RU2186856C1 - Composite blend for smelting alloyed steels - Google Patents
Composite blend for smelting alloyed steels Download PDFInfo
- Publication number
- RU2186856C1 RU2186856C1 RU2001107112/02A RU2001107112A RU2186856C1 RU 2186856 C1 RU2186856 C1 RU 2186856C1 RU 2001107112/02 A RU2001107112/02 A RU 2001107112/02A RU 2001107112 A RU2001107112 A RU 2001107112A RU 2186856 C1 RU2186856 C1 RU 2186856C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- iron
- oxides
- elements
- alloying
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к составу шихт для производства легированных сталей, в частности для выплавки их в электропечах. The invention relates to ferrous metallurgy, specifically to the composition of the charges for the production of alloy steels, in particular for smelting them in electric furnaces.
Известна шихта для производства легированной стали в дуговой электропечи методом переплава с использованием газообразного кислорода, в которой используют легированные отходы, по составу аналогичные и/или близкие к выплавляемой стали, а недостаток легирующих элементов и доводку стали до заданного состава осуществляют за счет ввода легирующих добавок [1]. Known mixture for the production of alloy steel in an electric arc furnace by remelting using gaseous oxygen, which uses alloyed waste similar in composition and / or close to the smelted steel, and the lack of alloying elements and the refinement of steel to a given composition is carried out by introducing alloying additives [ 1].
Однако используемые при переплаве графитовые электроды вызывают избыточное науглероживание металла (на 0,02-0,05% и более), что вынуждает включать в состав шихты до 30% и более заготовки из специально выплавляемого низкоуглеродистого железа, чистого по фосфору и сере, увеличивает себестоимость выплавляемой стали и не обеспечивает возможности достижения в ней низких содержаний углерода. However, the graphite electrodes used during remelting cause excessive carburization of the metal (by 0.02-0.05% and more), which forces to include in the composition of the charge up to 30% or more billets from specially smelted low-carbon iron pure in phosphorus and sulfur, increases the cost smelted steel and does not provide the possibility of achieving low carbon contents in it.
К числу других недостатков в результате применения такой шихты относится также повышенный угар хрома, марганца, железа, что требует проведения плавления на максимальной мощности с повышенным расходом газообразного кислорода. Other disadvantages resulting from the use of such a mixture include increased fumes of chromium, manganese, and iron, which requires melting at maximum power with an increased consumption of gaseous oxygen.
Для получения сталей с особо низким содержанием углерода либо при отсутствии легированных отходов проводят плавку с окислением, в которой используют свежую шихту [1]. В качестве такой шихты применяют чугун, отходы углеродистых сталей, композиционную углеродистую шихту. Продувка такой шихты газообразным кислородом после ее расплавления позволяет получать стали с содержанием углерода менее 0,03%. Однако из-за повышенного окисления легирующих элементов в нее нельзя вводить высоколегированные отходы, содержащие хром, марганец и др. элементы. Поэтому легирование стали производят путем ввода больших количество низкоуглеродистых и безуглеродистых ферросплавов, что увеличивает расход легирующих присадок и существенно повышает себестоимость стали. To obtain steels with a particularly low carbon content or in the absence of alloyed waste, oxidation smelting is carried out, in which a fresh charge is used [1]. As such a charge, cast iron, carbon steel waste, and composite carbon charge are used. Blowing such a charge with gaseous oxygen after its melting allows to obtain steel with a carbon content of less than 0.03%. However, due to the increased oxidation of alloying elements, highly alloyed waste containing chromium, manganese, and other elements cannot be introduced into it. Therefore, alloying of steel is carried out by introducing large quantities of low-carbon and carbon-free ferroalloys, which increases the consumption of alloying additives and significantly increases the cost of steel.
Расплавление такого количества твердых ферросплавов требует дополнительного времени, что увеличивает время плавки и одновременно вызывает трудности в проведении восстановительного периода плавки. The melting of such an amount of solid ferroalloys requires additional time, which increases the melting time and at the same time causes difficulties in the recovery period of the melting.
Известна шихта для выплавки особо низкоуглеродистых сталей в дуговой печи с доводкой на установке печь-ковш [2], состоящая из 40-70% отходов выплавляемой стали и близких к ним по химическому составу, 20-40% углеродистых отходов с содержанием фосфора не более 0,025%, высоко- и среднеуглеродистых сортов ферросплавов. Known mixture for the smelting of especially low carbon steels in an arc furnace with finishing on the ladle furnace [2], consisting of 40-70% of waste steel and close to them in chemical composition, 20-40% of carbon waste with a phosphorus content of not more than 0.025 %, high- and medium-carbon ferroalloy grades.
После расплавления шихты, продувки кислородом, удаления части углерода и нагрева металла образуется жидкая ванна. Она содержит углерод в количестве 0,2-0,4%, легирующие элементы типа хрома, марганца, частично окисляемые в процессе плавки, и неокисляемые легирующие элементы типа молибдена, вольфрама, кобальта и т.д., если они входили в состав легированных отходов. Легкоокисляемые элементы типа ванадия, титана, кремния и т.д., входящие в состав отходов легированных сталей и служащие легирующими элементами и/или раскислителями, окисляются в процессе плавления и окисления углерода до следов. К концу плавки в электропечи образуется железоуглеродистый расплав, содержащий определенное количество частично окислившихся легирующих элементов типа хрома и марганца, но свободный от элементов-раскислителей, служащий исходной жидкой шихтой по отношению к внепечной обработке стали в ковшах. After melting the charge, purging with oxygen, removing part of the carbon and heating the metal, a liquid bath forms. It contains carbon in an amount of 0.2-0.4%, alloying elements such as chromium, manganese, partially oxidized during the smelting process, and non-oxidizing alloying elements such as molybdenum, tungsten, cobalt, etc., if they were part of alloyed waste . The easily oxidized elements such as vanadium, titanium, silicon, etc., which are part of the alloy steel waste and serve as alloying elements and / or deoxidizers, are oxidized during the melting and oxidation of carbon to traces. By the end of the smelting, an iron-carbon melt is formed in the electric furnace, containing a certain amount of partially oxidized alloying elements such as chromium and manganese, but free from deoxidizing elements, which serves as the initial liquid charge in relation to the out-of-furnace treatment of steel in ladles.
Недостатками жидкой шихты, получаемой путем расплавления различных видов металлошихты и частичного удаления углерода, является повышенный угар хрома, марганца, железа и др. элементов, наблюдающийся при расплавлении холодной твердой шихты в электропечи. Известный процесс также не обеспечивает повышения чистоты стали по фосфору и сере. Кроме того, легирование стали производится только за счет ввода легирующих элементов в виде соответствующих ферросплавов. Все это увеличивает их расход и удорожает процесс выплавки и стоимость стали. The disadvantages of the liquid mixture obtained by melting various types of metal charge and the partial removal of carbon is the increased fumes of chromium, manganese, iron and other elements, observed during the melting of a cold solid charge in an electric furnace. The known process also does not provide an increase in the purity of steel in phosphorus and sulfur. In addition, steel alloying is carried out only by introducing alloying elements in the form of appropriate ferroalloys. All this increases their consumption and increases the cost of the smelting process and the cost of steel.
В последнее время предпринимаются попытки использования легирующих элементов, восстанавливаемых из их оксидов непосредственно в сталеплавильном агрегате или же в агрегате внепечной обработки. Примером этого является шихта, в которой вместо легированных отходов используют жидкий чугун, феррохром и хромистую руду [3]. Часть хрома для легирования поступает в сталь с феррохромом, а часть из оксидов хрома, восстанавливаемых из руды углеродом чугуна. Recently, attempts have been made to use alloying elements reduced from their oxides directly in the steelmaking unit or in the after-treatment unit. An example of this is a mixture in which, instead of alloyed waste, liquid iron, ferrochrome and chromium ore are used [3]. Part of the chromium for alloying enters the steel with ferrochrome, and part of the chromium oxides reduced from iron ore by cast iron.
Однако из-за перехода оксидов легирующих элементов (руд, концентратов, окалины и т. п. ) в шлак их активность сильно снижается, что затрудняет их восстановление из шлака. However, due to the transition of oxides of alloying elements (ores, concentrates, scale, etc.) to slag, their activity is greatly reduced, which makes it difficult to recover from slag.
