SU836123A1

SU836123A1 - Method of smelting nitrogen-containing steels

Info

Publication number: SU836123A1
Application number: SU792818485A
Authority: SU
Inventors: Виктор Тимофеевич Сосипатров; Александр Андреевич Алымов; Александр Евстафьевич Магер; Анатолий Иосифович Слонин; Евгений Алексеевич Нечаев; Юрий Григорьевич Черневский; Радий Михайлович Мыльников
Original assignee: Череповецкий Ордена Ленина Металлурги-Ческий Завод Им. 50-Летия Cccp
Priority date: 1979-09-17
Filing date: 1979-09-17
Publication date: 1981-06-07

Description

Изобрегение относитс к области черной металлургии, в частности к производ ству нелегированной и легированной азотсодержащей стали. В СССР и за рубежом широкое применение находит азотирование стали путем ввода твердых ферросплавов с высоким содержанием азота. Известен способ производства азотсодержащей стали с применением азотирова ни металла путем продувки его газообразным азотом в ковше fl. Недостатками известного способа вл ютс необходимость перегрева металла в печи перед выпуском на ЗО-6О С дл компенсации потерь тепла, подготовка специальных сталеразливочных ковшей с пористым днищем снижение стсЛкости футеровки ковшей и пропускной способности разливочного пролета. Известен также способ получени стали , при котором с цель.ю снижени угара марганца и сокращени расхода металлического марганца продувку кислородом ведут до содержани углерода в расШ1авв 0,15-0,18% и после слива металла в ковш его продувают азотокислородной смесью в количестве 1,О-4,О на О,1% углероду в металле до получени мароФнсмго содержани углерода 2. Недостатками известного способа вл ютс низка ст(йкость футеровки стале разливочного ковша и стопоров, большое вьшеление дыма, загр зн ющего атмосферу цеха, трудность, а в большегрузных ковшах емкостью ЗОО-35О т и невозможность попадани в заданный химический состав, особенно по элементам, обладающим высоким средством к кислороду. Наиболее близким из аналс гов вл етс способ производства азотсодержащей стали .в дуговых печах, включающий загрузку шихтовых материалов, расплавление, окисление примесей, скачивание окисли- тельного шлака, легирование металла и продувку азотом, причем после (жончани продувки металла кислс одом при содержании кислорода О,О2-6,О6% ввод т газообр&зный азог с интенсивносгью 0,03О ,40 нм г-мин одновременно со скачиванием окислительного шлака, легированием металла и наведением восстановигельного шлака, а также при необходимости 20-40% количества азота готовой стали (ВВОДЯТ в металл после доведени ванны до заданного химического состава, т.е. раскислени и легировани 3. Недостатками известного способа вл ютс низкое усвоение азота, повышенна окисленность металла и необходимость пе регрева его перед азотной продувкой, а , также задержка металла в печи при низком содержании углерода {0,О2-0,О6% С на врем продувки азотом в течение 8- 11 мин, что приводит к снижению производительности и стойкости печи и ухудше нию качества стали. Низкое усвоение азота в известном способе св зано с тем, что при вводе аз та с интенсивностью 0,03-0,40 одновременно со скачиванием окислительного Ылака происходит резкое снижение температуры металла в зоне ввода азота, тфмозитс диссоциаци молекул рного азота, который в виде газовых пузьфьков улетучиваетс из низкотемпературной зон продувки в атмосферу печи. Дл того, чтобы обеспечить азотацию металла, в известном способе вьшуждены перегревать металл до 1660°С и выше при очень низком углероде (0,02-0,06%),чт приводит к повьаиению окисленности металла , снижению стойкости футеровки печи и соответственно ее производительно сти, а также к угару железа и легирующих и уменьшению выхода годного метал , ла, Целью предлагаемого изобретени вл етс повьпиение усвоени и равномерно сти распределени азота в металле, снижение его переокисленности и соответственно увеличение выхода годного и экономи ферросплавов. Эта цель достигаетс тем, что в известном способе выплавки азотсодержащей стали, включающем продувку ванны кислс одом и азотом, после продувки ван ны кислородом до содержани углерода О,1О-0,ЗО% в кислород .