книги из ГПНТБ / Хан Б.Х. Раскисление, дегазация и легирование стали

210 Легирование стали

легирование электростали производят ib период рафинировки с последующим восстановлением шлака порошкообразными рас­ кислителями.

ЛЕГИРОВАНИЕ МАРТЕНОВСКИХ СТАЛЕЙ

В мартеновских печах выплавляют основное количество ле­ гированной и низколегированной стали. Общее содержание ле­ гирующих элементов в сталях, выплавляемых в мартеновских печах, обычно не превышает 5%. При выплавке легированной стали в мартеновских печах имеются определенные трудности

(которых нет при выплавке обычной углеродистой стали), свя­

занные с получением заданного химического состава стали, с

нагревом металла к выпуску до надлежащей температуры, обес­ печивающей успешное проведение легирования и разливки ста­ ли. Легированные стали в большей степени, чем углеродистые, склонны к образованию различных пороков металла, таких, как трещины на слитках, рванины на катаных заготовках, волосо­ вины на поверхности проката и готовых изделий, а также дефек­ тов, вызываемых присутствием в стали водорода (флокены, ши­ ферный излом, свищи и пузыри). Поэтому производство легиро­

ванной стали требует от сталеплавильщика внимательности, соз­ нательного исполнения всех пунктов принятой технологической инструкции, а также изыскания новых технологических приемов ведения плавки с целью сокращения ее длительности, снижения

себестоимости и улучшения качества выплавляемой стали. В современных мощных мартеновских печах с успехом выплавля­ ют легированные стали разнообразных сортов, причем длитель­

ность плавки этих сталей почти не отличается от длительности

плавки обычных углеродистых сталей.

Шихту для выплавки легированной стали выбирают в зави­ симости от типа выплавляемой стали. Например, при выплавке хромоникелевой стали шихту составляют из отходов этой стали.

При выплавке стали, в состав которой входит молибден, шихту составляют из отходов молибденсодержащей стали. Отходы хромистой стали используются в качестве шихты для выплавки

сталей, в которых содержится хром. Мастер и сталевар учиты­ вают химический состав шихты, заваливаемой в печь, и прини­ мают необходимые меры для успешного проведения периода плавления, процессов обесфосфоривания и обессеривания ме­

талла, а в случае необходимости снижают содержание хрома в металле до заданных пределов

В сравнении с обычными углеродистыми сталями, легирован­ ные стали содержат меньше серы и фосфора. Поэтому в шихте,

предназначенной для выплавки таких сталей, не должно быть отходов с. высоким содержанием серы и фосфора. При плавке

212 Легирование стали

переходить на новый рациональный способ присадки ферромар­

ганца в ковш.

Для обеспечения заданного химического состава легирован­ ной стали после расплавления завалки определяют в пробе ме­ талла содержание углерода, марганца, никеля, молибдена, хро­

ма, меди и вредных примесей. Через некоторое время после об­ новления шлака берут снова пробу металла и вторично опреде­ ляют содержание никеля, молибдена и меди, а также других элементов. Так как никель, молибден и медь в процессе марте­ новской плавки не окисляются, то в зависимости от содержания этих элементов в расплавленном металле мастер и начальник

смены назначают плавку, на сталь с допустимыми пределами

этих элементов. Так, если содержание никеля в металле превы­ шает 0,3%, то плавку назначают на такую сталь, в состав ко­ торой входит никель. Корректирование состава стали по никелю, молибдену и меди производят в средине периода чистого кипе­ ния, когда металл уже достаточно нагрет. Никель (огневой или электролитический) и медь вводят в сталь в виде чистых метал­ лов, молибден — в виде ферромолибдена. Обычно в завалку, кроме никеля, меди и молибденосодержащих отходов, добавляют определенное количество никеля, меди или ферромолибдена.

Чаще вместо ферромолибдена в завалку вводят молибдат кальция.

Молибден в процессе плавления восстанавливается из мо­ либдата кальция и переходит в металл. Так как молибден и никель стоят дорого, то при выплавке сталей, в состав которых они входят, стараются получить содержание этих элементов бли­ же к нижнему пределу химического состава. Это снижает себе­ стоимость выплавляемой стали

После добавления ферромолибдена во время периода кипе­ ния в расплавленный металл возникает интенсивное бурление

всей ванны, металл частично перемешивается со шлаком, а шлак

после бурления ванны становится жидкотекучим и гомоген­ ным.