Наличие оксидов железа в шлаке увеличивает расход восстановителей, вводимых в шлак, поскольку одновременно с оксидами легирующих элементов в шлак неизбежно попадают оксиды железа, на восстановление которых требуется дополнительное количество восстановителей. Поскольку шлак находится в контакте с атмосферой, содержащей кислород, это дополнительно увеличивает расход восстановителей. The presence of iron oxides in the slag increases the consumption of reducing agents introduced into the slag, since, simultaneously with the oxides of the alloying elements, iron oxides inevitably fall into the slag, the reduction of which requires additional reducing agents. Since the slag is in contact with an atmosphere containing oxygen, this further increases the consumption of reducing agents.
Неблагоприятное влияние на процесс восстановления оказывают свойства шлака, который к концу продувки содержит большое количество тугоплавких оксидов хрома и магния, становится вязким, малоподвижным и зачастую гетерогенным, а температура шлака ниже температуры металла. The recovery process is adversely affected by the properties of slag, which at the end of purging contains a large amount of refractory chromium and magnesium oxides, becomes viscous, inactive, and often heterogeneous, and the temperature of the slag is lower than the temperature of the metal.
Шлаковый режим в случае проведения восстановления существенно изменяется, в нем происходит накопление оксидов кремния, существенно возрастает масса шлака, по характеру шлак становится полукислым. За счет того достигается достаточно высокое извлечение хрома, но при этом прекращается удаление серы и увеличивается угар титана. Увеличение массы шлака может явиться также причиной больших потерь железа и хрома. In the case of reduction, the slag regime changes significantly, silicon oxides accumulate in it, the slag mass increases significantly, and the slag becomes semi-acid in character. Due to this, a sufficiently high extraction of chromium is achieved, but the removal of sulfur ceases and titanium fumes increase. An increase in slag mass can also cause large losses of iron and chromium.
Вместе взятые эти факторы препятствуют развитию процессов восстановления легирующих элементов из оксидов, находящихся в шлаке, ограничивают расход оксидов легирующих элементов до 20-40 кг/т стали. Ввод оксидов в практически готовый расплав является нетехнологичным, поскольку увеличение окисленности шлака за счет растворения этих оксидов увеличивает угар элементов-раскислителей и приводит к нестабильности содержания в стали раскислителей, кислорода, включений оксидов - продуктов раскисления. Taken together, these factors impede the development of processes for the recovery of alloying elements from oxides in the slag, and limit the consumption of oxides of alloying elements to 20-40 kg / t of steel. The introduction of oxides into a practically finished melt is not technologically advanced, since an increase in the oxidation of slag due to the dissolution of these oxides increases the burnout of deoxidizing elements and leads to instability of the content of deoxidizers, oxygen, and inclusions of oxides - deoxidation products in steel.
В целом технология легирования стали за счет частичного восстановления легирующих элементов из их оксидов, введенных в шлак, не получила заметного развития и находится в стадии исследований. In general, the technology of alloying steel due to the partial recovery of alloying elements from their oxides introduced into the slag has not received significant development and is in the research stage.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является композиционная шихта для выплавки стали, содержащая железоуглеродистый сплав и оксидный материал в следующем соотношении, мас. %: железоуглеродистый сплав - 50-95; оксидный материал - 5-50, при этом оксидный материал содержит 0,25-99,5% свободных оксидов металлов, имеющих сродство к кислороду, равное и/или меньшее, чем у углерода. В качестве металлической составляющей этой шихты используются железоуглеродистый сплавы с содержанием углерода 0,2-4,5%, в частности передельный чугун, сталь [4]. The closest in technical essence to the claimed is a composite charge for steelmaking, containing iron-carbon alloy and oxide material in the following ratio, wt. %: iron-carbon alloy - 50-95; the oxide material is 5-50, while the oxide material contains 0.25-99.5% of free metal oxides having an affinity for oxygen equal to and / or less than that of carbon. As the metal component of this charge, iron-carbon alloys with a carbon content of 0.2-4.5%, in particular pig iron, steel, are used [4].
Оксидами металлов, входящими в состав оксидного материала, могут быть оксиды железа, марганца, а также оксиды легирующих элементов - меди, хрома, никеля, вольфрама, кобальта. Сродство этих металлов к кислороду в условиях сталеплавильной ванны меньше, чем у углерода, что обеспечивает в процессе плавки их частичное или полное восстановление до металлического состояния углеродом, имеющимся в металлической составляющей шихты - железоуглеродистом сплаве. Эта композиционная шихта производится в настоящее время на трех металлургических заводах России и зарегистрирована как товарный знак Синтиком® (синтетический композиционный материал).The metal oxides that make up the oxide material can be oxides of iron, manganese, as well as oxides of alloying elements - copper, chromium, nickel, tungsten, cobalt. The affinity of these metals to oxygen under the conditions of the steelmaking bath is less than that of carbon, which ensures their partial or complete reduction to the metallic state during the smelting process with carbon, which is present in the metal component of the charge — an iron-carbon alloy. This composite charge is currently being produced at three metallurgical plants in Russia and is registered as a trademark of Synticom ® (synthetic composite material).
Процесс восстановления в этой шихте протекает при более благоприятных термодинамических и кинетических условиях благодаря более высокой активности оксидов, отсутствия доступа кислорода к месту реакции, весьма развитой поверхности контакта оксидов с восстановителем, что обеспечивает более полное использование минерального сырья по сравнению с его вводом в шлак и последующим восстановлением оксидов из шлака. Вместе с тем этот материал не свободен от следующих недостатков. The reduction process in this mixture proceeds under more favorable thermodynamic and kinetic conditions due to the higher activity of oxides, lack of access of oxygen to the reaction site, and a very developed contact surface of oxides with a reducing agent, which ensures a more complete use of mineral raw materials compared to its introduction into slag and subsequent reduction of oxides from slag. However, this material is not free from the following disadvantages.
Восстановительная способность углерода, имеющегося в железоуглеродистом сплаве, особенно при пониженных температурах является недостаточной для полного восстановления оксидов хрома, марганца, бора, ванадия, вследствие чего часть оксидов этих легирующих элементов остается невосстановленной и теряется со шлаком. The reducing ability of the carbon present in the iron-carbon alloy, especially at low temperatures, is insufficient for the complete reduction of the oxides of chromium, manganese, boron, vanadium, as a result of which part of the oxides of these alloying elements remains unreduced and is lost with slag.
Значительное различие в температурах плавления железоуглеродистого сплава (1150oС) и оксидного материала (1380-1450oС и более) вызывает высвобождение части материала из шихты еще до завершения реакций между углеродом и кислородом, содержащегося в оксидах, что снижает степень восстановления легирующих элементов из их оксидов, содержащихся в оксидном материале.A significant difference in the melting points of the iron-carbon alloy (1150 o C) and oxide material (1380-1450 o C and more) causes the release of part of the material from the charge even before the completion of the reactions between carbon and oxygen contained in the oxides, which reduces the degree of reduction of alloying elements from their oxides contained in the oxide material.
При использовании в качестве восстановителя углерода некоторое его количество остается в металлической составляющей шихты, создавая тем самым дополнительные проблемы, обусловленные необходимостью удаления из расплава остаточного количества углерода. When using carbon as a reducing agent, a certain amount of it remains in the metal component of the charge, thereby creating additional problems due to the need to remove residual carbon from the melt.
Эндотермический характер реакции окисления углерода кислородом, поступающим из оксидов железа и других элементов, вызывает увеличение энергозатрат и удлиняет продолжительность плавки, а также повышает стоимость выплавляемых сталей. The endothermic nature of the carbon oxidation reaction with oxygen from iron oxides and other elements causes an increase in energy consumption and lengthens the melting time, as well as increases the cost of smelted steels.
Железоуглеродистый полупродукт, в качестве которого преимущественно используется передельный чугун, содержит повышенное количество фосфора, серы, углерода, что усложняет технологию плавки и ухудшает чистоту получаемого металла. Iron-carbon intermediate, which is mainly used for pig iron, contains an increased amount of phosphorus, sulfur, carbon, which complicates the technology of smelting and affects the purity of the resulting metal.
