RU2819765C1 - Способ выплавки высокомарганцовистой стали методом переплава - Google Patents
Способ выплавки высокомарганцовистой стали методом переплава Download PDFInfo
- Publication number
- RU2819765C1 RU2819765C1 RU2023121262A RU2023121262A RU2819765C1 RU 2819765 C1 RU2819765 C1 RU 2819765C1 RU 2023121262 A RU2023121262 A RU 2023121262A RU 2023121262 A RU2023121262 A RU 2023121262A RU 2819765 C1 RU2819765 C1 RU 2819765C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- slag
- steel
- charge
- manganese
- metal
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 238000002844 melting Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 230000008018 melting Effects 0.000 title claims abstract description 30
- 229910000617 Mangalloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 13
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 70
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 52
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 45
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 21
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 9
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 claims abstract description 8
- 239000006028 limestone Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims abstract description 8
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 44
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 44
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 20
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 10
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 abstract description 28
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 24
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 abstract description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 11
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 14
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L manganese oxide Inorganic materials [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 10
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 6
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 6
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 5
- 229910000519 Ferrosilicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 4
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PPNAOCWZXJOHFK-UHFFFAOYSA-N manganese(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Mn+2] PPNAOCWZXJOHFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 208000015943 Coeliac disease Diseases 0.000 description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 239000010436 fluorite Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 2
- NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoferriooxy)iron hydrate Chemical compound O.O=[Fe]O[Fe]=O NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L sodium carbonate Substances [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001021 Ferroalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical class C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical class [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KMWBBMXGHHLDKL-UHFFFAOYSA-N [AlH3].[Si] Chemical compound [AlH3].[Si] KMWBBMXGHHLDKL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OCBWWDNSTJRKML-UHFFFAOYSA-N [Mn].[P].[Si].[C] Chemical compound [Mn].[P].[Si].[C] OCBWWDNSTJRKML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- VAWSWDPVUFTPQO-UHFFFAOYSA-N calcium strontium Chemical compound [Ca].[Sr] VAWSWDPVUFTPQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 235000021018 plums Nutrition 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Chemical class 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- BUKHSQBUKZIMLB-UHFFFAOYSA-L potassium;sodium;dichloride Chemical compound [Na+].[Cl-].[Cl-].[K+] BUKHSQBUKZIMLB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000000276 sedentary effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011182 sodium carbonates Nutrition 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000000161 steel melt Substances 0.000 description 1
- 239000002436 steel type Substances 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве высокомарганцовистой стали в дуговой электропечи с основной футеровкой методом переплава. Осуществляют переплав шихтовых материалов собственного возвратного лома из высокомарганцовистой стали совместно с марганецсодержащим ломом в электродуговых печах. В завалку совместно с известняком присаживают флюс разжижитель шлака в количестве 5 кг/т шихты, по наведению высокоосновного шлака присаживают дисперсный диффузионный алюмосодержащий раскислитель в количестве 6 кг/т жидкой стали, по окончании раскисления и доводки расплава проводят внепечную обработку в ковше рафинирующей смесью в количестве 5 кг/т жидкого металла. Изобретение позволяет уменьшить угар марганца, время плавки и расход электроэнергии, а также повышает механические свойства стали. 1 ил., 8 табл., 2 пр.
Description
Известны различные способы производства высокомарганцовистой стали марки 110Г13Л в дуговых электропечах с основной футеровкой: с окислительным периодом, методом сплавления и методом переплава. Метод переплава наиболее экономичный, так как после расплавления шихты шлак, как правило, не скачивают, а сразу приступают к проведению восстановительного периода. В результате при выплавке стали методом переплава по сравнению с окислительной плавкой за счет отсутствия окислительного периода сокращается расход легирующих добавок, электроэнергии на 12-15%, повышается производительность печи на 15-20% [Давыдов Н.Г. Высокомарганцовистая сталь / Н.Г. Давыдов М.: Металлургия, 1979. - 176 с.].
Недостатком метода переплава является сложность в получении требуемого суммарного содержания оксидов марганца и железа в предвыпускном шлаке (<5%), которое пытаются получить увеличением продолжительности восстановительного периода плавки и повышением интенсивности обработки шлака раскислительной смесью. Но это зачастую не обеспечивает требуемого восстановления марганца и железа из шлака. В результате резко снижается уровень механических свойств стали, который обусловлен требованиями технических условий на отливки из стали 110Г13Л и обеспечивается обычно плавкой с окислением, которая ведет к увеличению затрат на производство.
Известен способ получения высокомарганцовистой стали в электродуговой электропечи по патенту [RU2318025C1, МПК C21C5/52. Способ выплавки высокомарганцовистой стали / Андреев И.Д., Афонаскин А.В., Давыдов А.В. и [др.]. Дата подачи заявки: 2006.04.03. Опубликовано: 27.02.2008].
