Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТРАНСФОРМАТОРНОЙ СТАЛИ

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к выплавке электротехнических кремнистых марок стали, и их последующему раскислению и легированию.

Известен способ внепечной обработки металла, включающий выпуск металла в ковш с частью печного рафинировочного шлака и присадку твердых шлакообразующих материалов в количестве до 2% от массы плавки, в ковш выпускают 40 - 80% печного рафинировочного шлака и 10-30% металла, после чего присаживают твердые шлакообразующие материалы при соотношении общей массы печного рафинировочного шлака в ковше к массе твердых шлакообразующих материалов 1,2-1,9 (USSR №1828873, МПК 7 С21С 7/00, опубл. 23.07.93).

К недостаткам известного способа следует отнести присадку рафинировочного материала, которая приведет к увеличению содержания водорода, увеличению газонасышенности металла, снижению выхода годного.

Выпуск рафинировочного шлака до схода металла практически невозможно осуществить из-за разной плотности материалов.

Введение алюминия на дно ковша снижает эффективность его применения в качестве раскислителя.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ получения трансформаторной стали с содержанием кремния 2-3% путем выплавки ее в кислородном конверторе из природночистого чугуна с загущением шлака известью, присаживаемой в 2-3 приема за 3-5 мин до конца продувки, раскисления стали в конверторе, обработки металла синтетическим шлаком, сталь после выпуска из конвертора в ковш легируют ферросилицием при переливе ее через стопор в другой ковш (USSR №298656, МПК 7 С21С 5/28, опубл. 16.03.1971 г.).

Известный способ не обеспечивает получение требуемого технического результата по следующим причинам.

Найденный в известном способе технологический прием загущения шлака присадки рафинировочного материала в 2-3 приема за 3-5 мин до выпуска приведет к увеличению содержания как водорода, так и азота, увеличению газонасышенности металла, снижению выхода годного.

Предварительное раскисление металла в конверторе и выдержка металла в конверторе при очень малых скоростях окисления углерода также сопровождается увеличением содержания водорода.

В тоже время обработка металла синтетическим шлаком требует дополнительного оборудования для организации производства, что приведет к удорожанию продукции.

Признаки ближайшего аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: выплавка расплава в конверторе, подача раскислителей и рафинировочного материала, выпуск расплава в ковш с отсечкой шлака и внепечная обработка металла в ковше.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа производства трансформаторной стали, при котором получается требуемое содержание водорода в готовой стали, минимизируются затраты на производство, увеличивается стойкость сталеразливочных ковшей, снижается содержание неметаллических включений.

Технический результат достигается тем, что в способе производства трансформаторной стали, включающем выплавку расплава в конверторе, подачу раскислителей и рафинировочного материала, выпуск расплава в ковш с отсечкой шлака и внепечную обработку металла в ковше, согласно изобретению, подачу раскислителей осуществляют в процессе выпуска расплава в ковш, а рафинировочного материала - после окончания выпуска на поверхность металла, затем определяют содержание водорода в металле и осуществляют внепечную обработку путем вакуумирования в течение времени, определяемого из выражения:

τ=1186,3+126,9×Н нач. - 456,14×Н кон., где

τ - время вакуумной обработки металла, мин;

Н нач. - содержание водорода по приходу на вакуумную установку, %,

Н кон. - требуемое содержание водорода в стали, %.

1186,3; 126,9; 456,14 - эмпирические коэффициенты, полученные опытным путем из условия обеспечения требуемого снижения содержания водорода в стали.

Сущность заявляемого технического решения заключается в дополнительной вакуумной обработке металла после присадки рафинировочного материала на его поверхность в зависимости от содержания водорода требуемого и первоначального.

Расчет времени вакуумной обработки металла позволяет определить скорость удаления водорода, получить требуемое содержание водорода в жидкой стали, снизить газонасышенность металла, содержание неметаллических включений, получить требуемую макроструктуру непрерывнолитой заготовки.

Трансформаторные стали имеют ярко выраженную текстуру, т.е. структуру зерен с преимущественной ориентировкой в направлении прокатки. Текстура создается в процессе деформации и термической обработки стали при формировании и выделении по границам зерен ингибиторной фазы (обычно AlN или MnS), сдерживающей рост зерна на определенных этапах передела стали.

В зависимости от типа используемой для стимулирования развития текстуры неметаллической фазы (нитриды алюминия и кремния или сульфиды железа и марганца) различают два основных варианта производства трансформаторной стали - нитридный и сульфидный. В конвертерах выплавляется трансформаторная сталь по сульфидному варианту.

Трансформаторной сталью нового класса является металл, содержащий две ингибиторные фазы. Вариант технологии его производства получил название сульфонитридного и является промежуточным между двумя классическими вариантами - сульфидным и нитридным. Химический состав стали отличается от металла классического варианта повышенным содержанием углерода 0,04…0,05%, азота - 0,008…0,010% и алюминия 0,020…0,040%. При производстве такого металла основной проблемой, наряду с получением алюминия в достаточно узких пределах, является введение в стали дополнительного количества азота.

