СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ С ПОСЛЕДУЮЩЕЙ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКОЙ В ЗАГОТОВКУ МАЛОГО СЕЧЕНИЯ
MANUFACTURING METHOD OF HIGH-CARBON STEEL WITH FURTHER CONTINUOUS POURING TO SMALL-SECTION WORKPIECE

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к выплавке и внепечной обработке высокоуглеродистой стали с последующей бесстопорной (открытой струей) разливкой в заготовку малого сечения на сортовой МНЛЗ.
Известен способ производства стали для металлокорда, включающий выплавку в сталеплавильном агрегате расплава с содержанием углерода не более 0,20 мас.%, выпуск нераскисленного металла в сталеразливочный ковш с основной футеровкой и пористой пробкой для продувки аргоном, предварительное раскисление расплава при выпуске в ковш углеродсодержащими материалами и ферромарганцем без применения алюминия, при этом присадку кремнийсодержащих ферросплавов проводят после вакуумирования металла, присадку в ковш шлакообразующей смеси, вакуумуглеродное раскисление в ковше металла до содержания углерода в пределах марочного состава стали, окончательную корректировку стали по химическому составу и температуре на установке печь-ковш и непрерывную разливку (RU №2265064, C21C 5/54, опубл. 27.11.2005).
Известен способ получения высокоуглеродистой стали кордового качества (RU №2269579, C21C 7/00, опубл. 10.02.2006). Способ включает выплавку, выпуск металла в стальковш, раскисление его в стальковше, внепечную обработку, продувку металла аргоном и его разливку. Выпуск металла из печи в стальковш осуществляют при содержании углерода в металле не более 0,55%, а раскисление металла в стальковше проводят в несколько этапов: до начала выпуска металла из печи на дно стальковша присаживают науглероживатель, после наполнения ковша металлом 5…10 тонн присаживают шлакообразующие материалы, после наполнения стальковша наполовину осуществляют присадку ферросплавов и продувку металла аргоном, после чего производят внепечную обработку металла шлаками переменной основности.
Недостатком известных способов является невозможность бесстопорной разливки высокоуглеродистого металла на сортовой МНЛЗ в заготовку малого сечения. Указанный способ осуществляется с использованием при разливке погружных стаканов для подачи металла в кристаллизатор, металл характеризуется относительно высоким содержанием газов и неметаллических включений.
Техническим результатом предлагаемого способа является повышение чистоты и качества высокоуглеродистой стали по неметаллическим включениям и уменьшение содержания в ней газов для возможности осуществления бесстопорной (открытой струей) непрерывной разливки металла в заготовку малого сечения 100×100 мм.
Указанный технический результат достигается тем, что способ включает выплавку полупродукта в сталеплавильном агрегате, выпуск расплава в ковш, подачу в ковш легирующих материалов, в частности ферромарганца и ферросилиция, и раскислителя, в качестве которого используют карбид кремния и/или карбид кальция в количестве, обеспечивающем получение в готовой стали соотношения содержания марганца и кремния в соответствии с зависимостью [Mn]/[Si]≥3, нагрев расплава в печи-ковше и окончательную корректировку по химическому составу с одновременной продувкой расплава газом, измерение активности кислорода и содержания алюминия в расплаве, ввод кальцийсодержащих материалов в качестве модификатора в количестве по следующей зависимости (в пересчете на чистый кальций):
Ca=120*(-0,0002*Ln(a[O])+[Al]*(0,2…0,4)), кг/т расплава,
где a[O] - активность кислорода в стали перед вводом кальцийсодержащих материалов, ppm (100 частей на миллион - в формуле используется без размерности);
[Al] - содержание остаточного алюминия, мас.% (1 часть на сто - в формуле используется без размерности);
120 - эмпирический коэффициент, учитывающий количество металла в единице объема, кг;
3
- 0,0002 - поправочный коэффициент, 1/м;
3
(0,2…0,4) - эмпирический коэффициент, учитывающий состояние шлака в сталеразливочном ковше, м/т,
дальнейшую вакуумную обработку расплава в ковше при остаточном давлении не более 0,5 мм рт.ст. с продувкой инертным газом и последующую подачу металла на разливку на сортовую машину непрерывного литья заготовок, где осуществляют бесстопорную разливку в заготовку малого сечения.
