RU2016087C1 - Method of microalloying of steel by boron - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: method, including introduction to a liquid metal a datolyte concentrate, aluminium and silicon-manganese alloys, comprises steps of introducing the concentrate into a steel pouring ladle before draining steel out of a steel melting equipment in quantity 0.5-1.5 kg/t of steel, aluminium - in quantity (kg/t of steel) respectively 0.13(0.5-0.5)+0.3. . .0.7, (0.5-0.8) and (0.1-0.15) before discharge of melting, upon discharge process after adding silicon-manganese alloys and after finishing the metal discharge at process of slag descending to a ladle. EFFECT: simplified alloying process. 1 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии и совершенствует технологию микролегирования стали бором в направлении снижения затрат на производство металла и повышения качества металлопродукции. The invention relates to metallurgy and improves the technology of microalloying steel with boron in the direction of reducing the cost of metal production and improving the quality of metal products.

Микролегирование стали бором, как правило, производится борсодержащим ферросплавами и лигатурами, в частности ферробором, которые присаживают в сталь при выпуске плавки из сталеплавильного агрегата. Высокая стоимость сплавов и лигатур повышает себестоимость металлопродукции, а взаимодействие бора в процессе выпуска с азотом снижает эффективность бора как элемента, улучшающего качество металлопродукции. Microalloying of steel with boron is, as a rule, carried out by boron-containing ferroalloys and alloys, in particular ferroboron, which are seated in steel when the melting is released from the steelmaking unit. The high cost of alloys and alloys increases the cost of metal products, and the interaction of boron during the production process with nitrogen reduces the efficiency of boron as an element that improves the quality of metal products.

Затраты на микролегирование стали бором могут быть снижены при использовании на разливке недефицитных и дешевых борсодержащих природных материалов, которые наряду с микролегированием выполняют шлакообразующие функции. Одним из таких материалов является датолит и, получаемый на его основе датолитовый концентрат, содержащий (в %) В₂О₃ не менее 16,5; СаО 37-39; SiO₂ 32-35; остальное окислы железа, марганца, магния и алюминия. При применении датолитового концентрата микролегирование стали бором достигается за счет реализации термодинамической возможности восстановления бора из его окиси растворенными в стали элементами с высоким сродством к кислороду, например, алюминием. Такой способ микролегирования бором, принятый за наиболее близкий аналог предлагаемого технического решения, предусматривает присадку в ковше кремнемарганцевых сплавов и алюминия и ввод боpсодежащей добавки (экзотермическая шлаковая смесь с датолитовым концентратом) в изложницы при сифонной разливке спокойной стали, содержащей (в %) С 0,21; Mn 0,45; Si 0,025; S 0,018; Р 0,007; Al 0,03-0,04. Количество датолитового концентрата определяется из расчета получения в стали в среднем 0,002% бора.The costs of microalloying steel with boron can be reduced when using non-deficient and cheap boron-containing natural materials for casting, which, along with microalloying, perform slag-forming functions. One of such materials is datolite and, based on it, a datolite concentrate containing (in%) В ₂ О ₃ not less than 16.5; CaO 37-39; SiO ₂ 32-35; the rest is oxides of iron, manganese, magnesium and aluminum. When using a datolite concentrate, microalloying steel with boron is achieved by realizing the thermodynamic possibility of reducing boron from its oxide by elements dissolved in steel with high affinity for oxygen, for example, aluminum. This method of microalloying with boron, taken as the closest analogue of the proposed technical solution, involves the addition of silicon-manganese alloys and aluminum in the ladle and the introduction of a boron-containing additive (exothermic slag mixture with datolite concentrate) in the molds during siphon casting of mild steel containing (in%) C 0, 21; Mn 0.45; Si 0.025; S 0.018; P 0.007; Al 0.03-0.04. The amount of datolite concentrate is determined on the basis of the average production of 0.002% boron in steel.