На формирование эксплуатационных свойств анизотропных сталей влияют параметры деформационно - термической обработки, управляющие процессом вторичной рекристаллизации, обеспечивающей развитие острой ребровой текстуры и заданной величины и структуры горячекатаного подката путем нормализации и др. В процессе обработки (особенно при обезуглероживании и рекристаллизационных отжигах) происходит уменьшение содержания кремния в поверхностных слоях (вследствие внутреннего окисления, взаимодействия с водородом.

Одним из наиболее распространенных дефектов стали являются газовые пузыри в непрерывно литых слябах. Источником образования газовых пузырей в глубоко раскисленной трансформаторной стали служат водород и азот. Это происходит при условии, что суммарное давление при выделении этих газов, определяемое их содержанием и растворимостью в металле, превосходит внешнее давление на газовый пузырь. Уже при содержании водорода в стали 7 см³/100 г парциальное давление его превышает 1 атм., т.е. в металле при кристаллизации могут образовываться газовые пузыри.

Подкорковые (газовые) пузыри - дефект макроструктуры поверхностной зоны слитка в виде единичных или групповых пор и небольших пустот округлой или вытянутой формы, заполненных газом, иногда выходящих на поверхность. Возникновение подкорковых пузырей в непрерывно литых слябах чаще всего связано с недостаточным раскислением металла в процессе выплавки. К образованию пузырей также может привести повышенное содержание влаги в извести при ее присадке во время внепечной обработки. Вакуумная обработка снижает содержание водорода в стали.

Пример

В конвертер завалили 117 т металлического лома, в т.ч. 10 т лома электродвигателей, и залили 305 т жидкого чугуна с температурой 1396°С с содержанием 0.59% Si, 0.25% Mn, 0.025% S и 0.054% Р.

В 0:33 начали продувку стали кислородом. Во время продувки в конвертер присадили 8,5 т извести, 22,8 т ожелезненного доломита и 0,5 т алюмофлюса. По израсходованию 19282 м³ кислорода (0:50) окончен первый период плавки. Температура металла на повалке 1604°С. Для охлаждения ванны отдано 2 т сырого доломита и 3 т известняка.

После этого в 0:55 начат второй период плавки, который закончен в 0:59. температура металла на повалке - выпуске составила 1665°С. На повалке отобрана проба металла и шлака.

В 1:06 после получения результатов экспресс - анализа пробы металла начат выпуск плавки. Во время выпуска в сталеразливочный ковш отдано 15,4 т ФС75, 0,3 т СМн18. До начала выпуска в сталеразливочный ковш было присажено 300 кг лома меди и 70 кг ферросилиция азотированного. В 1:13 выпуск плавки закончен. Продолжительность выпуска 7 мин.

После окончания выпуска (в 1:14) на поверхность металла присажено 1,98 т извести. Плавка передана на участок внепечной обработки стали (ВОС).

На установку усреднительной продувки стали (УУПС) плавка поступила в 1:35 с температурой 1622°С. Для корректировки химического состава на плавку было отдано: 347 кг СМн17, 880 кг ФС75, 172 кг алюминиевой катанки. Металл продули аргоном и произвели отбор пробы. После того как был получен заданный химический состав, произвели измерение содержания водорода в металле, значение которого составило 3,6 ppm, требуется в жидком металле не более 2.0 ppm и ковш передали на установку вакуумирования стали.

Сталевоз с сталеразливочным ковшом был установлен в позицию вакуумирования в 2:36. Вакуум-камера опускается и заглубляется патрубками в металл. Включается пароэжекторный насос для создания разрежения. Температура и давление пара для пароэжекторного насоса перед включением составляют 186°С и 0,97 МПа, соответственно. Во время вакуумирования металла температура пара увеличивается (установлен пароперегреватель), а его давление снижается. Параметры пара в конце обработки металла составили 253°С и 0,91 МПа, соответственно. Аргон во всасывающий патрубок подавался с расходом 90 м³/ч и в процессе вакуумирования не изменялся. Разрежение на главном вакуумном затворе (ГВЗ) в конце обработки составило 7 мм рт.ст. Для завершения обработки металла выключают пароэжекторный насос, выравнивают разрежение внутри вакуум-камеры с атмосферным, после чего поднимают вакуум-камеру. Продолжительность обработки металла под вакуумом рассчитываем исходя из формулы:

τ=1186,3+126,9×3,6-456,14×2,0=685 сек или 11 мин и 25 сек

После проведения вакуумирования произвели измерение содержания водорода. Содержание составило 2,1 ррм и затем ковш с металлом был переставлен на установку печь-ковш для окончательной доводки металла.

Плавка назначена на сталь марки 0401Д по ТП 14-101-382-01 в соответствии с заказом.

Вакуумная обработка металла позволяет получить требуемое содержание водорода в жидкой стали, снизить газонасышенность металла, содержание неметаллических включений, получить требуемую макроструктуру непрерывнолитой заготовки, увеличить выход годного и производство.