Технической задачей изобретения было обеспечить более полное легирование стали элементами, восстанавливаемыми из их оксидов непосредственно в ванне сталеплавильного агрегата; применение более разнообразных шихт для выплавки легированных сталей, позволяющих получать чистый выплавляемый металл, снизив при этом его себестоимость. An object of the invention was to provide a more complete alloying of steel with elements recovered from their oxides directly in the bath of the steelmaking unit; the use of a more diverse mixture for the smelting of alloy steels, allowing to obtain a clean smelted metal, while reducing its cost.
Технический результат достигается тем, что для выплавки легированной стали применяют композиционную шихту, содержащую железоуглеродистый сплав и оксидный материал, в которой железоуглеродистый сплав дополнительно содержит легирующие элементы и металлические восстановители в количестве 0,05-20% и 0,2-15% соответственно, а оксидный материал дополнительно содержит оксиды легирующих элементов, которые входят в состав железоуглеродистого сплава, в количестве 1-98% и металлические элементы-восстановители в количестве 0,5-15%, при этом в качестве металлических восстановителей используют элементы, сродство которых к кислороду равно и/или больше, чем у углерода. The technical result is achieved by the fact that for the smelting of alloyed steel, a composite charge is used containing an iron-carbon alloy and an oxide material, in which the iron-carbon alloy additionally contains alloying elements and metal reducing agents in an amount of 0.05-20% and 0.2-15%, respectively, and the oxide material additionally contains oxides of alloying elements that are part of the iron-carbon alloy in an amount of 1-98% and metal reducing elements in an amount of 0.5-15%, while as allicheskih reducing elements are used, the oxygen affinity which is equal to and / or greater than that of carbon.
Композиционная шихта, которая в качестве легирующих элементов содержит хром, марганец, бор, ванадий, кремний, титан, алюминий, редкоземельные металлы, вольфрам, молибден, кобальт, никель, медь, и/или их смеси. Composite charge, which as alloying elements contains chromium, manganese, boron, vanadium, silicon, titanium, aluminum, rare earth metals, tungsten, molybdenum, cobalt, nickel, copper, and / or mixtures thereof.
Композиционная шихта, в которой железоуглеродистый сплав содержит углерод и растворенный и в свободной форме (растворенный в металле и свободный углерод) в количестве 0,02-5,5% и 0,1-3% соответственно, при этом частицы свободного углерода имеют размер 10-5-10-7 см.Composite charge in which the iron-carbon alloy contains carbon both dissolved and in free form (dissolved in metal and free carbon) in an amount of 0.02-5.5% and 0.1-3%, respectively, while the free carbon particles have a size of 10 -5 -10 -7 cm.
Композиционная шихта, в которой оксидный материал дополнительно содержит углеродсодержащий материал в виде карбидов металлов, сажистого железа, сажи, графита, аморфного углерода и/или их смеси в количестве 0,1-10%. Composite charge, in which the oxide material further comprises a carbon-containing material in the form of metal carbides, soot iron, carbon black, graphite, amorphous carbon and / or a mixture thereof in an amount of 0.1-10%.
Композиционная шихта, в которой оксидный материал содержит дополнительно шлакообразующие компоненты в количестве 0,5-20%. Composite charge, in which the oxide material additionally contains slag-forming components in an amount of 0.5-20%.
Композиционная шихта, которая в качестве железоуглеродистого сплава содержит полупродукт, предварительно подвергнутый рафинированию, с содержанием серы и фосфора не более 0,01% каждого, а кислорода 0,005-0,10%, азота 0,003-0,012%. Composite charge, which as an iron-carbon alloy contains an intermediate product, previously subjected to refining, with a sulfur and phosphorus content of not more than 0.01% each, and oxygen 0.005-0.10%, nitrogen 0.003-0.012%.
Композиционная шихта, которая в качестве оксидов легирующих элементов содержит предварительно восстановленные материалы со степенью металлизации, равной и/или большей 5%. Composite charge, which as oxides of alloying elements contains pre-reduced materials with a degree of metallization equal to and / or greater than 5%.
Композиционная шихта, в которой оксидный материал, оксиды легирующих элементов, углеродсодержащий и шлакообразующие компоненты имеют форму предварительно окускованной смеси. Composite charge in which the oxide material, oxides of alloying elements, carbon-containing and slag-forming components are in the form of a pre-agglomerated mixture.
Предлагаемые пределы содержания легирующих элементов в металлической составляющей шихты, равные 0,05-20%, обеспечивают использование для легирования, микролегирования и модифицирования металла самых различных элементов - хрома, марганца, бора, ванадия, кремния, титана, алюминия, содержание которых в готовом металле колеблется в весьма широких пределах - от 0,001 до 28%. The proposed limits for the content of alloying elements in the metal component of the mixture, equal to 0.05-20%, provide the use for alloying, microalloying and metal modification of a wide variety of elements - chromium, manganese, boron, vanadium, silicon, titanium, aluminum, the content of which in the finished metal fluctuates over a very wide range - from 0.001 to 28%.
Меньшие значения относятся к высокоактивным элементам, которые используются в качестве модификаторов и для микролегирования стали. Их обычное содержание в металле колеблется в пределах 0,001-1% (соответственно для бора и титана). Содержание в шихте более 0,05% легирующих элементов обеспечивает с учетом угара части этих элементов получение в стали требуемых содержаний микролегирующих элементов и модификаторов. Если содержание в шихте этих элементов менее 0,05% (менее нижнего предела), то того количества оказывается недостаточно для того, чтобы обеспечить требуемое содержание микролегирующих и модификаторов, например, 0,002-0,005% для бора и 0,2-0,8% для титана. Поэтому содержание легирующих в шихте менее 0,05% является нецелесообразным. Верхний предел содержания легирующих в шихте ограничен значением 20%. Это позволяет иметь в исходной шихте значительное количество элементов, которые используются в качестве легирующих при выплавке высоколегированных сталей, в частности, хрома и марганца, содержание которых в стали значительно выше, чем у других элементов и достигает 28% и 15% соответственно. Дальнейшее повышение этого предела - выше 20% нецелесообразно, так как это уменьшает в шихте долю этих элементов, поступающих в металл из оксидов хрома и марганца, содержащихся в оксидном материале в результате восстановления. Это повышает расход ферросплавов, удлиняет длительность легирования и увеличивает себестоимость стали, снижая тем самым эффективность предлагаемой шихты. Smaller values relate to highly active elements that are used as modifiers and for microalloying steel. Their usual content in the metal ranges from 0.001-1% (respectively for boron and titanium). The content in the charge of more than 0.05% of the alloying elements provides, taking into account the fumes of some of these elements, obtaining in the steel the required contents of microalloying elements and modifiers. If the content of these elements in the charge is less than 0.05% (less than the lower limit), then that amount is not enough to provide the required content of microalloys and modifiers, for example, 0.002-0.005% for boron and 0.2-0.8% for titanium. Therefore, the content of alloying in the mixture of less than 0.05% is impractical. The upper limit of the alloying content in the charge is limited to 20%. This makes it possible to have a significant amount of elements in the initial charge that are used as alloying alloys in the smelting of high alloy steels, in particular chromium and manganese, the content of which in steel is much higher than that of other elements and reaches 28% and 15%, respectively. A further increase in this limit - above 20% is impractical, since this reduces the fraction of these elements entering the metal from chromium and manganese oxides contained in the oxide material as a result of reduction. This increases the consumption of ferroalloys, lengthens the duration of alloying and increases the cost of steel, thereby reducing the efficiency of the proposed mixture.
Содержание металлических восстановителей и оксидов легирующих элементов в шихте связаны между собой. Использование шихты, в которой железоуглеродистый сплав содержит более 15% восстановителей (выше верхнего предела), а оксидный материал содержит менее 1% оксидов легирующих (ниже нижнего предела), приводит к неполному использованию восстановителей из-за недостатка оксидов. Избыток восстановителей при этом окисляется, что приводит к перерасходу восстановителей, неэффектному их использованию и безвозвратным потерям. Это снижает эффективность шихты, повышает стоимость ее и стали, выплавляемой из этой шихты. The content of metal reducing agents and oxides of alloying elements in the charge are interconnected. The use of a mixture in which the iron-carbon alloy contains more than 15% of reducing agents (above the upper limit), and the oxide material contains less than 1% of alloying oxides (below the lower limit), leads to the incomplete use of reducing agents due to the lack of oxides. In this case, the excess of reducing agents is oxidized, which leads to an excessive consumption of reducing agents, their ineffective use and irretrievable losses. This reduces the efficiency of the charge, increases the cost of it and steel smelted from this charge.
