SU1744122A1 - Способ выплавки и внепечной обработки стали - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : металл выпускают из дуговой сталеплавильной печи с окис- дительным шлаком в количестве 3,0-13.4 кг/т стали и в процессе выпуска присаживают известь, плавиковый шпат и углеродсодержащий материал в соотношении к шлаку в пределах (1.0-1,5)(0,2- 0,3).(О 15-0.4):(0,15-0,4), затем металл продувают аргоном в кавитационном режиме 20-40 MWH в четыре периода, измен   соотношение длительности периодов в пределах (0,5 -1,0):(0,7-1,0):(0,7-1.0Ш.2-1.0) и интенсивность продувки 0,8-1,0 нм3/т.ч при соотношении (0,4-0,6):1 :(0,2-0,6):(0,2-0,6) соответственно, при этом во второй период на расплав присаживают кусковой ферросилиций , а в третий период ввод т алюминий по окончании продувки металл выдерживают 10-40 мин. Также в третий период продувки 30-70% от необходимого количества алюмини  ввод т в шлак, а остальное количество - в металл. Повышаетс  качество стали и снижаетс  расход кремни  иалюмини . 1 з.п.ф-лы, 1 табл, с/1 С

Description

Изобретение относитс  к черной металлургии , в частности к выплавке и внепечной обработке стали.

Известен способ раскислени  низкоуглеродистой стали, сущность которого заключаетс  во вводе в ковш алюмини  одновременно со шлаковой смесью и продувку металла аргоном. Алюминий в количестве 10-30% от стехиометрически необходимого и шлаковую смесь, состо щую из окиси кальци  (30-40%), плавикового шпата (30-50%) и магни  20-40%), ввод т на дно ковша, а остальное количество алюмини  присаживают в процессе продувки металла аргоном.

Недостатками данного способа  вл ютс  наличие крупных неметаллических включений в стали, повышенна  стоимость шлаковой смеси, сильные газовыделени  в процессе окислени  магни .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому  вл етс  способ выплавки подшип- никовой стали с обработкой металла окисленным шлакэм. Способ заключаетс  в том. что сталь ШХ-15 выплавл ют в 4-тонной печи одношлаковым процессом. Перед выпуском часть шлака (30%) удал ют из печи и повышают его окисленность присадкой железной руды. Ферросилиций и алюминий помещают на дно ковша перед выпуском

XI

|

ю ю

металла, Выпуск металла осуществл ют с окислительным шлаком. По окончании выпуска в течение 3-4 мин металл продувают аргоном через пористую пробку в дне ковша с расходом 0,3-0,4 м3/кг стали.

Недостатками данного способа  вл ютс  значительные угары кремни  и алюмини  из-за воздействи  окислительного шлака, а также низка  степень десульфура- ции металла (35-45%).

Цель изобретени  - повышение качества стали, снижение расхода кремни  и алюмини .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу выплавки и внепечной обработки стали, включающему выплавку металла в дуговой печи одношлаковым процессом с образованием окислительного шлака, частичное скачивание шлака, выпуск металла с окислительным шлаком, раскисление в ковше металла кремнием и алюми-. нием и продувку металла аргоном, металл выпускают из дуговой печи с окислительным шлаком в количестве 3,0-13,4 кг/т стали и в процессе выпуска присаживают известь, плавиковый шпат и углеродсодер- жащий материал в соотношении к шлаку в пределах (1,0-1,5):(0,2-0,3):(0,15-0,4):(0,6- -1,5), затем металл продувают аргоном в ка- витационном режиме в течение 20-40 мин в четыре периода, измен   соотношение длительности периодов в пределах (0,5- 1):(0,7-1):(0,7-1):(0,2-1) и интенсивность, продувки 0,8-1,0 ммэ/т.ч при соотношении (0,4-0,б):1:(0,2-0,6):(0,2-0,6) соответственно , при этом во второй период на расплав присаживают кусковой ферросилиций, а в третий период ввод т алюминий, по оконча- ции продувки металл выдерживают в течение 10-40 мин. В третий период продувки 30-70% от необходимого количества алюмини  ввод т в шлак, а остальное количество - в металл.