ввод т азот до его концентрации 1О-30% и дальнейшую продувку ванны до содержани углерода 0,ОЗ-О,О8% производ т азотокислороднсй смесью равномерно с общей интенсив носгью 0,3-1,0 HMVT- мин. Другими отличительными признаками вл ютс тнкже ввод азога в кислород в импульсном режиме и продувка ванны азотокислородной смесью во врем выпус-. ка металла из печи. Благодар тому, что в кислород ввод т азот до его концентрации J. О-30% в реакционной зоне продувки ванны резко повышаетс Парциальное давление азота с сохраненна высокой температуры, что приводит к интенсивности азотации железоуглеродистого расплава. Снижение ввода азота до концентрации менее 10% нецелесообразно , так как не обеспечиваетс достижение повышенного содержани азота в расплаве даже при интенсивной проДувке , а увеличение азота более 30% приводит к снижению скорости нагрева металла и увеличению продолжительности плавки . В предложенном способе высока температура мета; ла и шлака развиваетс только в реакционной зоне, что положительно сказываетс на диссоциацию моле кул азота и его усвоение металлом. Равномерность распределени азота обеспечиваетс тем, что продувка ванны азотокислородной смесью начинаетс при содержании углерода 0,10-0,30%, т.е. в период рафинировки, когда происходит достаточно интенсивное окисление углерода и перемешивание ванны пузырьками выдел ющейс окиси углерода, а также и тем, что продувку расплава ведут одновременно через две-три фурмы. Более раннее начало продувки ванны смесью при углероде более 0,30% нецелесообразно , так как приводит к снижению скорости выгорани углерода, нагреву металла и производительности сталеплавильного агрегата, а начало продувки при углероде менее 0,10% снижает эффективность азотировани вследствие резкого возрастани кислорода в металле и окислени железа в реакционной зоне. Эффективность азотации металла при низком содержании углерода (менее 0,10%) значительно возрастает при импульсном вводе азота в кислород и соответственно в реакционную зону. В этом случае парциальные давлени кислорода и азота в реакционной зоне продувки ванны периодически измен ютс и тем самым Происходит определенное чередование высокой и пониженной температуры металла (т.е. разогрева и охлаждени ), что приводит к увеличению скорости азотации металла и его рафинировани и снижению угара, тем самым повьплению выхода годного .The image refers to the field of ferrous metallurgy, in particular to the production of unalloyed and alloyed nitrogen-containing steel. In the USSR and abroad, nitriding of steel is widely used by introducing solid ferroalloys with a high nitrogen content. A known method for the production of nitrogen-containing steel with the use of metal nitriding by blowing it with gaseous nitrogen in the fl bucket. The disadvantages of this method are the need to overheat the metal in the furnace before releasing it at SO-6O С to compensate for heat loss, to prepare special steel-teeming ladles with a porous bottom, reducing the lining capacity of the ladle and the throughput of the pouring span. There is also known a method for producing steel, in which, with the goal of reducing manganese carbon loss and reducing the consumption of manganese metal, oxygen blowing is carried out to a carbon content of 0.15-0.18%, and after the metal has been drained into the ladle, it is blown with an oxygen-oxygen mixture in the amount of 1, O-4, O on O, 1% carbon in the metal to obtain MaroFsmgo carbon content 2. The disadvantages of this method are low st (the lining capacity of the casting ladle steel and stoppers, the large increase of smoke that pollutes the atmosphere of the workshop, the difficulty, and heavy load ZOO-35O tons of buckets and the impossibility of falling into a given chemical composition, especially in elements with a high means for oxygen. The closest anesthesia is a method of producing nitrogen-containing steel in arc furnaces, including loading of charge materials, melting, oxidation of impurities , downloading oxidizing slag, doping the metal and purging with nitrogen, and after (metal purging with acid at oxygen content O, O2-6, O6%, gas-extinguishing gas is introduced with intensity 0.03 O, 40 nm g-m simultaneously downloading oxidizing slag alloying metal and slag guided vosstanovigelnogo, and optionally 20-40% of the nitrogen finished steel (input into a metal bath after being adjusted to a predetermined