При использовании шихты, в которой железоуглеродистый сплав имеет в своем составе менее 0,2% восстановителей (ниже нижнего предела), а оксидный материал более 98% оксидов легирующих (выше верхнего предела), количество восстановителя в шихте не хватает для полного восстановления оксидов. Невосстановленные оксиды попадают в шлак, где их активность снижается как из-за их взаимодействия с другими компонентами шлака, так и из-за тугоплавкости и малой вязкости шлака. Это затрудняет их дальнейшее восстановление. В результате этого часть оксидов теряется со шлаком, вызывая тем самым увеличение их расхода и повышая затраты на легирование стали. When using a mixture in which the iron-carbon alloy contains less than 0.2% of reducing agents (below the lower limit), and the oxide material is more than 98% of alloying oxides (above the upper limit), the amount of reducing agent in the mixture is not enough to completely reduce the oxides. Unreduced oxides enter the slag, where their activity decreases both due to their interaction with other components of the slag, and because of the refractoriness and low viscosity of the slag. This makes their further recovery difficult. As a result of this, part of the oxides is lost with slag, thereby causing an increase in their consumption and increasing the cost of alloying steel.
Предлагаемые пределы содержания в железоуглеродистом сплаве восстановителей в пределах 0,2-20, а в оксидном материале оксидов легирующих в пределах 1-98% отвечают условиям достижения наилучших технико-экономических показателей плавки. The proposed limits for the content of reducing agents in the iron-carbon alloy are in the range of 0.2-20, and in the oxide material alloying oxides in the range of 1-98% meet the conditions for achieving the best technical and economic indicators of smelting.
Указанные пределы компонентов композиционной шихты обеспечивают полное восстановление оксидов хрома и оксидов других легирующих элементов, открывая возможность для максимального увеличения в стали доли легирующих, поступающих из их оксидов за счет восстановления, и снижения до минимума количества легирующих добавок, вводимых в виде ферросплавов. The specified limits of the components of the composite charge provide a complete reduction of chromium oxides and oxides of other alloying elements, opening up the possibility of maximizing the proportion of alloying alloys coming from their oxides in steel due to reduction and minimizing the amount of alloying additives introduced in the form of ferroalloys.
По мере увеличения содержания в шихте восстановителей возрастает содержание оксидов легирующих элементов, которые могу быть переведены из оксидного в металлическое состояние на основе восстановления. Это позволяет в широких пределах регулировать соотношение количества легирующих, поступающих в металл из готовых ферросплавов и из их оксидов. Кроме того, изменяя соотношение количества восстановителей и оксидов легирующих, можно получать шихту с различным содержанием легирующих элементов с учетом сортамента сталей, для выплавки которых предназначается легированная шихта. As the content of reducing agents in the charge increases, the content of oxides of alloying elements increases, which can be converted from an oxide to a metallic state based on reduction. This allows you to widely control the ratio of the amount of alloying entering the metal from finished ferroalloys and from their oxides. In addition, by changing the ratio of the number of reducing agents and alloying oxides, it is possible to obtain a mixture with a different content of alloying elements, taking into account the range of steels for the smelting of which the alloyed alloy is intended.
В сочетании с возможностями широкого регулирования содержания легирующих в железоуглеродистом сплаве предлагаемые пределы соотношения восстановители-оксиды легирующих обеспечивают получение шихты со значительными пределами изменения состава шихты и содержание в ней различного количества легирующих элементов. Благодаря этому предлагаемая шихта может использоваться при выплавке сталей самого широкого сортамента - от низко- до высоколегированных, в том числе аустенитных коррозионно-стойких сталей. Кроме того, эта шихта может использоваться для модифицирования и микролегирования различных сталей, в том числе углеродистых, в частности для автолиста. In combination with the possibilities of broad regulation of the content of alloying in an iron-carbon alloy, the proposed limits for the ratio of reducing agents to oxides of alloying provide a charge with significant limits on the composition of the charge and the content in it of a different amount of alloying elements. Due to this, the proposed mixture can be used in the smelting of steels of the widest assortment - from low to high alloyed, including austenitic, corrosion-resistant steels. In addition, this charge can be used for the modification and microalloying of various steels, including carbon, in particular for a sheet.
Использование в качестве восстановителей элементов, сродство которых к кислороду равно и/или больше, чем у углерода, открывает возможности для использования в качестве восстановителя не только углерода, но и металлических восстановителей, обладающих более высоким восстановительным потенциалом в широком температурном диапазоне, особенно в области пониженных температур. Это создает условия для более полного восстановления оксидов легирующих элементов до металлического состояния без их дополнительного науглероживания и обеспечивает поступление в ванну чистых легирующих элементов, свободных от дополнительных вредных и нежелательных микропримесей, сопутствующих обычным ферросплавам. В этом случае степень чистоты элементов, поступающих из оксидов, определяется только природой рудного сырья и не зависит от технологии производства. The use as reducing agents of elements whose affinity for oxygen is equal to and / or greater than that of carbon opens up possibilities for using not only carbon, but also metal reducing agents having a higher reduction potential in a wide temperature range, especially in the low temperatures. This creates conditions for a more complete reduction of the oxides of alloying elements to a metallic state without their additional carburization and ensures that pure alloying elements are free from additional harmful and undesirable microimpurities accompanying conventional ferroalloys. In this case, the degree of purity of the elements coming from the oxides is determined only by the nature of the ore raw materials and does not depend on the production technology.
С другой стороны, использование металлических элементов - восстановителей понижает степень эндотермичности процесса восстановления, а для случая использования высокоактивных элементов превращает процесс в экзотермический, идущий с выделением тепла и не требующий подвода энергии извне. Учитывая, что углетермическое восстановление оксидов железа, марганца, хрома и других элементов требует значительных затрат энергии, переход к металлотермическому способу получения легирующих элементов позволяет увеличить расход оксидов и количество элементов, поступающих из оксидов, и за счет этого снизить расход ферросплавов. On the other hand, the use of metal elements - reducing agents lowers the degree of endothermicity of the recovery process, and for the case of using highly active elements it turns the process into an exothermic one that goes with heat and does not require energy from the outside. Considering that carbon-thermal reduction of iron, manganese, chromium and other elements oxides requires significant energy expenditures, the transition to a metallothermal method for producing alloying elements can increase the consumption of oxides and the number of elements coming from oxides, and thereby reduce the consumption of ferroalloys.
С повышением температуры сродство некоторых металлов к кислороду становится меньше, чем у углерода. При температуре 1600oС и выше при стандартных условиях сродство углерода к кислороду становится больше, чем у кремния, ванадия, бора, марганца, хрома. В этом случае углерод приобретает способность восстанавливать оксиды хрома, марганца и других элементов, имеющих меньшее сродство к кислороду. Одновременно с этим могут восстанавливаться и оксиды железа. Однако фактическая активность углерода в расплаве железо-углерод значительно меньше стандартной, равной единице. Поэтому фактическое сродство углерода к кислороду в условиях сталеплавильной ванны значительно меньше по сравнению со стандартным состоянием, отвечающим пределу насыщения, когда активность углерода максимальна и достигает единицы. По этой причине восстановление оксидов легирующих элементов углеродом требует повышенных температура. Так, для оксидов хрома эта температура превышает 1800oС. Время пребывания металла при такой температуре по причине снижения стойкости футеровка ограничено. Это уменьшает возможную длительность процесса взаимодействия углерода с оксидами хрома. В сочетании с большими затратами энергии это существенно сужает возможности легирования стали за счет восстановления оксидов хрома углеродом.With increasing temperature, the affinity of some metals for oxygen becomes less than that of carbon. At a temperature of 1600 o C and higher under standard conditions, the affinity of carbon to oxygen becomes greater than that of silicon, vanadium, boron, manganese, chromium. In this case, carbon acquires the ability to reduce oxides of chromium, manganese and other elements having a lower affinity for oxygen. At the same time, iron oxides can also be reduced. However, the actual carbon activity in the iron-carbon melt is much less than the standard one. Therefore, the actual affinity of carbon to oxygen under the conditions of the steelmaking bath is significantly less compared to the standard state corresponding to the saturation limit, when the carbon activity is maximum and reaches unity. For this reason, the reduction of oxides of alloying elements with carbon requires elevated temperatures. So, for chromium oxides, this temperature exceeds 1800 o C. The residence time of the metal at this temperature due to the decrease in resistance of the lining is limited. This reduces the possible duration of the process of interaction of carbon with chromium oxides. In combination with high energy costs, this significantly reduces the possibilities of alloying steel by reducing chromium oxides with carbon.