Сущность предлагаемого изобретени  состоит в том, что с целью сокращени  расхода шлакообразующих и увеличени  скорости их расплавлени , а также получени  достаточного количества шлака дл  десуль- фурации металла и его теплоизол ции, сталь выпускают с окислительным шлаком в количестве 3,0-13,4 кг/т и присаживают известь , плавиковый шпат и углеродсодержа- щий материал в указанном соотношении. Данный прием позвол ет быстро сформировать жидкоподвижный высокоосновный шлак с содержанием окислов железа в пределах 1,8-2,5%, при этом степень десульфу- рации металла на выпуске составл ет 45-50%. Увеличение количества выпускаемого в ковш окислительного шлака более

13,4 кг/т влечет за собой необходимость неоправданного увеличени  количества присаживаемой извести, плавикового шпата и углеродсодержащего вещества, что в

свою очередь влечет за собой необходимость дополнительного перегрева металла перед выпуском и скачивание части шлака перед вакуумной обработкой. Снижение количества выпускаемого из печи окислитель0 ного шлака менее 3,0 кг/т не позвол ет получить достаточного количества шлака дл  проведени  десульфурации металла и эффективной теплоизол ции и требует увеличени  количества присаживаемой изве5 сти и плавикового шпата, что также не влечет за собой дополнительного перегрева/металла в печи.

Увеличение количества присаживаемой в ковш извести больше верхнего предела

0 приводит к загущению образующегос  шлака и тем самым снижает его рафинировочную способность. Снижение количества извести меньше нижнего предела приводит к уменьшению основности шлака и тем са5 мым вызывает понижение рафинировочной способности шлака.

Увеличение количества присаживаемого в составе шлаковой смеси дефицитного и дорогосто щего плавикового шпата больше

0 верхнего предела приводит к повышенной эрозии ковшовых огнеупоров, а также к повышению стоимости шлакообра-зующей смеси. Снижение количества плавикового шпата меньше нижнего предела не позвол 5 ет обеспечить достаточную жидкопод- вижность и тем самым ухудшает его рафинировочную способность.

Увеличение количества присаживаемого углеродсодержащего вещества выше за0  вл емого предела повышает стоимость шлакообразующей смеси, ухудшает услови  дл  удалени  водорода на первом этапе ар- гонной продувки и при производстве низкоуглеродистых марок стали может вызвать

5 науглероживание металла. Уменьшение данного количества углеродсодержащего вещества ниже нижнего предела не позвол ет достаточно эффективно понижать содержание окислов железа в шлаке и тем

0 самым ухудшает десульфурирующую способность шлака.

При продувке металла нейтральным газом через щелевые фурмы в кавитацион- ном режиме, т.е. продувке металла

5 сверхскоростными стру ми, истекающими из сопла с критической скоростью в неустойчивом режиме, в жидкости возникают волны раст жени , в момент раст жени  в жидкости возникают несплошности, так называемые кавитацион ные каверны, в которые выдел етс  растворенный в металле газ. Применение продувки в данном режиме позвол ет обеспечить интенсивное перемешивание металла и частичную дегазацию его от водорода до уровн  3,0- 3,5 см3/100 г. Кроме того, при данной продувке уровень кислорода снижаетс  на 20- 30% больше, чем при обычной аргонной продувке.

Обща  длительность продувки в теме- ние 20-40 мин выбрана дл  ковшей различной емкости. Дл  ковшей малой емкости (25-40 т) рекомендуетс  длительность продувки ближе к нижнему пределу. Дл  ковшей большой емкости (300-350 т) врем  продувки должно быть в пределах 35- 40 мин.

Снижение длительности продувки ниже нижнего предела затрудн ет введение необходимого количества кремни  и алюми- ни , особенно дл  высоколегированных этими элементами сталей, ухудшает качество стали за счет повышени  содержани  серы и неметаллических включени .

Увеличение длительности продувки вы- ше верхнего за вл емого предела вызовут дополнительные неоправданные расходы за счет необходимости повышени  темпег ратуры стали и дополнительного расхода аргона:

необходимостью недопущени  чрезмерного кипени  нераскисленного металла и св занного с этим выброса металлической эмульсии из ковша в процессе первого этапа аргонной продувки,

обеспечение оголени  металла в процессе присадки ферросилици  (второй этап продувки);

Недопущение: оголени  металла и перемешивание металла со шлаком (третий этап продувки) в процессе ввода алюмини ;

обеспечение рафинировани  металла от неметаллических включений и недопущени  запутывани  в металле частиц раскисленного основного шлака.