chemical composition, i.e., deoxidation and doping 3. The disadvantages of this method are low nitrogen absorption, increased oxidation of the metal and the need to overheat it before the nitrogen purge, as well as the delay of the metal in the furnace with a low carbon content {0, O2-0, O6% C for the duration of the purge with nitrogen for 8–11 min, which leads to a decrease in the productivity and durability of the furnace and a deterioration in the quality of steel. The low uptake of nitrogen in the known method is related to the fact that when entering nitrogen with an intensity of 0.03-0.40 simultaneously with downloading oxidative Ylak, there is a sharp decrease in the temperature of the metal in the zone of nitrogen input, the dissociation of molecular nitrogen dissociates The fumes are volatilized from the low-temperature zones of the purge into the furnace atmosphere. In order to ensure the nitrogenation of the metal, in a known way, the forces are forced to overheat the metal to 1660 ° C and higher with very low carbon (0.02-0.06%), which leads to a decrease in the oxidation of the metal, a decrease in the durability of the furnace lining and, accordingly, its production The aim of the present invention is to increase the absorption and uniformity of the distribution of nitrogen in the metal, reducing its redox concentration and, accordingly, increase the yield of the ferrite and alloys. This goal is achieved by the fact that in the well-known method of smelting nitrogen-containing steel, which includes purging the bath with acid and nitrogen, after purging the bath with oxygen to the carbon content O, 1 O-0, ZO% to oxygen. Enter the nitrogen to its concentration 1 O-30% and further purging of the bath to a carbon content of 0, OZ-O, O8% is performed by a nitrogen-oxygen mixture evenly with a total intensity of 0.3-1.0 HMVT-min. Other distinguishing features are also the introduction of azog in oxygen in a pulsed mode and the purging of the bath with a nitrogen-oxygen mixture during the release of the gas. ka metal from the furnace. Due to the fact that nitrogen is introduced into oxygen to its concentration of J. About 30% in the reaction zone of the bath purge, the partial pressure of nitrogen with a preserved high temperature sharply increases, which leads to a nitrogen-carbon iron melt intensity. Reducing nitrogen intake to a concentration of less than 10% is impractical, since it is not possible to achieve an increased nitrogen content in the melt even with intensive produvka, and an increase in nitrogen of more than 30% leads to a decrease in the heating rate of the metal and an increase in the duration of melting. In the proposed method, the temperature of meta is high; slag and slag develops only in the reaction zone, which has a positive effect on the dissociation of nitrogen molecules and its assimilation by the metal. The uniform distribution of nitrogen is ensured by the fact that the bath is purged with a nitrogen-oxygen mixture at a carbon content of 0.10-0.30%, i.e. during the refining period, when sufficiently intense oxidation of carbon and mixing of the bath with bubbles of released carbon monoxide occurs, as well as the fact that the melt is blown at the same time through two or three tuyeres. An earlier start of bath purging with carbon at more than 0.30% is impractical because it reduces carbon burnout rate, heats the metal and productivity of the steelmaking unit, and the start of carbon purge at less than 0.10% reduces the nitriding efficiency due to a sharp increase in oxygen in the metal and oxidation of iron in the reaction zone. The nitrogenization efficiency of the metal with a low carbon content (less than 0.10%) increases significantly with the pulsed introduction of nitrogen into oxygen and, accordingly, into the reaction zone. In this case, the partial pressures of oxygen and nitrogen in the reaction zone of the bath purge periodically change, and thus a certain alternation of high and low metal temperatures (i.e. heating and cooling) occurs, which leads to an increase in the nitrogenization rate of the metal and its refining and reduction of carbon loss , thereby povpleniyu exit suitable.