В предлагаемой шихте железоуглеродистый сплав содержит углерод одновременно в двух состояниях - растворенном в железе в количестве 0,02-5,5% и свободном в количестве 0,1-3%, при этом частицы последнего имеют размер 10-5-10-7 см.In the proposed mixture, the iron-carbon alloy contains carbon simultaneously in two states - dissolved in iron in an amount of 0.02-5.5% and free in an amount of 0.1-3%, while the particles of the latter have a size of 10 -5 -10 -7 cm .
Присутствие в сплаве кроме растворенного углерода дополнительного количества углерода в свободном состоянии увеличивает общее содержание углерода в шихте, тем самым открывая возможность для более полного использования углерода при восстановлении легирующих элементов, обладающих относительно небольшим сродством к кислороду по сравнению с хромом, в частности оксидов железа. Углерод в свободном виде имеет максимальную активность, близкую к единице, что существенно выше, чем у углерода, находящегося в растворе с железом. Вследствие этого восстановительная способность углерода в шихте возрастает, что улучшает полноту восстановления оксидов и позволяет лучше использовать потенциал углерода как восстановителя. Этому также благоприятствует относительно малый размер частиц углерода, благодаря чему резко возрастает поверхность его реагирования с оксидами и ускоряется их восстановление. The presence in the alloy, in addition to dissolved carbon, of an additional amount of carbon in the free state increases the total carbon content in the charge, thereby opening up the possibility for more complete use of carbon in the reduction of alloying elements with a relatively small affinity for oxygen compared with chromium, in particular iron oxides. Free carbon has a maximum activity close to unity, which is significantly higher than that of carbon in solution with iron. As a result, the reducing ability of carbon in the charge increases, which improves the completeness of the reduction of oxides and allows better use of the carbon potential as a reducing agent. This is also favored by the relatively small size of carbon particles, due to which the surface of its reaction with oxides increases sharply and their recovery is accelerated.
Выбор пределов продиктован следующими соображениями. При использовании шихты, содержащей железоуглеродистый сплав с растворенным в нем углеродом ниже 0,02% (ниже нижнего предела), а свободного углерода более 3% (выше верхнего предела), температура плавления сплава получается завышенной, поскольку он содержит относительно мало растворенного углерода, снижающего температуру ликвидус. Присутствующий в сплаве в дисперсном состоянии свободный углерод в этом случае используется неполностью, что ухудшает эффективность использования шихты. The choice of limits is dictated by the following considerations. When using a charge containing an iron-carbon alloy with carbon dissolved in it below 0.02% (below the lower limit) and free carbon more than 3% (above the upper limit), the melting point of the alloy is too high, since it contains relatively little dissolved carbon, which reduces liquidus temperature. The free carbon present in the dispersed state of the alloy in this case is not fully used, which degrades the efficiency of using the charge.
Использование шихты, содержащей железоуглеродистый сплав с растворенным углеродом в количестве выше 5,5% (выше верхнего предела), а свободного углерода менее 0,1% (ниже нижнего предела) приводит к снижению эффективности углерода как восстановителя. В этом случае температура плавления сплава из-за большого количества растворенного в железе углерода получается минимальной - около 1150oС. Вследствие этого расплавление сплава опережает процесс взаимодействия углерода с оксидами и их восстановление не получает заметного развития. Присутствие в шихте весьма активного свободного углерода, но в малых количествах не позволяет компенсировать снижение восстановительного потенциала растворенного углерода.The use of a mixture containing an iron-carbon alloy with dissolved carbon in an amount above 5.5% (above the upper limit) and free carbon less than 0.1% (below the lower limit) leads to a decrease in the efficiency of carbon as a reducing agent. In this case, the melting point of the alloy due to the large amount of carbon dissolved in the iron is minimal - about 1150 o C. As a result of this, the melting of the alloy is ahead of the process of interaction of carbon with oxides and their recovery does not receive significant development. The presence in the charge of very active free carbon, but in small quantities, does not compensate for the reduction in the reduction potential of dissolved carbon.
Размер частиц свободного углерода связан со следующим. При размере частиц углерода менее 10-7 см (ниже нижнего предела) углерод начинает растворяться в железе, снижая свою активность и восстановительную способность. Если размер частиц составляет более 10-5 см (выше верхнего предела), то его восстановительная способность уменьшается вследствие уменьшения активности углерода и реакционной поверхности. Предлагаемые пределы содержания растворенного в железе и свободного углерода в металлической основе шихты - железоуглеродистом сплаве соответственно в пределах 0,02-5,5% и 0,1-3% при размере частиц свободного углерода 10-5-10-7 см позволяют повысить роль углерода как восстановителя за счет увеличения его количества, повышения активности и улучшения условий протекания реакций восстановления оксидов углеродом.The particle size of free carbon is associated with the following. When the carbon particle size is less than 10 -7 cm (below the lower limit), carbon begins to dissolve in iron, reducing its activity and reducing ability. If the particle size is more than 10 -5 cm (above the upper limit), then its reducing ability decreases due to a decrease in the activity of carbon and the reaction surface. The proposed limits of the content of dissolved in iron and free carbon in the metal base of the charge - iron-carbon alloy, respectively, in the range of 0.02-5.5% and 0.1-3% with a free carbon particle size of 10 -5 -10 -7 cm allow to increase the role carbon as a reducing agent by increasing its amount, increasing activity and improving the conditions for the reactions of reduction of carbon oxides.
Указанные пределы содержания углерода обеспечивают интенсивное восстановление оксидов, особенно железа, и непрерывное выделение монооксида углерода. Последний вызывает сильное развитие перемешивания и ускоряет восстановление. Это способствует улучшению показателей плавки и облегчает удаление серы, фосфора и газов из стали, повышая тем самым качество металла. The indicated limits of carbon content provide intensive reduction of oxides, especially iron, and continuous release of carbon monoxide. The latter causes a strong development of mixing and accelerates recovery. This helps to improve the performance of the smelting and facilitates the removal of sulfur, phosphorus and gases from steel, thereby increasing the quality of the metal.
В один из компонентов шихты - оксидный материал предлагается вводить углеродсодержащие материалы в количестве 0,1-10%. It is proposed to introduce carbon-containing materials in an amount of 0.1-10% in one of the components of the charge - oxide material.
Наличие в оксидном материале углерода создает предпосылки для использования углерода в качестве дополнительного восстановителя, реакции которого с оксидами сопровождаются выделением монооксида и интенсификацией процесса восстановления. Этот углерод используется преимущественно для восстановления оксидов железа, часто присутствующих в рудах, например хромовых. При высоких температурах и подводе энергии извне углерод может частично использоваться для восстановления и более прочных оксидов - хрома, марганца и др. The presence of carbon in the oxide material creates the preconditions for using carbon as an additional reducing agent, the reactions of which with oxides are accompanied by the release of monoxide and the intensification of the reduction process. This carbon is used primarily for the reduction of iron oxides, often present in ores, such as chromium. At high temperatures and the supply of energy from outside, carbon can be partially used for the reduction of more durable oxides - chromium, manganese, etc.
При количестве его в оксидном материале менее 0,1% (ниже нижнего предела) количества углерода оказывается недостаточно для восстановления оксидов железа, что нежелательно, так как приводит к перерасходу металлических восстановителей, вынужденных брать на себя роль углерода. Если его количество выше 10% (выше верхнего предела), то это приводит к неполному расходованию углерода на восстановление, избыток которого растворяется в металле. В свою очередь это требует дополнительного расхода кислорода и времени на окисление этого углерода. Предлагаемые пределы содержания углерода 0,1-10% позволяют обеспечить полное восстановление оксидов железа за счет наиболее дешевого из восстановителей и сократить потребность в металлических восстановителях. When its amount in the oxide material is less than 0.1% (below the lower limit), the amount of carbon is not enough for the reduction of iron oxides, which is undesirable, since it leads to an overuse of metal reducing agents, forced to take on the role of carbon. If its amount is above 10% (above the upper limit), then this leads to incomplete consumption of carbon for reduction, the excess of which is dissolved in the metal. In turn, this requires additional oxygen consumption and time for the oxidation of this carbon. The proposed limits of the carbon content of 0.1-10% can ensure the complete reduction of iron oxides due to the cheapest of the reducing agents and reduce the need for metal reducing agents.