Способ включает загрузку в электродуговую печь металлошихты, содержащей железо и марганец и шлакообразующие, их расплавление, корректировку состава, раскисление, легирование и выпуск стали. В качестве шихтовых железосодержащих материалов используется низкосортный марганецсодержащий отвальный лом в количестве 35-75% совместно с собственным возвратным ломом, а также плавиковый шпат в количестве 1,0-1,5% от массы шихтовых материалов. Недостатком способа является то, что в шихте используется до 70 % низкосортного марганецсодержащего отвального лома стали типа 110Г13Л, что сужает производственные возможности выплавки такой стали методом переплава, так как уменьшается возможность использования в шихте собственных низкосортных скрапа, выплесков, литников и пр., которые скапливается в отвалах металлургического производства.
Прототип: Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ выплавки стали методом переплава в дуговых печах с основной футеровкой, включающий завалку металлошихты и шлакообразующих, их расплавление, корректировку состава, раскисление, выпуск стали. [SU 1315481, МПК C21 C5/52. Способ выплавки высокомарганцовистой стали / Самарин Н.Я., Старцев В.А., Царенко А.Г. и [др.]. Заявка: 3953786, 1985.09.17 (22). Дата подачи заявки: 1985.09.17(45) Опубликовано: 1987.06.07].
Недостатком способа является то, что по мере плавления и образования жидкой ванны в печь загружают металлический алюминий с расходом до 5 кг на одну тонну шихты для восстановления оксида марганца. Гранулированный алюминий является дорогостоящим материалом, что удорожает плавку, кроме того присадка его не способствует ускорению плавления и разжижению образующегося высокоосновного шлака, который превращается в малоподвижную среду с высокой вязкостью, что приводит к снижению массообменных процессов в шлаке и между шлаком и металлом на стадии восстановления марганца из шлака. В связи с этим после расплавления шихты для достижения полноты раскисления шлака и металла требуется повышенный расход раскислительных смесей. Раскислительные смеси вводят в два этапа до 24 кг/т первой смеси и до 25 кг/т второй. В свою очередь смеси содержат в своем составе кроме углерода и извести дорогостоящие компоненты: гранулированный алюминий и ферросилиций ФС75, - что увеличивает себестоимость стали.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в повышении эффективности метода переплава, уменьшении времени плавки, снижении расхода ферросплавов, электроэнергии, а главное повышении механических свойств стали до уровня свойств, полученных методом окисления и требуемых ГОСТ 7370.
Поставленная задача решена способом получения высокомарганцовистой стали, включающем в себя комплексное воздействие на металл трех, следующих друг за другом, направлений совершенствования выплавки стали 110Г13Л с использованием инновационных материалов, разработанных ООО «Металлург» СОАЛ ((http://metallurg-ral.ru).
Первое направление совершенствования технологического процесса заключалось в организации раннего образования шлака во время плавления шихты, что обеспечивало уменьшение времени плавления шихтовых материалов, экономию электроэнергии и снижение угара марганца. Для этого на подину загружали слой известняка в количестве 30 кг на тонну и на его поверхность равномерным слоем подавали легкоплавкий флюс «Разжижитель шлака» (РШ) в количестве 5 кг/т жидкого. РШ представляет собой рациональную смесь дисперсных карбонатов Са, Sr(CO)3, флюса на основе (NaCl-KCl) и глинозема Al2O3. РШ весьма эффективный препарат с температурой плавления 1200°С.
В процессе расплавления шихты в прорезаемых электродами «колодцах» ускоренно формируется жидкоподвижный шлак состоящий из легкоплавкого флюса РШ и известняка. Наведенный шлак экранирует дуги в колодцах и хорошо защищает от угара марганец в первых порциях жидкого металла. Экранирование дуг в колодцах жидкоподвижным шлаком способствует также снижению теплопотерь, быстрому нагреву шлака и металла, и, соответственно, уменьшению времени плавления шихты и экономии электроэнергии. Загрузка флюса РШ менее или более 5 кг на тонну шихты ухудшает показатели способа.
Второе направление совершенствования технологии заключалось в более эффективном диффузионном раскислении стали. Взамен традиционных раскислительных смесей, состоящих из дробленных ферросилиция, коксика и гранулированного алюминия, применили раскислитель диффузионный алюмосодержащий (РДА) в количестве 6 кг на 1 т жидкой стали. РДА представляет собой рациональную смесь дисперсных порошков углерод-, кремний- и алюмосодержащих материалов. Кроме того, в состав смеси введено рациональное количество карбонатов кальций-стронциевого и натрия, которые придают ей жидкоподвижность и еще больше активизируют.
