Спосіб виробництва рейкової сталі

1. Спосіб виробництва рейкової сталі, який включає завалку металошихти в піч, її розплавлення, випуск сталі у ківш, розкислення, модифікування і мікролегування сталі, який відрізняється тим, що в процесі випуску сталі у ківш після її розкислення і модифікування мікролегують сталь фероніобієм, забезпечуючи вміст ніобію в рейковій сталі на рівні 0,005-0,020мас. %. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що перед випуском сталі з печі у ківш відбирають пробу сталі і визначають вміст в сталі ніобію, а необхідну кількість фероніобію для мікролегування сталі вводять з урахуванням вмісту ніобію в пробі. 3. Спосіб за пп. 1 або 2, який відрізняється тим, що фероніобій для мікролегування сталі вводять в процесі заповнення ковша розплавом сталі в діапазоні 20-80% його об’єму. 4. Спосіб за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що сталь додатково мікролегують ферованадієм, забезпечуючи вміст ванадію в рейковій сталі на рівні 0,005-0,030мас. %. UA (21) a200604763 (22) 28.04.2006 (24) 10.09.2007 (46) 10.09.2007, Бюл. №14, 2007р. (72) Сталінський Дмитро Віталійович, Рудюк Олексій Сергійович, Гахеладзе Георгій Сергійович, Азаркевич Анатолій Анатолійович, Долгополов Анатолій Феодосійович, Танцюра Сергій Миколайович, Травинчев Анатолій Іванович (73) УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ НАУКОВОТЕХНІЧНИЙ ЦЕНТР З ТЕХНОЛОГІЇ ТА ОБЛАДНАННЯ, ОБРОБКИ МЕТАЛІВ, ЗАХИСТУ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА ТА ВИКОРИСТАННЯ ВТОРИННИХ РЕСУРСІВ ДЛЯ МЕТАЛУРГІЇ ТА МАШИНОБУДУВАННЯ "ЕНЕРГОСТАЛЬ" (УкрДНТЦ "ЕНЕРГОСТАЛЬ") (56) UA, 34585, A, 15.03.2001 SU, 443919, A1, 25.09.1974 SU, 250185, A1, 25.08.1976 SU, 485154, A1, 25.08.1975 RU, 2243268, C1, 27.12.2004 RU, 2127322, C1, 10.03.1999 C2 2 (19) 1 3 силікокальцієм (2,0-4,0кг/т) і феросилікованадієм (3,5-10,0кг/т). Для забезпечення високої якості рейкової сталі ванадій для мікролегування необхідно вводити в рейкову сталь в кількості 0,030,07мас.% [а.с. СРСР №443919, МПК С21С7/06, 1974]. У способі виробництва рейкової сталі, що заявляється, та вибраному прототипі збігаються такі суттєві ознаки. Обидва способи включають завалку в піч металошихти, розплавлення металошихти, наступний випуск сталі у ківш, розкислення, модифікування і мікролегування сталі. Одержанню очікуваного технічного результату при використанні прототипу перешкоджає те, що при меншій вартості феросилікованадію в порівнянні з ферованадієм його потрібно вводити в сталь в більшій кількості, тому що вміст ванадію в ньому значно менший, а при виробництві високоякісної рейкової сталі витрати ванадію для мікролегування відносно великі. Введення відносно великої кількості феросплавів потребує додаткового перегріву сталі і, в ряді випадків, призводить до збільшення кількості шкідливих неметалевих включень в сталі і рейках, виготовлених з такої сталі. В основу винаходу поставлено технічну задачу створити такий спосіб виробництва рейкової сталі, який шляхом введення нової сукупності дій і умов їх виконання дозволив би забезпечити досягнення технічного результату - зменшення витрат легуючого елементу при виробництві високоякісної рейкової сталі з високою ударною в’язкістю. Спосіб виробництва рейкової сталі шляхом завалки в піч металошихти, розплавлення металошихти, наступного випуску сталі у ківш, розкислення, модифікування і мікролегування сталі. При цьому в процесі випуску сталі у ківш, після її розкислення і модифікування, для мікролегування сталі вводять фероніобій, забезпечуючи вміст ніобію в рейковій сталі на рівні 0,005-0,020мас.