Для повышения эффективности предлагаемой шихты оксидный материал ее содержит шлакообразующие компоненты в пределах 0,5-20%. Присутствие этих компонентов позволяет в широком диапазоне изменять концентрации и активности оксидов, входящих в исходный состав оксидного материала, а также регулировать состав и активность оксидов в продуктах реакции. Известно, что ряд оксидов, в частности хрома, из-за их тугоплавкости делают шлак гетерогенным, вязким, малоактивным. В процессе восстановления оксидов кремнием шлак обогащается оксидами кремния. Все это замедляет процесс восстановления. Использование шлакообразующих компонентов в составе оксидного материала шихты позволяет понизить активность оксидов кремния за счет ввода оксида кальция. Это способствует лучшему восстановлению оксидов и обеспечивает более полное извлечение легирующих элементов из их оксидов, находящихся в оксидном материале и в образующемся шлаке. To increase the efficiency of the proposed mixture, its oxide material contains slag-forming components in the range of 0.5-20%. The presence of these components allows a wide range to change the concentration and activity of oxides included in the initial composition of the oxide material, as well as to regulate the composition and activity of oxides in the reaction products. It is known that a number of oxides, in particular chromium, because of their refractoriness make slag heterogeneous, viscous, and inactive. In the process of silicon oxide reduction, the slag is enriched with silicon oxides. All this slows down the recovery process. The use of slag-forming components in the composition of the oxide material of the mixture allows to reduce the activity of silicon oxides due to the introduction of calcium oxide. This contributes to a better reduction of oxides and provides a more complete extraction of alloying elements from their oxides in the oxide material and in the resulting slag.
Использование оксидного материала с содержанием шлакообразующих компонентов менее 0,5% (ниже нижнего предела) не достигает своей цели из-за недостаточного содержания шлакообразующих. The use of oxide material with a content of slag-forming components of less than 0.5% (below the lower limit) does not reach its goal due to the insufficient content of slag-forming.
В случае, когда содержание шлакообразующих в оксидном материале превышает 20% (выше верхнего предела), это приводит к увеличению количества шлака, что увеличивает потери со шлаком оксидов, в частности оксидов хрома. Кроме того, при этом основность шлака повышается, что не всегда желательно, поскольку шлаки с чрезмерной основностью часто ухудшают условия восстановления оксидов, например хрома. Поэтому рекомендуемая основность шлака для хрома не должна превышать 1,6-2,2. Предлагаемые пределы содержания шлакообразующих в оксидном материале обеспечивают необходимые возможности для управления процессом восстановления и достижение повышенной степени извлечения элементов из их оксидов (до 95-97%). In the case when the content of slag-forming in the oxide material exceeds 20% (above the upper limit), this leads to an increase in the amount of slag, which increases the loss of slag oxides, in particular chromium oxides. In addition, the basicity of the slag increases, which is not always desirable, since slags with excessive basicity often worsen the conditions for the reduction of oxides, for example chromium. Therefore, the recommended basicity of the slag for chromium should not exceed 1.6-2.2. The proposed limits for the content of slag-forming in the oxide material provide the necessary capabilities to control the recovery process and achieve an increased degree of extraction of elements from their oxides (up to 95-97%).
Использование в шихте в качестве железоуглеродистого сплава полупродукта, предварительно подвергнутого рафинированию, содержащего серы и фосфора не более 0,010% каждого, кислорода 0,005-0,10%, азота 0,003-0,012%, позволяет существенно повысить чистоту выплавляемых сталей по содержанию вредных примесей и газов, а также использовать для легирования более дешевые ферросплавы с пониженной чистотой. Применение сплава с более низким содержанием примесей (ниже нижнего предела) усложняет технологию его выплавки и увеличивает затраты на его производство. The use in the charge as an iron-carbon alloy of an intermediate product, previously subjected to refining, containing sulfur and phosphorus of not more than 0.010% each, oxygen 0.005-0.10%, nitrogen 0.003-0.012%, can significantly increase the purity of smelted steels in terms of harmful impurities and gases, and also use cheaper alloys of lower purity for alloying. The use of an alloy with a lower content of impurities (below the lower limit) complicates the technology of its smelting and increases the cost of its production.
Применение сплава с более высоким содержанием примесей (выше верхнего предела) требует применения ферросплавов, содержащих пониженное количество вредных и нежелательных примесей, а также газов, прежде всего азота. Это повышает себестоимость стали, что нежелательно. Указанные пределы содержания примесей и газов обеспечиваются существующей технологией выплавки, не требуя принятия специальных мер. В то же время получаемый сплав является достаточно чистым и позволяет выплавлять из такой шихты стали повышенной чистоты. The use of an alloy with a higher content of impurities (above the upper limit) requires the use of ferroalloys containing a reduced amount of harmful and undesirable impurities, as well as gases, primarily nitrogen. This increases the cost of steel, which is undesirable. The specified limits for the content of impurities and gases are provided by the existing smelting technology, without requiring special measures. At the same time, the resulting alloy is sufficiently pure and allows high-purity steel to be smelted from such a charge.
Эффективность композиционной шихты возрастает, если в качестве невосстановленных оксидов легирующих элементов использовать предварительно восстановленные материалы со степенью металлизации, равной и/или больше 5%. The effectiveness of the composite charge increases if pre-reduced materials with a metallization degree equal to and / or greater than 5% are used as unreduced oxides of alloying elements.
Использование оксидов со степенью металлизации менее 5% (ниже предела) малоэффективно, так как не окупает дополнительных затрат, связанных с организацией, подготовкой и процессом восстановления. Чем выше степень металлизации, тем меньше расход восстановителей и меньше стоимость материала и сталей, выплавляемых с его использованием. Поэтому целесообразно для улучшения технико-экономических показателей плавки применять предварительно восстановленные материалы со степенью металлизации, равной и/или больше 5%. The use of oxides with a metallization degree of less than 5% (below the limit) is ineffective, since it does not cover the additional costs associated with the organization, preparation and recovery process. The higher the degree of metallization, the lower the consumption of reducing agents and the lower the cost of material and steels smelted using it. Therefore, it is advisable to use pre-reduced materials with a metallization degree equal to and / or greater than 5% to improve the technical and economic indicators of the heat.
Применение композиционной шихты, оксидный материал которой дополнительно содержит металлические восстановители в количестве 0,5-15% с размером частиц 0,1-15 мм, ускоряет восстановление оксидов легирующих элементов и повышает степень восстановления. Это объясняется тем, что в этом случае восстановители и оксиды имеют максимальную поверхность контакта, вследствие чего процессы подвода реагентов в зону реакции перестают оказывать лимитирующее действие на ход восстановления. The use of a composite charge, the oxide material of which additionally contains metal reducing agents in an amount of 0.5-15% with a particle size of 0.1-15 mm, accelerates the reduction of oxides of alloying elements and increases the degree of reduction. This is due to the fact that in this case, the reducing agents and oxides have a maximum contact surface, as a result of which the processes of supplying the reagents to the reaction zone cease to have a limiting effect on the course of reduction.
Использование шихты, содержащей в оксидном материале восстановители менее 0,5% (ниже нижнего предела) с размером частиц более 15 мм (выше верхнего предела), не дает значительного эффекта, так как реакционная поверхность при этом возрастает незначительно. Это ограничивает возможности восстановления элементов из их оксидов. The use of a mixture containing reducing agents in the oxide material of less than 0.5% (below the lower limit) with a particle size of more than 15 mm (above the upper limit) does not have a significant effect, since the reaction surface increases slightly. This limits the ability to recover elements from their oxides.
Использование шихты, содержащей в оксидном наполнителе более 15% (выше верхнего предела) с размером частиц менее 0,1 мм (ниже нижнего предела), сопряжено с чрезмерно бурным протеканием процесса восстановления. Это приводит к локальным выбросам и потерям из-за этого части восстановителя и оксида легирующего элемента. Кроме того, высокая дисперсность восстановителя требует дополнительных затрат на его диспергирование. Поэтому указанные значения являются нерациональными. The use of a mixture containing in the oxide filler more than 15% (above the upper limit) with a particle size of less than 0.1 mm (below the lower limit) is associated with an excessively rapid course of the recovery process. This leads to local emissions and losses due to this part of the reducing agent and the oxide of the alloying element. In addition, the high dispersion of the reducing agent requires additional costs for its dispersion. Therefore, the indicated values are irrational.
