Способ выплавки и внепечной обработки стали

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 4412 51)5 С 21 С 7/00, 5/5 ПОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ а- в, оОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 779408, кл, С 21 С 7/06, 1981,Поволоцкий В,Д, и др, Сборник научныхтрудов Челябинского политехнического института, 1980. М 245, с.50-58,(57) Сущность изобретения: металл выпускают из дуговой сталеплавильной печи с окислительным шлаком в количестве Изобретение относится к черной металлургии, в частности к выплавке и внепечной обработке стали,Известен способ раскисления низкоуглеродистой стали. сущность. которого заключается во вводе в ковш алюминия одновременно со шлаковой смесью и продувку металла аргоном. Алюминий в количестве 10-30 от стехиометрически необходимого и шлаковую смесь, состоящую из окиси кальция (30 - 40), плавикового шпата ЦО) и магния,20 - 40), вводят на дно ковша; а остальное количество алюминия присаживают в процессе продувки металла аргоном,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):(0,15 - 0,4), затем металл продувают аргоном в "кавитационном" режиме 20 - 40 мин в четыре периода, изменяя соотношение длительности периодов в.пределах (0,5 - 1,0):(0,7 - 1,0):(0,7 - 1,000,2 - 1.0) и интенсивность продувки 0,8 - 1,0 нм /т.ч при3 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 вводят алюминий, по окончании продувки металл выдерживают 10-40 мин, Также в третий период продувки 30-70% от необходимого количества алюминия вводят в шлак, а остальное количество - в металл. Повышается качество стали и снижается расход кремния и алюминия.1 з,п.ф-лы, 1 табл,Недостатками данного способа являются,наличие крупных неметаллических вклю. чений в стали, .повышенная стоимость шлаковой смеси, сильные газовыделения в процессе окисления магния.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ выплавки подшипниковой стали с обработкой металла окисленным шлаком, Способ заключается в том, что сталь ШХвыплавляют в 4-тонной печи одношлаковым процессом. Перед выпуском часть шлака (30) удаляют иэ печи и повышают его окисленность присадкой железной руды. Ферросилиций и алюминий помещают на дно ковша перед выпуском5 10 152025303540 45 сталь выпускают с окислительным шлаком в количестве 3,0 - 13,4 кг/т и присаживают известь, плавиковый шпат и углеродсодержащий материал в указанном соотношении, Данный прием позволяет быстро сформиро 50 вать жидкоподвижньй высокоосновный шлак с содержанием окислов железа в пределах 1,8 - 2,5%, при этом степень десульфурации металла на выпуске составляет 45-50%. Увеличение количества выпускаемого в ковш окислительного шлака более металла, Выпуск металла осуществляют 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 м /кг стали.зНедостатками данного способа являются значительные угары кремния и алюминия иэ-за воздействия окислительного шлака, а также низкая степень десульфурации металла (35-45%),Цель изобретения - повышение качесгва стали, снижение расхода кремния и алюминия.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу выплавки и внепечной обработки стали, включающему выплавку металла в дуговой печи одношлаковым процессом с образованием окислительного шлака, частичное скачивание шлака, выпускметалла с окислительным шлаком, раскисление в ковше металла кремнием и алюминием и продувку металла аргоном, металл выпускают иэ дуговой печи с окислительным шлаком в количестве 3,0 - 13,4 кг/т стали и в процессе выпуска присаживаютизвесть, 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 "кавитационном режиме" в течение 20 - 40 минв четыре периода, изменяя соотношениедлительности периодов в пределах (0,5- 1):(0,7-1):(0,7 - 1):(0,2 - 1) и интенсивность, продувки 0,8 - 1,0 мм /т ч при соотношенииз(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 вводят алюминий, по окончации продувки металл выдерживают в течение 10 - 40 мин. В третий период продувки 30-70% от необходимого количества алюминия вводят в шлак, а остальное количество - в металл.Сущность предлагаемого изобретениясостоит в том, что с целью сокращения рас.