SU1384207A3 - Способ получени стали - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области черной металлургии, в частности к технологии получени  сталей с низким содержанием водорода. Цель изобретени  - снижение содержани  водорода в стали. Способ получени  стали включает подачу расплава в предварительно нагретый рафинировочный сосуд с погружаемой и охлаж,а;аемой газом фурмой , подачу в расплав легирующих и шлакообразующих добавок, обезуглероживание расплава подачей газообразной смеси, содержащей кислород и газ- разбавитель. После обезуглероживани  осуществл ют восстановительную и окончательную доводку расплава подачей через фурмы барботирующего газа. В расплав ввод т трудноокисл емые легирующие элементы, подают пшакооб- разующие добавки и разжижают их до Обезуглероживани  расплава. Обезугле- роживание расплава провод т дл  удалени  по крайней мере 0,2 мас.% углерода . В период восстан;овительной и/или окончательной доводки в расплав подают азот, аргон или гелий в количестве 2,83 м /т. 4 табл. § (У) со сх 4 to

Description

СМ

Изобретение относитс  к черной металлургии, в частности к технологии получени  сталей с низким содержанием водорода.

Цель изобретени  - снижение содержани  водорода в стали.

Технологи  аргонокислородного обезуглероживани  (АКО) предусматривает процесс рафинировани  расплав- ленного металла, наход щегос  в резервуаре рафинировани , который снабжен по крайней мере одной погруженной фурмой, включающий инжектирование в расплав через указанную фур-. му(ы) газовой смеси, содержащей кислород и разбавл ющий газ. Указанный разбавл ющий газ предназначен дл  уменьшени  парциального давлени  моноокиси углерода в газовых пузырь- ках, образованных во врем  обезуглероживани  расплава и/или дл  изменени  скорости подачи кислорода к расплаву без существенного изменени  общей скорости потока инжектируемого газа, а затем инжектирование разбрызгиваемого газа в расплав через указанную фурму(ы), причем указанный разбавл ющий газ служит дл  удалени  примесей посредством дегазации, деокис- лени  испарени  или посредством флотаци указанных примесей с последующим задер- жанйем или реакцией со шлаком. Процесс обычно проводитс  с помощью потока кислородсодержащего газа, окру- женного кольцевым потоком охлаждающей жидкости, котора  служит дл  охлаждени  фурмы и защищают огнеупорную футеровку от избыточного износа. Пригодными разбавл ющими газами мо- гут быть аргон, гелий и азот. Азот предпочтительнее, если не необходимо получать в виде конечного продукта сталь с низким содержанием азота, в таком случае предпочтительнее ар- гон. Пригодным разбрызгиваемым газом может быть аргон, гелий и азот,приче азот или аргон предпочтительнее.Пригодные охлаждающие жидкости включают аргон, гелий, азот, моноокись углеро да и двуокись углерода, причем азот или аргон предпочтительнее. В щиро- ком смысле процесс АКО может использовать водород, пар или углероводо- родную жидкость в качестве одной из составл ющих разбавл ющего газа, разбрызгиваемого газа или охлаждающей жидкости. Однако когда необходимым конечным продуктом  вл етс  низ-

ководородна  сталь, то такие водород- содержащие жидкости непригодны в процессе АКО.

Стади  восстановлени  используетс  дл  обозначени  восстановлени  металлов, окисленных во врем  обезуглероживани , посредством добавлени  к расплаву восстанавливающего вещества , такого, как кремний или крем- нийсодержащий ферросплав или алюминий , с последующим введением разбрызгиваемого газа в расплав дл  завершени  реакции восстановлени .

Окончательна  стади  предусматривает окончательное установление химического состава расплава посредством добавлени  к расплаву требуемого материала с последующим разбрызгиванием расплава дл  обеспечени  однород ного состава.

Легкоокисл емые легирующие добавки в сталь предусматривают введение .элементов, которые не восстанавливаютс  с помощью добавки кремни  к расплаву стали.

Под трудноокисл емыми легирующими добавками в сталь подразумеваетс  введение элементов, восстанавливаемых при добавлении кремни  к расплаву стали.

