Спосіб розкислення, модифікування та мікролегування рейкової сталі

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретно к производству рельсовой стали с микролегирующими и модифицирующими добавками. Известен способ производства микролегированной рельсовой стали, при осуществлении которого микролегирующие добавки вводят в составе силикомагния и силикотитана, присаживаемых в ковш совместно [1]. Недостатком способа является низкое усвоение титана и магния, связанное с небольшой плотностью силикотитана и силикомагния, и как следствие ухудшение качества рельсов. К тому же, при применении известного способа образуются тугоплавкие включения SiO2-MgO-TiO2, которые плохо всплывают и загрязняют металл. Наиболее близким по технической сущности является способ модифицирования и микролегирования рельсовой стали, по которому рельсовую сталь обрабатывают комплексной кремний-магний-титановой лигатурой (СМгТи), присаживаемой в кусках в ковш при выпуске металла из печи с расходом 2,5 - 3,5кг/т жидкой стали [2]. Недостатками известного способа являются высокий угар легирующих и модифицирующи х элементов, загрязнение металла неметаллическими включениями и ухудшение механических свойств рельсов. Эти недостатки связаны с небольшой плотностью кремний-магний-титановой лигатуры (3,7г/см 3), которая при вводе в ковш всплывает на зеркало металла, где значительная доля магния и титана сгорает за счет кислорода атмосферы. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа раскисления, модифицирования и микролегирования рельсовой стали путем рационального ввода в металл лигатуры, обеспечивающего повышение качества рельсов за счет снижения неметаллических включений в стали, повышение ее механических свойств и экономию лигатуры. Для решения поставленной задачи предложен способ раскисления, модифицирования и микролегирования рельсовой стали, включающий ввод в сталеразливочный ковш по ходу выпуска плавки раскислителей, твердой шлакообразующей смеси, кусковой кремний-магний-титановой лигатуры с одновременной продувкой металла аргоном. Отличие способа заключается в том, что кусковую кремниймагний-титановую лигатур у вводят в количестве 0,2 - 0,5кг/т стали, а после ее растворения в металле вдувают в потоке инертного газа порошкообразную кремний-магний-титановую лигатуру в количестве 1,5 3,0кг/т стали, при этом расходы лигатуры в кусках и порошкообразном виде находятся в соотношении 1 : (5 - 14). Кремний-магний-титановая лигатура (СМгТи) содержит: 50 - 60% кремния, 4 - 8% титана, 3 - 7% магния, остальное - железо (ТУ 14 - 5 - 150 - 83). Применение предложенного способа позволяет получить новый технический результат, заключающийся в снижении неметаллических включений в рельсовой стали, повышение ее механических свойств и снижение угара магния и титана. Первоочередной ввод в металл 0,2 - 0,5кг/т стали лигатуры СМгТи в кусках вместе с раскислителями и твердой шлакообразующей смесью обеспечивает хорошее раскисление стали и ассимиляцию шлаком образующи хся неметаллических включений, что создает предпосылку для последующего эффективного модифицирования и микролегирования стали. Последующее, после растворения кусковой лигатуры вдувание порошкообразной лигатуры с расходом 1,5 - 3кг/т стали обеспечивает наиболее полное усвоение металлом магния, предупреждающее образование цементитной сетки по границам зерен и их рост, и титана, обеспечивая тем самым повышенные механические свойства рельсов за счет получения мелкозернистой структуры. Образующиеся, при указанном расходе лигатуры, неметаллические включения имеют благоприятную природу (SiO2-TiO-MnO-MgO) с температурой плавления 1300 - 1400°C. Поэтому они хорошо коалесцируют и всплывают. Указанный эффект происходит за счет того, что магний взаимодействует с металлом сначала в комплексе с титаном и кремнием, обеспечивая более глубокое его раскисление и модифицирование титаном, а затем проходит через столб металла в парообразном виде (Tисп. = 1106°C), воздействуя на него как раскислитель, десульфуратор, модификатор и источник дополнительного перемешивания металла. Последнее также играет немаловажную роль для усвоения элементов и ассимиляции неметаллических включений рафинирующим шлаком (таблица, вариант №7 11). Экспериментально установлено оптимальное соотношение расходов лигатуры в кусках и в порошкообразном виде - 1 : (5 - 14). При соотношении расходов менее 1 : 5 происходит снижение качества рельсовой стали из-за низкого усвоения модификаторов и образования трудновыделяемых неметаллических включений типа SiO2-MnO-FeO, хорошо смачиваемых металлом. Поэтому необходимо ввести не менее 5 частей порошкообразной лигатуры СМгТи, чтобы пары магния обеспечивали эффект "вымывания" неметаллических включений, а также необходимое усвоение металлом титана и магния (таблица, вариант №10), что