RU2348700C1

RU2348700C1 - Method of liquid steel processing in vacuum chamber

Info

Publication number: RU2348700C1
Application number: RU2007117192/02A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Иванович Косырев (RU); Анатолий Иванович Косырев; Матвей Владимирович Шишимиров (RU); Матвей Владимирович Шишимиров; Алексей Михайлович Якушев (RU); Алексей Михайлович Якушев
Priority date: 2007-05-08
Filing date: 2007-05-08
Publication date: 2009-03-10
Also published as: RU2007117192A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention concerns ferrous metallurgy and can be used at cycling and circulating degassing of steel during the process of out of furnace processing. In this method vacuum chamber is warmed before degassing, it is implemented cycling and circulating degassing, steel is heated and alloying materials are introduced. Steel heating is implemented by one or several lasers during the process of degassing and after alloying materials introduction.

EFFECT: mix expansion and reduction of cost price of processed steels.

Description

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при вакуумировании стали в процессе внепечной обработки.The invention relates to the field of ferrous metallurgy and can be used for evacuation of steel in the process of after-furnace treatment.

Наиболее близкими по технической сути к предлагаемому изобретению являются способы порционного и циркуляционного вакуумирования металла (Кнюпель Г. Раскисление и вакуумная обработка стали. Ч.II. Основы и технология ковшовой металлургии. - М: Металлургия, 1984. - с.269-270, 335-336).The closest in technical essence to the proposed invention are methods of batch and circulating evacuation of metal (Knupel G. Deoxidation and vacuum processing of steel. Part II. Fundamentals and technology of ladle metallurgy. - M: Metallurgy, 1984. - S. 269-270, 335 -336).

Способ порционного вакуумирования заключается в установке ковша с жидким металлом под камеру, соединенную с вакуумной системой. Камера имеет один или два патрубка, с обеих сторон защищенных огнеупорными материалами. Патрубки погружают в жидкий металл, с помощью вакуумной системы в камере создают разрежение, под действием которого металл по всасывающему патрубку поднимается в камеру и проходит вакуумную обработку. При циркуляционном вакуумировании во всасывающий патрубок дополнительно подают аргон как транспортирующий газ.The method of portioned evacuation consists in installing a ladle with liquid metal under a chamber connected to a vacuum system. The chamber has one or two nozzles protected on both sides by refractory materials. The nozzles are immersed in liquid metal, using a vacuum system in the chamber create a vacuum, under which the metal rises through the suction nozzle into the chamber and undergoes vacuum processing. During circulating evacuation, argon is additionally supplied to the suction pipe as a transporting gas.

К недостаткам указанных способов следует отнести остывание металла в процессе вакуумирования на 30-90°С (Якушев A.M. Справочник конвертерщика. - Челябинск: Металлургия, 1990. - с.328). Для компенсации снижения температуры металл перед вакуумированием перегревают, а камеру перед обработкой прогревают до 1500°С. При необходимости ввода дополнительного количества легирующих материалов требуемую температуру металла поддерживают за счет протекания экзотермической реакции окисления алюминия, вводимого в металл в виде проволоки или гранул, газообразным кислородом, вдуваемым в вакуумную камеру (Кудрин В.А. Теория и технология производства стали: Учебник для вузов. - М.: Мир, ООО «Издательство ACT», 2003. - с.318-319). Такой способ нагрева металла и расплавления легирующих добавок является очень дорогим, т.к. требует производства алюминиевой проволоки или гранул и газообразного кислорода.The disadvantages of these methods include the cooling of the metal in the process of evacuation at 30-90 ° C (Yakushev A.M. Directory converter. - Chelyabinsk: Metallurgy, 1990. - S. 328). To compensate for the decrease in temperature, the metal is overheated before evacuation, and the chamber is heated to 1500 ° C before processing. If it is necessary to introduce an additional amount of alloying materials, the required metal temperature is maintained due to the exothermic oxidation of aluminum introduced into the metal in the form of wire or granules with gaseous oxygen injected into a vacuum chamber (V. Kudrin, Theory and Technology of Steel Production: A Textbook for High Schools . - M.: Mir, LLC "Publishing house ACT", 2003. - p. 318-319). This method of heating the metal and melting alloying additives is very expensive, because requires the production of aluminum wire or pellets and gaseous oxygen.

Задачей изобретения является расширение сортамента и снижение себестоимости обрабатываемых сталей.The objective of the invention is to expand the range and reduce the cost of processed steels.

Поставленный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе обработки жидкой стали в вакуумной камере, включающем разогрев вакуумной камеры перед вакуумированием, порционное и циркуляционное вакуумирование, нагрев стали и ввод легирующих материалов, при этом нагрев стали осуществляют одним или несколькими лазерами в процессе вакуумирования и после ввода легирующих материалов.The technical result is achieved by the fact that in the proposed method of processing liquid steel in a vacuum chamber, including heating the vacuum chamber before evacuation, portioned and circulating evacuation, heating the steel and introducing alloying materials, the steel is heated by one or more lasers during the evacuation process and after input alloying materials.

Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с прототипом, и изобретательским уровнем, так как явно не следует из существующего уровня техники, практически осуществимо в действующих сталеплавильных цехах.The invention has novelty, which follows from a comparison with the prototype, and the inventive step, since it obviously does not follow from the existing level of technology, is practically feasible in existing steelmaking workshops.

Способ нагрева металла при вакуумировании осуществляется следующим образом.The method of heating the metal during evacuation is as follows.

