СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ПОЛЫХ СЛИТКОВ ТИТАН- И БОРСОДЕРЖАЩИХ МАРОК СТАЛИ МЕТОДОМ ЭШП
PROCEDURE FOR MELTING HOLLOW INGOTS OF TITAN AND BORON CONTAINING GRADES OF STEEL BY METHOD OF ESR (ELECTRO-SLAG RE-MELTING)

Изобретение относится к специальной электрометаллургии и может быть использовано при производстве полых слитков методом ЭШП сталей, содержащих титан и бор.
Задачей электрошлакового переплава является получение плотной литой структуры металла, рафинированного от неметаллических включений и серы, с одинаковыми свойствами по высоте слитка.
Электрошлаковая выплавка полых слитков производится в укороченный подвижный кристаллизатор с установленным на нем дорном, формирующим внутреннюю полость слитка. Перед началом выплавки между кристаллизатором и дорном на поддон заливают предварительно расплавленный во флюсоплавильной печи 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 из флюса. Для компенсации потерь флюса ушедшего на образование гарнисажа, через дозатор, в течение всей плавки на шлаковую ванну подается добавочный флюс.
Известен способ получения полых слитков методом ЭШП, включающий переплав расходуемого электрода на основном флюсе, который в процессе переплава раскисляется. В качестве основного флюса используют флюс АНФ6, содержащий фторид кальция - 66-75% и оксид алюминия - 25-34%, который используется при выплавке полых слитков высотой не более 555 мм. В качестве раскислителя используется алюминиевый порошок общей массой 250 г на слиток [1].
Недостатком известного способа является невозможность выплавки слитка высотой более 555 мм, т.к. количество флюса уменьшается к концу переплава на 20-40 кг (20-40%) из-за расхода флюса на гарнисаж и подтекания флюса по поверхности слитка из-за повышенной жидкотекучести, обусловленной большим содержанием фторида кальция.
2
2
3
2
Известен способ получения полых слитков методом ЭШП, включающий переплав расходуемого электрода на основном и добавочном флюсе, в качестве которых используют флюс АНФ29, включающий фторид кальция (CaF) - 37-45%, оксид алюминия (AlO) - 13-17%, известь (СаО) - 24-30%, оксид кремния (SiO) - 11-15%, оксид магния (MgO) - 2-6% [2].
Использование добавочного флюса позволяет восполнять флюс, расходуемый на гарнисаж. Однако в процессе переплава состав флюса изменяется из-за перераспределения элементов в системе флюс-металл, флюс-атмосфера (воздух). Изменение состава флюса приводит к изменению свойств выплавляемого слитка. Еще одним недостатком данного способа является наличие в добавочном флюсе извести (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.
В качестве прототипа принят способ получения полых слитков методом ЭШП, включающий переплав расходуемых электродов на основном и добавочном флюсах, в качестве которых используются: основной флюс состава 37-45% фторида кальция, 13-17% оксида аюминия, 24-30% извести, 11-15% оксида кремния, 2-6% оксида магния и добавочный - 65-70% фторида кальция, 12-17% оксида аюминия, 8-10% оксида кремния, 8-10% оксида магния. Этот способ используется при выплавке сталей, не содержащих титан и бор. Слитки могут быть выполнены такой длины, которую позволяет установка ЭШП [3].
Недостатком данного способа является то, что при производстве сталей, содержащих титан и бор, кремний из его окисла будет восстанавливаться более сильным раскислителем титаном и частично бором в нижней части слитка. В металле увеличится содержание кремния при уменьшении содержания титана и в меньшей степени бора, что приведет к несоответствию полученного металла марочному составу и неравномерному распределению титана, бора и кремния по высоте слитка.
Задачей изобретения является создание способа получения полых слитков нержавеющих титан- и борсодержащих марок стали методом ЭШП с равномерным распределением титана и бора по высоте слитка.
Сущность изобретения заключается в том, что способ получения полых слитков нержавеющих титан- и борсодержащих марок стали методом ЭШП включает переплав расходуемого электрода на основном флюсе, содержащем фторид кальция - 54-56%, оксид алюминия - 18-20%, оксид кальция - 10-12%, оксид магния - 8-10%, двуокись титана - 6-8%, и добавочном, имеющем следующий состав, мас.%: фторид кальция - 52-54%, оксид алюминия - 30-33%, оксид магния - 14-16%.
Введение в основной флюс 6-8% двуокиси титана снижает угар титана из стали, предотвращает угар бора и обеспечивает их равномерное распределение по высоте слитка.
При электрошлаковом переплаве температура шлака превышает 1650°С, при температуре более 700°С происходит реакция
2
2
3
4[В]+3{O}=2(BO)
И хотя при содержании двуокиси титана менее 6% благодаря реакции
2
5
2
(BO)+Ti=(TiO)+[В]
содержание бора в слитке не изменяется, в нижней части слитка содержание титана будет меньше, чем в остальной его части.
При содержании двуокиси титана более 8% в нижней части слитка содержание титана будет больше, чем в остальной части слитка.