Сталь с низким содержанием водорода обычно относитс  к стали, имеющей содержание водорода меньшее,чем 2%. Однако строгое установление такого количества  вл етс  непрактичным вследствие трудностей с подбором образцов при производстве стали. Эти трудности, определ ющие впоследствии неточность в анализах, св заны с потерей водорода во врем  транспортировки образца от резервуара рафинировани  к аналитическому прибору, и вследствие этого возникает недосто- верность, св занна  с тем, что любой заданный образец не будет точно соответствовать составу расплава, из-за отсутстви  химической однородности расплава в резервуаре очистки.

Расплав стали загружают в резервуар рафинировани , внутренн   поверхность которого суха . Если резервуар дл  рафинировани - ранее использовалс  дл  очистки расплава стали, то никакой операции сушки обычно не требуетс  от обслуживающего персонала, поскольку резервуар рафинировани  будет в основном сухим. Если резервуар рафинировани  ранее

не использовалс  дл  рафинировани  стали, то резервуар должен быть осушен с помощью любого пригодного спо соба осушки, например с помощью при- менени  факельного пламени к внутренним стенкам резервуара рафинировани . Один из способов обеспечени  сушки резервуара рафинировани  состоит в создании температуры rfa внут- ренней поверхности резервуара ра- . финировани  по крайней мере 1500°F (815, Зб с), а преимущественно, по крайней мере I800°F (982,22°С).

На практике фурма(ы) газоохлажда- етс  во врем , по крайней мере,части процесса производства, а преимущественно во врем  всего процесса производства. В то врем  как кислород инжектируетс  через фурму{ы),они охлаждаютс  в основном с помощью защитной жидкости. Во врем  стадий восстановлени  или окончательной стадии фурма(ы) охлаждаетс  в основном с помощью разбрызгиваемого га- за, который может также служить в качестве защитной жидкости. Когда резервуар рафинировани  наклон етс  дл  того, чтобы вылить рафинирован- ньй расплав, фурма(ы), котора  на- ходитс  выше поверхности расплава, в основном охлаждаетс  с помощью потока воздуха, проход щего через фурму . Такой поток воздуха обычно направл етс  от компрессора. Если охлаждение обеспечиваетс  с помощью другого газа, нежели воздух, так, что фур ма(ы) находитс  еще ниже поверхности расплава, то охлаждающий газ обычно подаетс  от криогенной камеры и име- ет достаточную степень сушки, так что никака  друга  операци  сушки не требуетс  от обслуживающего персонала . Если охлаждающим газом  вл етс  воздух, то обычно требуетс  про- вести стадию сушки перед использованием воздуха. Эта.стади  сушки может быть осуществлена посредством прохождени  сжатого воздуха через сушилку перед тем, как он вводитс  в фур- му(ы). Преимущественно охлаждающий газ содержит менее 100 мас,% воды,

В основном все шлакообразующие добавки ввод тс  в расплав перед на- чалом стадии обезуглероживани ,Шлакообразующие добавки представл ют собой в общем известь или смеси извести и магнезита, но могут быть любым материалом, который может послу

Q ,. с

5

жить образованию эффективного шлака. Шлак используют дл  нейтрализации окисей, благодар  чему обеспечиваетс  десульфураци  расплава и снижение количества кислорода, азота и водорода , введенных в расплав за счет кон- тажта с воздухом.

Очень важно дл  успешного осуществлени  предлагаемого способа, чтобы шлакообразующие добавки флюсовались перед началом стадии обезуглероживани . Это определ етс  тем, что шлакообразующие добавки: обычно неизбежно добавл ют в расплав значительное количество водорода, обычно в форме воды. Если в основном все шлакообразующие добавки, подаваемые в расплав, не Оудут разжижены перед обезуглероживанием , благодар  чему водород будет удален из расплава во врем  начальной стадии обезуглероживани  и последующей стадии восстановлени  или окончательной стадии, то достаточное количество водорода будет оставатьс  в расплаве,