Использование шихты с предлагаемыми пределами обеспечивает высокую степень восстановления, достигающую величин порядка 97-100%, при относительно небольших затратах на дробление восстановителя. The use of a mixture with the proposed limits provides a high degree of recovery, reaching values of the order of 97-100%, with relatively low costs for crushing the reducing agent.
Шихта, содержащая оксидный материал вместе с оксидами легирующих элементов, углеродсодержащими и шлакообразующими компонентами в виде предварительно окускованной смеси, имеет ряд преимуществ и позволяет существенно упростить процесс изготовления шихты, снизить ее стоимость и улучшить металлургические свойства. Предварительное окускование компонентов наполнителя открывает возможности использования в качестве источника оксидов легирующих элементов пылевидных и дисперсных отходов руд. Это значительно снижает стоимость и позволяет вовлечь в оборот неиспользуемые отходы, которые к тому же ухудшают экологическую обстановку. A mixture containing oxide material together with oxides of alloying elements, carbon-containing and slag-forming components in the form of a pre-agglomerated mixture has several advantages and can significantly simplify the manufacturing process of the mixture, reduce its cost and improve metallurgical properties. Pre-agglomeration of the filler components opens up the possibility of using pulverized and dispersed ore wastes as a source of alloying elements oxides. This significantly reduces the cost and allows the use of unused waste in the circulation, which also worsens the environmental situation.
Преимущества применения окускованного наполнителя следующие: увеличивается удельная поверхность реакцирования частиц оксидов и наполнителя, уменьшается прочность оксидов и повышается реакционная способность восстановителя, устраняется градиент концентрации реагентов в объеме наполнителя, обеспечивается стабильность состава шихты. В сочетании с локализацией восстановления в относительно небольших объемах материала указанные факторы усиливают скорость протекания процессов восстановления. Благодаря окускованию скорость восстановления оксидов металлов перестает лимитироваться диффузией реагентов, а определяется только температурно-тепловыми условиями. Поэтому окускование наполнителя является желательным. The advantages of using agglomerated filler are as follows: the specific surface area of the reaction of the particles of oxides and filler increases, the strength of the oxides decreases and the reactivity of the reducing agent increases, the concentration gradient of the reactants in the volume of the filler is eliminated, and the composition of the charge is stable. In combination with the localization of recovery in relatively small volumes of material, these factors enhance the rate of recovery processes. Thanks to agglomeration, the rate of reduction of metal oxides ceases to be limited by the diffusion of reagents, and is determined only by thermal and thermal conditions. Therefore, agglomeration of the filler is desirable.
Пример. Выплавку аустенитной коррозионно-стойкой стали марки 18Х18Н10Т осуществляли в дуговой печи. Example. Smelting of austenitic corrosion-resistant steel grade 18X18H10T was carried out in an arc furnace.
Химический состав стали в соответствии с ГОСТ 5632-72 следующий, мас. %: углерод ≤ 0,12; кремний ≤ 0,8; марганец ≤ 2,0; хром 17-19; никель 9-11; титан (0,10-0,15) (% [С] - 0,02); сера ≤ 0,020; фосфор ≤ 0,035. The chemical composition of steel in accordance with GOST 5632-72 is as follows, wt. %: carbon ≤ 0.12; silicon ≤ 0.8; Manganese ≤ 2.0; chrome 17-19; nickel 9-11; titanium (0.10-0.15) (% [C] - 0.02); sulfur ≤ 0.020; phosphorus ≤ 0.035.
В качестве исходной металлошихты использовали 50-70% отходов выплавляемой стали и сталей, близких к ней по химическому составу, 20-40% композиционной шихты, отходы никеля, а также 45% ферросилиций. As the initial metal charge, 50-70% of waste steel and steel close to it in chemical composition, 20-40% of the composite charge, nickel waste, as well as 45% ferrosilicon were used.
Для легирования металла дополнительно к композиционной шихте применяли низкоуглеродистый хром марки ФХ010, ферротитан, силикомарганец, а также небольшое количество силикохрома. For alloying the metal, in addition to the composite charge, low carbon chromium grade ФХ010, ferrotitanium, silicomanganese, as well as a small amount of silicochrome were used.
Раскисление металла и шлака производили ферросилицием ФС65, силикокальций, первичный алюминий. The metal and slag were deoxidized by ferrosilicon FS65, silicocalcium, and primary aluminum.
Композиционная шихта изготавливалась из полупродукта - железоуглеродистого сплава с пониженным содержанием углерода, серы и фосфора. Composite charge was made of an intermediate product - an iron-carbon alloy with a low content of carbon, sulfur and phosphorus.
В полупродукт вводили до 15% силикохрома ФСХ40 и небольшое количество 45% ферросилиция - до 1,5-2%. В среднем полученный железоуглеродистый сплав содержал, мас. %: углерода 0,03-0,10; кремния 0,15-16; хрома 0,04-15; фосфора 0,007-0,018, серы 0,005-0,015. Оксидным материалом служила смесь дисперсных и пылевидных отходов хромовой руды, техническая окись хрома, известь. Исходные материалы предварительно окомковывали, размер окатышей составлял 5-20 мм. В случае необходимости ввода восстановителя в оксидный материал в него вводили пылевидные отходы ферросилиция. Up to 15% of silicochrome FSX40 and a small amount of 45% ferrosilicon up to 1.5-2% were introduced into the intermediate. On average, the obtained iron-carbon alloy contained, wt. %: carbon 0.03-0.10; silicon 0.15-16; chromium 0.04-15; phosphorus 0.007-0.018, sulfur 0.005-0.015. The oxide material was a mixture of dispersed and pulverized wastes of chromium ore, technical chromium oxide, and lime. The starting materials were pre-pelletized, the size of the pellets was 5-20 mm. If it is necessary to introduce a reducing agent into the oxide material, dusty ferrosilicon waste was introduced into it.
Оксидный материал содержал оксиды хрома в количестве 0,9-98,9%, оксиды железа в количестве 0,5-75% и оксиды кальция, магния, кремния и алюминия в пределах 0,6-26%. The oxide material contained chromium oxides in an amount of 0.9-98.9%, iron oxides in an amount of 0.5-75% and oxides of calcium, magnesium, silicon and aluminum in the range of 0.6-26%.
Техническая окись хрома имела следующий состав. масс. %: оксид хрома Cr2O3 98,7; оксид хрома СrО3 0,8; оксид кремния 0,23; оксид железа 0,68; сера 0,018, фосфор 0,018, углерод 0,015.Technical chromium oxide had the following composition. mass %: chromium oxide Cr 2 O 3 98.7; chromium oxide CrO 3 0.8; silica 0.23; iron oxide 0.68; sulfur 0.018, phosphorus 0.018, carbon 0.015.
Соотношение доли железоуглеродистого легированного сплава и оксидного материала варьировали в пределах от 5 до 32%. Расчетный химический состав композиционной шихты применялся в пределах, мас. %: углерода 0,03-0,10; кремния 0,11-12, хрома общего 0,03-12,0; фосфора не более 0,012, серы не более 0,010, железо общее 58-76, оксиды кальция и пустая порода 0,15-6,7%; оксиды железа 0,14-5,7. The ratio of the proportion of iron-carbon alloyed alloy and oxide material varied from 5 to 32%. The estimated chemical composition of the composite charge was used in the range, wt. %: carbon 0.03-0.10; silicon 0.11-12; total chromium 0.03-12.0; phosphorus not more than 0.012, sulfur not more than 0.010, total iron 58-76, calcium oxides and waste 0.15-6.7%; iron oxides 0.14-5.7.