хода шлакообраэующих и увеличения скорости их расплавления, а также получения достаточного количества шлака для десульфурации металла и его теплоизоляции,13,4 кг/т влечет за собой необходимость неоправданного увеличения 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 ко- . личества выпускаемого из печи окислитель- ного шлака менее 3,0 кг/т не позволяет получить достаточного количества шлака для проведения десульфурации металла и эффективной теплоизоляции и требует увеличения количества присаживаемой извести и плавикового шпата, что также не влечет за собой дополнительного перегрева/металла в печи.Увеличение количества присаживаемой в ковш извести больше верхнего предела приводит к загущению образующегося шлака и тем самым снижает его рафинировочную способность. Снижение количества извести меньше нижнего предела приводит к уменьшению основности шлака и тем самым вызывает понижение рафинировочной способности шлака,Увеличение количества присаживаемого в составе шлаковой смеси дефицитного и дорогостоящего плавикового шпата больше верхнего предела приводит к повышенной эрозии ковшовых огнеупоров, а также к повышению стоимости шлакообразующей смеси, Снижение количества плавикового шпата меньше нижнего предела не позволяет обеспечить достаточную жидкоподвижность и тем самым ухудшает его рафинировочную способность.Увеличение количества присаживаемого углеродсодержащего вещества выше заявляемого предела повышает стоимость. шла кообразующей смеси, ухудшает условия для удаления водорода на первом этапе аргонной продувки и при производстве низко- углеродистых марок стали может вызвать науглероживание металла, Уменьшение данного количества углеродсодержащего вещества ниже нижнего предела не позволяет достаточно эффективно понижать содержание окислов железа в шлаке и тем самым ухудшает десульфурирующую способность шлака.При продувке металла нейтральным газом через щелевые фурмы в "кавитационном режиме", т.е, продувке металла сверхскоростными струями, истекающими из сопла с критической скоростью в неустойчивом режиме, в жидкости возникают волны растяжения, в момент растяжения в жидкости возникают несплашности, так называемые "кавитационные" каверны, в которые выделяется растворенный в металле газ. Применение продувки в данном режиме позволяет обеспечить интенсивное перемешиванив металла и частичную дегазацию его от водорода до уровня 3,0 - 3,5 см/100 г. Кроме того, при данной продувке уровень кислорода снижается на 20- 306 больше, чем при обычной аргонной продувке.Общая длительность продувки в течение 20 - 40 мин выбрана для ковшей различной емкости, Для ковшей малой емкости (25 - 40 т) рекомендуется длительность продувки ближе к нижнему пределу, Для ковшей большой емкости (300-350 т) время продувки должно быть в пределах 35- 40 мин.Снижение длительности продувки ниже нижнего предела затрудняет введение не.обходимого количества кремния и алюминия, особенно для высоколегированных этими элементами сталей, ухудшает качество стали за счет повышения содержания серы и неметаллических включения.Увеличение длительности продувки выше верхнего заявляемого предела вызовут дополнительные неоправданные расходы за счет необходимости повышения темпера ратуры стали и дополнительного расхода аргона;необходимостью недопущения чрезмерного кипения нераскисленного металла и связанного с этим выброса металлической эмульсии из ковша в процессе первого этапа аргонной продувки;обеспечение оголения металла в процессе присадки ферросилиция (второй этап продувки);Недопущение: оголения металла и перемешивание металла со шлаком (третий этап продувки) в процессе ввода алюминия;обеспечение рафинирования металла от неметаллических включений и недопущения запутывания в металле частиц раскис- ленного основного шлака.Выбор интенсивности продувки в треть.ем и четвертом периодах предохраняет металл от вторичного окисления и тем самым. позволяет снизить расходы кремния и алюминия.