Способ выплавки стали

Продувка металла и предварительное раскисление природным газом вколичестве, обеспечивающем введениеуглерода в металл в укаэанных пределах, способствуют тому, что растворенный в металле кислород вступаетв реакцию с водородом и углеродомприродного газа.Содержание углеводородов в природ Оном газе достигает 95 Е (СН-метан)Метан при вводе его в металл принагревании в условиях недостатка воздуха реформируется с выделением сао,жистых частиц углерода СН С + 2 Н,которые взаимодействуют с кислородомв металле,Содержание водорода в металле определяется интенсивностью двух одновременно протекающих процессов: растворением газов и удалением их с пузырями окиси углерода. Образующийсяпри разложении углеводородов, подаваемых в металл с природным газом,водород частично окисляется кислородом, содержащимся в металле, образуяпри рескислении пары НО. При прохождении НО через слой металла возможенпереход водорода в металл НО2 К++ О , Кроме того, возможно и непосредственное растворение водорода вметалле Н -21.Н , а в зоне разложения углеводородов Н ГН 1, Вместес тем одновременно идут процессыудаления водорода вследствие дегазирующего воздействия пузырей СО, В свя-З 5зи с описанными условиями насьшениеметалла водородом зависит от интенсивности и времени продувки его природным газом.Присадка в печь на шлак отходовпроизводства графитации электродов(ОЛГЭ), содержащих 20-607 С и свьппе157. ЯС, способствует эагущению верхнего слоя шлака повышает его вязУ45кость, при этом происходит такжедиффузионное раскисление стали,Печной шлак в период продувкиванны. с металлом природным газомстановится слегка пенистым и вязким,что обеспечивает полное покрытие им50зеркала металла. При этом резко ухудшаются условия передачи. кислорода,водорода и азота из газовой фазырабочего пространства сталеплавильного. агрегата. в шлак и далее в металл,5Присадка на шлак ОПГЭ в количестве,обеспечивающем введение углерода нашлак для диффузионного раскисления стали в указанных пределах и соотношениях, дополнительно загущает шлак и создает более надежные условия для исключения насыщения металла водородом и кислородом, а также способствует глубокому раскислению металла, Глубина раскисления стали тесно связана с остаточным содержанием углерода перед раскислением металла. При низких содержаниях углерода в металле содержание общего кислорода высокое, т,е. находится в обратной зависимости. Поскольку в данном способе раскисление стали при вводе ОПГЭ и природного газа происходит в основном за счет углерода, то для повышения глубины раскисления стали существенное значение имеет остаточное содержание углерода в металле перед. его раскислением.Лри введении ОПГЭ на шлак одновременно с продувкой ванны с металлом природным газом происходит перемешивание металла и шлака, что способствует эамешиванию в шлак ОПГЭ и взаимодействию ОПГЭ со шлаком в условиях развитой поверхности вспененного шлака, Как следствие, скорость раскисления шлака резко возрастает.Удаление кислорода иэ металла за счет продувки его природным газом, содержащим такие восстановительные элементы, как углерод и водород, с одновременой присадкой на шлак ОПГЭ, способствующих загущению шлака, повышению его вязкости и дополнительйому диффузионному раскислению стали, обеспечивает глубокое раскисление металла, что предопределяет в дальнейшем повьппение ударной вязкости стали, Оно происходит как за счет снижения содержания кислорода в стали, способствующего снижению содержания неметаллических включений в стали, так и за счет перераспределения в оставшихся неметаллическнх включениях доли хрупкоразрущенных и пластичных оксидных включений в сторону увеличения первых и снижения последних, Снижение концентрации кислорода перед окончательным раскислением при прочих равных условиях приводит к более глубокому раскисленню и образованию продуктов раскисления, преимущественно из элементов с высоким сродством к кислороду, которые после прокатки образуют строчки хрупкораэрушенных включений, Превышение доли таких вклю 159592140 в металл 45 50 55 чений над пластичными или даже исклю"чение последних приводит к повьппениюударной вязкости стали,Кроме того, более глубокое раскис-.ление стали, а также самого шлакаспособствует снижению угара вводимыхв металл ферросплавов и, как следствие, их расхода на раскисление, атакже снижает такой дефект отливаемыхслитков, как подкорковый газовый пузырь, что способствует повышению ихкачества. Качество отливаемых слитков может быть оценено после их прокатки на заготовки или изделия с последующей рассортировкой последнихпо дефекту "газовый пузырь".После обработки металла ОПГЭ .ипродувки природным газом металл выпускают иэ агрегата в ковш, где производят его окончательное раскисление с учетом попадания по химическомусоставу в заданную марку стали,Цель предлагаемого техническогорешения реализуется только при вы-плавке стали в заявляемых параметрах,Пределы изменения параметров предлагаемого способа выплавки сталиобусловлены следующим, Суммарное ко-.