К корпусу вакуумной камеры, в которой производят обработку жидкого металла, герметично присоединяют один или несколько оптических квантовых генераторов большой плотности энергии - лазеров (Физическая энциклопедия. - М: Советская энциклопедия, 1990, том 2. - с.549), излучением которых нагревают металл в процессе вакуумирования и после введения легирующих материалов. Технологический процесс при порционном и циркуляционном вакуумировании в предлагаемом способе не отличается от традиционного процесса. Отличие состоит только в значениях некоторых параметров температурного режима и химического состава готовой стали. Обычно подогрев вакуумной камеры перед вакуумированием составляет 1500°С. Предлагаемый способ позволяет повысить температуру подогрева до 1600°С и даже выше. Ограничением в температуре подогрева является допустимая температура огнеупорности и допустимая температура начала деформации огнеупорных материалов, используемых для футеровки вакуумных камер. Более высокий подогрев вакуумной камеры и нагрев металла в процессе вакуумирования позволяют иметь температуру металла на выпуске из плавильной печи без учета снижения температуры металла при вакуумировании, а исходя только из условий разливки после вакуумной обработки и химического состава готовой стали. Это позволяет не перегревать металл в печи для обработки в вакуумной камере и за счет этого сократить время пребывания металла в печи, и увеличить ее производительность. Кроме того, нагрев металла в вакуумной камере оптическим квантовым генератором позволяет выплавлять стали любого химического состава с меньшей себестоимостью. Например, при выплавке нержавеющей стали типа 08Х18Н10Т в дуговой сталеплавильной печи химический состав металла по расплавлении составляет: углерод 0,35-0,40%; хром 12-14%; никель 10-12%; сера ≤0,025%; фосфор ≤0,025%. Такой химический состав определяется технологическим процессом. Большее содержание углерода, чем в готовой стали (0,08%) связано с проведением окислительного периода плавки продувкой кислородом для удаления азота и водорода из металла. Продувка металла кислородом в печи приводит к угару 2-4% хрома и дополнительному расходу феррохрома. При использовании предлагаемого способа нагрева металла при вакуумировании отпадает необходимость в проведении окислительного периода плавки. Шихтовые материалы в завалку можно рассчитывать только исходя из получения заданного количества углерода в готовой стали. После расплавления металл выпускают в ковш и подают его на установку вакуумирования. После вакуумной обработки в течение 3-5 мин в металл порциями начинают вводить низкоуглеродистый феррохром, никель, ферромарганец, ферросилиций, расплавляя добавки и поддерживая температуру металла ~1600°С. После доведения содержания хрома, никеля, марганца, кремния до заданного значения вводят титан (ферротитан), затем доводят температуру металла до 1600°С, отключают оптические квантовые генераторы, прекращают вакуумную обработку и передают ковш на разливку. При такой технологии выплавки нержавеющей стали 08Х18Н10Т угар легирующих элементов будет минимальным и не будет превышать в сумме 0,5-1,0%.One or more high-density optical quantum generators — lasers — are hermetically connected to the body of the vacuum chamber in which the liquid metal is processed (Physical Encyclopedia. - M: Soviet Encyclopedia, 1990, Volume 2. - p. 549), by radiation of which the metal is heated during evacuation and after the introduction of alloying materials. The technological process with portioned and circulating evacuation in the proposed method does not differ from the traditional process. The difference is only in the values of some parameters of the temperature regime and the chemical composition of the finished steel. Typically, the heating of the vacuum chamber before evacuation is 1500 ° C. The proposed method allows to increase the heating temperature to 1600 ° C and even higher. The limitation in the heating temperature is the permissible temperature of refractoriness and the permissible temperature of the onset of deformation of refractory materials used for lining of vacuum chambers. Higher heating of the vacuum chamber and heating of the metal in the process of evacuation make it possible to have the temperature of the metal at the outlet from the smelter without taking into account the decrease in metal temperature during evacuation, and based only on the casting conditions after vacuum treatment and the chemical composition of the finished steel. This allows not to overheat the metal in the furnace for processing in a vacuum chamber and thereby reduce the residence time of the metal in the furnace and increase its productivity. In addition, heating the metal in a vacuum chamber with an optical quantum generator allows steel of any chemical composition to be smelted at a lower cost. For example, when smelting 08Kh18N10T stainless steel in an electric arc furnace, the chemical composition of the metal by melting is: carbon 0.35-0.40%; chrome 12-14%; nickel 10-12%; sulfur ≤0.025%; phosphorus ≤0.025%. Such a chemical composition is determined by the technological process. A higher carbon content than in finished steel (0.08%) is associated with the oxidation period of the melting by blowing with oxygen to remove nitrogen and hydrogen from the metal. Purging the metal with oxygen in the furnace results in 2-4% chromium burning and additional consumption of ferrochrome. When using the proposed method of heating the metal during evacuation, there is no need to conduct an oxidative melting period. The charge materials in the filling can only be calculated on the basis of obtaining a given amount of carbon in the finished steel. After melting, the metal is discharged into the ladle and fed to the evacuation unit. After vacuum treatment for 3-5 minutes, low-carbon ferrochrome, nickel, ferromanganese, ferrosilicon begin to be introduced into the metal in portions, melting the additives and maintaining the metal temperature of ~ 1600 ° C. After adjusting the contents of chromium, nickel, manganese, silicon to a predetermined value, titanium (ferrotitanium) is introduced, then the metal temperature is brought to 1600 ° C, optical quantum generators are turned off, vacuum treatment is stopped and the ladle is transferred to casting. With this technology of smelting 08Kh18N10T stainless steel, the fumes of alloying elements will be minimal and will not exceed a total of 0.5-1.0%.

Claims

A method of processing liquid steel in a vacuum chamber, including heating the vacuum chamber before evacuation, portioned and circulating evacuation, heating the steel and introducing alloying materials, characterized in that the steel is heated by one or more lasers during the evacuation process and after introducing alloying materials.