Соотношение длительности различных периодов продувки и интенсивности продувки определены экспериментально в условиях электросталеплавильного цеха Оскольского электрометаллургическогокомбината, При производстве низкоуглеродистых марок стали и высокой окисленности металла в первый период продувки рекомендуется примененить интенсивность продувки ближе к нижнему пределу и15 20 ным содержанием алюминия рационально 25 30 35 40 45 длительности продувки металла в первый 50 55 5 10 время продувки - к верхнему заявляемому пределу, Это позволяет провести эффективное удаление водорода и предварительное раскисление металла без сильного вскипания металла и шлака в ковше: При производстве высокоуглеродистых марок стали в первый период продувки предусматривается интенсивность продувки ближе к верхнему пределу и время продувки - ближе к нижнему пределу. Предел длительности продувки во второй период определяется количеством вводимого в металл кремнесодержащего материала. При производстве сталей с повышенным содержанием кремния длительность продувки выбирают ближе к верхнемупределу.В третий период продувки для сталейобычного качества и с нерегламентированиспользовать интенсивность и длительность продувки ближе к нижнему пределу. При производстве стали, проходящей контроль по неметаллическим включениям (типа ШХ - 15), оптимальным является комбинация интенсивности продувки ближе к нижнему пределу и длительность - ближе к верхнему пределу. При необходимости производства стали с низким содержанием серы (0,005 - 0,008 О) применяется длительность и интенсивность продувки у границ верхних пределов;В четвертый период продувки.длительность и интенсивность продувки выбирается аналогично предыдущему периоду При использовании в первый период продувки интенсивности подачи газа ниже нижнего заявляемого предела эффективность удаления водорода резко уменьшается, также снижается степень раскисления и десульфурации металла. При увеличении интенсивности продувки выше заявляемого предела возникает опасность выбросов металла и шлака из ковша, При уменьшении период ниже нижнего предела также снижается степень удаления водорода, кислорода и серы из металла, При увеличении длительности продувки выше верхнего заявляемого предела не получают дополнительного существенного снижения содержания серы и газов, Кроме того, увеличиваются расходы аргона и получен дополнительный износ футеровки ковша и снижение температуры металла.Снижение длительности продувки во второй период ниже заявляемого предела не позволяет присадить все количество кускового кремнийсодержащего материала на оголенный металл, что вызывает повышенный угар кремния и нестабильное его усвоение металлом, Увеличение длительности продувки в данный период больше верхнего заявляемого предела приводит к дополнительным теплопотерям эа счет теплоиэлучения с оголенной поверхности металла и неоправданному расходу аргона.Снижение интенсивности продувки металла в третий период ниже нижнего заявляемого предела уменьшает скорость удаления серы неметаллических включений, образующихся при раскислении металла алюминием и требует увеличения длительности продувки, что в свою очередь влечет за собой дополнительные теплопотери, Увеличение интенсивности продувки выше верхнего заявляемого предела влечет за собой появление оголенного пространства металла, что приводит к повышенному угару алюмииния и увеличению газонасыщенности металла, Снижение длительности продувки металла ниже заявляемого предела не позволяет ввести все необходимое количество алюминия и тем самым сокращает длительность усреднительной продувки (четвертый период). Кроме того, это вызь вает повышение содержания серы в конечном продукте, Сокращение длительности.усреднительной продуви снижает равномерность распределения растворенного алюминия по объему ковша, а также степень удаления образовавшихся продуктов раскисления стали алюминием. Увеличение длительности продувки металла в прежний период выше заявляемого предела нецелесообразно, так как данный отрезок времени достаточен для введения алюминия при производстве любых марок стали.