prototype method, calcium in the form of silicocalcium is introduced into the ladle after preliminary deoxidation of the steel in the furnace with silicomanganese and aluminum, and formation of line inclusions is possible.

Известны также рельсовая сталь [5], содержащая, мас.%: углерод 0,65-0,85, кремний 0,25-0,45, марганец 0,6-1,2, алюминий 0,005-0,012, кальций 0,002-0,02, азот 0,003-0,008, ванадий 0,01-0,07, титан 0,003-0,010, стронций 0,002-0,03, железо - остальное и рельсовая сталь [6], содержащая, мас.%: углерод 0,65-0,85, кремний 0,25-0,45, марганец 0,6-1,2, алюминий 0,005-0,012, кальций 0,002-0,02, азот 0,003-0,008, ванадий 0,01-0,07, титан 0,003-0,010, барий 0,002-0,03, железо - остальное. Rail steel [5] is also known, containing, wt.%: Carbon 0.65-0.85, silicon 0.25-0.45, manganese 0.6-1.2, aluminum 0.005-0.012, calcium 0.002-0 , 02, nitrogen 0.003-0.008, vanadium 0.01-0.07, titanium 0.003-0.010, strontium 0.002-0.03, iron - the rest and rail steel [6], containing, wt.%: Carbon 0.65- 0.85, silicon 0.25-0.45, manganese 0.6-1.2, aluminum 0.005-0.012, calcium 0.002-0.02, nitrogen 0.003-0.008, vanadium 0.01-0.07, titanium 0.003 -0.010, barium 0.002-0.03, iron - the rest.

При этом в состав данных сталей введены дорогостоящие стронций и барий, способствующие глобуляризации неметаллических включений и повышающих ударную вязкость, которые вводятся в сталь в виде дорогостоящих лигатур. At the same time, expensive strontium and barium are introduced into the composition of these steels, which contribute to the globularization of non-metallic inclusions and increase the toughness, which are introduced into the steel in the form of expensive ligatures.

Желаемым техническим результатом изобретения является повышение ударной вязкости рельсовой стали при положительных и отрицательных температурах. The desired technical result of the invention is to increase the toughness of rail steel at positive and negative temperatures.

Для достижения этого в конце окислительного периода после скачивания шлака в печь присаживают стронций-бариевый карбонатит, известь и плавиковый шпат в соотношении (1,0-2,0):(2,5-5,0):(0,10-1,0), соответственно, при этом количество шлака с основностью 1,5-4,0 составляет 1,5-4,0% от массы металла. To achieve this, at the end of the oxidation period after loading the slag, strontium-barium carbonatite, lime and fluorspar are added to the furnace in the ratio (1.0-2.0) :( 2.5-5.0) :( 0.10-1 , 0), respectively, while the amount of slag with a basicity of 1.5-4.0 is 1.5-4.0% by weight of the metal.

Заявляемый способ выплавки рельсовой стали в электропечах был реализован при выплавке рельсовой стали марки Э76В и НЭ76В в печах типа ДСП-100И7. На опытных плавках использовался стронций-бариевый карбонатит следующего химического состава, %: ВаО - 21,0, SrО - 8, SiО₂-18, ТiО₂-0,3, Аl₂О₃-1,6, Fe₂О₃- 4,7, MnО - 0,15, MgО - 1,2, СаО - 19,0, Na₂О - 2,5, K₂О - 1,5, CО₂ - 21,6, P₂О₅ - 0,03, Zr - 0,18, Nb - 0,10%; с минеральным составом: карбонатитная фаза - 70%, полевой шпат - 12%, пироксен - 18%; механического состава: 300 мм - 80%, 100 мм - 20%.The inventive method of smelting rail steel in electric furnaces was implemented in the smelting of rail steel grade E76V and NE76V in furnaces of the type DSP-100I7. The experimental melts used strontium-barium carbonatite of the following chemical composition,%: BaO - 21.0, SrO - 8, SiO ₂ -18, TiO ₂ -0.3, Al ₂ O ₃ -1.6, Fe ₂ O ₃ - 4.7, MnO - 0.15, MgO - 1.2, CaO - 19.0, Na ₂ O - 2.5, K ₂ O - 1.5, CO ₂ - 21.6, P ₂ O ₅ - 0.03, Zr - 0.18, Nb - 0.10%; with mineral composition: carbonatite phase - 70%, feldspar - 12%, pyroxene - 18%; mechanical composition: 300 mm - 80%, 100 mm - 20%.

Для определения механических свойств и ударной вязкости стали было выплавлено 9 плавок стали марок НЭ76В, Э76В с граничными, оптимальными и выходящими за заявляемые граничные значения условиями. Присадка в печь шлаковой смеси, состоящей из стронций-бариевого карбонатита, извести и плавикового шпата проводилась после спуска из печи окислительного шлака. После этого проводилась продувка стали кислородом в печи под наведенным шлаком до достижения требуемого содержания углерода и раскисление. To determine the mechanical properties and toughness of steel, 9 steel melts of NE76V and E76V grades were smelted with boundary, optimal and beyond the declared boundary values conditions. Additive to the furnace of a slag mixture consisting of strontium-barium carbonatite, lime and fluorspar was carried out after the oxidizing slag was lowered from the furnace. After that, the steel was purged with oxygen in the furnace under the induced slag until the desired carbon content and deoxidation were achieved.

