Способ выплавки ванадийсодержащей стали

ИЕ ИЗОБРЕТ ОП ЕНТУ Комитет Российской Федерации о патентам и товарным знакам(71) Нижнетагильский металлургический комбинат(73) Нижнетагильский металлургический комбинат(54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩЕЙ СТАЛИ(57) Использование: в черной металлургии при выплавке микролегированных ванадием сталей. Сущ 9) И 5 (1 Ц 20 О 4596 С1) 5 С 21 С 5 04 ность изобретения: в печь перед выпуском металла вводят конвертерные шлаки ванадиевого передела в соотношении к отходам производства графитизации электродов и вторичного алюминия 1: (0,46 - 1,37): (0.42 - 1,75) соответственно. Общий расход вводимых материалов составляет 5,6 - 10,7 кг/т стали. Отношение количества ванадия, вводимого в печь с конвертерными шлаками ванадиевого передела, к количеству ванадия, вводимого в ковш с ванадийсодержащими сплавами, поддерживают в пределах 0,4 - 0,76. 2 табл.Изобретение относится к черной металлургии, в частности к выплавке микролегированных ванадием сталей.Известен способ выплавки стали, где с целью снижения расхода ферросплавоо, повышения ударной вязкости стали и качества отливаемых слитков о период предварительного раскисленил стали осуществляют глуби 55 ну 5 о продувку вагц 5 ы природным газом с одновременной присадкой ца печной шлак отходов производства графитации электродов (ОПГЭ), при этом суммарное количество углерода, вводимое с данными материалами, находится о пределах, определяемых соот 55 ошигием;/ С =-(3,8-6,3)10 /(О/ С 3гдеС - содержание углерода в металле перед его раскислением, а отношение количества углерода, вводимого о ОПГЭ, к количеству углерода, вводимого с природным газом, находится о пределах 9,4 - 18,7,Данный способ выплаоки позволяет микролегирооать сталь ванадием с учетом присадки в ковш оацадийсодержащих сплавов,Недостатком этого способа является повышенный угар металла за счет ицтенсиоцого его барботажа и эмульгирования со шлаком, а также выброса его о окислитель 55 ую атмосферу печи совместно с пузырями восходящего газа. Кроме того, печцой шлак, обработанный ОПГЭ, вспенивается, загустевает и в процессе выпуска плавки остается 55 а откосах печи, а такке "замазывает" сталевыпускное отоерстие, что приводит к повышению трудозатрат по очистке отверстия от засть 5 вшего шпака перед следуюгдим его закрытием, В сво 5 о очередь заправка откосов печи магнезитом после выпуска плавки не способствует продлению службы 55 аваре 55 ного огнеупорного слоя ванны печи, т,к, магнезит ложится на толстый слой оставшегося ца откосах пористого загустевшего шлака и не контактирует с оп 5 еугорами, а при поспеду 5 ощей плавке полностью смывается и удаляется из печи с первичным шлаком. Кроме того, при данном способе гликролегирования стали ванадием, где ва 55 адийсодержащие сплавы полностью присаживаются в ковш в процессе вь 5 пуска стали, отсутствуют условия для лучшего усвоения ванадия металлом,Известен способ выплавки стали, о том числе и микролегированной оа 55 адием путем присадки оанадийсодержащих сплавов о ковш, с исг 1 ользованием шлака производства вторичного алюминия, который вводится о печь перед выпуском металла,Недостатком этого способа выплавки и микролегирования стали является снижение стойкости футеровки откосов наины засчет увеличения на 20-25 С теглпературышлака и его жидкоподвижности в процессеокисления металлического алюминия, находящегося в составе алюмошлака, В сво 5 оочередь перегретый и жидкоподвижныйшлак 5 ге способствует сниже 55 и 5 о угара металла. При этом также отсутствуют условияулучшения усвоения металлом ванадия."0 Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является технология выплавки стали, опубг 5 икованцая остатье "Использование отходов при выплавке колесоба 55 дажной стали" (Семенкоо В.