Снижение интенсивности продувки ниже нижнего заявляемого предела в четвертый период не позволяет достаточно эффективно провести рафинировку стали от серы и неметаллических включений. Увеличение интенсивности продувки выше верхнего заявляемого предела приводит к оголению металла и дополнительному угару алюминия. Снижение времени обработки ниже нижнего заявляемого предела, как указано выше, влечет за собой неравномерность распределения алюминия от серы и неметаллических включений. Увеличение длительности продувки выше заявляемого пРедела не дает существенных преимуществ по рафинированию металла, однако увеличивает размыв футеровки ковша и температурные потери,Выдержка металла перед вакуумироМнием или разливкой в течение 10-40 мин неббходима для дополнительного удаления нейеталлических включений, обраэовав 5 10 15 20 25 мин снижает чистоту стали по неметалличе 50 55 30 35 40 шихся при раскислении металла, а также включений, появившихся в результате размыва футеровки ковша при продувке металла аргоном,К моменту окончания продувки металла аргоном происходит завершение аккумуляции тепла футеровкой ковша. Наличие достаточного количества шлака на поверхности металла эффективно препятствует потере тепла металлом за счет излучения. Эти факторы позволяют проводить выдержку ковша без значительных тепло- потерь. При производстве углеродистых и низколегированных марок стали (интенсивность и длительность продувки минимальны) предусматривается минимальная выдержка металла в ковше. Выдержку металла в ковше, близкую к 40 мин, рационально применять при производстве сталей, продувка которых аргоном осуществляется в максимальных режимах которые имеют повышенные требования по чистоте от не- металлических включений.Снижение времени выдержки менее 10 ским включениям, Увеличение выдержки более 40 мин, как установлено на большомколичестве плавок, не улучшает чистоту стали по неметаллическим включениям,При производстве стали с особо низким содержанием серы (0,003-0,005;ь) дополнительно предусматривается присадка 30- 70 алюминия на шлак с введением остального количества алюминия в металл во время третьего периода продувки. Данный прием позволяет быстро понизить.содержание окислов железа до уровня 0,3-0,5 в процессе присадки порошка или гранулированного алюминия (крупки) и тем самым увеличить серопоглотительную способность шлака. Присадка ЗОО(, алюминия на шлак предусматривается при использовании порошка алюминия, Присадка 70; алюминия на шлак необходима при применении гранулированного алюминия, так как в этом случае время расплавления алюминия увеличивается, частично гранулы алюминия мотут замешиваться аргоном на границе алак-металл И растворяться в металле, Присадка менее 30;ь алюминия на шлак увеличивает окисленность шлака и не позволяет за короткое время продувки металла аргоном снизить содержание серы в металле до сверхнизких значений. Увеличение количества присаживаемого на шлак алюминия более 70 О уменьшает во времени скорость снижения концентрации кислорода в металле, а также повышает его конечное содержание в металле и угар алюминия за счет кислорода иэ атмосферычестве 400 кг. Время продувки на данномэтапе составляет 7 мин, По завершении присадки ферросилиция уменьшают интенсивность продувки до уровня 40 мз/ч и вводят алюминий в количесте 0;7 кг/т, Длительность продувки 7 мин, Проводят усредни 55 Отличие предлагаемого способа от известного заключается в том, что в ковш выпускается 3,0 - 13,4 кг/т окислительногошлака, в процессе выпуска в.определенномсоотношении в ковш присаживается иэвесть, плавиковый шпат и углеродсодержащий материал (в известном способе 70%окислительного шлака выпускаются в ковшбез дополнительных присадок), Присадкаферросилиция и алюминия в предлагаемом 10способе осуществляется в процессе продувкиметалла аргоном в определенной последо- .вательности. а в известном ферросилиций иалюминий помещают на дно ковша до сливаметалла, Кроме того, в отличие от известного способа, в котором после выпуска металлпродувают аргоном с одинаковой интенсивностью, в предлагаемом способе продувкуаргоном осуществляют с различной интенсивностью по периодам продувки. Максимальная интенсивность во второй периодсоставляет 0,8 - 1.,0 нм /т.ч. Минимальная,зинтенсивность определяет условия образования "кавитационного" режима, в т.ч. идругие периоды продувки. При превышении,25максимальной величины происходит выплескивание металла из ковша.Также определена длительность продувки.