личество углерода, вводимое природным газом и ОПГЭ, находится в преде(3,8 в6,3) 10лах И С -где У, Ссодержание углерода в металле передего раскислением, обусловлено достижением необходимой глубины раскисления стали, наиболее эффективным перемешиванием ванны с металлом без заметного его наводораживания и достаточным для очищения металла от неметаллических включений и перераспределения оставшихся в сторону повьшения доли хрупкоразрушенных и снижения доли пластичных включений, Всеэто в итоге приводит к повьппекиюударной вязкости стали, снижению еегазонасыщенности, угара элементов,а следовательно, снижению расходаферросплавов и брака слитков.по дефекту "подкорковый газовый пузырь",Отношение количества углерода,вводимого с ОПГЭ, к количеству углерода, вводимого с природным газом,в пределах 9,4-18,7, как показалипроведенные исследования, обусловли- .вает степень раскисления углеродомметалла и шлака, загушения шлакаприсаживаемыми ОПГЭ, интенсивностьпродувки металла природным газом,5 1 О 15 0 25 30 35 При суммарном количестве углерода,вводимого с природным газом, и ОПГЭ меньше нижнего предела, т,е. Х О (3,810-ф,Х Стак как при таком низком отношении, а следовательно, и малом количестве суммарно вводимого с материалами углерода количество растворенного в стали кислорода остается высоким, что способствует повьппению ее окисленности, повьппению угара ферроспла-. вов и дефектов отливаемых слитков по подкорковому газовому пузырю. Причем это справедливо и для высоко- и для низкоуглеродистых сталей, так как в высокоуглеродистых сталях за счет повышения знаменателя данного отношения результат, т,е, количество внесенного с материалами суммарного углерода, становится меньше, Однако в стали в связи с высоким содержанием углерода будет и меньшее количество растворенного кислорода, на удаление которого требуется и меньшее суммарное количество вводимого углерода. В случае же раскисления низкоуглеродистой стали, где содержание растворенного кислорода в металле увеличивается с понижением содержания углерода, результат данного отношения повьппается, что указывает на то, что с повышением кислорода в стали требуется также повышение количества вносимого с материалами суммарного углерода, Таким образом, числитель данного отношения для любых углеродсодержащих спокойных марок сталей является предельным по нижнему уровню для достижения цели изобретения,6,3 10В слуеае Х Г е -Е;:и в шлак вводится количество углерода, позволяющее глубоко раскислитьметалл, однако при этом вместе с повишенным суммарным расходом углерода, вносимого с материалами, вноситсятакже повьппенное количество самихматериалов, Это приводит к чрезмерным загущению шлака ОПГЭ и интенсивности на начальное глубокое раскисление стали. В дальнейшем происходитзаметное насьпцение металла водородом,чрезмерная продувка приводит к выбросу металла и образованию открытыхповерхностей зеркала металла, а следовательно, его насьпцению кислородомиз окислительной атмосферы рабочегопространства печи; Как следствие,металл насыщается кислородом и. водородом, а цель изобретения не достигается.При отношении количества углерода,вводимого с ОПГЭ, к количеству углерода, вводимого с природным газом,менее 9,4 количество вводимого ОПГЭстановштся недостаточным для загу щения шлака. Шлак при этом достаточно жидкоподвижен и мало раскислен,что совместно с окислительной атмосФерой печи способствует окислениюметалла. Кроме того, снижение результата отношений вносимого количествауглерода с ОПГЭ с природным газомсоответствует повышению роли последнего, что приводит к насыщению металла водородом, а следовательно, к охрупчиванию стали. При этом ударнаявязкость стали понижается и цельизобретения не достигается,При отношении количества углерода, 25вводддмого с ОПГЭ, к количеству углерода, вводимого с природным газом,более 18,7 превалирующее действиеоказывает ОПГЭ, чрезмерно загущающиешлак. При этом создаются условия 30наводораживания стали под изолирующим слоем шлака, а вялая продувкане способствует эффективному раскислению стали углеродом и барботажуметалла я также удятенидо неметзллических включений из металлаКак следствие, цель изобретения не достигается. Вводимое количество углеродас материалами и соотношение его введения на шлак и в металл принято с 40учетом достижения глубокого раскисления металла и успокоения ванны с металлом на период до выпуска стали изпечи,Положительный эффект при использованин способа выплавки стали достигается за счет более глубокого раскисления металла, снижения угара ферросплавов, загрязненности стали неметаллическими включениями а тякже Гязонасыщенности стали. Присадка в агрегат ОПГЭ, позволяющих дополнительнораскислять металл и заменять на нихчасть расходуемых ферросплавов, атакже продувка металла восстановитель 55ным природным газом позволяют повысить ударную вязкость стали, снизитьрасход ферросплавов и повысить качество бтливаемых слитков. Это приводит к снижению себестоимости выплавляемой стали и повышению ее качества.