способ производства полого слитка из стали

Формула изобретения

1. Способ производства полого слитка, включающий выплавку стали, ее внепечную обработку и разливку сверху в форму с центровым стержнем, отличающийся тем, что при этом в расплаве стали перед разливкой устанавливают содержание серы и фосфора в мас.% удовлетворяющее равенству [i]=k/T, где коэффициент k составляет (2-60)·10 ^-4 мас.%·м для серы и (6-130)·10^-4 мас.%·м для фосфора, Т - средняя толщина стенки полого слитка, м, содержание водорода составляет не более 0,0004 мас.%, а кислорода - 0,00005-0,0075 мас.%, при этом разливку стали ведут со скоростью (0,4-0,6)·М^0,45-0,75 т/мин, где М - масса полого слитка в тоннах.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что температура расплава при разливке составляет 1400-1600°C.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость разливки регулируют изменением количества используемых разливочных отверстий в ковше, располагаемых симметрично.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству полого слитка из стали, преимущественно содержащей 0,01-1,2 мас.% углерода.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ производства полого слитка из стали 40ХА, включающий нагрев стали до температуры 1540°C и заливку ее расплава сверху в форму, снабженную центровым стержнем (сердечником).

(SU 1235627, B22D 7/04, опубликовано 07.06.1986)

Недостатком известного способа является невоспроизводимое получение заданных характеристик качества слитка, во многом зависящих от содержание серы, фосфора, кислорода и углерода в расплаве стали перед разливкой и технологии самой разливки

Задачей и техническим результатом изобретения является повышение качества слитка путем регламентации содержания в нем основных ликвирующих элементов углерода, серы, фосфора и кислорода, а также водорода и расчета массовой скорости разливки в зависимости от массы слитка и развитости его поверхности.

Технический результат достигается тем, что способ производства полого слитка включает выплавку стали, ее внепечную обработку и разливку сверху в форму с центровым стержнем, при этом в расплаве стали перед разливкой содержание серы и фосфора в мас.% удовлетворяет равенству [i]=k/T, где коэффициент k составляет (2-60)·10^-4 мас.%·м для серы и (6-130)·10^-4 мас.%·м для фосфора, Т - средняя толщина стенки полого слитка в метрах, активность кислорода составляет 0,00005-0,0075 мас.% и содержание водорода - не более 0,0004 мас.%, а разливку стали ведут со скоростью (0,4-0,6)·М ^0,45-0,75 т/мин, где М - масса полого слитка в тоннах.

Технический результат также достигается тем, что температура расплава при разливке составляет 1400-1600°C, а скорость разливки регулируют количеством используемых разливочных отверстий в ковше, располагаемых симметрично.

Осуществление способа по изобретению можно проиллюстрировать следующим примером.

Для производства полого слитка массой 120 т со средней толщиной стенки 0,85 м выплавку стали 10ГН2МФА с заданным содержанием углерода 0,10 мас.% проводили в электродуговой печи. Коррекцию содержания основных ликвирующих элементов: углерода, серы, фосфора и кислорода, а также водорода, проводили как в дуговой печи, так и в ковше при внепечной обработке. Необходимость коррекции содержания указанных элементов в стали в зависимости от толщины стенки полого слитка, была выявлена практикой, а удобные для пользования на практике зависимости содержания серы и фосфора от средней толщины стенки слитка Т были определены экспериментально.

Негативное влияние серы, фосфора и кислорода, а также водорода, проявляются в центральной части в виде дефектов структуры слитка, вызванных ликвацией, раковин и трещин, и вызваны условиями отвода тепла из центральной части слитка. Число и характер дефектов слитка также зависят от массовой скорости разливки и развитости поверхности слитка. При выплавке слитка по примеру значения коэффициента k находятся в области средних значений: (35-50)·10^-4 мас.%·м для серы и (65-85)·10^-4 мас.%·м для фосфора. С увеличением толщины стенок слитка указанные значения коэффициента k следует увеличить. Активность кислорода составляла в слитке по примеру 0,0020 мас.% и ее следует уменьшать с уменьшением толщины стенки слитка. Область допустимых значений скорости разливки находится в заявленных пределах, однако при наличии технических возможностей следует осуществлять разливку со скоростью, близкой к максимальным значениям.

Низкое содержание углерода обеспечивают известным способом присадки углеродсодержащих материалов на нижний допустимый предел содержания данного элемента в стали.

Поддержание содержания серы в заявленных пределах обеспечивают использованием малосернистой металлошихты и лома, использованием при выплавке шлака с основностью (CaO/SiO ₂) на уровне 3,5-4, применением глубокого раскисления металла на выпуске из печи, и за счет полной отсечки печного шлака. При этом, для обеспечения необходимого содержания серы, активность кислорода в расплаве стали на выпуске из печи может быть понижена известными способами до уровня не более 0,002 мас.%, например, вакуумированисм, использованными способами глубокого раскисления на ранних этапах внепечной обработки, а также путем защиты струи разливаемого металла от контакта с атмосферой на этапе разливки.

Низкое содержание фосфора обеспечивают путем многократного обновления шлака в процессе выплавки в дуговой ночи и за счет применения чистых шихтовых материалов, таких как металлический марганец, металлический никель и феррохром с низким содержанием фосфора. Также заданное содержание фосфора обеспечивают путем исключения переокисления углерода в расплаве стали в печи, т.к. это обуславливает повышение температуры и рефосфорацию.

После вненечной обработки расплава стали но стандартной методике в ковше-печи содержание серы, фосфора, водорода и активности кислорода составили 0,005; 0,01; 0,0002 и 0,0020 мас.% соответственно, причем содержание серы и фосфора перед разливкой удовлетворяли равенству [i]=k/T, где коэффициент к составляет 43·10 ^-4 мас.%·м для серы и 85·10^-4 мас.%·м для фосфора, Т - средняя толщина стенки полого слитка, равная 0,85 м. Разливку сверху в металлическую форму с центровым металлическим стержнем вели со скоростью 0,45·М^0,55=6,3 т/мин, где М=120 т при защите струи расплава и поверхности расплава в форме от окисления. При разливке использовали ковши емкостью 150 т стали, которая имела температуру 1590°C.

Для повышения скорости разливки в ковшах были использованы 3 разливочных отверстия, которые были расположены симметрично. Время заливки формы составило 22 мин.

В результате осуществления способа производства полого слитка по изобретению был получен полый слиток высокого качества (без трещин, раковин и дефектов, связанных с ликвацией) за счет оптимального содержания основных ликвирующих элементов углерода, серы, фосфора и кислорода, а также водорода, а также за счет оптимальной скорости разливки, полученной расчетом в зависимости от массы слитка и развитости его поверхности.