СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ОСОБОНИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ ХОЛОДНОКАТАНОЙ ИЗОТРОПНОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ
PRODUCTION METHOD OF ULTRA LOW CARBON COLD-ROLLED ISOTROPIC ELECTRICAL STEEL

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству особонизкоуглеродистой холоднокатаной изотропной электротехнической стали, применяемой для изготовления электромашин, магнитопроводов, реле, дросселей, генераторов, преобразователей энергии.
Известны способы изготовления листов электротехнической стали по патенту США №3130091, кл. 148-111, 1964 г., в которых нетекстурированный материал получают при первичной или собирательной рекристаллизации холоднокатаного металла. При этом предусматривается последовательная выплавка, разливка, горячая прокатка, травление, термообработка металла и одна или несколько холодных прокаток с промежуточным или заключительным отжигами для обезуглероживания стали.
Недостатками известных способов является относительно низкий уровень магнитных свойств готового металла, большие различия свойств вдоль и поперек направления прокатки, сложная и дорогостоящая технология получения нетекстурированной стали.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом), по мнению авторов, является способ изготовления холоднокатаной нетекстурированной электротехнической стали по материалам статьи Зайдмана И.Д., Борисенко В.Г. «Упрощенная технология производства холоднокатаной малотекстурированной электротехнической стали», «Сталь», 1963 г., №1, стр.76-80, который предусматривает выплавку, разливку стали, горячую прокатку, травление, холодную прокатку и вакуумный отжиг.
Недостатком указанного способа является низкий уровень магнитных свойств в готовом материале, большая разница в значениях магнитных характеристик вдоль и поперек направления прокатки, что связано с частичным протеканием процесса вторичной рекристаллизации при заключительном отжиге, большая разнотолщинность готового листа.
Задача, на осуществление которой направлено техническое решение, - получение в готовой изотропной стали содержания углерода не более 0,005%. При этом достигается получение такого технического результата, как снижение себестоимости производства и получение дополнительной прибыли от реализации изотропной стали 0÷4 групп легирования за счет повышения производительности агрегатов непрерывного отжига (устранение из технологического цикла операции обезуглероживающего отжига).
Вышеуказанные недостатки исключаются тем, что в способе производства особонизкоуглеродистой холоднокатаной изотропной электротехнической стали, включающем комбинированную продувку металла в конвертере, обезуглероживание металла в вакууме, легирование стали рафинированным от углерода ферросилицием, непрерывную разливку жидкого металла в слябы из футерованного сталеразливочного ковша через промежуточный ковш в кристаллизатор МНЛЗ с использованием в последнем шлакообразующей смеси, содержащей не более 1,5% углерода, горячую прокатку, нормализационный отжиг (при необходимости), травление, холодную прокатку до окончательного размера и окончательный отжиг, при легировании присаживают ферросилиций с содержанием углерода не более 0,02% в количестве, обеспечивающем содержание кремния в расплаве в пределах 0,5+3,2%, разливку жидкого металла в слябы ведут с присадкой в промежуточный ковш теплоизолирующей смеси с содержанием углерода не более 2%, при этом футеровка сталеразливочного ковша выполнена основной, с содержанием не более 2% углерода.
Сопоставительный анализ предложенного технического решения с прототипом показывает, что заявленный способ отличается от известного тем, что при легировании присаживают ферросилиций с содержанием углерода не более 0,02% в количестве, обеспечивающем содержание кремния в расплаве в пределах 0,5÷3,2%, разливку жидкого металла в слябы ведут с присадкой в промежуточный ковш теплоизолирующей смеси с содержанием углерода не более 2%, при этом футеровка сталеразливочного ковша выполнена основной, с содержанием не более 2% углерода. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения «Новизна».
Так как предлагаемое изобретение может быть использовано в промышленности, в частности, при производстве особонизкоуглеродистой холоднокатаной изотропной электротехнической стали, а проведение испытаний предлагаемого способа уже показало положительные результаты, следовательно, данное техническое решение соответствует критерию изобретения «Промышленная применимость».
Сравнительный анализ предложенного решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями не позволил выявить существенные признаки, присущие заявленному решению. Отсюда следует, что заявленная совокупность существенных отличий обеспечивает получение упомянутого выше технического результата, что, по мнению авторов, соответствует критерию изобретения «Изобретательский уровень».
Предложенное техническое решение будет понятно из следующего описания.
Способ производства особонизкоуглеродистой холоднокатаной изотропной электротехнической стали осуществляется следующим образом.
Вначале ведут комбинированную продувку металла в конвертере, обезуглероживание металла в вакууме, легирование стали рафинированным от углерода ферросилицием, непрерывную разливку жидкого металла в слябы из футерованного сталеразливочного ковша через промежуточный ковш в кристаллизатор МНЛЗ с использованием в последнем шлакообразующей смеси, содержащей не более 1,5% углерода. Затем ведут горячую прокатку до промежуточного размера, нормализационный отжиг (при необходимости), травление, холодную прокатку до окончательного размера и окончательный отжиг. При легировании стали присаживают ферросилиций с содержанием углерода не более 0,02% в количестве, обеспечивающем содержание кремния в расплаве в пределах 0,5÷3,2%, разливку жидкого металла в слябы ведут с присадкой в промежуточный ковш теплоизолирующей смеси с содержанием углерода не более 2%, при этом футеровка сталеразливочного ковша выполнена основной, с содержанием не более 2% углерода.