Фторид кальция в основном флюсе должен быть в пределах 54-56%. При его содержании менее 54% не обеспечивается необходимая жидкотекучесть флюса при переплаве, ухудшается качество поверхности слитков. При увеличении его содержания более 56% увеличивается жидкотекучесть флюса и флюс начинает вытекать из кристаллизатора.
Содержание оксида алюминия в основном флюсе должно быть в пределах 18-20%. Увеличение или уменьшение его содержания приводит к увеличению или уменьшению температуры флюса, что влияет на скорость переплава и приведет к неравномерному распределению титана по высоте слитка.
Содержание оксида магния в основном флюсе должно быть в пределах 8-10%. Увеличение его содержания по отношению к прототипу (2-6%) объясняется тем, что у сталей, легированных бором, снижена температура плавления на 90-150°С и при переплаве они более жидкотекучи, а наличие оксида магния во флюсе делает его более вязким.
Содержание оксида магния менее 8% не исключает подтекание флюса из кристаллизатора из-за повышенной жидкотекучести флюса, а при содержании оксида магния более 10% увеличивается вязкость флюса, что затрудняет проведение переплава и ухудшает качество поверхности слитка («гофры», пережимы).
Содержание оксида кальция в основном флюсе должно быть 10-12%. При содержании его более 12% увеличивается водородопроницаемость флюса, способствующая образованию пор и свищей в металле.
При содержании оксида кальция менее 10% снижается электропроводность флюса, увеличивается расход электроэнергии.
Во флюсе отсутствует оксид кремния, т.к. хотя он и сохраняет бор в металле, он окисляет титан, переводя его из металла в шлак.
Содержание в добавочном флюсе фторида кальция должно быть в пределах 52-54%. Увеличение или уменьшение его содержания не позволит сохранить состав основного флюса до конца переплава и не обеспечит свойства металла по высоте слитка.
Содержание в добавочном флюсе оксида магния должно быть 14-16%. Такое содержание обеспечивает необходимую вязкость флюса, восполняя расход оксида магния основного флюса на гарнисаж. Содержание оксида магния менее 14% и более 16% приводит к изменению вязкости флюса по высоте наплавляемого слитка и неравномерному распределению элементов.
В добавочном флюсе должно быть 30-33% оксида алюминия. Увеличение или уменьшение его содержания может изменить состав основного флюса, в котором 18-20% оксида алюминия и основная его масса переходит в гарнисаж.
На ОАО «Златоустовский металлургический завод» проведена выплавка полых слитков стали марки ЧС82-ш, имеющей в своем составе 2,3-3,5 титана и 1,3-1,8 бора с использованием предложенного способа получения полых слитков. Были выплавлены слитки диаметром 555 мм с диаметром внутренней полости 325 мм, высотой 3-3,2 м. Результаты опытов приведены в таблице 1, 2 и 3.
Таблица 1
Состав флюсов
Флюс
CaF<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
CaO
MgO
TiO<sub>2</sub>
SiO<sub>2</sub>
Прототип
основной
37-45
13-17
24-30
2-6
11-15
добавочный
65-70
12-17
8-10
8-10
Опытный флюс
основной
54-56
18-20
10-12
8-10
6-8
добавочный
52-54
30-33
14-16
Химический состав флюса после переплава соответствует составу основного флюса (табл.3), что может гарантировать одинаковое качество металла по высоте слитков.
Химический состав и свойства металла по высоте слитков, выплавленных на опытном флюсе однородны. Качество металла отвечает требованиям технической документации
Таким образом, предложенный состав основного флюса позволяет получить качественный металл титан- и борсодержащих марок сталей с равномерным распределением элементов по высоте слитка.
Таблица 2
Содержание титана и бора в полых слитках круг 555/325 мм стали марки ЧС82-ш по высоте, масс %
Основной флюс
Добавочный флюс
Содержание титана в слитке
Содержание бора в слитке
CaF<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
CaO
MgO
TiO<sub>2</sub>
CaF<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
TiO<sub>2</sub>
А
В
У
А
В
У
1
54
18
12
10
6
52
32
16
3,2
3,32
3,30
1,82
1,80
1,81
2
55
18
11
8
8
53
33
14
3,34
3,31
3,35
1,90
1,92
1,87
3
56
20
10
8
6
54
31
15
3,0
3,2
3,1
1,79
1,78
1,8
литер «А» соответствует верхней части слитка«В» - середина слитка«У» - нижняя часть слитка
Таблица 3
Состав флюса после переплава
Номер п/п
% массовая доля
CaF<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
CaO
MgO
TiO<sub>2</sub>
1
54
20
10
8
8
2
55
19
12
8
6
3
54
18
11
9
8
Литература
1. ТИ 06.198-98 ОАО «ЧЗЭМ», карты эскизов электрошлакового процесса, г.Чехов.
2. ТИ 06.198-98 ОАО «ЧЗЭМ», карты эскизов электрошлакового процесса, 3.
3. Патент RU №2363743 С22В 9/18, 06.08.2007.