СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛЫХ СЛИТКОВ ТИТАНСОДЕРЖАЩИХ МАРОК СТАЛИ МЕТОДОМ ЭШП
PROCEDURE FOR PRODUCTION OF HOLLOW INGOTS OF TITANIUM CONTAINING GRADES OF STEEL BY METHOD OF ELECTRIC SLAG RE-MELTING (ESR)

Изобретение относится к специальной электрометаллургии и может быть использовано при производстве полых слитков методом ЭШП нержавеющих титансодержащих марок стали.
Задача электрошлакового переплава - получение плотной литой структуры металла, рафинированного от неметаллических включений и серы, с одинаковыми свойствами по высоте слитка. Наиболее распространенным флюсом для ЭШП является флюс АНФ6 с содержанием фторида кальция - 66-75% и оксида алюминия - 25-34%.
Электрошлаковая выплавка полых слитков производится в укороченном подвижном кристаллизаторе с установленным на нем дорном, формирующим внутреннюю полость слитка. Перед началом выплавки в кристаллизатор заливают основной рабочий флюс.
В процессе переплава кристаллизатор с дорном перемещаются по слитку по мере его наплавления навстречу плавящимся расходуемым электродам.
С наружной и внутренней стороны полого слитка в процессе переплава образуется гарнисаж, на который расходуется рабочий флюс. Для компенсации потерь флюса на гарнисаж через дозатор на шлаковую ванну подается добавочный флюс.
Флюс для производства полых слитков состоит из двух частей - основного флюса, который заливается на поддон между кристаллизатором и дорном до начала переплава, и добавочного флюса, поступающего в твердом измельченном до фракции 2-4 мм виде через дозатор на шлаковую ванну в процессе переплава для компенсации угара и расхода флюса на гарнисаж внутренней и внешней поверхности слитка.
Известен способ получения полых слитков методом ЭШП, включающий переплав расходуемого электрода на флюсе АНФ29, содержащем фторид кальция - 37-45%, оксид алюминия - 13-17%,оксид кальция 24-30%, оксид магния 2-6% и оксид кремния 11-15%, который используется при выплавке сталей, не содержащих титан (1).
2
Недостатком известного способа является то, что при производстве титансодержащих марок сталей входящий в состав флюса кремнезем (SiO) при взаимодействии с титаном (Ti) высвобождает кремний (Si), переходящий в металл, а титан, окисляясь, переходит в шлак
2
2
(SiO)+[Ti]=(TiO)+[Si]
Таким образом в металле возрастает содержание кремния и уменьшается содержание титана, что приводит к отбраковке металла по химическому составу.
2
2
3
В качестве прототипа принят способ получения полых слитков нержавеющих титансодержащих марок стали методом ЭШП, обеспечивающий равномерное распределение титана по высоте слитка, включающий переплав расходуемого электрода на основном флюсе, содержащем фторид кальция (CaF) - 58-59%, оксид алюминия (AlO) - 14,5-16%, оксид кальция (СаО) - 18%, оксид магния (MgO) - 8% и добавочном, включающим оксид кальция (СаО) - 39%, оксид магния (MgO) - 17%. Кроме того дополнительно производится раскисление флюса составом 66% Al+34% Ti (табл.1) [2].
Недостатком данного способа является наличие в добавочном флюсе оксид кальция (СаО), которая через 60-100 мин от начала переплава начинает комковаться и перестает поступать через дозатор на шлаковую ванну, что не позволяет получать слитки высотой более 1000 мм. Кроме того, для раскисления флюса нужен второй дозатор.
Задачей изобретения является создание способа получения полых слитков нержавеющих титансодержащих марок стали методом ЭШП высотой до и более 1000 мм с равномерным распределением титана по высоте слитка без дополнительного дозатора для раскисления.
Сущность изобретения заключается в том, что способ получения полых слитков нержавеющих титансодержащих марок стали методом ЭШП включает переплав на основном флюсе, содержащем фторид кальция - 50-55%, оксид алюминия - 18-20%, оксид кальция - 14-17%, оксид магния - 10-13%, двуокись титана - 2-4% и добавочном, имеющем следующий состав, мас.%: фторид кальция - 55-58, оксид алюминия - 30-35, оксид магния - 10-14.
Введение в основной флюс 2-4% двуокиси титана снижает угар титана из стали, исключая дополнительное раскисление флюса, и обеспечивает равномерное распределение титана по высоте полого слитка.
При содержании двуокиси титана менее 2% в нижней части слитка содержание титана будет меньше, чем в остальной части слитка.
При содержании двуокиси титана более 4% в нижней части слитка содержание титана будет больше, чем в остальной части слитка (табл.2, 3).
Фторид кальция в основном флюсе должен быть в пределах 50-55%. При его содержании менее 50% не обеспечивается необходимая жидкотекучесть флюса при переплаве, ухудшается качество поверхности слитков. При увеличении его содержания более 55% уменьшается скорость переплава, и флюс начинает подтекать из кристаллизатора.
Содержание оксида алюминия в основном флюсе должно быть в пределах 18-20%. Увеличение или уменьшение его содержания не обеспечивает равномерности распределения титана по высоте слитка.
Содержание оксида магния в основном флюсе должно быть в пределах 10-13%. При содержании MgO более 13% возрастает температура плавления флюса, что затрудняет проведение переплава и ухудшает качество поверхности слитка. При содержании MgO менее 10% наблюдается подтекание флюса из кристаллизатора из-за повышенной жидкотекучести флюса.
