Способ получения стали

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 4 С 21 С 7/О йе1 З ПАТЕНТУ 54) СПОСОБ ПОЛУЧ 57) Изобретение ерной металлург ехнологии получ одержанием водо ЕНИЯ СХАЛИ относитсяи, в части к области ости к с низким иэобретеия сталда. Це ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗОБ(71) Юнион Карбид Корпорейшн (118)(72) Стюарт Кини Мелман, Рональд Джозеф Селинес, Рокне Джеймс Андреини(56) Патент США М 4187102,кл. С 21 С 5/34, 75-60, 1980.Патент США М 4272287,кл. С 21 С 7/02, 75-60, 1981.Патент США Р 3754894,кл. С 21 С 7/04, 75-60, 1973. 84207 А 3 ния в , снижение содержания водородав стали. Способ получения стали включает подачу расплава в предварительно нагретый рафинировочный сосуд спогружаемой и охлаждаемой газом фурмой, подачу в расплав легирующих ишлакообраэующих добавок, обезуглероживание расплава подачей газообразной смеси, содержащей кислород и газразбавитель, После обезуглероживанияосуществляют восстановительную иокончательную доводку расплава подачей через фурмы барботирующего газа.В расплав вводят трудноокисляемыелегирующие элементы, подают шлакообразующие добавки и разжижают их дообезуглероживания расплава, Обезуглероживание расплава проводят для удаления по крайней мере 0,2 мас,Х углерода. В период восстановительнойи/или окончательной доводки в расплав подают азот, аргон или гелий вколичестве 2,83 м /т. 4 табл.Изобретение относится к черной металлургии, в частности к технологии получения сталей с низким содержанием водорода.Цель изобретения - снижение содержания водорода в стали.Технология аргонокислородного обезуглероживания (АКО) предусматривает процесс рафинирования расплавленного металла, находящегося в резервуаре рафинирования, который снабжен по крайней мере одной погруженной фурмой, включаюций инжектирование в расплав через указанную фур му(ы) газовой смеси, содержацей кислород и разбавляющий газ, Указанный раэбавляющий газ"Предназначен для уменьшения парциального давления моноокиси углерода в газовых пузырь О ках, образованных во время обезуглероживания расплава и/или для изменения скорости подачи кислорода к расплаву без существенного изменения общей скорости потока инжектируемого 25 газа, а затем инжектирование разбрызгиваемого газа в расплав через указанную фурму(ы), причем указанный разбавляющий газ служит для удаления примесей по ср едством де газ ации, деокис ления испарения или посредством флотации указанных примесей с последующим задержанием или реакцией со шлаком. Процесс обычно проводится с помощью потока кислородсодержацего газа окру 35 женного кольцевым потоком охлаждающей жидкости, которая служит для охлаждения фурмы и зацищают огнеупорную футеровку от избыточного износа. Пригодными разбавляющими 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 аргон, Пригодным разбрызгиваемым газом может быть аргон, гелий и азот, причем азот или аргон предпочтительнее,Пригодные охлаждающие жидкости включают аргон, гелий, азот, моноокись углерода и двуокись углерода, причем азот или аргон предпочтительнее. В широком смысле процесс АКО может использовать водород, пар или углероводородную жидкость в качестве одной иэ составляющих раэбавляющего газа, разбрызгиваемого газа или охлаждающей жидкости. Однако когда необходимым конечным продуктом является ниэ- . ководородная сталь, то такие водородсодержащие жидкости непригодны в процессе АКО.Стадия восстановления используется для обозначения восстановленияметаллов, окисленных во время обеэуглероживания, посредством добавления к. расплаву восстанавливающего вещества, такого, как кремний или кремнийсодержаций ферросплав или алюминий, с последующим введением разбрызгиваемого газа в расплав для завершения реакции восстановления,Окончательная стадия предусматривает окончательное установление химического состава расплава посредствомдобавления к расплаву требуемого материала с последующим разбрызгиванием расплава для обеспечения однородного состава,Легкоокисляемые легирующие добавки в сталь предусматривают введениеэлементов, которые не восстанавливаются с помощью добавки кремния красплаву стали.