Композиционную шихту получали на разливочных машинах чугуна, заливая жидким расплавом оксидные материалы, и оксиды легирующих элементов, предварительно введенные в литейную форму. Масса чушек составляла 23-47 кг. С целью равномерного распределения наполнителей по объему металлической основы шихты заливку жидкой основы проводили в два приема. Плавление шихты вели при повышенной мощности трансформатора с использованием газокислородных горелок. Подрезку металлошихты осуществляли кислородом через специальные трубы. Продувку жидкой ванны кислородом начинали после расплавления 70-80% металлошихты. После полного расплавления отбирали пробы металла для анализа и начинали обезуглероживание ванны, не скачивая шлака. Расход кислорода поддерживали в пределах 45-85 м3/мин. Продувку заканчивали при содержании углерода в металле 0,04-0,07%. После отбора контрольных проб в ванну с целью корректировки ее состава по содержанию хрома, никеля, марганца, кремния присаживали отходы стали 12Х18Н10Т, ферросилиций, силикомарганец и нагретый до 600-800oС малоуглеродистый феррохром. Одновременно с этим для раскисления шлака в него вводили ферросилиций, силикокальций и силикохром, а в случае необходимости присаживали известь для получения основности шлака, равной 1,8-2,2, а также плавиковый шпат. Металл нагревали до 1570-1640oС, после чего производили слив стали в ковш. Легирование стали титаном производили в ковше.Composite charge was obtained on casting iron casting machines, pouring oxide materials and alloying element oxides, previously introduced into the mold, by liquid melt. The mass of ingots was 23-47 kg. In order to uniformly distribute the fillers over the volume of the metal base of the charge, the liquid base was poured in two steps. The charge was melted at an increased transformer power using gas-oxygen burners. Trimming the metal charge was carried out with oxygen through special pipes. The purge of the liquid bath with oxygen began after the melting of 70-80% of the metal charge. After complete melting, metal samples were taken for analysis and decarburization of the bath began without downloading slag. Oxygen consumption was maintained within the range of 45-85 m 3 / min. The purge was completed at a carbon content of 0.04-0.07% in the metal. After taking control samples in the bath in order to adjust its composition according to the content of chromium, nickel, manganese, and silicon, wastes of 12Kh18N10T steel, ferrosilicon, silicomanganese, and low-carbon ferrochrome heated to 600-800 ° C were seated. At the same time, in order to deoxidize the slag, ferrosilicon, silicocalcium, and silicochrome were introduced into it, and if necessary lime was added to obtain a slag basicity of 1.8–2.2, as well as fluorspar. The metal was heated to 1570-1640 o C, after which the steel was drained into the ladle. Alloying steel with titanium was carried out in a ladle.
Технико-экономические показатели плавок приведены в табл. 1, а химический состав стали в табл. 2. Technical and economic indicators of heats are given in table. 1, and the chemical composition of the steel in table. 2.
Как видно из табл. 1, композиционная шихта обеспечивает снижение удельного расхода низкоуглеродистого феррохрома на 6-28 кг, сокращение длительности плавки на 9-39 мин и уменьшение себестоимости 1 т стали на 0,6-13,7 долл. Кроме того, как следует из табл. 2, композиционная шихта позволяет снизить содержание углерода в стали, а также содержание вредных примесей серы и фосфора. Это повышает чистоту сталей, производимых из композиционной шихты, и их качество. Наилучшие результаты отвечают заявляемым составам. As can be seen from the table. 1, the composite charge provides a reduction in the specific consumption of low-carbon ferrochrome by 6-28 kg, a reduction in the duration of smelting by 9-39 minutes and a reduction in the cost of 1 ton of steel by 0.6-13.7 dollars. In addition, as follows from the table. 2, the composite charge allows to reduce the carbon content in steel, as well as the content of harmful impurities of sulfur and phosphorus. This increases the purity of the steels produced from the composite charge, and their quality. The best results correspond to the claimed compounds.
Композиционную шихту опробовали также при выплавке низкоуглеродистых сталей, микролегированных бором и ванадием. Опыты подтвердили возможность использования новой шихты при выплавке сталей различного сортамента. The composite charge was also tested in the smelting of low-carbon steels microalloyed with boron and vanadium. The experiments confirmed the possibility of using a new charge in the smelting of steels of various grades.
Применение изобретения позволяет расширить область шихт для выплавки легированных сталей, обеспечив более полное легирование стали элементами, восстанавливаемыми из их оксидов непосредственно в ванне сталеплавильного агрегата, позволяющих получать более чистый выплавляемый металл, что в конечном итоге снижает его себестоимость. The application of the invention allows to expand the range of blends for smelting alloy steels, providing a more complete alloying of steel with elements recovered from their oxides directly in the bath of the steelmaking unit, which allows to obtain a cleaner smelted metal, which ultimately reduces its cost.
Источники информации
1. Электрометаллургия стали и ферросплавов. - Учебное пособие для ВУЗов. / Под ред. Поволоцкого Д.Я. - М.: Металлургия, 1974, с. 265-270.Sources of information
1. Electrometallurgy of steel and ferroalloys. - Textbook for universities. / Ed. Povolotsky D.Ya. - M.: Metallurgy, 1974, p. 265-270.
2. Краткий справочник электросталевара. - А.Ф. Каблуковский и др. - М.: Металлургия, 1994, с. 150-152. 2. A quick reference to electric steel. - A.F. Kablukovsky et al. - M.: Metallurgy, 1994, p. 150-152.
4. Патент РФ 2044061 С 21 С 5/52, бюл. 26,1995. 4. RF patent 2044061 C 21
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001107112/02A RU2186856C1 (en) | 2001-03-20 | 2001-03-20 | Composite blend for smelting alloyed steels |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001107112/02A RU2186856C1 (en) | 2001-03-20 | 2001-03-20 | Composite blend for smelting alloyed steels |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2186856C1 true RU2186856C1 (en) | 2002-08-10 |
Family
ID=20247242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001107112/02A RU2186856C1 (en) | 2001-03-20 | 2001-03-20 | Composite blend for smelting alloyed steels |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2186856C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2562202C1 (en) * | 2014-06-11 | 2015-09-10 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" ОАО НПО "ЦНИИТМАШ" | Composition of nickel-based heat-resistant alloy charge of equiaxial structure for gas turbine working blade casting |
-
2001
- 2001-03-20 RU RU2001107112/02A patent/RU2186856C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КАБЛУКОВСКИЙ А.Ф. и др. Краткий справочник электросталевара. - М.: Металлургия, 1994, с. 150-152. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2562202C1 (en) * | 2014-06-11 | 2015-09-10 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" ОАО НПО "ЦНИИТМАШ" | Composition of nickel-based heat-resistant alloy charge of equiaxial structure for gas turbine working blade casting |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2008338104B2 (en) | Method for producing a steel melt containing up to 30% of manganese | |
| CN101838718A (en) | Medium frequency furnace internal dephosphorization and desulfurization smelting process | |
| RU2044061C1 (en) | Composition burden for steel melting | |
| JP2006233264A (en) | Method for smelting high-chromium molten steel | |
| CN100371480C (en) | Method of directly smelting vanadium alloy steel or vanadium titanium alloy steel using vanadium containing pig iron or sponge iron | |
| RU2186856C1 (en) | Composite blend for smelting alloyed steels | |
| US5037609A (en) | Material for refining steel of multi-purpose application | |
| RU2302471C1 (en) | Method of making steel in electric arc steel melting furnace | |
| RU2258084C1 (en) | Method of making steel in electric arc furnace | |
| US4190435A (en) | Process for the production of ferro alloys | |
| RU2269578C1 (en) | Rail steel melting method in electric arc furnace | |
| KR100411288B1 (en) | Method for recovering chromium from electric furnace slag | |
| RU2118376C1 (en) | Method of producing vanadium slag and naturally vanadium-alloyed steel | |
| RU2285050C1 (en) | Method and production line for steel-making process | |
| SU1754784A1 (en) | Charge for steelmaking in open hearth furnace and method of charging | |
| US2049091A (en) | Manufacture of metallic alloys | |
| RU2144089C1 (en) | Method of making vanadium-containing steels and alloys | |
| RU2384627C1 (en) | Steel-making method in arc electric steel-smelting furnace | |
| RU2343204C1 (en) | Charge for steel melting | |
| RU2228372C1 (en) | Method of production of vanadium-containing steel | |
| RU2409682C1 (en) | Procedure for steel melting | |
| RU2064509C1 (en) | Method of deoxidizing and alloying vanadium-containing steel | |
| RU2088672C1 (en) | Method for smelting steel in oxygen converters | |
| RU2294382C1 (en) | Charge for smelting the steel in the arc-furnaces | |
| RU2092574C1 (en) | Method for making steel in electric-arc furnace |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 22-2002 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070321 |