Е"5 Тяжельникоо В.В., Богородский АА, и др,Сталь, 1990, Мд 5, с,24-26), Микролегирооацие стали ванадием традиционнымспособом путем присадки о ковш ванадийсодеркащих сплавов с использованием20 пятого варианта выплавки стали из опубликооа 55 ной тех 55 ологии, где в печь передвыпуском плавки одновременно оводятОПГЭ и отходы производства вторичногоалюминия (ОПВА), отвечает всем требованиям, предъяоляемь 5 гл к г 1 рототипу для залоляемого изобретения,Недостатком этой технологии при расходе ОПГЗ 1,23 - 1,42 кг/т и ОПВА 0,290,36 кг/т стали является низкая глубина30 предоарительного раскислецил металла опечи, что способствует пооышенцоглу угаруметалла, высокая температура шлака, сг 1 особству 5 ощая интенсивному износу и сциже 55555 о стойкости футерооки откосов оан 55 ы35 печи, При этом снижение угара ферросплавов происходит эа счет ооеде 55 ия их тольков ковш, При использовании данной технологии микролегирования улучшения усвоенияванадия металлом це происходит,Целью изобретения явлг ется снижениеугара металла и ферросплаооо, повышениеусвоения металлом ванадия и стойкости футеровки сталеплавильного агрегата,Это достигается тем, что при выплавке45 оанадийсодержащей стали в сталеплаоильном агрегате, окл 5 очающей загрузку шихты,ее прогрев, введение чугуна, плавлениешихты, скачивание шлака, загрузку отходоопроизводства графитизации электродов и50 отходов производства вторичного алюминия, выпуск металла в ковш, раскислэние имикролегирование стали оанадийсодержащими сплавами, о печь перед выпуском металла дополнительно вводят конвертерцыешлаки 5 за 55 адиеоого передела(КШ ВП) в соот ношении к отходам производства графитизации электродом и вторичного ал 5 оминия 1:(0,46 - 1,37):(0,42-1,75) соотоетственно, Г 1 риэтом общий расход вводимых материаловравен 5,6-10,7 кг/т стали, а отношение ко 2004596личества ванадия, вводимого в печь с конвертерными шлаками ванадиевого передела, к количеству ванадия, вводимого в ковш с ванадийсодержащими сплавами, поддерживают в пределах 0,4-0,76,Сущность предлагаемого способа выплавки ванадийсодержащей стали заключается в том, что присадка в печь перед выпуском вышеуказанных ванадий, углерод- и алюминийсодержащих материалов в заявленных расходных количествах и пропорциях обеспечивает максимально благоприятные шлаковые состав и режим после расплавления этих материалов, а также более эффективное диффузионное предварительное раскисление стали, позволяющие снизить угар металла и ферросплавов, улучшить усвоение металлом ванадия и повысить срок службы футеровки сталеплавильного агрегата.Присадка в печь передвыпуском плавки только одного КШВП Нижнетагильского металлургического комбината (НТМК), содержащего 16 - 20 ЧгОь, позволяет частично насыщать металл ванадием, однако в присутствии окислительной атмосферы печи и окисленного печного шлака это насыщение малоэффективно и не оправдывает затрат. Для лучшего усвоения ванадия требуются дополнительные приемы, в частности по снятию окисленности печного шлака и по возможности изоляции расплавленного ванадийсодержащего шлака от окислительной атмосферы печи, Кроме того, введение в печь только одного КШВП НТМК не оказывает никакого положительного эффекта по снижению износа футеровки сталеплавильного агрегата.