RU2152439C1

RU2152439C1 - Method of deoxidation and aluminum-alloying of rail steel

Info

Publication number: RU2152439C1
Application number: RU97122016A
Authority: RU
Inventors: С.Н. Хитрых; Н.С. Анашкин; А.П. Некрасов; Н.А. Козырев; В.С. Ростов
Original assignee: Акционерное общество "Кузнецкий металлургический комбинат"
Priority date: 1997-12-30
Filing date: 1997-12-30
Publication date: 2000-07-10

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy. SUBSTANCE: method includes addition of aluminum into melt after oxidative and reductive smelting periods are completed. Aluminum is added in the form of blocks with cast iron crust containing 10-12% aluminum at ratio of contained therein carbon and aluminum 1:(2.7-3.0) and consumption of blocks 0.50-0.65 kg per 1 t steel. EFFECT: improved quality of steel, increased assimilation and stabilized content of aluminum in steel. 1 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии и предназначено для использования преимущественно в сталеплавильном производстве при выплавке рельсовой стали. The invention relates to ferrous metallurgy and is intended for use mainly in steelmaking in the smelting of rail steel.

Известен выбранный в качестве прототипа способ выплавки рельсовой стали в мартеновсктих печах с использованием для раскисления алюминия [1]. Known selected as a prototype method of smelting rail steel in open-hearth furnaces using aluminum for deoxidation [1].

Существенным недостатком данного процесса является то, что проведение процесса раскисления стали путем присадки алюминия кусками в печь в период раскисления плавки сопровождается большим угаром алюминия при взаимодействии его с оксидами шлака и соответственно широкими колебаниями содержания его в готовой стали. Нестабильность содержания алюминия в рельсовой стали, обусловленная технологией раскисления, выбранной в качестве прототипа, приводит к целому ряду отрицательных последствий в отношении качества металла, в том числе и к снижению выхода рельсов I сорта в длине 25 м и случаям перевода термоупрочненных рельсов во II класс по ударной вязкости. A significant drawback of this process is that the process of steel deoxidation by adding aluminum to pieces in the furnace during the deoxidation period of melting is accompanied by a great deal of aluminum burning when it interacts with slag oxides and, accordingly, wide variations in its content in the finished steel. The instability of the aluminum content in rail steel due to the deoxidation technology selected as a prototype leads to a number of negative consequences with regard to the quality of the metal, including a decrease in the output of grade I rails in the length of 25 m and in cases of transfer of heat-strengthened rails to class II according to impact strength.

Увеличение расхода алюминия на плавку не решает проблему стабилизации содержания его в готовой стали и значительно повышает себестоимость рельсов. Кроме того, технология изготовления рельсов должна гарантировать отсутствие в них неметаллических включений глинозема, сцементированного силикатами, вытянутых вдоль направления прокатки в виде дорожек-строчек длиной более 2 мм для рельсов I группы и длиной более 8 мм для рельсов II группы [2]. Increasing the consumption of aluminum for smelting does not solve the problem of stabilizing its content in the finished steel and significantly increases the cost of rails. In addition, the manufacturing technology of the rails should guarantee the absence of non-metallic inclusions of alumina cemented by silicates elongated along the direction of rolling in the form of stitch paths longer than 2 mm for rails of group I and longer than 8 mm for rails of group II [2].

При использовании алюминия для раскисления снижение содержания кислорода, растворенного в стали, идет только за счет алюминия, что требует увеличения количества последнего при раскислении. Однако повышение содержания алюминия в стали ведет к загрязнению стали неметаллическими включениями глинозема и алюмосиликатов. When using aluminum for deoxidation, the decrease in the oxygen content dissolved in steel is only due to aluminum, which requires an increase in the amount of the latter during deoxidation. However, an increase in the aluminum content in steel leads to steel contamination by non-metallic inclusions of alumina and aluminosilicates.