Основное отличие порошков РДА заключается в том, что они обладают высокой дисперсностью от 20 до 40 мкм, что на порядок ниже размеров кусков традиционных смесей. Это существенно увеличивает удельную поверхность частиц дисперсной смеси. Так как значительная доля свободной энергии системы сосредоточена в межфазных поверхностных слоях, эффективность раскислительной смеси РДА существенно превышает реакционную способность традиционной смеси. Смесь фасуется в пакеты по 3 кг, что облегчает дозирование и контроль за ее рациональным использованием. Расход смеси менее 6 кг на тонну шихты не обеспечивал поддержание шлака белым и рассыпающимся на протяжении всего времени доводки металла по химическому составу и до выпуска плавки, что косвенно свидетельствовало о недостаточной степени восстановления оксидов марганца и железа в шлаке до чистых металлов, следовательно, не достигалась необходимая раскисленность жидкой стали. Расход смеси более 6 кг на тонну шихты экономически нецелесообразен, так как позволяет незначительно снижать концентрацию MnO в шлаке ниже 5 %, но увеличивает себестоимость стали.
В период после окончания доводки металла по химическому составу и до выпуска, не допускают перегрев металла свыше 1550°C, во избежание получения в отливках столбчатой структуры, трещин и раковин и, снижения механических свойств.
Окончательное раскисление металла производится алюминием который присаживается в пустой ковш до заливки металла, из расчёта 1,0 кг на 1 т металла.
Третье направление совершенствования технологического процесса - внепечная обработка расплава в ковше рафинирующей смесью универсальной (РСУ), изготовленной на основе системы оксидов CaO-А12О3-Na2O-CaF2 и карбонатов CaCO3 и SrCO3. Она характерна тем, что в ней нет гидратации и сепарации, а также имеет большую скорость формирования шлака. РСУ представляет собой усовершенствованный синтетический шлак с высокой основностью и низкой окисленностью, с низкими температурой плавления, вязкостью и поверхностным натяжением, обеспечивающий дополнительное очищение металла от оксидов марганца и железа, а также сульфидов и других неметаллических включений. Это приводит к повышению механических свойств сталей, что очень важно для метода переплава. РСУ подается на дно ковша вместе с алюминием. Расход смеси 5 кг на одну тонну жидкого.
Расход рафинирующей смеси до 5 кг на тонну шихты менее эффективен, а более 5 кг на тонну шихты - экономически нецелесообразен.
Пример 1.
АО "Керченский металлургический завод" (КМЗ) производит особо ответственные железнодорожные отливки - крестовины железнодорожные и стрелочные переводы по ГОСТ 7370. Химический состав стали согласно требованиям ГОСТ 7370 приведен в таблице 1.
| Таблица 1 - Химический состав стали | ||||
| Массовая доля, % по массе | ||||
| углерода | марганца | кремния | фосфора | серы |
| не более | ||||
| 1,00-1,30 | 11,50-16,50 | 0,30-0,90 | 0,090 | 0,020 |
В зависимости от механических свойств высокомарганцовистой стали для отливок сердечников и цельнолитых крестовин определяют группу металла по наименьшему из показателей механических свойств по таблице 2.
| Таблица 2 - Механические свойства для групп металла | |||
| Наименование показателя | Механические свойства для металла групп | ||
| I | II | III | |
| Временное сопротивление, σВ, Н/мм2, (кгс/мм2) | Св. 883(90) | Св.785(80) до 883(90) включ. | От 687(70) до 780(80) включ. |
| Предел текучести σ02, Н/мм2, (кгс/мм2), не менее | 355 (36) | 355 (36) | 355 (36) |
| Относительное удлинение, δ, %, | Св. 30 | Св. 25 до 30 включ. | От 16 до 25 включ. |
| Относительное сужение, ψ, %, | Св. 27 | Св. 22 до 27 включ. | От 16 до 22 включ. |
| Ударная вязкость, КCU, Дж/см2(кгс⋅м/см2) | Св.2,5 (25) | Св. 2,0 (20) до 2,5 (25) включ. | От 1,7 (17) до 2,0 (20) включ. |
Получить требуемые механические свойства металла даже 3 группы с использованием метода переплава на КМЗ не удавалось. Для обеспечения требуемых механических свойств КМЗ производил литье из стали 110Г13Л с использованием метода окисления. Это привело к накоплению большого количества собственного возврата и лома Б22 на предприятии.
Снижение себестоимости продукции и одновременное повышение механических и эксплуатационных свойств отливок из стали 110Г13Л решали в КМЗ при выплавке стали 110Г13Л с использованием метода переплава и трех направлений совершенствования технологического процесса плавки.