Присадка в печь только ОПГЭ, содержащих до 60 3 С и 40% С, способствует диффузионному раскислению печного шлака, снижению его окисленности, а также загущению верхнего его слоя, При взаимодействии ОПГЭ с окислами железа в шлаке появляется значительное количество твердых окислов и продуктов взаимодействия(Я С) + 3(РеО) =- (3102) + 3(Ге) + (СО) (С) + (РеО) = (Ее) + (СО)Присадка ОПГЭ в печь теоретически способствует снижению угара железа, а в дальнейшем и ферросплавов, однако из-за загущения при этом печного шлака и, как следствие, низкой скорости диффузионного раскисления стали заметного снижения угара металла и ферросплавов не происходит, По этой же причине отсутствует и условия улучшение усвоения металлом ванадия, Кроме того, загустевший шлак способствует большему износу футеровки откосов ванны и выпускного отверстия, т.к, оставаясь по 10 15 металлом ванадия и повышению стойкости футеровки сталеплавильного агрегата, От 20 30 45 50 35 40 сле выпуска плавки на откосах печи, он препятствует эффективной заправке откосов магнезитом, а "замазывая" выпускное отверстие, вызывает дополнительные трудозатраты на его очистку и необходимость преждевременного ремонта его футеровки. Присадка в печь ОПВА способствует разжижению и повышению температуры печного шлака эа счет присутствия в вводимом шлаке корольков алюминия, магния и хлоридов щелочных металлов. Это в свою очередь не способствует снижению угара металла и ферросплавов, лучшему усвоению дельная присадка в печь ОПВА напротивдаже способствует рефосфорации металла,что ухудшает его качество.Таким образом, при использовании в отдельности каждого из технических приемов в процессе выплавки ванадийсодержащей стали цель изобретения не достигается, а реализуется она лишь при совместном использовании заявленных материалов при соблюдении количества и пропорций их расхода, Одновременное использование эаявляемых материалов при соблюдении расхода позволяет за счет разности объемных весов и физико-химических свойств присаживаемых материалов создать более благоприятные условия для перехода ванадия из шлака в металл, снижения угара металла и ферросплавов и повышения стойкости футеровки сталеплавильного агрегата.При введении в печь ОПВА, в котором находится 37-56 от объема корольков алюминия, материал эа счет большего обьемного веса в сравнении с печным шлаком ложится на металл и, расплавляясь, повышает температуру и жидкотекучесть шлака на границе металл - шлак, снижает окисленность печного шлака на этой границе и способствует лучшему переходу ванадия израсплавленного КШВП в металл.При введении в печь ОПГЭ материал из-за более продолжительного растворения и малого объемного веса (1,95- 2,2 г/смз) всплывает и замешивается на поверхности печного шлака. Это способствует дополнительному снятию окисленности печного шлака, загущает его поверхностный слой, снижает жидкоподвижность, образуя тем самым изоляцию среднего и нижнего активных слоев печного шлака от окислительной атмосферы печного пространства, Эти условия способствуют лучшему усвоению металлом ванадия. снижение угара металла и износа футеровкисталеплавильного агрегата по высоте шлакового слоя,Способ выплавки оанадийсодержащей стали с использованием в заявляемых количествах и пропорциях указанных материалов способствует образованию разницы в температурном режиме., жидкоподоижности и составе печного шлака в различных его слоях по высоте, обеспечивал тесл самым максимально благоприятные условия для снижения угара металла, лучшего усвоения металлом ванадия, а также для повышения стойкости футерооки сталеплаоильного агрегата,При соотношении количества вводимых в печь КШВП, ОПГЭ и ОПВА, большем, чем 1,37:1,75, печной шлак