Известны также способы раскисления стали алюминием, принудительно (с помощью устройства) вводимым в сталеплавильный агрегат [3, 4], а также утяжеленным чугуном [5] . Однако в первом случае крепление алюминиевых чушек ненадежно и приводит в ряде случае к отрыву алюминия и сгоранию последнего в шлаке. Во втором случае при погружении чушки происходит окисление алюминия оксидами шлака при погружении чушки через шлак в сталь. Выбранное соотношение массы алюминия к углероду в изобретениях [5, 6] не обеспечивает процесс получения чистой по неметаллическим включениям рельсовой стали и ведет к нерациональному использованию алюминия, низкой степени его усвоения. There are also known methods for the deoxidation of steel by aluminum, forcibly (using the device) introduced into the steelmaking unit [3, 4], as well as weighted cast iron [5]. However, in the first case, the fastening of aluminum ingots is unreliable and in some cases leads to the separation of aluminum and the combustion of the latter in slag. In the second case, when the ingot is immersed, aluminum is oxidized by slag oxides when the ingot is immersed through the slag into steel. The selected ratio of the mass of aluminum to carbon in the inventions [5, 6] does not provide a process for producing a clean non-metallic inclusions of rail steel and leads to irrational use of aluminum, a low degree of assimilation of aluminum.

Желаемым техническим результатом изобретения является повышение качества рельсовой стали, увеличение усвоения и стабилизации содержания алюминия в стали. The desired technical result of the invention is to improve the quality of rail steel, increase the absorption and stabilization of the aluminum content in the steel.

Для этого алюминий вводят в расплав в чугунной оболочке в виде блоков, содержащих 10 - 12% алюминия, при соотношении содержащихся в них углерода и алюминия 1: (2,7 - 3,0) соответственно и расходе блоков 0,50 - 0,65 кг/т стали. For this, aluminum is introduced into the melt in a cast iron shell in the form of blocks containing 10 - 12% aluminum, with a ratio of carbon and aluminum contained in them 1: (2.7 - 3.0), respectively, and a flow rate of 0.50 - 0.65 blocks kg / t steel.

Блоки изготавливались наполнением чугунного кокиля жидким алюминием с последующей подливкой поверх алюминия жидкого чугуна. The blocks were made by filling cast iron chill with liquid aluminum, followed by pouring liquid iron over aluminum.

Выбранное содержание алюминия в блоке 10 - 12% и соотношение углерода и алюминия 1:(1,7 - 3,0) связано с регламентацией режима раскисления рельсовой стали. При снижении содержания алюминия в блоке менее 10% происходит за счет увеличения доли чугуна в блоке некоторое науглероживание стали, причем концентрация алюминия в стали низкая, что ведет к снижению механических свойств стали (ударной вязкости). Увеличение содержания алюминия более 12% приводит к недопустимо высокому содержанию алюминия в стали, а также к увеличению неметаллических включений, в частности длины строки глинозема и глинозема, сцементрированного силикатами. Кроме того, снижается за счет поверхностных дефектов выход рельсов 1 сорта в длине 25 м. The selected aluminum content in the block is 10-12% and the ratio of carbon to aluminum 1: (1.7-3.0) is associated with the regulation of the deoxidation of rail steel. With a decrease in the aluminum content in the block of less than 10%, some carbonization of steel occurs due to an increase in the proportion of cast iron in the block, and the concentration of aluminum in the steel is low, which leads to a decrease in the mechanical properties of steel (impact strength). An increase in the aluminum content of more than 12% leads to an unacceptably high aluminum content in steel, as well as an increase in non-metallic inclusions, in particular, the length of the line of alumina and alumina cemented by silicates. In addition, the yield of first grade rails in the length of 25 m is reduced due to surface defects.

Отношение углерода к алюминию определено опытным путем следующим образом. При снижении отношения менее 1:2,7 недопустимо увеличивается доля чугуна и снижается доля алюминия в блоке, что приводит к увеличению содержания углерода в стали и уменьшению концентрации алюминия. Это в конечном итоге приводит к переводу рельсов I сорта во II класс по ударной вязкости. При соотношении более 1: 3,0 возрастает угар алюминия, т.к. содержащийся в блоке углерод недостаточно раскисляет соль (снижает содержание кислорода в стали) и остаточный кислород вступает в соединение с алюминием, что во-первых, увеличивает угар алюминия, во-вторых, повышает загрязненность стали включениями глинозема. The ratio of carbon to aluminum is determined empirically as follows. When the ratio decreases to less than 1: 2.7, the proportion of cast iron unacceptably increases and the proportion of aluminum in the block decreases, which leads to an increase in the carbon content in steel and a decrease in the concentration of aluminum. This ultimately leads to the transfer of rails of grade I to grade II in impact strength. With a ratio of more than 1: 3.0, aluminum fumes increase, because the carbon contained in the block does not sufficiently deoxidize the salt (reduces the oxygen content in the steel) and the residual oxygen comes into contact with aluminum, which, firstly, increases aluminum fumes, and secondly, increases the steel pollution by inclusions of alumina.