В процессе производства стали обычно бьшает необходимым вводить легирующие добавки к расплаву стеши, которые загружаютс  в резервуар рафинировани . Химический состав i расплава стали, загружаемой в резервуар очистки, редко бьшает в границах необходимого продукта, Легирую- добавки ввод тс  дл  того, чтобы привести расплав в нужный или целевой диапазоны состава. Добавление легирующего материал в расплав стали  вл етс  еще одним источником водорода . Следовательно, одна из составных частей предлагаемого способа состоит в том, чтобы ввести большинство , а преимущественно все легирующие добавки, в расплав перед началом обезуглероживани , С помощью этого приема водород, вводимый в расплав с помощью легиругацих добавок, подвергаетс  удалению во врем  начала обезуглероживани  и стадии восстанов- лени  или окончательной стадии, что приводит в результате к мбиссимально- му удалению водорода,

легирующие добавки могут быть разделены на две категории,ко- торьми обозначаютс  легкоокисл емые и трудноокисл емые добавки. Трудно- окисл емые легирующие добавки могут образовывать окиси в расплаве во врем  стадии обезуглероживани , но

5 . 1

могут быть обратно восстановлены до элементарной формы во врем  последующей стадии восстановлени . Однако легкоокисл емые легирующие добавки , которые также образуют окислы в расплаве во врем  стадии обезуглероживани , не восстанавливаютс  на стадии восстановлени . Следовательно, легкоокисл емые легирующие добавки, такие как титан, Колумбии, алюминий ванадий и им подобные, должны быть введены вслед за стадией обезуглероживани , в то. врем  как в основном все из трудноокисл емых легирующих добавок, такие как хром, марганец, никель, молибден, кобальт, медь и им подобные, должны вводитьс  перед стадией обезуглероживани . Химический состав расплава, загружаемого в резервуар рафинировани , и химический состав необходимого продукта привод тс  в соответствие при введении определенных легирующих добавок, а количество каждой необходимой добавки может быть выбрано специалистом в данной области.

Расплав обезуглероживают посредством введени  в расплав через погруженную фурму(ы) газовой смеси кислорода и разбавл ющего газа. Стади  обезуглероживани  проводитс  дл  того , чтобы сжечь некоторое количест- во углерода в расплаве дл  приведени  состава расплава в диапазон необходимого продукта. Кроме.- того,реакци  обезуглероживани   вл етс  экзотермической и служит дл  создани  тепла, благодар  чему расплав находитс  при необходимой температуре, когда он разливаетс  из резервуара рафинировани . В реакции обезуглероживани  углерод в расплаве реагирует с инжектируемым газообразным кислородом с образованием газообразной моноокиси углерода, котора  проходит в виде пузьфьков через расплав.Развод щий газ служит дл  уменьшени  парциального давлени  газообразной моноокиси углерода, дл  того чтобы уменьшить нежелательное окисление металла. Кроме того, инжектируема  газова  смесь помогает вьшедению других примесей из расплава в виде пузырьков и выведению их из расплава в виде выход щих газов.

Стади  обезуглероживани  служит дл  удалени  большого количества любого водорода, который может содер

0

5

0

5

0

5

0

5

жатьс  в расплаве перед обезуглероживанием . Более того, стади  обезуглероживани  обеспечивает невозможность поступлени  водорода из атмосферы , такой как атмосфера вод ного пара, в расплав во врем  процесса обезуглероживани  за счет образовани  достаточного количества выход щих газов во врем  стадии обезуглероживани  благодар  тому, что скорость потока выход щих газов достаточна дл  предотвращени  просачивани  воздуха в резервуар рафинировани . Это сопровождаетс  введением газовой смеси кислорода и развод щего газа в течение такого времени, которое достаточно дл  удалени  по краййей мере 0,2 мас.% углерода из расплава, а преимущественно, по крайней мере, 0,3 мас.% при скорости инжектировани  такой, что создаетс  достаточное количество выход щего газа дл  предотвращени  просачивани  воздуха в резервуар рафинировани . Скорость инжектировани  газовой смеси измен етс  в зависимости от конфигурации резервуара рафинировани , количества потока, проход щего через загрузочный вход резервуара, а также других факторов. ,