Выбор интенсивности продувки в третьем и четвертом периодах предохран ет металл от вторичного окислени  и тем самым позвол ет снизить расходы кремни  и алюмини .

Соотношение длительности различных периодов продувки и интенсивности продувки определены экспериментально в услови х электросталеплавильного цеха Оскольского электрометаллургического комбината. При производстве низко.углеро- дистых марок стали и высокой окисленно- сти металла в первый период продувки рекомендуетс  примененить интенсиё- ность продувки ближе к нижнему пределу и

врем  продувки - к верхнему за вл емому пределу. Это позвол ет провести эффективное удаление водорода и предварительное раскисление металла без сильного вскипа - ни  металла и шлака в ковше. При производстве высокоуглеродистых марок стали в первый период продувки предусматриваетс  интенсивность продувки ближе к верхнему пределу и врем  продувки - ближе к нижнему пределу.

Предел длительности продувки во второй период определ етс  количеством вводимого в металл кремнесодержащего материала. При производстве сталей с повышенным содержанием кремни  длительность продувки выбирают ближе к верхнему пределу.

В третий период продувки дл  сталей обычного качества и с нерегламентирован- ным содержанием алюмини  рационально использовать интенсивность и длительность продувки ближе к нижнему пределу. При производстве стали, проход щей контроль по неметаллическим включени м (типа ШХ-15), оптимальным  вл етс  комбинаци  интенсивности продувки ближе к нижнему пределу и длительность - ближе к верхнему пределу. При необходимости производства стали с низким содержанием серы (0,005-0,008%) примен етс  длительность и интенсивность продувки у границ верхних пределов.

В четвертый период продувки длительность и интенсивность продувки выбираетс  аналогично предыдущему периоду.

При использовании в-первый период продувки интенсивности подачи газа ниже нижнего за вл емого предела эффективность удалени  водорода резко уменьшаетс , также снижаетс  степень раскислени  и десульфурации металла. При увеличении интенсивности продувки выше за вл емого предела возникает опасность выбросов металла и шлака из ковша. При уменьшении длительности продувки металла в первый период ниже нижнего предела также снижаетс  степень удалени  водорода, кислорода и серы из металла. При увеличении длительности продувки выше верхнего за вл емого предела не получают дополнительного существенного снижени  содержани  серы и газов. Кроме того, увеличиваютс  расходы аргона и получен дополнительный износ футеровки ковша и снижение температуры металла .

Снижение длительности продувки во второй период ниже за вл емого предела не позвол ет присадить все количество кускового кремнийсодержащего материала на оголенный металл, что вызывает повышенный угар кремни  и нестабильное его усвоение металлом, Увеличение длительности продувки в данный период больше верхнего за вл емого предела приводит к дополнительным теплопотер м за счет теплоизлучени  с оголенной поверхности металла и неоправданному расходу аргона.

Снижение интенсивности продувки металла в третий период ниже нижнего за вл емого предела уменьшает скорость удалени  серы неметаллических включений , образующихс  при раскислении металла алюминием и требует увеличени  длительности продувки, что в свою очередь влечет за собой дополнительные теплопоте- ри. Увеличение интенсивности продувки выше верхнего за вл емого предела влечет за собой по вление оголенного пространства металла, что приводит к повышенному угару алюмиинм  и увеличению газонасыщенности металла, Снижение длительности продувки металла ниже за вл емого предела не позвол ет ввести все необходимое количество алюмини  и тем самым сокращает длительность усреднительной продувки (четвертый период). Кроме того, это вызывает повышение содержани  серы в конечном продукте. Сокращение длительности.усред- нительной продувки снижает равномерность распределени  растворенного алюмини  по объему ковша, а также степень удалени  образовавшихс  продуктов раскислени  стали алюминием. Увеличение длительности продувки металла в прежний период выше за вл емого предела нецелесообразно , так как данный отрезок времени достаточен дл  введени  алюмини  при производстве любых марок стали

Снижение интенсивности продувки ниже нижнего за вл емого предела в четвертый период не позвол ет достаточно эффективно провести рафинировку стали от серы и неметаллических включений. Увеличение интенсивности продувки выше верхнего за вл емого предела приводит к оголению металла и дополнительному угару алюмини . Снижение времени обработки ниже нижнего за вл емого предела, как указано выше, влечет за собой неравномерность распределени  алюмини  от серы и неметаллических включений. Увеличение длительности продувки выше за вл емого предела не дает существенных преимуществ по рафинированию металла, однако увеличивает размыв футеровки ковша и температурные потери,

Выдержка металла перед вэкуумиро- ванием или разливкой в течение 10-40 мин необходима дл  дополнительного удалени  неметаллических включений, образовавшихс  при раскислении металла, а также включений, по вившихс  в результате размыва футеровки ковша при продувке металла аргоном.