При плавке отходов методом переплава стали 110Г13Л в шихте до внедрения на заводе использовали амортизационный лом этой марки стали (зубья экскаваторов, стрелочные переводы, траки и др.), но чаще всего использовали собственный возврат, а именно: брак литья, прибыли, литники, сливы, скрап и т.п. Восстановительный период проводили под шлаком периода плавления. На КМЗ для восстановления оксидов марганца и железа в восстановительный период на шлак присаживали известь, плавиковый шпат, коксик и ферросилиций. На протяжении всего времени доводки металла по химическому составу и до выпуска плавки не удавалось поддерживать шлак белым и рассыпающимся, что косвенно свидетельствовало о содержании в нем оксидов марганца и закиси железа (>5%). Получение требуемого суммарного содержания оксидов марганца и закиси железа (<5%) в предвыпускном шлаке осуществляли увеличением продолжительности восстановительного периода плавки и повышением интенсивности обработки шлака раскислительной смесью до 8 кг/т. Но это, чаще всего, не обеспечивало требуемого восстановления марганца и железа из шлака. В результате снижался уровень механических свойств, который не соответствовал требованиями ГОСТ 7370, снижалась жидкотекучесть стали, что увеличивало количество брака по причинам «горячая трещина» и «спай» при одновременном увеличении затрат на производство. Поэтому метод переплава на заводе практически не использовали, что приводило к накоплению возврата и брака на заводе.
Провели пять экспериментальных плавок методом переплава с использованием предлагаемых направлений совершенствования технологического процесса. По первому направлению совершенствования технологии метода переплава в плавках использовали раннее наведение шлака. Использовали шихту, состоящую из брака отливок, сливов, скрапа, литников и высечки механического цеха из стали 110Г13Л, кроме того, в шихту добавляли 6 % собственного возврата стали 35Л. Вес металлозавалки составлял от 3100 до 3600 кг. Расчеты показали, что шихта вносит в расплав в среднем 12,4 % марганца. В экспериментальных плавках на подину загружали известняк в количестве 50 кг/т жидкого и по его поверхности равномерно распределяли флюс РШ из расчета 5 кг/т жидкого. Плавление шло в штатном режиме. Однако, уже через десять минут после начала плавления в колодцах, прорезаемых электродами, появлялся шлак, о чем свидетельствовал горение электрических дуг, которое становилось более устойчивым, монотонным и тихим. Шлак заполнял колодцы значительно раньше, чем в рядовых плавках. Наведенный шлак экранировал дуги в колодцах. Экранирование дуг в колодцах жидкоподвижным шлаком способствовало ускоренному нагреванию шлака и металла, снижению тепловых потерь и, соответственно, уменьшению времени плавления шихты и экономии электроэнергии. Время расплавления шихты уменьшилось на 10 минут. Кроме того, немаловажно, что после заполнения шлаком колодцев, прекращался контакт плавящейся шихты с кислородом воздуха, что снижало угар марганца и других элементов.
Усредненная динамика изменения химических составов металла и шлаков в различные периоды пяти плавок приведены в таблицах 3, 4.
| Таблица 3 - Усредненный химический состав металла по ходу плавки | |||||||||
| Период плавки | Химический состав, % по массе | ||||||||
| C | Si | Mn | P | S | Al | Cr | Ni | V | |
| По расплаву | 1,071 | 0,41 | 12,08 | 0,0389 | 0,0034 | 0,1373 | 0,0831 | 0,0373 | 0,002 |
| После раскисления и доводки | 1,067 | 0,33 | 13,95 | 0,0396 | 0,0036 | 0,0,2026 | 0,0915 | 0,0376 | 0,0185 |
| Ковшовая | 1,128 | 0,45 | 14,46 | 0,04 | 0,0037 | 0,016 | 0, 961 | 0,039 | 0,002 |
| Таблица 4 - Усредненный химический состав шлаков по ходу плавки | ||||||||
| № пробы | Наименование | Химический состав, % по массе | Основность, В | |||||
| MnO | FeO | SiO2 | Al2O3 | CaO | MgO | |||
| 1 | после расплавления | 14,43 | 4,89 | 19,45 | 15,38 | 34,05 | 5,26 | 2,02 |
| 2 | после диффузионного раскисления РДА | 5,17 | 0,99 | 18,38 | 13,35 | 37,84 | 5,22 | 2,34 |
| 3 | после ковшевой обработки РСУ | 4,03 | 0,31 | 19,34 | 9,83 | 37,26 | 6,59 | 2,26 |
Как видно, во время плавления шихты происходил угар марганца и железа. Вместе с тем, следует отметить, что присадка РШ в завалку и ранее наведение шлака уменьшило угар элементов. Количество марганца, внесенного шихтой, равнялось 12,4 %. Как следует из данных таблицы 1, концентрация марганца в расплаве после расплавления шихты достигала 12,08 %. То есть угар марганца составил 2,51 %. Это предопределило относительно невысокое содержание MnO в шлаке равное 14,43 %. Как показывает практика, без применения раннего наведения шлака угар марганца значительно выше, а соответственно и количество MnO в шлаке увеличивается до 28-35 %, что существенно усложняет задачу восстановительного периода плавки и, в конечном итоге, получения качественной стали методом переплава. Следует отметить, что шлак по расплавлению был черного цвета, так как содержал FeO (4,89%) и MnO (14,43%). Вместе с тем, он получался жидкоподвижный и реакционноспособный за счет внесения в него соединений натрия, калия и Al2O3 присутствующих во флюсе РШ. Такой шлак легче поддается интенсивному диффузионному раскислению, что облегчило проведение восстановительного периода плавки.