П р и м е р, В соответствии с предлагаемыми параметрами выплавляли среднеуглеродистую колесную сталь в 300-тонной основной мартеновской печи, Выплавку осуществляли скрапрудным процессом с продувкой ванны смесью кислорода и природного газа, подаваемой через две погружаемые в жидкий металл газокислородные фурмы с внутрисопловым смешением, Завалку печи, прогрев шихты, заливку чугуна, плавление, спуск шлака, полировку и доводку плавки осуществляли в соответствии с принятой технологией.Продувку ванны с металлом как на плавке, проводимой по обычной технологии и принятой за прототип, так и на опытных вариантах выплавки стали по предлагаемому способу в период плавления и доводки осуществляли смесью природного газа и кислорода, расход которых составлял соответственно б,0 нмэ/(т,ч) и 12,0 нм /(т ч),Р период предварительного раскисления в ванну с металлом погружали две газокислородные наклонные фурмы, через которые подавали только природный газ. тля сня-тия избыточного давления в рабочем пространстве печи заслонку среднего завалочного окна наполовину приоткрывали, Одновременно с подачей природного газа на шлак присаживали ОПГЭ, которые имеют следующую характеристику:Массовая доля углерода, Е 20-60Массовая доля карбидакремния, Х ) 15Размер частиц, мм 0-40Массовая доля кусковсвыше 30 мм, Ж ( 15Массовая доля примесей(бой огнеупоров и др.),7 3В связи с достаточно глубоким раскислением металла, а следовательно,снижением угара ферросплавов за счетобработки металла восстановительнымприродным газом и ОПГЭ стало возможным часть присаживаемых ферросплавовперенести из печи в ковш, сократитьих расход, Предварительно раскисленный металл выпускали иэ печи в дваковша емкостью 150 т каждый,Показатели выплавки опытных плавок приведены в таблице, где за базовый объект в качестве прототипа пред 1595921 10ставлены параметры выплавки колеснойстали по принятой технологии (колесная сталь ГОСТ 10791-81 содержит,мас,%: С 0,55-0,651 Мп 0,50-0,90 р81 0,20-0,42 Р ( 0,036 (Б с 0,040).Здесь также представлены результатыразбраковки готовых изделий - колесиз металла опытных и сравнительныхплавок по дефекту "газовый пузырь".Колеса, произведенные из слитков,менее пораженных дефектом "газовый11пузырь , т.е. из металла менее газонасьпценного и более глубокого раскисленного, имеют меньшую отбраковку.Представленные в таблице результаты показывают, что в первой и пятой.плавках с использованием предлагаемого способа выплавки стали и параметрами, выходящими за пределы ограничений, поставленная цель по снижению расхода Аерросплавов, повышениюударной вязкости и повышению качества отливаемых слитков, выраженногов качестве готовых колес, не достигаются, Имеет место также повышениесодержания водорода в металле, чтоспособствует охрупчиванию стали иснижению ее ударной вязкости, однакоболее низкое в сравнении с базовымвариантом содержание кислорода встали позволяет сохранить показательударной вязкости на прежнем с базовымвариантом уровне,Наиболее приемлемыми для достижения поставленной цели являются параметры. выплавки стали по предлагаемому способу по вариантам 2-4, в свя. зи с чем параметры выплавки по вари антам 2 и 4 приняты как предельные и40 ограничительные в предлагаемом способе.Предлагаемый способ выплввки стали обеспечивает повышение удаРнойвязкости стали на 0,08-0,22 МДж/мг,снижение расхода 45%-ного Ферросилиция на 1,0-1,7 .кг/т и силикомарганцана 0,67-1,33 кг/т стали. Снижениебрака колес с дейектом "газовый пузырь за счет повьппения качества отливаемых слитков составляет 0190,45%,Формула и з обре т е н и яСпособ выплавки стали в сталеплавильном агрегате, включающий доводку,продувку ванны смесью природного газа и кислорода, предварительное раскисление, выпуск металла в ковш иокончательное раскисление, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюснижения расхода Ферросплавов, повышения ударной вязкости стали и качества отливаемых слитков, в периодпредварительного раскисления сталиосуществляют глубинную продувку ванны природным газом с одновременнойприсадкой на шлак отходов производства гравитации электродов, при этомсуммарное количество углерода, вводимого с данными материалами, находится в пределах, определяемых соотноше(3.8-б 3) 10 -гнием % С =% , где Л С 3- Е% С,7содержание углерода в металле передего раскислением, а отношение количества углерода, вводимого с отходамипроизводства гравитации электродов,к количеству углерода, вводимого сприродным газом, находится в пределах 9,4-18,7- ф фао 1 СР Лф лсОВО ОООО 1фоо фсчссс тсчВ ВООООО фсч Фо фюфл 1 оВ ВВЛ3 ом м ммомфВм млмомгВсч сч сч сс сч 1 ол -м о дсс 1 юсосо л с- ф о Ф ВВооосс