Если расплав не содержит достаточного количества углерода дл  обеспечени  требуемого обезуглероживани , в то врем  как необходимо достичь желаемого или целевого содержани  углерода , то углерод может быть добавлен к расплаву перед или во врем  стадии обезуглероживани  в таком количестве , чтобы достаточное количество углерода сжигалось дл  достижени  целей процесса с одновременным достижением целевого содержани  углерода . Углерод не должен добавл тьс  к расплаву после стадии обезуглероживани , т.е. расплав не должен обезуглероживатьс  существенно ниже необходимого целевого содержани  углерода , а затем приводитьс  в необходимый диапазон состава за счет больших добдвок углерода, поскольку такое позднее добавление углерода может способствовать нежелательному введению водорода-в расплав.

После того, как расплав обезугле- родилс , он подвергаетс  стадии восстановлени  и/или окончательной стадии с помощью проведени  одной или более стадий восстановлени  или окон-

чательных стадий. Стади  восстановлени  -.это стади , на которой ранее добавленные легирующие добавки,которые были хот  бы частично окислены, восстанавливаютс  из шлака в расплав стали обычно за счет введени  алюмини  или кремни  в расплав. Окончательна  стади  - это стади , в которой ввод тс  другие необходимые добавки дл  приведени  состава расплава в необходимый диапазон. Такие добавки могут быть очень небольшими количествами трудноокисл емых легирующих веществ или любь1ми другими добавками.

Во врем  стадии или стадий восстановлени  и/или окончательной стадии необходимо предотвращать попадание воздуха .в расплав дл  того, чтобы водород, такой как из вод ного пара, не имел возможности проникать в расплав. Дл  того, чтобы не допустить попадание воздуха в расплав во врем  стадий восстановлени  и окончательной стадии, устанавливают достаточную скорость потока выход щих газов, благодар  чему воздух не просачиваетс  в резервуар очистки. Это осуществл етс  посредством инжектировани  разбрызгиваемого газа в расплав.

Приведенный общий процесс АКО с его стади ми требуетс  дл  достижени  производства стали с низким содержанием водорода. Когда такие дальнейшие стадии осуществл ютс , они должны проводитьс  таким образом, чтобы обеспечить минимальное введение водорода и присутствие его в расплаве. Например, на практике проведени  процесса АКО бьшает жела- . тельно добавл ть в расплав сжигаемые добавки, такие как крем- ний или алюминий. Если это осу-

ществл етс ,

то сжигаемые

добавки должны преимущественно вводитьс  в возможно большей степени перед проведением стадии обезуглероживани  в соответствии с наиболее приемлемым способом проведени  процесса без образовани  выбросов.

Последующие примеры служат дл  дальнейшего иллюстрировани  изобретени  или дл  иллюстрировани  необхо50

Примеры 7 и8. Примеры 7 и В демонстрируют необходимость создани  сухого резервуара рафинировани  дл  расплава. Оба примера провод т в том же резервуаре рафинировани , который использовалс  при проведении примера 6. В примере 7 расплав рафинируют в резервуаре рафинировани , который не осушаетс . В этом примере внутренн   поверхность резервуара рафинировани  находитс  под воздейст вием пламени в течение только примерно 4ч, что недостаточно дл  того , чтобы внутренн   поверхность резервуара достигла температуры, необходимой дл  получени  сухого резер вуара. Пример 8 провод т непосредственно .за примером 7 и вследствие этого резервуар рафинировани  имеет достаточную температуру дл  того, чтобы быть сухим. Все другие параметры рафинировани  наход тс  в соот ветствии с требовани ми пр едлагаемо- го процесса дл  обоих примеров 7 и 8 Полученные результаты приведены в табл.2.

Хот  дл  обоих расплавов достигну то низкое содержание водорода после обезуглероживани , однако поскольку в процессе проведени  очистки влага

димости осуществлени  всех требуемых 55 с внутренней поверхности резервуара

стадий в совокупности.