Раскисление стали проводилось алюминием до 0,5 кг/т стали, ферросилицием и силикомарганцем из расчета введения в металл до 0,10% кремния. Шлак в печи раскислялся присадками порошка кокса, дробленного ферросилиция ФС 75 и гранулированного алюминия в количестве по 1 - 2 кг на тонну выплавляемой стали. Steel deoxidation was carried out by aluminum to 0.5 kg / t of steel, ferrosilicon and silicomanganese based on the introduction of up to 0.10% silicon into the metal. Slag in the furnace was deoxidized by additives of coke powder, crushed ferrosilicon FS 75 and granular aluminum in an amount of 1 - 2 kg per ton of steel smelted.

После раскисления металла и шлака в печи проводилась 15-30- минутная рафинирующая выдержка стали под наведенным раскисленным шлаком и плавка выпускалась в ковш. Далее по существующей технологии осуществляли введение в ковш силикокальция 600 - 850 г/т стали и ванадийсодержащих сплавов из расчета введения 0,03 -0,07%. В ходе опытно-промышленного испытания определены оптимальные соотношения количества шлака и его основности наведенного из стронций-бариевого карбонатита, извести и плавикового шпата. При невыполнении соотношения стронций-бариевого карбонатита, извести и плавикового шпата (1,0-2,0): (2,5-5,0): (0,10-1,0) в стали отмечено появление краевых шлаковых загрязнений (браковочный признак). При количестве шлака 1,5-4% от массы металла и при основности шлака 1,5-4,0 получены максимальные показатели ударной вязкости. Индекс загрязненности металла неметаллическими включениями (I загр.=S вкл/S шлиф, где S вкл - общая площадь неметаллических включений, S шлиф - исследуемая площадь шлифа) снижается с 1,7-3,29 до 0,5-0,8, при этом не выявлено строчечных оксидных включений. After the metal and slag were deoxidized in the furnace, a 15-30 minute refining exposure of the steel was carried out under the induced deoxidized slag and the smelting was released into the ladle. Further, according to the existing technology, 600–850 g / t of steel and vanadium-containing alloys were introduced into the ladle of silicocalcium based on the introduction of 0.03–0.07%. During the pilot test, the optimal ratios of the amount of slag and its basicity induced from strontium-barium carbonatite, lime and fluorspar were determined. If the ratio of strontium-barium carbonatite, lime and fluorspar is not fulfilled (1.0-2.0): (2.5-5.0): (0.10-1.0), the appearance of edge slag contaminants in the steel (reject sign). With a slag amount of 1.5-4% by weight of the metal and with a slag basicity of 1.5-4.0, maximum impact strengths are obtained. The index of metal contamination by non-metallic inclusions (I burr = S on / S thin section, where S on - the total area of non-metallic inclusions, S thin - the studied area of the thin section) decreases from 1.7-3.29 to 0.5-0.8, no line oxide inclusions were detected.

Химический состав выплавленных сталей приведен в таблице 1. The chemical composition of the smelted steels is given in table 1.

В таблице 2 приведены результаты механических испытаний полученных сталей. Предлагаемый способ выплавки рельсовой стали в электропечах согласно данных, приведенных в таблице 2 испытаний, в сравнении с прототипом обладает следующими преимуществами: повышается ударная вязкость рельсовой стали при положительных и отрицательных температурах. Table 2 shows the results of mechanical tests of the obtained steels. The proposed method of smelting rail steel in electric furnaces according to the data given in table 2 tests, in comparison with the prototype has the following advantages: increases the toughness of rail steel at positive and negative temperatures.

Иточники информации
1. Временная технологическая инструкция ВТИ 103-ЭС-508-97 "Выплавка и разливка на состав рельсовой стали в ЭСПЦ-2" - Новокузнецк: ЛОТ КМК, 1997. - 15с.Information sources
1. Temporary technological instruction VTI 103-ES-508-97 "Smelting and casting on the composition of rail steel in ESPC-2" - Novokuznetsk: LOT KMK, 1997. - 15s.

2. Поляков В.В., Великанов А.В. Основы технологии производства железнодорожных рельсов - М.: Металлургия. 1990. - 416 с. 2. Polyakov VV, Velikanov A.V. The basics of technology for the production of railway rails - M .: Metallurgy. 1990 .-- 416 p.

3. Шур Е.А. Повреждения рельсов - М.: Транспорт, 1971. -112 с. 3. Shur EA Damage to rails - M .: Transport, 1971. -112 p.

4. Черные металлы - 1966. - N 13. - С. 17-27. 4. Ferrous metals - 1966. - N 13. - S. 17-27.

5. А.с N 2100471 С 22 С 38/14. 5. A.s N 2100471 C 22 C 38/14.

6. А.с N 1691420 С 22 С 38/14. 6. A.s N 1691420 C 22 C 38/14.

Claims

A method of smelting rail steel in electric furnaces, including carrying out an oxidation period with slag downloading, conducting a recovery period and slag deoxidation in the recovery period, characterized in that at the end of the oxidation period after slag loading, strontium-barium carbonatite, lime and fluorspar are added to the ratio (1.0-2.0): (2.5-5.0): (0.10-1.0) respectively, while the amount of slag with a basicity of 1.5-4.0 is 1.5-4 , 0% by weight of the metal.