Как извесгно, количество растворенного азота в жидкой стали оропорционально корню квадратному парциального давлени азота. Кроме того, растворимость азота в стали увеличиваетс с повьпцением температуры , котора в реакционной зоне продувки ванны достигает высоких значе .ний (более 2000С), С уменьшением скорости обезуглероживани , при прочих равных услови х, в конце плавки уменьшаетс удаление азота с пузьфьками газа СО и увеличиваетс насыщение стали азотом.As izvesgno, the amount of dissolved nitrogen in liquid steel oroproportionally to the square root of the partial pressure of nitrogen. In addition, the solubility of nitrogen in the steel increases with increasing temperature, which in the reaction zone of the bath blowing reaches high values (more than 2000 ° C). With a decrease in the decarburization rate, ceteris paribus, at the end of smelting the removal of nitrogen from the CO gas decreases. Steel saturation with nitrogen increases.

Следовательно, на насышение стали азотом по ходу плавки при азотокислородной продувке большое вли ние будут ока- is зьтать следующие технологические факторы: содержание азота в смеси, температура стали, скорость выгорани углерода , интенсивность продувки.. Особенно быстро возрастает концентраци азота в стали в конце плавки в период передувки в низком углероде. Это св зано, веро тно с тем, что во врем продувки металла с низким углеродом в 11 1иду13й.и мшалла U шилим yiлеромим в зоне продувки развиваетс очень высока Consequently, the following technological factors will have a big effect on raising the steel with nitrogen during smelting during nitrogen-oxygen blowing: the nitrogen content in the mixture, the temperature of the steel, the carbon burnout rate, the blowing intensity. The concentration of nitrogen in the steel at the end of smelting in the period of swelling in low carbon. This is probably due to the fact that during the purging of a metal with a low carbon in 11 1 S13 and Mishall U sewed yilomerim in the zone of the purge develops very high

температура а счет горени железа (что |подтверждаетс высоким угаром железа . при передувках плавок), а также низкой скоростью выгорани углерода и удалени азота с пузырьками СО. Поэтому ff этот 30 -период Желательно, с целью насыщени стали азотом, повышать концентрацию азота в смеси, но это приведет к снижению температуры в зоне продувки, поэтому через определенный промежуток време ни концентрацию азота в смеси снижают, а кислорода повышают, т.е. поддерживают режим импульсной (порционной) продувки ванны азотокислородной смесью. Применение импульсного режима ввода азота в кислород и соответственно в реак , ционную зону продувки ванны позвол ет повысить эффективность азотировани железоуглеродистого расплава, снизить угар железа и ферросплавов путем поддерз ани окисленности и температуры металла на оптимальном, дл заданной марки стали уровне. Азотирование железоуглеродистого рас плава в импульсном и непрерьшном режимах характеризуетс следующими данным При непрерывнбм режиме: длительность азотировани 10 мин; усвоение азота 0,6%j содержание азота в расплаве 0,015%. При импульсном режиме: длительность азотировани 10 мин; усвоение азотаtemperature and the account of the burning of iron (which | is confirmed by a high degree of iron fumes. during heat exchanges of melts), as well as a low rate of carbon burnout and nitrogen removal with CO bubbles. Therefore, ff this 30-period It is desirable, in order to saturate the steel with nitrogen, to increase the concentration of nitrogen in the mixture, but this will lead to a decrease in temperature in the purge zone, therefore after a certain period of time the concentration of nitrogen in the mixture is reduced, and the oxygen is increased, i.e. support the mode of pulsed (portion) purging of the bath with a nitrogen-oxygen mixture. The use of a pulsed regime for introducing nitrogen into oxygen and, accordingly, into the reaction zone of the bath purge allows to increase the efficiency of nitriding of the iron-carbon melt, reduce the waste of iron and ferroalloys by means of oxidation and metal temperature at the optimum level for a given steel grade. The nitriding of the iron-carbon melt in pulsed and continuous modes is characterized by the following data. In the continuous mode: the nitriding time is 10 minutes; nitrogen assimilation 0.6% j nitrogen content in the melt 0.015%. In pulsed mode: the duration of nitriding is 10 min; nitrogen uptake

0,7%; содержание азота в расплаве 0,017%.0.7%; the nitrogen content in the melt is 0.017%.