На качество металла решающее значение оказывает восстановительный период плавки. Велико влияние шлаков на конечный результат плавки. Они должны быть высокоосновными и рассыпающимися в белый порошок с содержанием в сумме FeO и MnO ≤ 5%. Чем меньше оксидов железа и марганца в шлаке, тем меньше их будет и в металле.
Диффузионное раскисление проводили раскислительной смесью РДА. Перед раскислением на шлак отдавали до 35 кг/т известняка для повышения основности шлака. После расплавления известняка начинали диффузионное раскисление. Рациональная присадка РДА равнялась 6 кг на одну тонну жидкой стали, то есть 6 пакетов по 3 кг на одну плавку. РДА присаживали порционно в два приема по 3 пакета. По окончанию реакции от предыдущей подачи давали следующую порцию. После присадки РДА смесь мгновенно расходилась по поверхности шлака и происходило интенсивное раскисление и разжижение шлака, сопровождающееся его вспениванием, о чем свидетельствовала стабилизация горения дуг, которое характеризовали равномерное и тихое гудение. При использовании традиционной заводской смеси она ложилась на шлак локально и очень медленно расходилась. Для эффективного раскисления необходимо было вручную равномерно распределить ее по периметру печи. После присадок РДА визуально шлак был жидкоподвижным, равномерно распределенным и реакционноспособным. После окончания обработки шлаков РДА производили отбор проб шлака на анализ. Шлак рассыпался в порошок белого цвета, что свидетельствовало об удовлетворительной основности шлака (В = 2,34) и резком уменьшении оксидов марганца (5,17 %) и железа (0,99 %) в шлаке, что подтверждается данными таблицы 4. Таким образом, РДА оказался достаточно технологичным раскислителем (таблица 3, 4). После раскисления проводили доводку металла по химическому составу. На протяжении всего времени доводки металла по химическому составу и до выпуска плавки шлак рассыпался в белый порошок, что свидетельствовало об удовлетворительной раскисленности. В период после окончания доводки металла по химическому составу и до выпуска металл не нагревали выше 1550°C во избежание снижения механических свойств.
Для гарантированного повышения механических свойств металла за счет его дегазации и удаления неметаллических включений использовали третье направление совершенствования технологии, провели внепечную обработку расплава.
На дно ковша, совместно с алюминием, загружали рафинирующую смесь РСУ из расчета 5 кг/т жидкого. Последняя образовала легкоплавкий, жидкоподвижный, высокоосновный шлак, активизировала восстановление марганца и железа из металла и шлака и, тем самым, процесс рафинирования расплава от неметаллических включений и газов. Это подтверждено химическим составом шлака после внепечной обработки. Согласно данным таблицы 4 концентрации оксидов Mn и Fe в шлаке уменьшились до 4,03 и 0,31 % соответственно. Это положительно отразилось на микроструктуре и механических свойствах стали, которые приведены в таблице 5.
| Таблица 5 -Механические свойства и микроструктура стали | |||||||
| № пп | Предел текучести, кгс/мм2 | Временное сопротивление, кгс/ мм2 | Относительное удлинение, % | Относительное сужение, % | Ударный изгиб KCU, кгсм/см2 | Микроструктура | Группа металла |
| 1 | 43,8 | 94,3 | 48,3 | 35,6 | 28,2 | Аустенит без карбидов | I |
| 2 | 45,1 | 90,2 | 49,0 | 34,3 | 26,1 | Аустенит без карбидов | I |
| 3 | 42,8 | 82,0 | 37,7 | 26,5 | 21,1 | Аустенит без карбидов | II |
| 4 | 43,8 | 94,3 | 48,3 | 35,6 | 28,2 | Аустенит без карбидов | I |
| 5 | 41,9 | 83,3 | 35,0 | 28,5 | 23,1 | Аустенит без карбидов | II |
Химический состав плавок соответствовал требованиям ГОСТ 7370 (таблица 3). Микроструктура отвечала требованиям НТД на отливки. Механические свойства стали соответствовали требованиям, определяемым ГОСТ 7370 для 1 и 2 групп отливок и не уступали механическим свойствам стали, выплавляемых с окислением, что подтверждает эффективность предложенной технологии. Кроме того, выявлено преимущества смесей РША, РДА и РСУ, заключающееся в том, что они фасуются в пакеты по 3 и 10 кг, что облегчает точность дозирования и повышает контроль за рациональным расходованием материала.
Вышесказанное позволило внедрить инновационный технологический процесс в производство. После внедрения произвели статистическую обработку анализов 89 плавок стали проведенных по внедренной технологии. Результаты представлены в таблице 6.