Недостатком известного способа является высокий расход датолитового концентрата, обусловленный тем, что при сифонной разливке спокойной стали из-за малоактивного перемешивания шлаковой и металлической фаз, а также в связи с образованием на стенках изложниц шлакового гарнисажа, значительная часть концентрата не используется для целей микролегирования стали бором. Кроме того, при использовании известного способа из-за неравномерного распределения бора в слитке не достигается стабильное повышение качества металлопродукции. Неравномерное распределение обусловлено тем, что переход бора в металл из шлакообразующей смеси протекает постепенно и заканчивается при затвердевании прибыльной части слитка. Поэтому кристаллизирующиеся в первую очередь поверхностные слои слитка и донная его часть оказываются обедненными, а верхняя часть, в особенности в осевой зоне, обогащенной бором, что приводит к неоднородности физико-механических свойств металлопродукции. The disadvantage of this method is the high consumption of datolite concentrate, due to the fact that during siphon casting of mild steel due to inactive mixing of slag and metal phases, as well as due to the formation of slag skull on the walls of the molds, a significant part of the concentrate is not used for microalloying steel with boron . In addition, when using the known method due to the uneven distribution of boron in the ingot, a stable increase in the quality of metal products is not achieved. The uneven distribution is due to the fact that the transition of boron into metal from the slag-forming mixture proceeds gradually and ends when the profitable part of the ingot solidifies. Therefore, the surface layers of the ingot crystallizing primarily and its bottom part are depleted, and the upper part, especially in the axial zone enriched with boron, which leads to heterogeneity of the physicomechanical properties of the metal products.

Целью изобретения является снижение расхода датолитового концентрата при микролегировании стали бором и повышение качества металлопродукции. The aim of the invention is to reduce the consumption of datolite concentrate during microalloying of steel with boron and to improve the quality of metal products.

Цель достигается тем, что датолитовый концентрат вводят в сталеразливочный ковш перед выпуском стали из сталеплавильного агрегата в количестве 0,5. . . 1,5 кг/т стали, а алюминий в количествах (кг/т cтали) 0,13 (0,5... 1,5) +0,3...0,7; 0,5...0,8 и 0,1...0,15 вводят соответственно перед выпуском плавки, по ходу выпуска после присадки кремнемарганцевых сплавов и после окончания выпуска металла в процессе схода в ковш шлака. The goal is achieved by the fact that the datolite concentrate is introduced into the steel pouring ladle before the release of steel from the steelmaking unit in an amount of 0.5. . . 1.5 kg / t of steel, and aluminum in quantities (kg / t of steel) 0.13 (0.5 ... 1.5) +0.3 ... 0.7; 0.5 ... 0.8 and 0.1 ... 0.15 are introduced, respectively, before the release of the heat, in the course of production after the addition of silicomanganese alloys and after the end of the release of the metal during the descent into the slag ladle.

Сущность способа заключается в следующем. The essence of the method is as follows.

Датолитовый концентрат в количестве 0,5...1,5 кг на 1 т стали за 10-15 мин до выпуска плавки из сталеплавильного агрегата укладывают в бумажных или полиэтиленовых мешках на днище сталеразливочного ковша у стенки на максимально возможном удалении от ожидаемой зоны падения струи металла. Используются только освобожденные от пpедыдущей плавки ковши с нагретой футеровкой. Концентрат должен быть сухим. Время его присадки обусловлено необходимостью гарантированного удаления влаги. Выбор места укладки концентрата связан с необходимостью минимизации его уноса в нерасплавленном состоянии восходящими воздушными потоками, возникающими в процессе выпуска плавки в осевой зоне полости ковша. Количество присаживаемого датолитового концентрата обусловлено требуемым содержанием бора в стали, которое для планируемого сортамента металла изменяется в пределах 0,001-0,005%. Минимальному содержанию бора в стали должен соответствовать минимальный расход концентрата (0,5 кг/т), а максимальному - максимальный (1,5 кг/т). При этом учтено, что с повышением расхода концентрата степень усвоения бора возрастает. Datolite concentrate in the amount of 0.5 ... 1.5 kg per 1 ton of steel 10-15 minutes before the release of the melting from the steelmaking unit is placed in paper or plastic bags on the bottom of the steel pouring ladle at the wall at the maximum possible distance from the expected drop zone metal. Only buckets with a heated lining are freed from the previous melt. The concentrate should be dry. The time of its additive is due to the need for guaranteed removal of moisture. The choice of the location of the concentrate is associated with the need to minimize its entrainment in the unmelted state by ascending air currents arising in the process of melting in the axial zone of the bucket cavity. The amount of datolite concentrate to be added is due to the required boron content in the steel, which for the planned metal assortment varies between 0.001-0.005%. The minimum content of boron in steel should correspond to the minimum consumption of concentrate (0.5 kg / t), and the maximum - maximum (1.5 kg / t). Moreover, it was taken into account that with an increase in the concentrate consumption, the degree of boron assimilation increases.