%. Для розкислення сталі використовують сплави, які містять кремній і марганець. Для модифікування сталі використовують сплави, які містять кальцій та/або магній. В окремих випадках використання спосіб виробництва рейкової сталі, що заявляється як винахід, характеризується тим, що: - перед випуском сталі з печі у ківш відбирають пробу сталі і визначають вміст в сталі ніобію, а необхідну кількість фероніобію для мікролегування сталі вводять з урахуванням вмісту ніобію в пробі; - фероніобій для мікролегування сталі вводять в процесі заповнення ковша розплавом в діапазоні 20-80% його об’єму; - при мікролегуванні сталі додатково вводять ферованадій, забезпечуючи вміст ванадію в рейковій сталі на рівні 0,005-0,030мас.%. При використанні винаходу досягається технічний результат, який полягає в зменшенні витрат легуючого елементу при виробництві високоякісної рейкової сталі з високою ударною в’язкістю. Між суттєвими ознаками способу виробництва рейкової сталі, що заявляється, і технічним результатом, який досягається при його використанні, існує такий причинно-наслідковий зв’язок. До 80363 4 слідженнями встановлено, що зменшити витрати легуючого елементу при виробництві високоякісної рейкової сталі можна шляхом використання для її мікролегування ніобію замість дефіцитного ванадію через те, що ніобій є ефективним замінником ванадію в рейках. Ніобій сприяє подрібненню зерна сталі, що забезпечує підвищення міцності від утомленості і ударної в’язкості сталі. Причому кількість його в рейках для забезпечення високих показників якості повинна бути в середньому в 4 рази меншою, ніж ванадію (відповідно 0,0050,020мас.% проти 0,03-0,07мас.%). Введення фероніобію при мікролегуванні рейкової сталі в кількості, яка забезпечує вміст ніобію в рейковій сталі на рівні меншому, ніж 0,005мас.% недоцільно тому, що не досягається необхідний ефект мікролегування сталі, знижується якість рейок, які виготовлені з такої сталі, через зменшення ударної в’язкості. Введення фероніобію при мікролегуванні рейкової сталі в кількості, яка забезпечує вміст ніобію в рейковій сталі на рівні більшому, ніж 0,020мас.% недоцільно через те, що надмірний вміст ніобію в рейковій сталі призводить до зменшення заданої пластичності рейок, які виготовлені з цієї сталі. Введення фероніобію для мікролегування рейкової сталі саме в процесі випуску сталі у ківш, після її розкислення і модифікування, забезпечує оптимальні умови для переходу ніобію з фероніобію в сталь при мінімальному угарі ніобію і мінімальній кількості залишкового фероніобію, з якого ніобій не перейшов в сталь. Дослідженнями встановлено, що металошихта, яку завалюють в мартенівську піч або електропіч при виробництві рейкової сталі, завжди містить ніобій, бо до її складу завжди входить сталевий брухт. Завдяки цьому після розплавлення металошихта сталь вже містить (за даними досліджень) 0,001-0,007мас.% ніобію. Тому для подальшого зменшення витрат легуючого елементу при виробництві високоякісної рейкової сталі доцільно перед випуском сталі з печі у ківш відбирати пробу сталі і визначати вміст в сталі ніобію, а необхідну кількість фероніобію для мікролегування сталі вводити з урахуванням вмісту ніобію в пробі. Введення фероніобію для мікролегування сталі в процесі заповнення ковша сталлю саме в діапазоні 20-80% його об’єму забезпечує максимальне засвоєння ніобію сталлю і зменшення кількості залишкового фероніобію, з якого ніобій не перейшов в сталь, що сприяє подальшому зменшенню витрат легуючого елементу при виробництві високоякісної рейкової сталі. Введення фероніобію для мікролегування сталі до заповнення ковша розплавом менше, ніж 20% його об’єму недоцільно через те, що при введенні фероніобію, температура якого не перевищує температуру в цеху, можливе переохолодження малого об’єму рідкої сталі і її кристалізація на поверхні твердих частинах фероніобію, що ускладнює його подальше розчинення і збільшує кількість залишкового фероніобію, з якого ніобій не перейшов в сталь. Введення фероніобію для мікролегування сталі після заповнення ковша розплавом більше, ніж 5 80363 80% його об’єму недоцільно, бо частина фероніобію може залишитися в шлаку, який утворюється на поверхні розплаву, і через підвищений угар ніобію зменшується коефіцієнт його засвоєння сталлю. Дослідженнями встановлено, що сумісне використання ніобію і ванадію для мікролегування сталі дозволяє при відносно малих сумарних кількостях ніобію і ванадію в рейковій сталі забезпечити вищий рівень показників якості для рейок з цієї сталі, ніж для рейок з рейкової сталі, яка легована тільки відносно великою кількістю ванадію. Додаткове введення ферованадію для забезпечення вмісту ванадію в рейковій сталі на рівні меншому, ніж 0,005мас.