становится слишком пористым и вязким сса большей части высоты шлакового покрова, что снижает эффективность насыщения металла ванадием, а металл о свою очередь загрязняется оклсочениями глинозема, что отрицательно сказывается сса качестве металла,При соотношении количества вводимых в печь КШВП, ОПГЭ и ОПВА, меньшем, чем 1;0,46;0,42, температура шлака снижается, а металл остается недостаточно раскисленным, что ссе способствует сссиженсссо угара металла и более эффективному восстановленисо ванадия иэ шлака,При общем расходе вводимых в печь о указанных соотношениях материалов, меньшем, чем 5,6 кгт стали, количество поступающего с материалами углерода, кремния и алюминия становится недостаточным для снятия окисленности шлака и эффективного насыщения металла ванадием, а количество оводимого КШБП не обеспечивает экономической целесообразности использования данного способа выплавки ванадиеоой стали,При общем расходе вводимых в печь в укаэанных соотношениях материалов больше, чем 10,7 кг/т стали, в печи образуется больший объем как общего, так и вязкого шлака, препятствующий необходимой теплопередаче от шлака к металлу и снижающий эффект перехода ванадия из шлака в металл.При отношении количества ванадия, вводимого в печь с КШВП, к количеству ванадия, вводимого о ковш с ванадийсодержащими сплавами, не менее 0,40 использованием КШВП является экономически нецелесообразным из-за неокупаемости затрат на проведение операций микролегирооания металла ванадием в печь, При отношении количества ванадия, вводимого о печь с КШВП, к количеству ванадия, вводимого в ковш с оанадийсодержа 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 щими сплавами, более 0,75 также экономически нецелесообразссо, т,к. большему количеству усооенного ванадия металлом о печи соответствует и большее количество образующегося печного шлака, после выпуска которого в ковше из-за снижения температуры происходит обратное перераспределение ванадия из металла о шлак, о том числе и ванадия, внесенссого о металл с ферросплавами.Б предлагаемом спосоое выплавки оанадийсодержащей стали цель достигается лишь при одновременном осуществлении отличительных признаков. Отклонения хотя бы одного из отличительных признаков от заявляемых пределов изменения параметров при реализации способа выплавки ванадийсодержащей стали ссе позволяют достигнуть цели заяоляеслого изобретения либо не выявляет дополнительного преимущества,Положительный эффект от использовассия предлагаемого способа оыплавки оанадийсодержащей стали достигается эа счет более глубокого диффузионного раскисления металла и формирования состава шлака и его температурного режима, обеспечивающих снижение угара металла и ферросплавоо и более эффективное усвоение металлом ванадия, а также повышение стойкости футерооки сталеплаоильного агрегата. Это позволяет снизить себестоимость оыплавляемой оанадийсодеркащей стали за счет увеличения выхода годного слеталла, сникессия расхода ванадийсодержащих ферросплаооо и повышения межремонтного срока службы сталеплаоильного агрегата.П р и м е р, На НТМК по предлагаемому способу о 150-т основной мартеновской печи выплавки бандакную сталь, микролегированнусо ванадием, Выплавку осуществляли скрап-рудным процессосл, Заоалку печи, прогрев шихты, заливку чугуна, плавпение, спуск шлака, полировку и доводку плавок осуществляли о соответствии с действусощей на комбинате технологической инструкцией ТИ 102-СТ, М-81 на оыплаоку стали о мартеновских печах и технологической инструкцией ТИ 102-СТ.М-89 на выплавку и разливку колесной и бандажной стали.