Таблица 6 - Результаты статистической обработки
| Элементы контроля | Кол. набл. | Среднее значение |
Минимум | Максимум | Дисперсия | Ср. кв. откл. | Коэф. вариации, V, % |
|||||||
| С | 89 | 1,1507 | 1,0700 | 1,2400 | 0,00109 | 0,03302 | 2,86979 | |||||||
| Si | 89 | 0,5339 | 0,3700 | 0,9300 | 0,01232 | 0,11100 | 20,78987 | |||||||
| Mn | 89 | 14,4030 | 11,9300 | 15,3000 | 0,40183 | 0,63390 | 4,40118 | |||||||
| P | 89 | 0,0338 | 0,0260 | 0,0890 | 0,00004 | 0,00668 | 19,76244 | |||||||
| S | 89 | 0,0037 | 0,0028 | 0,0048 | 0,00000 | 0,00048 | 13,01036 | |||||||
| Al | 89 | 0,0179 | 0,0020 | 0,0320 | 0,00003 | 0,00575 | 32,10911 | |||||||
| Mn/C | 89 | 12,5171 | 10,9400 | 13,1100 | 0,19906 | 0,44615 | 3,56440 | |||||||
| Al/Si | 89 | 0,0348 | 0,0028 | 0,0744 | 0,00017 | 0,01285 | 36,90317 | |||||||
| σТ, кгс/мм2 | 89 | 43,2253 | 36,2000 | 46,2000 | 3,74796 | 1,93596 | 4,47878 | |||||||
| σВ, кгс/мм2 | 89 | 85,9897 | 73,900 | 92,700 | 18,945 | 4,35260 | 5,06177 | |||||||
| δ, % | 89 | 42,5345 | 33,3000 | 55,3000 | 29,71368 | 5,45102 | 12,81554 | |||||||
| ψ, % | 89 | 34,0149 | 27,8000 | 40,8000 | 8,33780 | 2,88752 | 8,48899 | |||||||
| KCU, кгс*м/см2 | 89 | 22,5483 | 18,000 | 26,200 | 4,6711 | 2,16128 | 9,58512 | |||||||
| Группа качества | 89 | 1,8506 | 1,0000 | 3,0000 | 0,29137 | 0,53978 | 29,16841 | |||||||
Как видно из данных таблицы 6 химический состав металла всех плавок соответствовал требованиям ГОСТ 7370 приведенных в таблице 1. Особый интерес представляют механические свойства стали. Средние показатели механических свойства удовлетворяют первой (σТ=43,2253 кгс/мм2; δ=42,5345 %; и ψ=34,0149 %) и второй группам (σВ=85,9897 кгс/мм2; KCU=22,5483 кгс*м/см2). И даже минимальные показатели механических свойств удовлетворяют первой (σТ=36,2 кгс/мм2; δ=33,3 %; и ψ=27,8 %). Лишь в отдельных плавках минимальные значения (σВ= 73,9 кгс/мм2; KCU=18,0 кгс*м/см2) соответствуют третьей группе. Таким образом, внедрение новой технологии выплавки марганцовистой стали позволило резко повысить механические свойства металла, выплавленного методом переплава. Были обеспечены свойства не ниже третьей группы, что позволило переплавить весь возврат, накопившийся на заводе, резко уменьшить себестоимость отливок и получить годовой экономический эффект свыше 48 млн. руб.
Пример 2
АО «Муромский стрелочный завод» специализируется на производстве ответственных железнодорожных отливок из высокомарганцовистой стали аустенитного класса марки 110Г13Л - стрелочные переводы и крестовины для железнодорожных путей. Отливки должны соответствовать требованиям ГОСТ 7370.
Произвели анализ механические свойства отливок, произведенных в 2021 году, и разбили их по группам качества согласно ГОСТ 7370. Результаты представлены на рисунке 1.
Как видно из данных рисунка 1, брака по механическим свойствам на заводе не было. Вместе с тем, количество плавок первой группы, выплавленных в 2021 году, составило только 29,4 %. Это явно недостаточно, так как РЖД, в последнее время требует от производителей неуклонного повышения эксплуатационной надежности ответственных отливок. Поэтому перед заводом поставлена задача увеличение количества плавок, металл которых соответствовал бы первой группе.
В работе для повышения механических свойств стали и количества плавок первой группы внедрили комплексное воздействие на металл тремя направлениями совершенствования выплавки стали 110Г13Л с использованием инновационных материалов, разработанных ООО «Металлург» СОАЛ.
Первое направление совершенствования технологического процесса заключалось в организации раннего наведения шлака во время плавления шихты с помощью смесевого легкоплавкого флюса РШ в количестве 5 кг/т жидкого.