Легирование стали присаживанием ферросилиция с содержанием углерода более 0,02% в количестве, обеспечивающим содержание кремния менее 0,5%, не обеспечивает требуемого (менее 0,005%) содержания углерода в готовой стали, что недопустимо.
Легирование стали присаживанием ферросилиция с содержанием углерода более 0,02% в количестве, обеспечивающим содержание кремния более 3,2%, ведет к хрупкому разрушению стали при холодной прокатке и, как следствие - потерям товарной продукции, что неприемлемо.
Ведение разливки жидкого металла в слябы с присадкой в промежуточный ковш теплоизолирующей смеси с содержанием углерода более 2% не обеспечивает требуемого (менее 0,005%) содержания углерода в готовой стали, что нежелательно.
Выполнение футеровки сталеразливочного ковша неосновной и с содержанием углерода более 2% ведет к неконтролируемому насыщению стали кремнием и не обеспечивает требуемое (менее 0,005%) содержание углерода в готовой стали, что недопустимо.
Пример
3
В ОАО «НЛМК» проводилось опытное производство холоднокатаной изотропной электротехнической стали по предлагаемому способу. В конвертерном цехе №1 в конвертере емкостью 160 т вели комбинированную продувку металла, при которой в расплав жидкого металла подавался кислород, а через донные продувочные устройства не позже чем за 3 минуты до окончания продувки, в расплав в течение 50 с подавали инертный газ (аргон) с расходом 0,15 Нм/мин. Затем полученный расплав сливали в заранее подготовленный сталеразливочный ковш, выпускное отверстие которого было заранее заполнено малоуглеродистой засыпкой для открытия стакана типа ставролита. Футеровка сталеразливочного ковша была выполнена из огнеупорного материала с содержанием углерода 1,3-1,8%. Обезуглероживание жидкого металла вели в вакууме с использованием вакууматора в течение заданного времени, после чего в расплав, находящийся в сталеразливочном ковше, присаживали ферросилиций с содержанием углерода не более 0,02% в количестве 20 кг/т, обеспечивающем заданное содержание кремния в расплаве, причем ферросилиций присаживали порциями, равномерно до окончания процесса вакуумной обработки. Затем на МНЛЗ вели непрерывную разливку жидкого металла через промежуточный ковш емкостью 50 т и кристаллизатор в слябы, размером 250×900×1300 мм. В промежуточный ковш присаживали теплоизолирующую смесь с содержанием углерода 1,3-1,8%, а в кристаллизаторе использовали шлакообразующую смесь, содержащую 1,5% углерода. Затем в листопрокатном цехе горячей прокатки была проведена горячая прокатка полученных слябов. Слябы нагревались до температуры 1210-1220°С, время нагрева 3,5-4,0 час. Прокатка производилась на толщину 2,0 мм, температура конца черновой прокатки 940-960°С, температура конца чистовой прокатки 770-790°С. Прокатанные полосы сматывались в рулон с температурой смотки 620-640°С. После этого в цехе производства динамных сталей была проведена дальнейшая обработка полученных рулонов. Нормализационный отжиг производили в агрегате нормализации при температуре 800°С. Травление нормализованных рулонов было проведено на НТА в соляной кислоте. Холодную прокатку проводили на 4-клетевом стане 1400 на толщину 0,5 мм. После холодной прокатки был проведен окончательный (рекристаллизационный) отжиг в азото-водородной защитной атмосфере с содержанием водорода 30-40% при температуре 1050°С.
Свойства изотропной электротехнической стали, полученные в результате опытного использования предлагаемого технического решения, представлены в таблице.
Свойства изотропной электротехнической стали
Технология
Электромагнитные свойства
Выход 1 класса неплоскостности, %
P<sub>l,5/50</sub>, Вт/кг
A P<sub>l,5/50</sub>. %
В<sub>2500</sub>, Тл
существующая
2,92÷3,13
7-11
1,54÷1,55
20
предлагаемая
2,61÷2,78
7-9
1,55÷1,57
80
1,5/50
2500
Из анализа данных таблицы можно сделать вывод, что комплекс электромагнитных и механических свойств (удельные магнитные потери P, магнитной индукции Ви плоскостности) полученной стали с использованием предлагаемого способа выше, чем стали, полученной по ранее известному способу.
Применение вакуумированного подката с содержанием углерода менее 0,005% позволяет увеличить производительность агрегатов непрерывного отжига (устранение из технологического цикла операции обезуглероживающего отжига), повысить уровень электромагнитных свойств (отсутствие на поверхности полос зоны внутреннего окисления), увеличить выход 1 класса неплоскостности (снижение скорости охлаждения полос при устранении из технологического цикла операции обезуглероживающего отжига).
Таким образом, использование предлагаемого способа при производстве особонизкоуглеродистой холоднокатаной изотропной электротехнической стали позволяет не только получить в готовой продукции содержание углерода не более 0,005% с улучшением ее электромагнитных свойств и плоскостности, но и достичь снижения себестоимости производства (в среднем на 20%) и получения дополнительной прибыли от реализации изотропной стали 0÷4 групп легирования.
Следовательно, задача, на решение которой направлено технической решение, выполняется, при этом достигается получение вышеуказанного технического результата.