Для определения степени износа футеровки сталеплавильного агрегата изготовили и использовали магнеэитооые стержни длиной 300 мм и диаметром 35 мм, выточив их из магнезитооых кирпичей. Стержни устанавливали вместо термопары на штанге постоянного замера температуры жидкого металла в печи и погружали о жидкий расплав перед присадкой о печь КШВП, ОПГЭ5 10 15 20 30 40 50 55 и ОПВА с таким расчетом, чтобы нижняя часть стержня находилась в жидком металле, а верхняя - В печном шлаке, Через 10 мин после присадки материалов разделывали выпускное отверстие, планку выпускали, а по оставшемуся магнезитовому стержню с учетом изменения его первоначального обьема и массы, разницу которых затем пересчитывали в потери, вцраженньгх в г/100 г магнезита, судили о степени износа футеровки сталеплавильного агрегата,После определения в жидком металле в период доводки плавки углерода, марганца, фосфора и серы, при заданном маркой стали количестве углерода в печь вводили КШВП, ОПГЭ и ОПВА в заданных количествах и соотноыгеггии, Для более эффективного исггользования этих материалов перед их присадкой в печь мульдой через переднее заналочное окно предварительно скачивали печной шлак В количестве 1/4 - 1/3 его объема.В процессе выплавки сталгл испоггьзовали материалы следующего состава. КШВП НТМК в соответствии с технологической инструкцией ТИ 102-СТ, КК-89 на производство ванадиевого шлака в конвертерах отвечал требованиям ТУ 14-.11-178-86 на шлак нанадиеный и соответствовал марке ШВдмаС,%: Ч 20518,0; 30220,0; Р0,07; СаО3,0; МЛО : 12,0; металловклгочения15,0,ОП ГЗ производства Челябинского элекгрометаллургического комбината имели следующий состав. мас,% С 55 60, Я 0229 - 31; ЯС 17,5; Р 0,015 - 0,04; Я 0,51 - 0,53.ОПВА производства Сухолокского завода "Вторцветмет" имели следугощил состав, мас,%: А 37,1; Мц 1,98; А 20 з 6,6; М 90 0,94; Ге 0,88; Я 1,17; г,К, Ма) С 7,8,Феррованадий содержал 40% ванадия, остальное железо и примеси,В ковше металл окончательно раскисляли силикомарганцем, содержащим 72% марганца, 17% кремния, остальное железо и примеси, а также 45% ферросилицием, содержащим 45% кремния, остальное железо и примеси. На Всех опытных плавках использовали указанные материалы и ферросплавы от одной партии каждого, что гарантировало одинаковый состав их на всех опытных плавках. Шихтовку материалов навсе опытные плавки осуществляли по действующей технологии идентично, исходя из расчета получения 160 т жидкого металла без учета его угара, Выход годного жидкого металла на каждой плавке определяли путем подсчета количества отлитых в изложницы слитков, масса которых 3,39 т, и доп Ол нительг ОГО вз Веггг и Ва ггг 1 я недоливков и скардовин после их извлечения соответственно из излокниц и ковшей. Послеопределения выхода жидкого металла подсчитывали его угар по отношению к ззшихтованным 160 т,Ванадийсодержашую бандажнуго стальвцплэвляли В соответстни с вребовэнь 1 ямидвух технических условий на производствобандажел повышенной прочности, Хымгггеский состав глас,%) бэндажной стали, приведен в табл.1.г(имическый состав Готовой стали Определяли на спектральггом приборе "Поливак",Показатели отдельных Опытных планок,характеризующих предлагаемый способ Выплавки Ванадийсодаржащей стали по предельным параметрам. пгзиведены н табл.2.