Под трудноокисляемыми легируюцими добавками в сталь подразумевается введение элементов, восстанавливаемых при добавлении кремния к расплаву стали.Сталь с низким содержанием водорода обычно относится к стали, имеющей содержание водорода меньшее,чем 2 Е. Однако строгое установление такого количества является непрактичным вследствие трудностей с подбором образцов при производстве стали. Эти ф трудности, определяюцие впоследствии неточность в анализах, связаны с потерей водорода во время транспортировки образца от резервуара рафинирования к аналитическому прибору, и вследствие этого возникает недостоверность, связанная с тем, что любойзаданный образец не будет точно соответствовать составу расплава, из-за отсутствия химической однородности расплава в резервуаре очистки.Расплав стали загружают в резервуар рафинирования, внутренняяповерхность которого сухая, Если резервуар для рафинирования ранее использовался для очистки расплава стали, то никакой операции сушки обычно не требуется от обслуживаюцего персонала, поскольку резЕрвуар рафинирования будет в основном сухим. Если резервуар рафинирования ранеене использовался для рафинирования стали, то резервуар должен быть осушен с помощью любого пригодного способа осушки например с помощью приУ5 менения Факельного пламени к внутрен. ним стенкам резервуара рафинирования. Один из способов обеспечения сушки резервуара рафинирования состоит в создании температуры на внутренней поверхности резервуара рафинирования по крайней мере 1500 У (815, 56 С), а преимущественно, по крайней мере 800 У (982,22 С).На практике Фурма(ы) газоохлаждается во время, по крайней мере,части процесса производства, а преимущественно во время всего процесса производства, В то время как кислород инжектируется через Фурму(ы),они охлаждаются в основном с помощью защитной жидкости. Во время стадий восстановления или окончательной стадии Фурма(ы) охлаждается в основном с помощью разбрызгиваемого га за, который может также служить в качестве защитной жидкости, Когда резервуар рафинирования наклоняется для того, чтобы вылить рафинированный расплав, Фурма(ы), которая находится выше поверхности расплава, в основном охлаждается с помощью по- тока воздуха, проходящего через Фурму, Такой поток воздуха обычно направляется от компрессора. Если охлаж 35 дение обеспечивается с помощью другого газа, нежели воздух, так, что Фурма(ы) находится еще ниже поверхности расплава, то охлаждающий газ обычно подается от криогенной камеры и име ет достаточную степень сушки, так что никакая другая операция сушки не требуется от обслуживающего персонала. Если охлаждающим газом является воздух, то обычно требуется про вести стадию сушки перед использованием воздуха. Эта.стадия сушки может быть осуществлена посредством прохождения сжатого воздуха через сушилку перед тем, как он вводится в Фурму(ы). Преимущественно охлаждающий газ содержит менее 100 мас.Е воды.В основном все шлакообраэующие добавки вводятся в расплав перед началом стадии обезуглероживания.Шлакообраэующие добавки представляют собой в общем известь или смеси извести и магнезита, но могут быть любым материалом, который может послужить образованию эффективного шлака. Шлак используют для нейтрализации окисей, благодаря чему обеспечивается десульфурация расплава и снижение количества кислорода, азота и водорода, введенных в расплав за счет контакта с воздухом.Очень важно для успешного осуществления предлагаемого способа, чтобы шлакообразующие добавки флюсовались перед началом стадии обезуглероживания. Это определяется тем, что шлакообразующие добавкн обычно неизбежно добавляют в расплав значительное количество водорода, обычно в форме воды. Если в основном все шлакообразующие добавки, подаваемые в расплав, не будут разжижены перед обезуглероживанием, благодаря чему водород будет удален из расплава во время начальной стадии обеэуглероживания и последующей стадии восстановления или окончательной стадии, то достаточное количество водорода будет оставаться в расплаве..