После датолитового концентрата в ковш присаживают алюминий в виде стандартных чушек в количестве (кг/т стали) 0,13 (0,5...1,5)+0,3...0,7. Оба слагаемых этой суммы определены, исходя из ожидаемой массы плавки. Первое слагаемое соответствует количеству алюминия, необходимому для восстановления бора из его окиси. В этом слагаемом 0,5...1,5 - количество датолитового концентрата, а коэффициент 0,13 равен произведению 0,17 ˙0,77, где 0,17 - доля В₂О₃ в датолитовом концентрате, а 0,77 стехиометрическое соотношение алюминия и В₂О₃ в реакции восстановления. Второе слагаемое соответствует количеству алюминия, необходимому для обеспечения его содержания в стали к моменту окончания присадки кремнемарганцевых сплавов в пределах 0,02... 0,04%. К этому моменту количество металла, слитого в ковш, составляет примерно 1/3 массы плавки. Для получения заданного содержания алюминия на среднем уровне (0,03%) при стопроцентном усвоении и расчете на массу всей плавки его потребовалось бы 0,3 кг/т ˙1/3=0,1 кг/т. В реальных условиях, как видно из приведенных экспериментальных данных (табл. 1), усвоение алюминия, вводимого в нераскисленную сталь, значительно меньше. Оно изменяется в широких пределах в зависимости от содержания в стали углерода перед выпуском, что и определяет величину второго слагаемого первой присадки.After the datolite concentrate, aluminum is added to the ladle in the form of standard ingots in the amount of (kg / t steel) 0.13 (0.5 ... 1.5) +0.3 ... 0.7. Both terms of this sum are determined based on the expected smelting mass. The first term corresponds to the amount of aluminum needed to recover boron from its oxide. In this term, 0.5 ... 1.5 is the amount of datolite concentrate, and the coefficient 0.13 is equal to the product 0.17 ˙0.77, where 0.17 is the proportion of B ₂ O ₃ in the datolite concentrate, and 0.77 The stoichiometric ratio of aluminum to B ₂ O ₃ in the reduction reaction. The second term corresponds to the amount of aluminum necessary to ensure its content in the steel by the time of the end of the addition of silicomanganese alloys in the range of 0.02 ... 0.04%. At this point, the amount of metal poured into the ladle is approximately 1/3 of the mass of the heat. To obtain a given aluminum content at an average level (0.03%) with absolute assimilation and calculation on the weight of the entire heat, it would take 0.3 kg / t ˙1 / 3 = 0.1 kg / t. Under real conditions, as can be seen from the experimental data (Table 1), the assimilation of aluminum introduced into unoxidized steel is much less. It varies widely depending on the carbon content in steel before release, which determines the value of the second term of the first additive.

Заданный уровень содержания в стали алюминия обеспечивает, благодаря его высокому сродству к азоту, блокировку образования нитридов бора. Это усиливает эффективность бора как элемента, повышающего качество металлопродукции. Вторая присадка алюминия необходима для поддержания упомянутого уровня его содержания до окончания выпуска плавки в ковш. Время ее ввода (после кремнемарганцевых сплавов) обусловлено подтвержденным экспериментально (табл. 2) повышением усвоения алюминия, присаживаемого в раскисленную сталь. Величина второй присадки алюминия (см. табл. 2) определена аналогично второму слагаемому первой присадки с учетом массы сливаемого металла (пример 2/3) от массы плавки) и экспериментально полученных значений усвоения алюминия. The predetermined level of aluminum content in the steel ensures, due to its high affinity for nitrogen, blocking the formation of boron nitrides. This enhances the effectiveness of boron as an element that improves the quality of metal products. The second aluminum additive is necessary to maintain the mentioned level of its content until the end of the production of smelting in the ladle. The time of its introduction (after silicomanganese alloys) is due to the experimentally confirmed (Table 2) increase in the assimilation of aluminum that sits in deoxidized steel. The value of the second aluminum additive (see table. 2) is determined similarly to the second term of the first additive, taking into account the mass of the metal to be drained (example 2/3) from the mass of smelting) and the experimentally obtained values of aluminum absorption.