За базовый обг ект приняли технологиговыплавки ванадийсодержащей стали длчбандажей в тех ке мартеновских печахНТМК по Вышеуказанным технологическиминструкциям,Представленные в табл.2 результагььпоказывают, что н планках 1 и 5 с исг ользованием предлагаемого способа ВыплавкиВэнэдиисодержэщеи стали и ггэоаметрэмг,выходящими зз пределы Ограничений, угарметалла и ферроспланоз, усвоение металлог 1 ванадия, а также износ футеронки с 1:глеплавильного агрегата находятся науровне зна гений для стадии базового способа, а содержание ванадия В готовой сталинаходится в ггг 1 кге.1 предеггьном (0,02%) ггверхнем запределг:ном Г 0,20%) количествах,когда положительный эффект легированиялюбой стали ванадием уже сказывается.Оптимальными являются Г 1 эраметрыплавок 2, 3 и 4, где полученьг лугшие конечные результаты н сравнении с базовым обьектом, которцс и приняты за основу вотличительной части формулы изобретения,Использование предлагаемого способавыплавки вэнэдийсодержащей стали обеспечивает в сравненг 1 ы с известнцм способом снижение угара, э следовательно, иувеличение выхода годного металла на 1,3 -1,8%, снижение расхода ферросплавовкремния на 3,6 - 4,1% и марганца на 1,5%,УЛУЧШЕНИЕ УСВОЕНИЯ МЕтаЛЛОМ ВаНаДИч На3 - 5% и переходего в металл в Виде твердогораствора, а так:ка карбидов и повышениестойкости футеронки сталепланильног.о агрегата за счет снижения ее износа нэ 1,2%.Сумма полученных положительных результатов обеспечивает положительный эффект,выраженный в снижении себестоимости вэнадийсодержащей стали, Выплавленной пои редлагаемо 11 у способу,12 2004596 Таблица 1 аблица 2 П иса ка в ковш кг/т ста ате иалы, и исажиеаемые в печь, кг/т стал бщее коли ество мате- риалов Плав ШВП:ОПГЭ:ОПВ 45 Еез ПГЭ ШВП еЧ 1:1,40:1,801;1,37:1 751:0,75;11;0,46:0;421:0,43:0.39 9,00 8,66 8,07 8,33 8,66 9,33 2,18 2,38 2,73 2,39 2.40 0,36 1,69 1,86 2,04 2,62 2 65 1,42 3 1,21 1,3 Б 2,73 5,69 6.15,1 ,6 5,20 5,00 5,20 533 5,40 0,47 1,53 3,60 4,07 5,00 10,7 1 1,2 1,78 Базовыи объекти ототип олжение табл, 2 Отношение количеств ванадия, вводимого в печь и в ковш Количество ванадия,вводимого вковш с ЕеЧ, кг/т стали е жание в готовой стали ыход жидого металла,т оличество ванадия,одимого в печь сШ 8 П. кг/т стали нос футеровки,г/100 г агнеаита лавка Угар элементов (относительный) Ч/Утобщ Ума ар метала, 1 0,74/9,2 0,72/В, 0,69/6,9 0,71/6,7 0,72/8,1 0,7 Б/9,6 0,31/20,5 0,31/18,4 0,30/16,7 0,30/18,9 0,30/21,0 0,31/22,5 0,122 0,137 0.275 0,574 0.620 150,6/6,3 152,0/5,4 153.1/4,6 152,7/4,9 150,9/6,1 150,0/Б,7 0,02/11 0,03/9 0,08/6 0,19/7 0,21/8 0,17/12 0,156 0,188 0,612 1.440 1,628 0,78 0,76 0,45 0,40 0,38 7,6 Б,9 5,6 6,8 7.4 8,1 Базовыйобъект отатип ете н ормула и Составитель Л.ШараповаТехред М.Моргентал Ко ор О,Кравцов тор А.Купряков Тираж Подписн НПО "Поиск" Роспатента 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Заказ 338 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ВАНАДИИСОДЕРЖАЩЕЙ СТАЛИ, включающий загрузку шихты, ее прогрев, введение чугуна, плавление шихты, скачивание шлака, загрузку отходов производства графитизации электродов и отходов производства вторичного .алюминия, выпуск металла в ковш, раскисление и микролегирование стали ванадийсодержащими сплавами, отличающийся тем, что, с целью снижения угара металла и ферросплавов, повышение усвоения металлом ванадия и стойкости футеровки сталеплавильного агрегата, в печь перед выпуском металла дополни тельно вводят конвертерные шлаки ванадиевого передела в соотношении к .отходам производства графитизации электродов и. вторичного алюминия 1:(0,461,37):(0,42 . ,75) соответственно, при этом общий расход вводимых материалов равен 5,6 - 10,7 кг/г стали, а отношение количества ванадия, вводимого в печь с конвертер- ными шлаками ванадиевого передела, к количеству ванадия, вводимого в ковш с ванадийсодержащими сплавами, поддерживают в пределах 0,4 - 0,76,