К моменту окончани  продувки металла аргоном происходит завершение аккумул ции тепла футеровкой ковша. Наличие достаточного количества шлака на поверхности металла эффективно преп тст0 вует потере тепла металлом за счет излучени . Эти факторы позвол ют проводить выдержку ковша без значительных тепло- потерь. При производстве углеродистых и низколегированных марок стали (интенсив5 ность и длительность продувки минимальны ) предусматриваетс  мини-мальна  выдержка металла в ковше. Выдержку металла в ковше, близкую к 40 мин, рационально примен ть при производстве сталей,

0 продувка которых аргоном осуществл етс  в максимальных режимах которые имеют повышенные требовани  по чистоте от неметаллических включений.

Снижение времени выдержки менее 10

5 мин снижает чистоту стали по неметаллическим включени м. Увеличение выдержки более 40 мин. как установлено на большом количестве плавок, не улучшает чистоту стали по неметаллическим включени м.

0 При производстве стали с особо низким содержанием серы (0,003-0,005 %) дополни- тельно предусматриваетс  присадка 30- 70% алюмини  на шлак с введением остального количества алюмини  в металл

5 во врем  третьего периода продувки. Данный прием позвол ет быстро понизить содержание окислов железа до уровн  0.3-0,5% в процессе присадки порошка или гранулированного алюмини  (крупки) и тем

0 самым увеличить серопоглотите ьную способность шлака. Присадка 30% алюмини  на шлак предусматриваетс  при использовании порошка ал.юмини . Присадка 70% алюмини  на шлак необходима при приме5 нении гранулированного алюмини , так как в этом случае врем  расплавлени  алюмини  увеличиваетс , частично гранулы алюмини  могут замешиватьс  аргоном на границе шлак-металл и раствор тьс  в ме0 талле. Присадка менее 30% алюмини  на шлак увеличивает окисленность шлака и не позвол ет за короткое врем  продувки металла аргоном снизить содержание серы в металле до сверхнизких значений. Увеличе5 ние количества присаживаемого на шлак алюмини  более 70% уменьшает во времени скорость снижени  концентрации кислорода в металле, а также повышает его конечное содержание в металле и угар алюмини  за счет кислорода из атмосферы.

Отличие предлагаемого способа от известного заключаетс  в том, что в ковш выпускаетс  3,0-13,4 кг/т окислительного шлака, в процессе выпуска в определенном соотношении в ковш присаживаетс  из- весть, плавиковый шпат и углеродсодержа- щий материал (в известном способе 70% окислительного шлака выпускаютс  в ковш без дополнительных присадок). Присадка ферросилици  и алюмини  в предлагаемом способе осуществл етс  в процессе продувки металла аргоном в определенной последовательности , а в известном ферросилиций и алюминий помещают на дно ковша до слива металла. Кроме того, в отличие от известно- го способа, в котором после выпуска металл продувают аргоном с одинаковой интенсивностью , в предлагаемом способе продувку аргоном осуществл ют с различной интенсивностью по периодам продувки. Макси- мальна  интенсивность во второй период составл ет 0,8-1-,0 нм3/т.ч. Минимальна , интенсивность определ ет услови  образовани  кавитационного режима, в т.ч. и другие периоды продувки. При превышении максимальной величины происходит выплескивание металла из ковша.

Также определена длительность продувки-по периодам в зависимости от ее интенсивности. Дополнительно предус- мотрено в отличие от известного способа введение алюмини  в металл и присадка на шлак. Следовательно, предлагаемого техническое решение обладает существенными отличи ми от известного.

Ниже приведены варианты предлагаемого изобретени , не исключающие других вариантов в объеме предлагаемого изобретени .