Третью присадку алюминия производят для снижения окисленности шлака, сливаемого в ковш в конце выпуска плавки, так как высокоокисленный шлак, находясь в процессе разливки в длительном контакте с жидкой сталью, может приводить ко вторичному окислению алюминия и бора и, как следствие, снижению их содержания в металле подшлаковой зоны. Величина третьей присадки обусловлена окисленностью шлака, связанной с содержанием углерода в стали перед выпуском : при содержаниях углерода менее 0,1% она составляет 0,15 кг/т, а при 0,1% и более - 0,1 кг/т. The third aluminum additive is produced to reduce the oxidation of the slag poured into the ladle at the end of the smelting process, since the highly oxidized slag, being cast during prolonged contact with liquid steel, can lead to secondary oxidation of aluminum and boron and, as a result, reduce their content in metal of the sub-slag zone. The value of the third additive is due to the oxidation of the slag associated with the carbon content in the steel before production: at a carbon content of less than 0.1% it is 0.15 kg / t, and at 0.1% or more - 0.1 kg / t.

Таким образом, при реализации заявляемого способа жидкая сталь с температурой более 1500^оС, заполняя сталеразливочный ковш, расплавляет вначале алюминий (t_пл ≈700^оС), а затем датолитовый концентрат (t_пл ≈ 1100^оС). Значительная часть алюминия окисляется, а остальной растворяется в стали. Расплавленный датолитовый концентрат образует шлаковую фазу, в состав которой входит В₂О₃. Активное перемешивание металлической и шлаковой фаз в процессе выпуска достигается благодаря энергии падающей струи. Этому дополнительно способствует широко применяемая на предприятиях продувка металла в ковше нейтральным газом. Активное перемешивание, а также отсутствие характерных для прототипа потерь датолитового концентрата на образование гарнисажа на стенках изложницы повышает степень использования концентрата для целей микролегирования. Введенный в сталь бор равномерно распределяется по объему ковша, что обеспечивает однородность физико-механических свойств металла. Поддерживаемое на протяжении выпуска и разливки стали содержание алюминия в пределах 0,02-0,04% предотвращает образование нитридов бора, что увеличивает прокаливаемость и снижает запороченность проката поверхностными дефектами, повышая тем самым качество металлопродукции.Thus, when implementing the claimed method, molten steel at a temperature over 1500 ^{° C,} filling the casting ladle, melts first aluminum (t _pl ≈700 ° ^C), and then concentrate datolite (t ≈ _mp ¹¹⁰⁰ C). A significant part of aluminum is oxidized, and the rest is dissolved in steel. The molten datolite concentrate forms a slag phase, which includes B ₂ O ₃ . Active mixing of the metal and slag phases during the release process is achieved due to the energy of the incident jet. This is further facilitated by the purging of metal in the ladle, which is widely used in enterprises, with neutral gas. Active mixing, as well as the absence of prototype losses of a datolite concentrate for the formation of a skull on the mold walls, increases the degree of use of the concentrate for microalloying. The boron introduced into the steel is evenly distributed over the volume of the bucket, which ensures uniform physical and mechanical properties of the metal. The aluminum content maintained during the production and casting of steel in the range of 0.02-0.04% prevents the formation of boron nitrides, which increases hardenability and reduces the defectiveness of rolled products by surface defects, thereby improving the quality of metal products.