позволяет снижать общий расход лигатуры. При вводе лигатуры СМгТи в кусках и порошкообразном виде с соотношением более 1 : 14 также повышается содержание неметаллических включений, связанное с недостаточным предварительным раскислением, малым количеством кусковой лигатуры. К тому же ввод в металл более 14 частей порошкообразной лигатуры требует увеличения времени продувки, нагрева металла. Повышается количество пыли и газов, выносимых из ковша в атмосферу цеха. Расход лигатуры менее 0,2кг стали не обеспечивает хорошее предварительное раскисление металла, а образующиеся продукты раскисления типа SiO2-MnO-FeO с малой долей TiO и MgO хорошо смачиваются металлом и плохо удаляются из него (таблица, вариант №1). Компенсировать этот недостаток увеличением расхода лигатуры СМгТи, вводимой в порошкообразном виде в струе аргона, не удается, так как увеличиваются теплопотери при продувке, требующие дополнительного нагрева металла в печи, что в свою очередь приводит к его переокислению и следовательно к повышению угара легирующи х элементов и понижению чистоты стали по неметаллическим включениям. Расход лигатуры СМгТи более 0,5кг/т стали увеличивает угар магния и титана, в металле повышается содержание окислов. Расход порошкообразной лигатуры менее 1,5кг/т стали не обеспечивает повышение механических свойств рельсовой стали из-за низкого усвоения титана и магния. Этот недостаток не устраняется увеличением расхода лигатуры в кусках, т.к. повышается ее угар и загрязняется металл неметаллическими включениями (таблица, вариант №2). Увеличение расхода порошкообразной лигатуры СМгТи более 3,0кг/т стали, как было сказано выше, ведет к возрастанию теплопотерь металла. Поэтому требуется дополнительный его нагрев, приводящий к переокислению, и как следствие, происходит повышенный угар лигатуры и загрязнение металла окислами. К тому же увеличивается количество выносимой пыли из ковша в атмосферу це ха. Порядок ввода в металл лигатуры СМгТи в кусках и в порошкообразном виде определен экспериментально в производственных условиях. Размер кусков лигатуры не превышал 40мм, а порошка 1мм. В мартеновской печи выплавляли сталь с содержанием углерода 0,78% и при температуре металла 1580°C начинали выпуск стали в ковш. При появлении металла на желобе через вставленное в канал шиберного затвора сопло начинали подавать к ковш аргон. В момент наполнения ковша металлом 1/5 высоты в ковш вводили вместе с ферросплавами и ТШС лигатуру СМгТи в кусках в количестве 0,15 0,55кг/т стали. После окончания расплавления кусков лигатуры СМгТи, которое определяли визуально по выносу белых паров магния и горению кусков лигатуры в ковше, в металл вдували в потоке аргона порошок лигатуры СМгТи в количестве 1,4 - 3,1кг/т стали. Продувку порошкообразной лигатуры вели 5 - 8 минут в расходом 50 - 80кг/мин. Расход аргона составлял 0,8 - 0,6м 3/мин. После налива ковша и ввода требуемого количества порошкообразной лигатуры СМгТи продолжали продувать металл аргоном до требуемой температуры. Результаты проведенных промышленных испытаний приведены в таблице. Как видно из таблицы, лучшие результаты достигнуты при обработке стали по предложенному способу (варианты №7 - 11). В этих вариантах наблюдается четкая тенденция снижения по сравнению с прототипом неметаллических включений и увеличения относительного удлинения и относительного сужения. Данные таблицы свидетельствуют о том, что за счет увеличения степени усвоения титана на 10%, магния на 15% уменьшается по сравнению с прототипом общий расход СМгТи лигатуры. Выход за граничные параметры по расходу лигатуры (вариант №1, 2, 5, 6), изменение соотношения расходов кусковой и порошкообразной лигатуры (варианты №3, 4), а также вдувание лигатуры СМгТи до растворения ее кусков (вариант №12), как правило приводит к увеличению в металле содержания неметаллических включений, а также ухудшению механических характеристик. Согласно данным проведенных испытаний заявляемое изобретение в сравнении с прототипом обладает следующими преимуществами: - снижается количество неметаллических включений: сульфидов в среднем на 0,09% (с 0,22 до 0,11 0,15%), оксидов в среднем на 0,06% (с 0,037 до 0,019 - 0,022%); - повышаются механические свойства стали: временное сопротивление на разрыв в среднем на 25Н/мм 2 (с 956 до 976 - 985Н/мм 2); - относительное удлинение в среднем на 1,7% (с 7,37 до 8,2 - 10,0%); - относительное сужение в среднем на 3,7% (с 9,0 до 11,9 - 13,5%); - снижается также суммарный расход СМгТи лигатуры в среднем на 0,9кг/т (с 3,5 до 1,7 - 3,5кг/т). Заявляемый способ раскисления, модифицирования и микролегирования рельсовой стали представляет значительный интерес для народного хозяйства, так как обеспечит улучшение качества рельсовой стали и повышение эксплуатационной стойкости железнодорожных рельсов на 10%.