Легирование стали хромом производят путем добавления- в

жидкий металл феррохрома. В зависимости от заданного содер­ жания углерода в выплавляемой стали выбирают феррохром того или иного состава. При выплавке стали в мартеновских пе­ чах безуглеродистый и малоуглеродистый феррохром обычно не употребляют вследствие их высокой стоимости. Феррохром этих марок применяют при выплавке высоколегированной низкоугле­ родистой электростали. Среднеуглеродистый феррохром приме­ няют при выплавке низкоуглеродистой стали, а высокоуглеро­ дистый — при выплавке средне- и высокоуглеродистой стали.

Практика легирования мартеновской стали хромом весьма раз­ нообразна и имеет ряд вариантов использования хрома отходов

и шихты, а также несколько методов введения феррохрома в жидкий металл.

Хром в условиях основного мартеновского процесса стремит­ ся равновесно распределиться между шлаком и металлом. В первую половину плавки, когда температура в печи недостаточ­

но высока и шлак содержи? много окислов железа, происходит окисление хрома. Во второй половине плавки, когда металл хо­ рошо нагрет и шлак сформирован, хром восстанавливается из шлака в металл.

На этой особенности поведения хрома основан хромовосста­

новительный процесс, позволяющий использовать хром, содер­ жащийся в шихте, и в то же время перевести фосфор из металла в шлак.

Одной из разновидностей хромовосстановительного процесса является присадка в ванну во время кипения отходов нержаве­ ющей стали с высоким содержанием хрома и никеля и после­ дующим восстановлением хрома в металл. На Кузнецком метал­ лургическом комбинате с 1949 г. применяют следующий способ:

в ванну мартеновской печи присаживают стружку хромонике­ левой стали в количестве до 5% от веса плавки в период доводки после скачивания шлака [121]. Опыт показал, что при добавке стружки хромоникелевой стали в завалку ванна усваивает толь­ ко никель, а хром окисляется и переходит в шлак. Присадка

стружки в период доводки позволяет использовать оба содер­ жащихся в ней компонента, а вызываемое удлинение плавки ока­ зывается не таким значительным, как при даче стружки в за­ валку. При присадке стружки в ванну в период доводки степень загустевания шлака уменьшается. Степень использования хро­ ма, содержащегося в стружке, — 60—70%. Содержание оста­ точного хрома к моменту раскисления плавки составляет 0,5— 0,6%. Этот способ позволяет выплавлять хромоникелевые ста­ ли почти без присадки феррохрома и лишь с небольшими при­ садками никеля; некоторые малолегированные стали иногда удается выплавлять и без присадки никеля. Исследования пока­ зали, что качество стали, выплавленной с присадкой стружки, ничем не отличается от качества стали, выплавленной с присад­ кой ферросплавов. Снижение расхода феррохрома и никеля

настолько значительно, что с избытком компенсирует некоторое

удлинение плавки, обусловленное образованием густых хромис­ тых шлаков. Использование стружки хромоникелевой стали тем эффективнее, чем ближе момент присадки к началу чистого ки­

петь. Извлечение хрома из отходов составляет 65—70%. Несмот­ ря на незначительное удлинение плавки, снижение себестоимос­ ти стали составило около 30 руб!т.

С целью экономии феррохрома на некоторых заводах приса­ живают в печь в период доводки хромистую руду. Качество ста­ ли при этом остается таким же, как и при выплавке ее с при­ садкой только феррохрома. Применение хромистой руды наибо­

лее целесообразно при выплавке хромистых сталей с низким со­ держанием углерода. Продолжительность плавки с присадкой хромистой руды несколько больше, чем обычной, но уменьше­

ние расхода феррохрома компенсирует этот недостаток.

Для легирования стали никелем можно применять брикеты концентрата закиси никеля, используя способность никеля

восстанавливаться в условиях мартеновской плавки. Извлече­ ние никеля из концентрата составляет 95—97%. Качество стали остается на высоком уровне, а себестоимость ее сни­ жается.

На практике применяют различные способы введения в

сталь феррохрома: а) после раскисления металла доменным ферросилицием; б) в нераскисленный металл в печи с после­

дующим раскислением стали в печи или ковше, в) вместе с другими раскислителями в ковш во время выпуска плавки.