% недоцільно через те, що при цьому підвищення показників якості для рейок з такої сталі не перевищує значення показників якості для рейок зі сталі, яка легована тільки ніобієм. Додаткове введення ферованадію для забезпечення вмісту ванадію в рейковій сталі на рівні більшому, ніж 0,030мас.% недоцільно, бо подальше незначне підвищення показників якості для рейок з такої сталі потребує значних витрат дефіцитного ванадію. У конкретному прикладі спосіб виробництва рейкової сталі, що заявляється, здійснювали так. Приклад 1. Рейкову сталь марки М76Б виплавляли у 420-тонній мартенівській печі, в яку завалювали металошихту, яка містила сталевий брухт. Після розплавлення металошихти, по досягненню вмісту вуглецю 0,74мас.% і температури металу 1605°С, відбирали пробу сталі і вводили феромарганець (7,0кг/т). В пробі визначали вміст ніобію, який становив 0,003мас.%. Далі метал випускали у два ковша. Після наповнення їх на 20-25% для мікролегування в сталь, післяїї розкислення і модифікування (силікомарганцем в кількості 6,5кг/т і силікокальцієм в кількості 3,5кг/т), вводили фероніобій в кількості 0,2кг/т, забезпечуючи вміст ніобію в рейковій сталі на рівні 0,013мас.% (в тому числі 0,003мас.% залишкового ніобію і 0,01мас.% привнесеного з фероніобію). Фероніобій повністю вводили до наповнення ковша на 70-80%. Комп’ютерна верстка В. Клюкін 6 Вироблену рейкову сталь розливали сифонним способом у 8,7-тонні зливки, які прокатували на рейки типу Р65. За даними наших досліджень ці рейки зі сталі М76Б, що містили 0,013мас.% ніобію, мали такі ж самі показники якості і високу ударну в’язкість, як і рейки зі сталі М76Ф, що містять 0,05мас.% ванадію, тобто містять легуючого елементу в 3,8 рази більше. При цьому вартість мікролегування сталі тільки ніобієм складає 14,3грн./т, а тільки ванадієм - 131,9грн./т. Приклад 2. Рейкову сталь марки М76Б виплавляли у 420-тонній мартенівській печі, в яку завалювали металошихту, що містила сталевий лом. Після розплавлення металошихти, по досягненню вмісту вуглецю 0,73мас. % і температури металу 1610°С, відбирали пробу сталі і вводили феромарганець (7,0кг/т). В пробі визначали вміст ніобію, який становив 0,004мас.%. Далі метал випускали у два ковша. В процесі випуску сталі здійснювали її розкислення і модифікування (силікомарганцем в кількості 6,5кг/т і силікокальцієм або силікокальціймагнієвим сплавом в кількості 3кг/т, що містив 15мас.% кальцію і 1,5мас.% магнію). Після наповнення ковшів на 20-25% для мікролегування сталі вводили фероніобій в кількості 0,1кг/т, забезпечуючи вміст ніобію в рейковій сталі на рівні 0,010мас.% (в тому числі 0,004мас.% залишкового ніобію і 0,006мас.% привнесеного з фероніобію). Для мікролегування сталі додатково вводили також ферованадій в кількості 0,3кг/т, забезпечуючи вміст ванадію в рейковій сталі на рівні 0,010мас.%. Фероніобій і ферованадій повністю вводили до наповнення ковша на 70-80%. Вироблену рейкову сталь розливали сифонним способом у 8,7-тонні зливки, які прокатували на рейки типу Р65. За даним досліджень ці рейки зі сталі М76Б, що містили 0,010мас.% ніобію і 0,010мас.% ванадію, мали такі ж самі показники якості і високу ударну в’язкість, як і рейки зі сталі М76Ф, що містять 0,07мас.% ванадію, тобто містять легуючого елементу в 3,5 рази більше. При цьому вартість мікролегування сталі ніобієм і ванадієм в сумарній кількості 0,02мас.% складає 45,8грн./т, а тільки ванадієм в кількості 0,07мас.%-202,0грн./т. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601