Опытно-промышленную проверку способа проводили на комбинате "Криворожсталь". Сталь марки 35 по ГОСТ 10702 выплавляли в кислородных конвертерах емкостью 150 т по существующей технологии Присадку датолитового концентрата, алюминия, и кремнемарганцевых сплавов производили в соответствии с заявляемым способом. Сталь разливали сифоном на слитки массой 8,5 т и прокатывали на блюминге на заготовку ( ⌀ 150 мм), а затем на калиброванный прокат для холодной высадки ⌀ 15-20 мм. Распределение бора в металле изучали по ходу разливки и на заготовках. Качество поверхности заготовок оценивали при их зачистке на станках. Для исследования прокаливаемости металла отбирали пробы промежуточного подката (⌀ 55-60 мм), который перековывали на круг ⌀ 35 мм с обточкой под стандартный образец ⌀ 25 мм и длиной 100 мм. Прокаливаемость оценивали в соответствии со стандартными методиками по удалению от торца образца полумартенситной зоны. A pilot industrial test of the method was carried out at the Krivorozhstal plant. Steel grade 35 according to GOST 10702 was smelted in oxygen converters with a capacity of 150 tons according to the existing technology. Additive datolite concentrate, aluminum, and silicon-manganese alloys were produced in accordance with the claimed method. Steel was siphoned onto ingots weighing 8.5 tons and bloomed on a billet (⌀ 150 mm), and then on calibrated rolled products for cold heading ⌀ 15-20 mm. The distribution of boron in the metal was studied during casting and on billets. The surface quality of the workpieces was evaluated during their cleaning on machines. To study the hardenability of the metal, intermediate intermediate samples (ата 55-60 mm) were taken, which were forged into a на 35 mm circle with a turning for a standard sample ⌀ 25 mm and a length of 100 mm. Hardenability was evaluated in accordance with standard methods for removing the semi-martensitic zone from the end of the sample.

Одновременно с опытно-промышленной проверкой заявляемого способа при разливке плавок стали марки 35 текущего производства оценивали эффективность прототипа. С этой целью изготавливали шлакообразующую смесь, в состав которой вводили датолитовый концентрат, Смесь присаживали в изложницу. Опытные слитки массой 8,5 т разливали сифоном под слоем шлака, содержащего датолитовый концентрат. Распределение бора в металле, качество поверхности заготовок и прокаливаемость исследовали по тем же методикам, что и при опытно-промышленной проверке заявляемого способа. Simultaneously with the pilot industrial verification of the proposed method when casting steel melts of grade 35 current production, the effectiveness of the prototype was evaluated. For this purpose, a slag-forming mixture was made, into which a datolite concentrate was introduced. The mixture was planted in the mold. Experimental ingots weighing 8.5 tons were siphoned under a slag layer containing datolite concentrate. The distribution of boron in the metal, the quality of the surface of the workpieces and hardenability were investigated by the same methods as in the pilot test of the proposed method.

Сравнительный металл производили по существующим на комбинате технологическим инструкциям. Comparative metal was produced according to the technological instructions existing at the plant.

Claims (1)

СПОСОБ МИКРОЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ БОРОМ, включающий ввод в жидкий металл в ковше датолитового концентрата, алюминия и кремнемарганцевых сплавов, отличающийся тем, что концентрат вводят в ковш перед выпуском металла из агрегата в количестве 0,5 - 1,5 кг/т металла, а алюминий - в количествах 0,13 (0,5 - 1,5) + 0,3 - 0,7; 0,5 - 0,8 и 0,1 - 0,15 кг/т стали вводят соответственно перед выпуском плавки, по ходу выпуска после присадки кремнемарганцевых сплавов и после окончания выпуска металла в процессе схода шлака в ковш. METHOD OF MICROALLOGING STEEL BORON, including input into molten metal in a ladle of a datolite concentrate, aluminum and silicon-manganese alloys, characterized in that the concentrate is introduced into the ladle in the amount of 0.5-1.5 kg / t of metal, and aluminum is introduced into the ladle from the unit in amounts of 0.13 (0.5 - 1.5) + 0.3 - 0.7; 0.5 - 0.8 and 0.1 - 0.15 kg / t of steel are introduced, respectively, before the release of the smelting, during the release after the addition of silicomanganese alloys and after the release of metal in the process of slag in the ladle.

Images