по периодам в зависимости от ееинтенсивности. Дополнительно предусмотрено в отличие от известного способавведение алюминия в металл и присадка нашлак, Следовательно, предлагаемого техническое решение обладает существенными отличиями от известного.: . 35Ниже приведены варианты предлагаемого изобретения, не исключающие другихвариантов в объеме предлагаемого изобретения,:П р и м е р 1, Сталь 40 х выплавляют в 40150-тонной дуговой печи, В процессе проведения окислительного периода шлак выпускают из печи самотеком и производятвыпуск металла в ковш с 2000 кг окислительного шлака. В процессе выпуска в ковш 45присаживают 1340 кг извести, 250 кг плавикового шпата и 200 кг коксика. После выпуска металла ковш перемещают на аргоннуюустановку и металл продувают аргоном через погружную щелевую фурму в "кавитационном" режиме с расходом аргона 40 м ./ч втечение 10 мин Затем увеличивают интенсивность продувки до уровня 80 мз/ч и.одновременно, вводят ферросилиций в колительную 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,П р и м е р 2. Сталь ШХвыплавляют в 100-тонной дуговой печи. В процессе проведения окислительного периода шлак спускают самотеком, В конце окислитель- ного периода производят 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. Увелизчивают интенсивность продувки до уровня 80 м /ч и присаживают ферросилиций взколичестве 270 кг. Время продувки данного периода 7 мин. Интенсивность продувки уменьшают до уровня 38 мз/ч, вводят в металл 70 кг алюминиевой проволоки и присаживают на шлак 30 кг алюминиевого порошка. Длительность данных операций 10 мин. Проводят, .усреднительную продувку в течение 5 мин, По завершении усреднительной продувки отбирают пробу, ковш с металлом выдерживают в течение 40 мин и подвергают обработке на вакуумной установке ковшового типа; По окончании вакуумирования ковш с металлом передают на машину непрерывного литья затотовок.В таблице приведены конкретные примеры реализации предлагаемого способа (опыты 1 - 3) на марке. стали.ШХ, доказывающие оптимальность заявляемых параметров, способа с параметрами, выходящими за заявляемые пределы, и известного способа,Предлагаемый способ позволяет повысить качество стали за счет снижения содержания серы, кислорода, водорода и неметаллических включений, а также снизить расход кремния и алюминия.. Формула. изобретения1. Способ выплавки и внепечной обработки стали, включающий выплавкуметалла в дуговой печи одношлакевым процессом с образованием окислительйого шлака, частичное скачивание шлака, выпуск металла с окислительным шлаком, раскисление в ковше металла кремнием,и алюминием, продувку металла аргоном, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения качества стали и снижения расхода кремния и алюминия, металл выпускают с окислительным.Соотношение по периодам продувки Времявыдержки пе-.редвакуумирмин Расход шлако- образующих) т Соотноше- .ние приса"живаемогоалюминияна шлак и.в металл Соотношение ок.шлак:известь:плав. впат:углер. сод.мат"л Коле воокислшлака)кг/т Опыт,Интенсивность Длительность продувки 1 31,5:1,5:0,3:0,4 0,6:1:0,6:0,6 1:1:1:1 1 О 70 г 50 10 г 13,4 О,б:1,0:О) 2;0,15 О,4;1;О,г:О,г О,5:О) У:0,7:О 2 4 О ЗО:УО 3 8 1: 1,2;0,25:0,25. 0,5; 1;о,4:0,4 0,7:0,8;0,8:о,6 2 о 50:50 11 2,5 1,5: 1)6:0)4 йо)5 О,У: 1:0,7:О,/ 1, 1: 1,1:1,1: 1, 113,5 О,5:О,9:О, 1;О,1 О,З:О,9:О, 1: О,4:О,6:О,6:О, 1 41:0,11;1:1:1 1:.1: 1: 1 75:25 15 25:75 16 0:1 6 15 Известное ееееее о,5:о,7:о,7:о,г Продолжение таблицы Опыт Степень ус"воения)Ф/к-во,кг/т,н,в.баллоксидов Конечное содержа- ние Н)Ф 1(ГО Ь 10 смз/100 А 1 РеМ 657 Ро1,О 2,7 6 15 г,о П Я1,0 2)7 761,0 2 2) 52 851,31 3,1 5 53 84 45 623,5 13 30 4,4 3,5 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 "кавитационном". режиме в течение 20-40 мин в четыре периода, изменяя соотношение длительности периодов в пределах (0,5-1,0):(0,7- -1,0):(0,7-1,0):(0,2-1,0) и интенсивность продувки 0,8-1,0 нм/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 вводят алюминий, по оконча нии продувки металл выдерживают в течение 10 - 40 мин.2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что в третий период продувки 30-70% от необходимого количества алюминия вво дят в шлак, а остальное количество - в металл,5 14 30 го 5 14 2,9 1)511 28 3,8 3,5 12 29 3,7 3,5