Совмещение процессов азотированв в рафинировани с выпуском плавки из печи (длительность выпуска 10-15 мин) позвол ет повысить производительность агрегата, сократив продолжительность плавки, эффективность азотировани во врем выпуска достаточно высока , так как создаютс дополнительные услови дл перемешивани металла и еоответст- венно массопереноса азота из реакционной зоны продувки азотокислородной смесью . Кроме того, создаютс усповк дл Combining the processes of nitriding in refining with the release of smelting from the furnace (duration of release 10–15 min) improves the performance of the unit, reducing the duration of melting, the nitriding efficiency during the release is quite high, since additional conditions are created for mixing the metal and efficiently mass transfer of nitrogen from the reaction zone purge a nitrogen-oxygen mixture. In addition, a special course is created.

снижает скорость обезуглероживани и азотации металла и соответственно увеличивает продолжительность плавки, а увеличение интенсивности более 1,0 нм / регулировани температуры металла во врем выпуска плавки. Интенсивность продувки ванны азотокислородной смесью необходимо поддерживать на уровне 0,3-1,0 мин дл того, чтобы скорость обезуглероживани и азотации металла соответствовала скорости нагрева металла и обеспечивалс выпуск плавки с заданной температурой, углеродом и азотом. Уменьшение интен--i- - л сивности продувки (менее 0,3 нм ) , /т мин снижает выход годного металла. Вс избежание переохлаждени металла, во врем продувки ванны азотс сислородчрй смесью скачивание , окислителькса о шлака и легирование не производитс . Температура металла поддерживаетс в пределах ISSO-lGlO C в зависимости от заданного содержани углерода перед выпуском плавки. Не допускаетс перегрев металла, так как основной причиной высокого угара железа и низкого выхода годного металла вл етс развитие высо ких температур. Поэтому действенным средством снижени потерь металла вл етс некоторое снижение температуры в реакционной зоне путем ввода в-кислород 1О-ЗО% азота. При м ер. При выплавке низколегированной азотсодержащей стали в двух- ванную печь дл улучшени десуль4 эции и дефосфорации дополнительно ввод т известь при расходе жидкого чугуна 65% от веса металлической части шихты. Интенсивнуйэ продувку ванны кислородом начинают после слива чугуна. При достижении температуры расплава 1530-154О С начинают отбирать пробы металла дл определени углерода, серы, фосфора, хрома, никел , цепк и азота. После достижени reduces the rate of decarburization and nitrogenation of the metal and, accordingly, increases the duration of melting, and an increase in the intensity of more than 1.0 nm / temperature control of the metal during the release of melting. The intensity of the purging of the bath with a nitrogen-oxygen mixture must be maintained at a level of 0.3-1.0 minutes so that the decarburization and nitrogenation rate of the metal corresponds to the heating rate of the metal and that the melting is effected with a given temperature, carbon and nitrogen. A decrease in intensity - i- - l purging efficiency (less than 0.3 nm) / ton min reduces the yield of a suitable metal. In order to avoid supercooling of the metal, during the purging of the bath with nitrogen with a mixture of the system, oxidizing slag and doping are not performed. The temperature of the metal is maintained within the limits of ISSO-lGlO C depending on the desired carbon content before the melt is released. The overheating of the metal is not allowed, since the main cause of high carbon loss and low metal yield is the development of high temperatures. Therefore, an effective means of reducing metal losses is to slightly lower the temperature in the reaction zone by introducing in-oxygen 1O-30% nitrogen. At meer. When smelting low-alloyed nitrogen-containing steel, lime is added to the two-bath furnace to improve desulphurization and dephosphorization at a consumption of liquid iron 65% of the weight of the metal portion of the mixture. Intensive purging of the bath with oxygen begins after casting iron. When the temperature of the melt reaches 1530-154 ° C, metal samples are taken to determine carbon, sulfur, phosphorus, chromium, nickel, chain and nitrogen. After reaching