Содержание оксида кальция в основном флюсе менее 14% увеличивает вязкость флюса, снижает электропроводимость флюса, увеличивает расход электроэнергии.
При содержании оксида кальция более 17% увеличивается водородо-проницаемость флюса, что может привести к образованию свищей в металле.
Содержание в добавочном флюсе фторида кальция должно быть в пределах 55-58%. Уменьшение или увеличение его содержания не позволит сохранить постоянным состав основного флюса до конца переплава, что обеспечивает одинаковые свойства металла по высоте слитка.
Содержание в добавочном флюсе оксида магния должно быть 10-14% для обеспечения постоянного состава флюса и его жидкотекучести и температуры плавления до конца переплава. Содержание MgO менее 10% ухудшает качество поверхности слитка.
Содержание MgO более 14% приводит к неустойчивому режиму переплава, что может вызвать дефекты слитка.
Введение в добавочный флюс 30-35% оксида алюминия позволяет получить равномерное распределение титана по высоте слитка и исключить необходимость установки второго дозатора для раскисления флюса. Содержание в добавочном флюсе оксида алюминия менее 30% или более 35% нарушит соотношение остальных составляющих и может изменить температуру плавления флюса.
Возможность выплавки полого слитка высотой более 1000 мм обеспечивается отсутствием оксида кальция в добавочном флюсе, который постоянно подается через дозатор для компенсации потерь флюса на угар и гарнисаж.
На ОАО «Златоустовский металлургический завод» проведен ряд плавок с использованием предложенного способа получения полых слитков. Результаты опытов приведены в таблице 1, 2 и 3. Были выплавлены слитки диаметром 555 и 610 мм с диаметром внутренней полости 325 и 375 мм соответственно сталей марок 08×18н10т, 12×18н10т, 08×18н12т и 10×17н13м2т.
Состав флюсов приведен в таблице 1.
Флюс
CaF<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
CaO
MgO
TiO<sub>2</sub>
Al
Ti
Прототип
основной
58,0-59,5
14,5-16,0
18
8
добавочный
44
39
17
раскисл.
66
34
Опытный флюс
основной
50-55
18-20
14-17
10-13
2-4
добавочный
55-58
30-35
10-14
При переплаве стали марки 08×18н10т в кристаллизаторе кр. 610/375 мм на флюсе-прототипе на высоте слитка 600 мм (через 60 мин от начала плавки), стали марки 12×18н10т в кристаллизаторе кр. 555/325 на высоте 900 мм (через 100 мин от начала плавки) добавочный флюс-прототип перестает поступать из дозатора, т.к. оксид кальция, присутствующий в смеси, становится влажным и комкуется. Дальнейший переплав невозможен.
На опытном флюсе составов 2, 3, 4 выплавлено двадцать слитков. Высота слитков составляла 3500 мм.
Содержание титана по высоте слитков приведено в таблице 3. При выплавке слитка на флюсе состава 1 содержание Ti в нижней части слитка ниже, чем по всему слитку, а при выплавке слитка на флюсе состава 5 - выше. Химический состав и свойства металла по высоте слитков, выплавленных на флюсе составов 2, 3, 4, однородны. Качество металла отвечает требованиям технической документации.
Угар титана в нижней части слитков (У) соответствует его угару в остальной части слитка.
Таким образом, увеличение содержания оксида алюминия в основном флюсе до 18-20% и введение в него двуокиси титана позволяет получить равномерное распределение титана по всей высоте слитка. Отсутствие оксида кальция в добавочном флюсе позволяет получать слитки высотой до 3,5 м.
1. ТИ 06.198-98 ОАО «ЧЗЭМ», карты эскизов электрошлакового процесса, г.Чехов
2. ТИ 06.198-98 ОАО «ЧЗЭМ», карты эскизов электрошлакового процесса, г.Чехов
Содержание титана по высоте слитка
Таблица 2
Марка стали
Вариант состава флюса
Профиль
Литер
Содержание Ti по высоте слитка, %
Качество слитка
08×18н12 т-ш
А
0,56
Отклонение
1
555/325
Б
0,55
по содерж.
У
0,48
Ti: в «У»
А
0,66
08×18н10 т-ш
2
610/375
Б
0,65
годный
У
0,66
А
0,59
12×18н10 т-ш
2
555/325
Б
0,60
годный
У
0,58
А
0,55
08×18н12 т-ш
2
555/325
Б
0,55
годный
У
0,56
А
0,53
10×17н13м2 т-ш
3
610/375
Б
0,55
годный
У
0,54
А
0,56
10×17н13м2 т-ш
3
610/375
Б
0,54
годный
У
0,55
А
0,60
10×17н13м2 т-ш
3
555/325
Б
0,61
годный
У
0,62
А
0.64
10×17н13м2 т-ш
3
555/325
Б
0,62
годный
У
0,63
А
0,52
10×17н13м2 т-ш
4
610/375
Б
0,50
годный
У
0,51
А
0,57
10×17н13м2 т-ш
4
610/375
Б
0,56
годный
У
0,56
А
0,60
10×17н13м2 т-ш
4
610/375
Б
0.59
годный
У
0.59
А
0,65
Отклонение
08×18н10 т
5
555/325
Б
0,64
по содерж.
У
0,70
Ti: в «У»
Литер «А» соответствует верхней части слитка
Литер «Б» соответствует средней части слитка
Литер «У» соответствует нижней части слитка