Второе направление совершенствования технологии заключалось в более эффективном диффузионном раскислении стали. Для этого взамен применяемой на заводе раскислительной смеси, состоящей из дробленных ферросилиция, коксика и гранулированного алюминия, применили раскислитель диффузионный алюмосодержащий (РДА), обладающий способностью вспенивать и эффективно раскислять шлак в количестве 6 кг/т. После диффузионного раскисления проводили доводку металла по химическому составу. На протяжении всего времени доводки металла по химическому составу и до выпуска плавки шлак рассыпался в белый порошок, что свидетельствовало об удовлетворительной раскисленности шлака и металла. В период, после окончания доводки металла по химическому составу и до выпуска расплав не нагревали выше 1550°C, во избежание снижения механических свойств стали.
Третье направление - внепечная обработка расплава в ковше рафинирующей смесью универсальной (РСУ), обеспечивающая адсорбционно-флотационный способ рафинирования стали в количестве 5 кг/т, которая загружалась на дно ковша совместно с алюминием в количестве 1кг/т.
Произвели статистическую обработку результатов выплавки стали до и после внедрения. Результаты приведены в таблицах 7, 8.
| Таблица 7 - Результаты статистической обработки плавок до внедрения | |||||||
| Переменные | Результаты статистики | ||||||
| 305 | 1468,049 | 1443,000 | 1480,000 | 62,475 | 7,90408 | 0,5384 | |
| 306 | 1,217 | 1,124 | 1,300 | 0,001 | 0,02972 | 2,4416 | |
| 306 | 13,312 | 10,820 | 15,220 | 0,594 | 0,77039 | 5,7870 | |
| 306 | 0,519 | 0,250 | 0,767 | 0,005 | 0,07195 | 13,8521 | |
| 306 | 0,032 | 0,003 | 0,049 | 0,000 | 0,00512 | 16,2647 | |
| 304 | 0,007 | 0,001 | 0,020 | 0,000 | 0,00351 | 48,6604 | |
| 304 | 1,311 | 0,45 | 3,140 | 1,09 | 0,335 | 25,6500 | |
| 303 | 7,569 | 2,180 | 15,700 | 2,89 | 1,706 | 22,57 | |
| Таблица 8 - Результаты статистической обработки плавок после внедрения | |||||||
| Переменные | Результаты статистики | ||||||
| 63 | 1466,429 | 1451,000 | 1487,000 | 27,05530 | 5,201471 | 0,35470 | |
| 63 | 1,102 | 1,010 | 1,150 | 0,00137 | 0,037046 | 3,36102 | |
| 63 | 14,584 | 12,490 | 15,890 | 0,29437 | 0,542559 | 3,72020 | |
| 63 | 0,507 | 0,300 | 0,680 | 0,00574 | 0,075775 | 14,93218 | |
| 63 | 0,008 | 0,001 | 0,040 | 0,00004 | 0,005921 | 76,27962 | |
| 63 | 0,131 | 0,090 | 0,220 | 0,00057 | 0,023976 | 18,23796 | |
| 63 | 0,031 | 0,016 | 0,042 | 0,00003 | 0,005375 | 17,11890 | |
| 62 | 1,011 | 0,340 | 2,480 | 0,38476 | 0,620286 | 25,32097 | |
| 62 | 5,569 | 2,180 | 10,700 | 1,467 | 1,2179 | 21,77575 | |
Как видно из данных таблиц 6, 7 концентрации основных элементов в стали сопоставимы. Однако количество оксидов железа и марганца в шлаках после внедрения резко уменьшилось. FeO снизилось с 1,311 до 1,011 %, MnO с 7,569 до 5,569 %, а концентрация марганца в металле увеличилась с 13,312 до 14,584 %.
Это свидетельствует об эффективности комплексного воздействия на металл трех направлениями совершенствования выплавки стали 110Г13Л с использованием инновационных материалов, разработанных ООО «Металлург» СОАЛ.
Внедрение инновационной технологии позволило количество плавок первой группы увеличилось с 29,4 до 71 % и получить экономический эффект 1768 рублей на одну тонну выплавляемой стали.