Пример 1. Сталь 40х выплавл ют в 150-тонной дуговой печи. В процессе проведени  окислительного периода шлак выпускают из печи самотеком и производ т выпуск металла в ковш с 2000 кг окислительного шлака. В процессе выпуска в ковш присаживают 1340 кг извести, 250 кг плавикового шпата и 200 кг коксика. После выпуска металла ковш перемещают на аргонную установку и металл продувают аргоном через погружную щелевую фурму в кавитаци- онном режиме с расходом аргона 40 м3/ч в течение 10 мин. Затем увеличивают интенсивность продувки до уровн  80 м3/ч и одновременно ввод т ферросилиций в количестве 400 кг. Врем  продувки на данном этапе составл ет мин. По завершении присадки ферросилици  уменьшают интенсивность продувки до уровн  40 м3/ч и ввод т алюминий в количеств 0,7 кг/т. Длительность продувки 7 мин. Провод т усреднительную продувку в течение 2 мин. По окончании продувки отбирают пробу, металл выдерживают в течение 10 мин и подвергают вакуумированию на установке порционного типа. Затем ковш с металлом передают на машину непрерывной разливки.

Пример 2. Сталь ШХ-15 выплавл ют в 100-тонной дуговой печи. В процессе проведени  окислительного периода шлак спускают самотеком. В конце окислительного периода производ т дополнительное скачивание шлака и металл выпускают в ковш с 300 кг окислительного шлака. В процессе выпуска в ковш присаживают 750 кг извести, 150 кг плавикового шпата и 100 кг молотого коксика. Металл продувают аргоном через щелевую пробку, расположенную в днище ковша, с интенсивностью 56 м /ч в течение 5 мин. Увеличивают интенсивность продувки до уровн  80 м /ч и присаживают ферросилиций в количестве 270 кг. Врем  продувки данного периода 7 мин. Интенсивность продувки уменьшают до уровн  38 м /ч, ввод т в металл 70 кг алюминиевой проволоки и присаживают на шлак 30 кг алюминиевого порошка Длительность данных операций 10 мин. Провод т. усреднительную продувку в течение 5 мин. По завершении ус- реднительной продувки отбирают пробу, ковш с металлом выдерживают в течение 40 мин и подвергают обработке на вакуумной установке ковшового типа. По окончании вакуумировани  ковш с металлом передают на машину непрерывного лить  заготовок.

В таблице приведены конкретные примеры реализации предлагаемого способа (опыты 1-3) на марке стали ШХ-15, доказывающие оптимальность за вл емых параметров, способа с параметрами, выход щими за за вл емые пределы, и известного способа.

Предлагаемый способ позвол ет повысить качество стали за счет снижени  содержани  серы, кислорода, водорода и неметаллических включений, а также снизить расход кремни  и алюмини .

Claims (2)

1. Способ выплавки и внепечной обработки стали, включающий выплавку металла в дуговой печи одношлаковым процессом с образованием окислительного шлака, частичное скачивание шлака, выпуск металла с окислительным шлаком, раскисление в ковше металла кремнием и алюминием, продувку металла аргоном, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  качества стали и снижени  расхода кремни  и алюмини , металл выпускают с окислительным

шлаком в количестве 3,0-13,4 кг/т стали и в процессе выпуска присаживают известь, плавиковый шпат и углеродсодержащий материал в соотношении к шлаку в пределах 1,0-1,5):(0.2-0,3):(0,15-0,4):(0,6-1,5), затем металл продувают аргоном в кавитацион- ном режиме в течение 20-40 мин в четыре периода, измен   соотношение длительности периодов в пределах (0,5-1,0):(0,7- 1.0):(0,,0):(0,2-1,0) и интенсивность продувки 0,8-1,0 нм3/т-ч при соотношении

(0.4-0,6)1 (0,2-0,6) (0,2-0,6) соответственно , при этом во второй период на расплав присаживают кусковой ферросилиций, а в третий период ввод т алюминий, по окончании продувки металл выдерживают в течение 10-40 мин.

2. Способ по п. 1,отличающийс  тем, что в третий период продувки 30-70% от необходимого количества алюмини  ввод т в шлак, а остальное количество - в металл .

13 1,5:1,5:0,3:0,4 0,6:1:0,6:0,6 1:1:1:1

, 25 29.

1.0 2,7

10

70:50

10

0,5:0,7:0,7:0,2

Продолжение таблицы

15 2,{

2,0