содержани углерода в расплаве 0,20% и температуры в кислород ввод т азот до концентрации 25% и ванну иродувают через три фурмы азотокие ородн (Л смесью с интенсивностью 0,6 им / / т (МИН до содержани углерода 0,04%. При этом температуру металла перед выпуском поддерживают в пределах 16ОО1610 С . Отбирают пробы металла дл определени азота в кислороде.the carbon content in the melt is 0.20% and the temperature nitrogen is introduced into the oxygen to a concentration of 25% and the bath is fed through three tuyeres by nitrogen or hydrogen (L mixture with an intensity of 0.6 im / t (MIN) to a carbon content of 0.04%. this temperature of the metal before release is maintained within 16OO1610 C. Metal samples are taken for the determination of nitrogen in oxygen.

В процессе выпуска плавки в ковш ввод т силикомарганец, ферросилиций, алюминий и титан.In the process of melting, silico-manganese, ferrosilicon, aluminum and titanium are introduced into the ladle.

Сталь разливают сверху в уширенные кверху изложницы с прибыльными надставками через стакан с диаметром отверсти 6О мм дл листовых слитков массой 13100 кг.The steel is poured from above into an upwardly broadened mold with profitable extensions through a glass with an opening diameter of 6 mm for sheet ingots with a mass of 13,100 kg.

Резул ьтаты испытан ий способов выплав-, ки азотсодержащей стал и приведены в таблицеThe results of the tested methods of smelting, ki nitrogen-containing steel and are shown in table

Claims

It can be seen from the above data that the most rational is to introduce nitrogen into oxygen up to a concentration of 10-30% with a carbon content in the ODO metal of -0.30% with purging with an intensity of 3-1-1.0 nm / t. min Technical and economic efficiency of the method of smelting nitrogen-containing steel in a two-bath furnace due to nitriding of steel in the course of smelting without reducing the performance of the unit, reducing the oxidation of the metal, increasing the yield of the PORUS and reducing the consumption of ferroalloys. When smelting low-alloyed steel containing nitrogen according to the proposed method, by combining the processes of refining and nitriding the iron-carbon melt as a result of introducing gaseous nitrogen into oxygen. tan 0.1 kg / g, aluminum 0.1 kg / t, nitrogen consumption 20% and the use of nitrated ferroalloys is excluded. The nitrogen content in the steel is increased by О, ОО7% for 7 minutes of purging the bath with a nitrogen-oxygen mixture with a nitrogen concentration of 25% and an intensity of 0.45 nm / Cmin. This method of smelting allows organizing on a large scale the production of low-alloyed nitrogen-containing high-strength steel in double-bath furnaces for main gas and oil pipelines and mechanical engineering. Formula 1: Method for smelting nitrogen-containing steel in a furnace, including loading charge materials, melting and blowing a bath with oxygen and nitrogen gas exchange, characterized in that, in order to increase the absorption and uniformity of nitrogen distribution in the metal, reduce its redoxing and, accordingly, increase the xydium yield and economy ferroalloys, after gf blown bath with oxygen until carbon content is O, 1O-0.30%, further purging of panna 9 8361S to carbon content of 0.03-.0, O8% gives uniformly oxygen-oxygen mixture nitrogen concentration up to 1O-30% with an intensity of 0.3-. HMV MfrH. 2. The method according to claim 1, about tl and h and -5 p and with the fact that nitrogen is introduced into oxygen in a pulsed mode. 3. The method according to claim 1, about t and h and w and so that the purging of the azo310 bath with a hydrogen-hydrogen mixture is carried out during the discharge of the metal from the furnaces. Sources of information, attached to attention at 1., Steel Me, 1976, p. 892-896,

2. USSR author's certificate No. 499319, cl. C 21 C 5 / 52,1976,

3. USSR author's certificate No. 499318, cl. C 21 C 5/52, 1976,