Claims (1)
- Способ выплавки высокомарганцовистой стали методом переплава в дуговых печах с основной футеровкой, включающий завалку шлакообразующих и металлошихты, их расплавление, диффузионное раскисление, корректировку состава, выпуск стали и внепечную обработку расплава, отличающийся тем, что в завалку совместно с известняком в количестве 30 кг на тонну шихты присаживают флюс разжижитель шлака с расходом 5 кг на тонну шихты для раннего наведения шлака, по расплавлению шихты в печь дают известняк и по наведению высокоосновного шлака присаживают дисперсный диффузионный алюмосодержащий раскислитель в количестве 6 кг на тонну жидкой стали, а по окончании реакций раскисления и доводки металла по химическому составу расплав выпускают в ковш совместно со шлаком и производят внепечную обработку расплава в ковше рафинирующей смесью в количестве 5 кг на тонну жидкого металла.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2819765C1 true RU2819765C1 (ru) | 2024-05-23 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1315481A1 (ru) * | 1985-09-17 | 1987-06-07 | Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта | Способ выплавки высокомарганцовистой стали |
| JP2006118000A (ja) * | 2004-10-21 | 2006-05-11 | Nippon Steel Corp | 延性に優れた軽量高強度鋼とその製造方法 |
| RU2318025C1 (ru) * | 2006-04-03 | 2008-02-27 | ЗАО "Научно-производственное предприятие ФАН" | Способ выплавки высокомарганцовистой стали |
| WO2015099221A1 (ko) * | 2013-12-26 | 2015-07-02 | 주식회사 포스코 | 고강도 저비중 강판 및 그 제조방법 |
| CN103820735B (zh) * | 2014-02-27 | 2016-08-24 | 北京交通大学 | 一种超高强度C-Al-Mn-Si系低密度钢及其制备方法 |
| RU2704983C1 (ru) * | 2016-05-24 | 2019-11-01 | Арселормиттал | Холоднокатаная и отожженная листовая сталь, способ ее производства и использование такой стали для производства деталей транспортных средств |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1315481A1 (ru) * | 1985-09-17 | 1987-06-07 | Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта | Способ выплавки высокомарганцовистой стали |
| JP2006118000A (ja) * | 2004-10-21 | 2006-05-11 | Nippon Steel Corp | 延性に優れた軽量高強度鋼とその製造方法 |
| RU2318025C1 (ru) * | 2006-04-03 | 2008-02-27 | ЗАО "Научно-производственное предприятие ФАН" | Способ выплавки высокомарганцовистой стали |
| WO2015099221A1 (ko) * | 2013-12-26 | 2015-07-02 | 주식회사 포스코 | 고강도 저비중 강판 및 그 제조방법 |
| CN103820735B (zh) * | 2014-02-27 | 2016-08-24 | 北京交通大学 | 一种超高强度C-Al-Mn-Si系低密度钢及其制备方法 |
| RU2704983C1 (ru) * | 2016-05-24 | 2019-11-01 | Арселормиттал | Холоднокатаная и отожженная листовая сталь, способ ее производства и использование такой стали для производства деталей транспортных средств |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2248916B1 (en) | Process for removal of copper contained in steel scraps | |
| RU2396364C1 (ru) | Флюс для раскисления, рафинирования, модифицирования и легирования стали | |
| US20200024145A1 (en) | Method for resource recovery from silicon slag and deoxidizing agent for iron and steelmaking | |
| RU2258084C1 (ru) | Способ выплавки стали в дуговой электропечи | |
| RU2819765C1 (ru) | Способ выплавки высокомарганцовистой стали методом переплава | |
| RU2041961C1 (ru) | Способ производства стали | |
| KR102282018B1 (ko) | 탈산과 탈황능력 및 강의 조직을 치밀하게 하는 능력이 우수한 주강 및 제강용 복합탈산제 및 그 제조방법 | |
| RU2102497C1 (ru) | Способ выплавки ванадийсодержащей стали в дуговой электропечи | |
| RU2096491C1 (ru) | Способ производства стали | |
| CN113249549B (zh) | 一种用于炼钢的铝锰钙钡镁铁合金及其制作方法 | |
| RU2566230C2 (ru) | Способ переработки в кислородном конвертере низкокремнистого ванадийсодержащего металлического расплава | |
| RU2302471C1 (ru) | Способ выплавки стали в дуговой электропечи | |
| KR101353208B1 (ko) | 용강에 대한 탈린 및 탈황 방법 | |
| RU2135611C1 (ru) | Способ получения легированного сплава, содержащего тугоплавкие металлы вольфрам и молибден технологией жидкофазного восстановления | |
| KR19990047461A (ko) | 알루미늄 탈산강의 레이들 슬래그 탈산방법 | |
| JP4637528B2 (ja) | 溶鉄造滓材及びその使用方法 | |
| RU2833976C1 (ru) | Способ выплавки сталей в печах с кислой футеровкой | |
| RU2805114C1 (ru) | Способ выплавки стали в электродуговой печи | |
| SU1027227A1 (ru) | Способ производства стали | |
| RU2031165C1 (ru) | Способ электрошлакового получения металлов из отвальных сталеплавильных марганцевых шлаков | |
| KR940002621B1 (ko) | 슬래그 포밍 급속진정제 | |
| RU2294382C1 (ru) | Шихта для выплавки стали в дуговых электросталеплавильных печах | |
| RU2223332C1 (ru) | Способ микролегирования и модифицирования стали | |
| RU2204612C1 (ru) | Способ выплавки марганецсодержащей стали | |
| RU2255119C1 (ru) | Способ наведения синтетического рафинирующего шлака при обработке жидкой стальной заготовки на установке "печь-ковш" и шихта для наведения синтетического рафинирующего шлака |