П р и м е р ы 1-6. Шесть расплавов очищаютс  в соответствии с предочистки последовательно переходила в расплав, то в примере 7, который осуществл лс  в недостаточно сухом

5

0

5

0

5

0

5

0

лагаемым способом. Параметры процесса рафинировани  и концентрации водорода в различных точках процесса рафинировани  изображены в табл.1.Примеры 1-5 осуществл ют в 35-тонном резервуаре рафинировани . Пример 6 осуществл ют в 100-тонном резервуаре рафинировани . Скорость потока выход щих газов обозначены в единицах действительных кубических футов в минуту на квадратный фут площади поперечного сечени  на входе резе:рвуа- ра при температуре выход щих газов (1648, 49°С).

Определ ют концентрацию водорода в загрузке в примерах . Концентраци  водорода после обезуглероживани  .дл  примеров I и 2 была неопределима .

Примеры 1-6  сно показьшают, что предлагаемый процесс позвол ет производить сталь, имеющую низкое содержание водорода.

Примеры 7 и8. Примеры 7 и В демонстрируют необходимость создани  сухого резервуара рафинировани  дл  расплава. Оба примера провод т в том же резервуаре рафинировани , который использовалс  при проведении примера 6. В примере 7 расплав рафинируют в резервуаре рафинировани , который не осушаетс . В этом примере внутренн   поверхность резервуара рафинировани  находитс  под воздействием пламени в течение только примерно 4ч, что недостаточно дл  того , чтобы внутренн   поверхность резервуара достигла температуры, необходимой дл  получени  сухого резервуара . Пример 8 провод т непосредственно .за примером 7 и вследствие этого резервуар рафинировани  имеет достаточную температуру дл  того, чтобы быть сухим. Все другие параметры рафинировани  наход тс  в соответствии с требовани ми пр едлагаемо- го процесса дл  обоих примеров 7 и 8. Полученные результаты приведены в табл.2.

Хот  дл  обоих расплавов достигнуто низкое содержание водорода после обезуглероживани , однако поскольку в процессе проведени  очистки влага

5 с внутренней поверхности резервуара

очистки последовательно переходила в расплав, то в примере 7, который осуществл лс  в недостаточно сухом

резервуаре, возникша  влажность привела в результате к получению расплава с недопустимо высоким содержанием водорода.

П р и м е р ы 9-11. Примеры 9-11 демонстрируют необходимость добавлени  в основном всех шлакоо.бразующих добавок перед началом процесса обезуглероживани . Каждый из примеров 7-9 провод т в резервуаре очистки, который ранее использовалс  дл  осуществлени  примеров 1-5. В каждом из примеров 9-11 добавл ют 4-8 фунтов извести на тонну расплава после обезуглероживани . Оценивают концентрацию водорода в каждом расплаве в загрузке, а концентраци  водорода в

расплаве в примере 11 не обнаружена. Все другие параметры очистки наход тс  в диапазонах, соответствующих требовани м предлагаемого процесса, и используютс  в каждом из примеров 9-11. Результаты, приведенные в табл.3, показывают, что добавление 4-8 фунтов шлакообразующих добавок на тонну расплава после обезуглероживани  приводит в результате к созданию стали, имеющей недопустимо высокое содержание водорода.

П р и м ер 12. Этот пример демонстрирует необходимость флюсовани  шлакообразующих добавок перед обезуглероживанием . Провод т его в резервуаре рафинировани , который используют дл  проведени  примера 6. В этом примере известь добавл ют в расплав перед обезуглероживанием,но не полностью флюсуют перед началом процесса обезуглероживани . Все другие параметры процесса рафинировани  наход тс  в соответствии с требовани ми предлагаемого процесса. Концентраци  водорода в загружаемом расплаве составл ет 4,6 мае.%.После обезуглероживани  она составл ет 2,3 мас.%, а на выходе из процесса - 2,0 мас.%. Таким образом, не была получена CTianb с низким содержанием водорода.

10

20

зо

8420710

Примеры 13-19. Эти примеры демонстрируют необходимость достаточного введени  разбрызгиваемого газа во врем  стадии восстановлени  и/или окончательной стадии. Каждый из этих примеров провод т в резервуаре рафинировани , использованном при проведении примеров 1-5. В этих примерах в качестве разбрызгиваемого газа используют аргон. Б табл.4 приведено увеличение или уменьшение концентрации водорода в расплаве от конца стадии обезуглероживани  до того времени, когда расплав разливают из резервуара рафинировани , т.е, во врем  стадий восстановлени  и/или окончательных стадий. Все другие параметры очистки наход тс  в соответствии с требовани ми процесса. Полученные результаты показьшают, что концентраци  водорода в расплаве увеличиваетс  во врем  стадий восстановлени  и окончательных стадий.