2
Технический эффект при использовании изобретения обеспечивается достижением низкой активности кислорода за счет использования комплексных раскислителей карбида кремния и/или карбида кальция (SiC и/или СаС), проведения легирования стали кремнием и марганцем в количестве, обеспечивающем получение соотношения [Mn]/[Si] не менее 3 в готовой стали, введения кальцийсодержащих материалов по определенной зависимости и проведения операции вакуумирования для снижения содержания газов в стали, ассимиляции и удаления неметаллических включений с одновременным модифицированием и получением заданного фазового состава для обеспечения стабильного процесса бесстопорной непрерывной разливки на сортовой МНЛЗ в малые сечения 100×100 мм, когда сечение максимально приближено к размеру готового проката.
В процессе выпуска расплава с температурой в пределах 1600-1660°C в сталеразливочный ковш, в зависимости от марки стали, подают ферромарганец, на образовавшийся шлак в ковше подают раскислитель, в качестве которого используют карбид кремния и/или карбид кальция, - «чистый» материал по содержанию алюминия. Раскисление и легирование кремнием и марганцем осуществляются из расчета обеспечения получения соотношения [Mn]/[Si] в жидкой стали не менее 3.
2
Диапазон значений расхода ферромарганца, ферросилиция и карбида кремния с получением соотношения [Mn]/[Si] в жидкой стали не менее 3 объясняется необходимостью достижения заданного химического состава производимой высокоуглеродистой стали и физико-химическими закономерностями разливки высокоуглеродистой спокойной стали, а также с целью достижения низкой окисленности расплава и шлака перед вводом кальцийсодержащих материалов. При меньших значениях соотношения будет происходить образование твердых шлаковых частиц на основе SiO и MnO, приводящих к прорыву металла под кристаллизатором и не будет достигаться требуемый уровень содержания кислорода менее 0,0010%. При больших значениях не будет обеспечиваться заданный химический состав обрабатываемой стали, что приведет к повышенному расходу карбида кремния и ферромарганца.
2
3
Для дальнейшей ассимиляции и удаления неметаллических включений и газов, растворенных в расплаве в процессе обработки на УВС, перед вакуумированием производят модифицирование полученного минимального количества неметаллических включений в расплаве на основе AlO. При содержании кислорода в стали <0,0010 мас.% при вакуумировании происходят восстановление кремния и марганца из неметаллических включений и образование легкоудаляемых жидких алюминатов кальция. Для образования подобного типа неметаллических включений перед обработкой металла на УВС расплав обрабатывают кальцийсодержащими материалами в количестве по следующей зависимости (в пересчете на чистый кальций):
Ca=120*(-0,0002*Ln(a[O])+[Al]*(0,2…0,4)), кг/т,
где a[O] - активность кислорода в стали перед вводом кальцийсодержащих материалов, ppm (100 частей на миллион, в формуле используется без размерности);
[Al] - содержание остаточного алюминия, мас.% (1 часть на сто, в формуле используется без размерности);
120 - эмпирический коэффициент, учитывающий количество металла в единице объема, кг;
3
- 0,0002 - поправочный коэффициент, 1/м;
3
(0,2…0,4) - эмпирический коэффициент, учитывающий состояние шлака в сталеразливочном ковше, м/т.