Расход блоков на 1 т стали определен целесообразностью получения в готовой стали содержания алюминия 0,008 - 0,012%. Нижний предел (0,5 кг/т) рассчитан на получение алюминия в стали 0,008% а верхний (0,65 кг/т) - на 0,012% алюминия. The consumption of blocks per 1 ton of steel is determined by the advisability of obtaining in the finished steel the aluminum content of 0.008 - 0.012%. The lower limit (0.5 kg / t) is designed to produce aluminum in steel 0.008% and the upper (0.65 kg / t) - 0.012% aluminum.

Чугунная оболочка блока позволяет нейтрализовать воздействие шлака на алюминий при погружении блока в сталь, а также предварительно снизить концентрацию растворенного кислорода в стали, в связи с чем увеличивается усвоение и стабилизируется концентрация алюминия в стали, что позволяет гарантировать требуемую ударную вязкость в рельсовой стали и качество поверхности рельсов, определяемое выходом рельсов I сорта в длине 25 м. The cast-iron shell of the block allows you to neutralize the effect of slag on aluminum when the block is immersed in steel, as well as to preliminarily reduce the concentration of dissolved oxygen in steel, which increases the absorption and stabilizes the concentration of aluminum in steel, which ensures the required impact strength in rail steel and surface quality rails, determined by the output of rails of I grade in the length of 25 m

Результаты опытных плавок, проведенных в 420-тонных мартеновских печах, приведены в таблице. The results of experimental swimming trunks conducted in 420-ton open-hearth furnaces are shown in the table.

Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что в сравнении с известным заявляемый способ позволяет увеличить усвоение алюминия до 72,6% (по прототипу 30%), стабилизировать концентрацию алюминия в пределах 0,008 - 0,012%, требуемых для получения гарантированной ударной вязкости (до 0,53 МДж/м²) и высокого (до 80,8%) выхода рельсов I сорта в длине 25 м.Analysis of the data given in the table shows that, in comparison with the known, the claimed method allows to increase the absorption of aluminum up to 72.6% (according to the prototype 30%), to stabilize the aluminum concentration in the range of 0.008 - 0.012% required to obtain guaranteed impact strength (up to 0.53 MJ / m ² ) and high (up to 80.8%) yield of rails of the first grade in the length of 25 m.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Технологическая инструкция АО "КМК" ТИ 103-СТ.П.-12-88 "Производство железнодорожных рельсов".Sources of information taken into account during the examination
1. Technological instruction of KMK JSC TI 103-ST.P.-12-88 "Production of railway rails".

2. ГОСТ 24182-80 "Рельсы железнодорожные широкой колеи типов Р75, Р65 и Р50 из мартеновской стали". 2. GOST 24182-80 "Wide gauge railway rails of the types P75, P65 and P50 from open-hearth steel."

3. Авт. св. СССР N 759170, кл. C 21 C 7/06. 3. Auth. St. USSR N 759170, class C 21 C 7/06.

4. Авт. св. СССР N 1135770, кл. C 21 C 7/06. 4. Auth. St. USSR N 1135770, class C 21 C 7/06.

5. Авт. св. СССР N 1089147, кл. C 21 C 7/06. 5. Auth. St. USSR N 1089147, cl. C 21 C 7/06.

6. Авт. св. СССР N 1382860, кл. C 21 C 7/06. 6. Auth. St. USSR N 1382860, class C 21 C 7/06.

Claims

A method of deoxidation and microalloying of rail steel with aluminum, comprising introducing aluminum into the melt after the oxidation and reduction periods of the smelting, characterized in that the aluminum is introduced into the melt in the cast iron shell in the form of blocks containing 10 to 12% aluminum, with the ratio of carbon and aluminum 1: 2.7 - 3.0, respectively, and the flow rate of blocks 0.50 - 0.65 kg / t of steel.