Первый из указанных способов введения феррохрома в ме­ талл неэкономичен, так как значительно удлиняет плавку, вы­ зывает понижение температуры металла и вследствие этого

ухудшение его качества. Этот метод все же применяют на за­ водах в силу укоренившихся традиций технологического про­ цесса.

Метод, предусматривающий введение феррохрома в нера­ скисленный металл в конце плавки, применяют на наших за­ водах уже около 10 лет. Сталеплавильщики Сталинского ме­ таллургического завода, одними ив первых применившие эту технологию, вводят высокоуглеродистый феррохром во время кипения плавки за 40—60 мин. до раскисления металла в печи доменным ферросилицием [122]. В результате такого метода введения феррохрома сокращается общая продолжительность плавки, уменьшается длительность выдержки металла в печи после раскисления доменным ферросилицием и создаются благо­ приятные условия для нагрева металла. Внедрение этой техно­ логии способствовало снижению брака из-за поверхностных дефектов и улучшению макроструктуры и механических свойств стали.

ковше. Высокоуглеродистый феррохром вводят в нераскислен-

ный металл за 15—20 мин. до выпуска. В последний период плавки шлак в печи поддерживают повышенной вязкости. Эти мероприятия позволяют сократить длительность плавки, сни­ зить себестоимость стали и получить металл с пониженным со­ держанием водорода. С 1953 г. такую технологию выплавки хромистой стали применяют на Сталинградском заводе «Крас­ ный Октябрь» и других металлургических и машиностроитель­ ных заводах нашей страны.

В 1953 г. Н. Н. Доброхотов предложил при выплавке хро­ мистой стали добавлять феррохром и другие ферросплавы в твердом виде в ковш. Величина кусков ферросплавов не дол­ жна превышать 100 мм в поперечнике. Ферросплавы в ковше расплавляются за счет тепла, содержащегося в жидкой стали.

Опытные плавки, проведенные на заводе «Красный Октябрь» в Сталинграде, показали полную пригодность данного метода для выплавки стали с содержанием хрома до 1 % [40]. Массовое освоение технологии выплавки хромистой стали с введением феррохрома в ковш проводилось в 1955—1956 гг. на Ижевс­ ком металлургическом заводе [123]. Качество стали, выплав­ ленной по этому методу, сравнивали с качеством стали, вы­ плавленной обычным методом.

Для контроля однородности состава жидкого металла по ходу разливки отбирали пробы, в которых определяли содер­ жание главных элементов.

Перемешивание металла в ковше струей, стекающей с же­

лоба, способствует быстрому выравниванию состава жидкой стали (табл. 61). Для изучения распределения элементов по слитку отбирали пробы металла для химического анализа из темплета, вырезанного вдоль оси слитка весом 0,7 т, а также пробы из поперечных темплетов проката 3-т слитка, вырезан­ ных на уровне 18 и 23% длины раската от верха. Данные рис. 89 и табл. 62 показывают, что в слитках стали 40Х, выплав­

ленной с раскислением и легированием в ковше твердыми фер­ росплавами, марганец, кремний и хром распределены равно­ мерно. Разность в содержании этих элементов между отдель­ ными сечениями слитка составляет 0,01—0,03%, т. е. находит­ ся в пределах ошибки химического анализа. Результаты изуче­ ния распределения хрома в слитках стали, выплавленной

с введением феррохрома в ковш во время выпуска, еще раз по­ казывают ошибочность распространенного среди металлургов мнения о том, что для растворения содержащихся в высокоуг­ леродистом феррохроме карбидов хрома требуется длительное время.

в стали 40Х. Средний балл оксидов в хромистой стали, выплав­

ленной с раскислением и легированием в печи, составляет 1,16,

Усредненные значения механических свойств стали 40Х при­ ведены в табл. 64. Механические1 свойства стали практически

Характерным показателем качества стали является коли­ чество и вид брака, выявленного при прокатке слитков на об­

жимном стане. Данные о браке стали, выплавленной разными

трещины). Общее количество брака при обоих вариантах рас­ кисления и легирования практически одинаково и незначи­

тельно.

При раскислении и легировании стали в ковше металл выпу­ скают из печи в кипящем состоянии, что несколько усложняет получение содержания углерода в заданных пределах. Чтобы этого не случилось, необходимо более тщательно следить за вы­ горанием углерода и не допускать заваривания выпускного от­ верстия. При задержке с разделкой выпускного отверстия еле-