Далее расплав вакуумируют в ковше при остаточном давлении не более 0,5 мм рт.ст. в течение 10-20 мин при интенсивной продувке расплава аргоном с расходом 300-1000 л/мин и 5-10 мин при «мягкой» продувке с расходом 50-100 л/мин. Необходимость проведения вакуумирования расплава объясняется необходимостью модифицирования и удаления неметаллических включений в процессе вакуумирования, а также удаления газов (водород, азот). При отсутствии вакуумной обработки не будет происходить необходимого модифицирования и удаления неметаллических включений и газов (водорода и азота) из расплава.
Диапазон значений времени вакуумирования расплава в течение 15-25 мин при продувке расплава аргоном объясняется физико-химическими закономерностями удаления газов (водород, азот) из жидкой стали при вакуумировании в ковше. При меньших значениях не будет происходить необходимого удаления водорода и азота из расплава. Увеличение времени обработки свыше регламентируемого приведет к необходимости перегрева расплава перед вакуумированием сверх допустимых значений.
После вакуумирования металл подается на разливку на сортовую МНЛЗ, где осуществляется бесстопорная разливка в заготовку размером 100×100 мм. Во время разливки используется защита струи металла от вторичного окисления с помощью огнеупорной защитной трубы на участке стальковш-промковш и/или на участке промковш-кристаллизатор.
Желаемый диапазон значений температуры расплава при его выпуске из сталеплавильного агрегата в интервале 1600-1660°C объясняется физико-химическими закономерностями выплавки высокоуглеродистой стали. При меньших значениях будет происходить увеличение времени последующей обработки расплава, а также повышение содержания водорода в расплаве. Повышенные температуры расплава приведут к перегреву футеровки сталеплавильного агрегата сверх допустимых значений, а также будет повышаться содержание водорода в расплаве.
Пример реализации способа.
При производстве высокоуглеродистой стали марки 75 кк со следующим химическим составом, мас.%: C=0,73-0,79; Si<0,28; Mn=0,50-0,70; Cr<0,1; P=0,025; S=0,025 выплавили в дуговой сталеплавильной печи (вес выпуска 120 т) полупродукт следующего химического состава, мас.%: C=0,62; Mn=0,14.
Температура полупродукта на выпуске расплава из сталеплавильной печи составила 1650°C. В ковш подали ферромарганец в количестве 433 кг, на образовавшийся шлак подали раскислитель - карбид кремния в количестве 53 кг и ферросилиций в количестве 43 кг. Далее расплав подали на установку печь-ковш для наведения рафинировочного шлака и проведения раскисления расплава при одновременном поддержании жидкоподвижности шлака в сталеразливочном ковше. Расплав нагрели до температуры 1580°C, провели корректировку химического состава стали. Анализ взятой пробы показал следующий состав стали, мас.%: C=0,76, Si=0,15, Mn=0,63. Отношение содержания [Mn]/[Si] составило 4,2. Измерили активность кислорода, которая составила 2,2 ррm и определили остаточное содержание алюминия, составившее 0,004%.
Затем в расплав подали силикокальциевую проволоку в качестве модификатора в количестве Ca=120*(-0,0002*Ln(2,2)+[0,004]*0,23=0,091 кг/т расплава (в пересчете на чистый кальций).
Затем расплав в ковше подали на УВС, где провели его вакуумирование при остаточном давлении менее 0,5 мм рт.ст. в течение 15 мин с интенсивным перемешиванием расплава и 5 мин при «мягкой продувке». Далее расплав подали на разливку на сортовую МНЛЗ, где осуществляли разливку в заготовку на кристаллизаторе сечением 100×100 мм. В процессе разливки осуществляли защиту струи разливаемого металла на участках стальковш-промковш и промковш-кристаллизатор.
Использование предложенного способа производства высокоуглеродистой стали позволяет повысить чистоту стали по содержанию неметаллических включений (краевое точечное загрязнение) и наличию газов (водорода и азота) и тем самым обеспечить бесстопорную разливку стали на сортовой МНЛЗ в заготовку малого сечения, приближенную по размерам к размерам готового проката.