15

о

5

0

5

0

Формула изобретени 

Способ получени  стали, включаю- шли подачу расплава в предварительно нагретый рафинировочный сосуд с погружаемой и охлаждаемой газом фурмой , подачу в расплав легирующих и шлакообразующих добавок, обезуглероживание расплава подачей газообразной смеси, содержащей кислород и газ-разбавитель, а после обезуглероживани  осуществл ют восстановительную и окончательную доводку расплава подачей через фурмы барботирующе- го газа, отличающийс  тем, что, с целью снижени  содержани  водорода в стали, в расплав ввод т трудноокисл емые легирующие элементы , подают шлакообразующие добавки и разжижают их до осуществлени  обезуглероживани  расплава дл  удалени  по крайней мере 0,2 мас.% углерода , а в период восстановительной и/или окончательной доводки в расплав подают азот, аргон или гелий в количестве 2,83 м /т.

11

1384207J2

Таблица 1

1

2 3 4 5 6

4 4 4 4 4 5.5

7 8

2,9 3.2

Концентраци  Н в загрузке ,мае.%

9

10 I 1

4 4 4

Н,0. И.О. 1,5

Ь

1,3

1.1

1,2

1,7 1.3 0,9 0,8

1,4

Таблица 2

1.2 1,3

2,8 1,6

Таблица 3

,

Концентраци  Н на выходе ,мае./

2,1

2.1 2,4

13

пример

. 13 14 15 16 17 IB 19

138420714

Таблица 4

Концентраци  Н от обезуглероживани  до выхода, мае. %

+ 1,0 +0,8 +0,1 -0,2 -0,4 -0,3 -0,3

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Способ получения стали, включающий подачу расплава в предварительно нагретый рафинировочный сосуд с. погружаемой и охлаждаемой газом фурмой, подачу в расплав легирующих и шлакообразующих добавок, обезуглероживание расплава подачей газообразной смеси, содержащей кислород и газ—разбавитель, а после обезуглероживания осуществляют восстановительную и окончательную доводку расплава подачей через фурмы барботирующего газа, отличающийся тем, что, с целью снижения содержания водорода в стали, в расплав вводят трудноокисляемые легирующие элементы, подают шлакообразующие добавки и разжижают их до осуществления обезуглероживания расплава для удаления по крайней мере 0,2 мае.% углерода, а в период восстановительной и/или окончательной доводки в расплав подают азот, аргон или гелий в количестве 2,83 м^?/т.

   138420712

   Таблица 1

   Опыт Содержание Н в загрузке (ррм) мас.Х Углерод, удаленный при обезуглероживании , мас.Х Концентрация Н после обезуглероживания (Ррм), мас.Х Концентрация Н на выходе, мас.Х 1 4 0,44 Н.О. 1,2 2 4 0,72 н.о. 1,7 3 4 0,19 1,5 1,3 4 4 1,49 !»⁵ 0,9 5 4 0,38 1,3 0,8 6 5,5 0,70 ι,ι 1,4

   Таблица 2

   Пример Концент- Концент- Концент- рация рация Н рация Н в загруз- после на выходе, ке,мас. X обезуглероживания мас.Х

   7 2,9 1,22,8

   8 3,21,31,6

   Таблица 3

   Пример Концент— Концент- Концент- рация Н в рация рация Н загруз- после на выхо- ке,мас.Х обезуглероживания, мае. % де,мае.X

   9 4 1,5 2,1 10 4 1,1 2,1 1 1 4 н.о. 2,4

   13 1384207 14

   Таблица 4

   Пример Концентрация Н от обезуглероживания до выхода, мае. % 13 + 1,0 14 +0,8 15 +0,1 16 -0,2 17 0,4 18 -0,3 19 -0,3