СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ЛЕГИРОВАННЫХ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ СТАЛЕЙ
PROCEDURE FOR MELTING ALLOYED STEEL CONTAINING NITROGEN

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к выплавке легированных азотсодержащих сталей.
Известно, что ряд свойств нержавеющих и высококачественных конструкционных сталей определяется содержанием азота в строго заданных пределах. Его вводят в качестве заменителя никеля, а также упрочняющей добавки в нержавеющие стали и как один из элементов, образующих ингибиторную фазу, в конструкционные стали.
При производстве нержавеющих сталей, легированных азотом, для ввода азота используют, как правило, азотированные марганец, феррохром, феррованадий. Известен способ выплавки азотсодержащих сталей, при котором для ввода в расплав азота применяют азотированный феррохром (авторское свидетельство СССР №353969, МПК C21C 5/52, опубл. 09.10.1972).
Однако азотсодержащие сплавы на основе марганца, хрома, ванадия имеют высокую цену, что отражается также на повышении стоимости азотсодержащих сталей, при выплавке которых используют азотсодержащие сплавы.
Известен способ азотирования стали газообразным азотом при внепечной обработке стали в ковше. Подачу газообразного азота в этом случае осуществляют через газонепроницаемую пробку, установленную в днище ковша-печи. Интенсивность продувки расплава газообразным азотом составляет 2,6-4,2 л/т·мин. При этом скорость азотирования зависит от интенсивности продувки азотом и составляет 16-33 ppm/мин
(B.C.Римкевич, Е.В.Буцкий, В.И.Курасов, И.В.Сажин, С.Г.Савченко О возможности легирования металла азотом из газовой фазы. Электрометаллургия. 2000, №2, с.14-16. - прототип).
Недостатком известного способа является отсутствие приемов, позволяющих устанавливать параметры продувки стали азотом (интенсивность продувки, время продувки) в зависимости от химического состава расплава, в то время, как известно, что такие компоненты как хром, марганец увеличивают растворимость азота в расплаве и улучшают кинетические показатели насыщения расплава азотом.
Задача, на решение которой направлено изобретение - установить оптимальные технологические параметры азотирования легированного расплава газообразным азотом.
Технический результат изобретения заключается в определении оптимальных величин интенсивности продувки газообразным азотом, скорости насыщения азотом в зависимости от содержания хрома и марганца в расплаве, а также времени продувки в зависимости от количества вводимого азота, что обеспечивает сокращение расхода газа, снижение времени азотирования, уменьшение износа футеровки, уменьшение расхода ферросплавов за счет снижения угара легирующих.
N
Заявленный технический результат достигается тем, в способе выплавки азотсодержащих сталей, включающем раскисление жидкого металла, его легирование элементами, повышающими растворимость азота, продувку расплава азотсодержащими газами, согласно изобретению, расплав продувают с интенсивностью , а скорость насыщения при этом составляет v=8×(|Cr|+|Mn|) и время насыщения τ=[ΔN]/8×(|Cr|+|Mn|), где
- л/т·мин,
N
v - ppm/мин,
|Cr|,|Mn| - абсолютные значения содержания хрома и марганца в расплаве, определяемые в мас.%,
[ΔN] - количество азота, вводимое в расплав, ppm,
τ - мин.
В качестве азотсодержащего газа используют газообразный азот или азото-кислородную смесь или азото-аргонную смесь.
Было установлено, что продувка расплава азотом с интенсивностью менее 30 л/т·мин×(|Cr|+|Mn|) приводит к увеличению периода насыщения расплава азотом, дополнительному износу футеровки и повышению угара легирующих за счет увеличения длительности продувки расплава газами.
Продувка азотом с интенсивностью более 30 л/т·мин×(|Cr|+|Mn|) не приводит к увеличению скорости насыщения расплава азотом, но при этом увеличивается расход газообразного азота и износ футеровки металлургического агрегата, в котором осуществляют продувку, за счет более интенсивного перемешивания расплава.
Предлагаемая интенсивность продувки обеспечивает наиболее высокий коэффициент усвоения и при этом позволяет получить наилучшую скорость насыщения расплава азотом.
Оптимальные значения интенсивности продувки и скорости насыщения предопределяют требуемое время продувки, за которое вводится в расплав необходимое количество азота.
Способ осуществляется следующим образом. В сталеплавильном агрегате получают полупродукт и выпускают его в ковш. На агрегате ковш-печь расплав раскисляют, вводят легирующие элементы, хром, марганец, кремний, наводят активный шлак и проводят десульфурацию. После получения заданного химического состава стали расплав продувают газообразным азотом через донные пористые фурмы или через погружную фурму. Интенсивность продувки при этом составляет
а скорость насыщения азотом при этом будет равна
Если при этом требуется ввести в расплав [ΔN], ppm, то необходимое время продувки составляет
Пример 1. В электродуговой печи выплавляется полупродукт для стали марки AJSJ304L, выпускают расплав в ковш и отправляют на агрегат ковш-печь для корректировки химического состава. На агрегате ковш-печь расплав раскисляют, вводят легирующие элементы и получают заданный химический состав стали: 0,07% С; 1,0% Si; 2,0% Mn; 19% Cr; 9% Ni.
После получения заданного химического состава стали расплав продувают через донные пористые фурмы газообразным азотом с интенсивностью
Скорость насыщения азотом при этом составит
Для увеличения содержания азота на 500 ppm (0,05% N) продувку расплава азотом необходимо осуществлять в течение:
2
2
Пример 2. В дуговой сталеплавильной печи выплавляют полупродукт, содержащий хром, никель. На агрегате печь-ковш расплав доводят до заданного химического состава (0,08% С; 17,3% Cr; 9,75% Ni) и продувают расплав через погружную фурму воздухом (79% N; 21% O) с интенсивностью
N
Скорость насыщения при этом составляет v=8×17,3=138,4 ppm/мин. Для получения увеличения содержания азота на 700 ppm (0,07% N) расплав продувают в течение
2
Пример 3. В электродуговой печи выплавляют углеродистый хромомарганцевый расплав, затем расплав переливают в агрегат аргоно-кислородного рафинирования (АКР). В агрегате АКР расплав обезуглероживают, корректируют химический состав расплава до заданного (11,5% Cr; 11,2% Mn), а затем азотируют продувкой азото-аргонной смесью (80% N; 20% Ar) с интенсивностью
со скоростью насыщения азотом
Для увеличения содержания азота на 1000 ppm (0,1% N) расплав продувают в течение
Таким образом, заявленный способ выплавки легированных азотсодержащих сталей позволяет производить насыщение расплава азотом и получать его содержание в строго заданных пределах за определенное время продувки.