В процессе производства стали обычно бывает необходимым вводить легирующие добавки к расплаву стали, которые загружаются в резервуар рафинирования. Химический состав 1 расплава стали, загружаемой в резервуар очистки, редко бывает в границах необходимого продукта, Легирующие добавки вводятся для того, чтобы привести расплав в нужный или целевой диапазоны состава. Добавление легирующего материала в расплав стали является 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 обезуглероживания, С помощью этого приема водород, вводимый в расплав с помощью легирующих добавок, подвергается удалению во время начала обезуглероживания и стадии восстановления или окончательной стадии, что приводит в результате к максимальному удалению водорода.Однако легирующие добавки могут быть разделены на две категории,которыми обозначаются легкоокисляемые и трудноокисляемые добавки. Трудноокисляемые легирующие добавки могут образовывать окиси в расплаве во время стадии обезуглероживания, номогут быть обратно восстановлены доэлементарной формы во время последующей стадии восстановления. Однако легкоокисляемые легирующие добавки, которые также образуют окислы врасплаве во время стадии обезуглероживания, не восстанавливаются на стадии восстановления. Следовательно,легкоокисляемые легирующие добавки,такие как титан, колумбий, алюминий,ванадий и им подобные, должны бытьвведены вслед за стадией обеэугле-.роживания, в то. время как. в основномвсе из трудноокисляемых легирующихдобавок, такие как хром, марганец,никель, молибден, кобальт, медь и имподобные, должны вводиться перед стадией обезуглероживания. Химическийсостав расплава, загружаемого в резервуар рафинирования, и химическийсостав необходимого продукта приводятся в соответствие при введенииопределенных легирующих добавок, аколичество каждой необходимой добавки может быть выбрано специалистомв данной области.Расплав обезуглероживают посредством введения в расплав через погруженную фурмуы) газовой смеси кислорода и разбавляющего газа. Стадияобезуглероживания проводится для того, чтобы сжечь некоторое количество углерода в расплаве для приведения состава расплава в диапазон необходимого продукта. Кроме. того,реак"ция обезуглероживания является зкзотермической и служит для созданиятепла, благодаря чему расплав находится при необходимой температуре,когда он разливается из резервуарарафинирования. В реакции обезуглероживания углерод в расплаве реагирует с инжектируемым газообразным кислородом с образованием газообразноймоноокиси углерода, которая проходитв виде пузырьков через расплав.Разводящий газ служит для уменьшенияпарциального давления газообразноймоноокиси углерода, для того чтобыуменьшить нежелательное окислениеметалла. Кроме того, инжектируемаягазовая смесь помогает выведениюдругих примесей из расплава в видепузырьков и выведению их иэ расплава в виде выходящих газов,Стадия обезуглероживания служитдля удаления большого количества любого водорода, который может содер 5 10 жаться в расплаве перед обезуглероживанием. Более того, стадия обеэуглероживания обеспечивает невозможность поступления водорода из атмосферы, такой как атмосфера водяного пара, в расплав во время процесса обезуглероживания за счет обраэова. ния достаточного количества выходящих газов во время стадии обезуглероживания благодаря тому, что скорость потока выходящих газов достаточнадля предотвращения просачивания воздуха в резервуар рафинирования. Этосопровождается введением газовой смеси кислорода и разводящего газа втечение такого времени, которое достаточно для удаления по краййей мере 0,2 мас.7. углерода из расплава,20 а преимущественно, по крайней мере,0,3 мас,Х при скорости инжектирования такой, что создается достаточноеколичество выходящего газа для предотвращения просачивания воздуха в25 резервуар рафинирования. Скоростьинжектирования газовой смеси изменяется в зависимости от конфигурациирезервуара рафинирования, количествапотока, проходящего через загрузочный вход резервуара, а также другихфакторов,Если расплав не содержит достаточного количества углерода для обеспечения требуемого обезуглероживания,в то время как необходимо достичьжелаемого или целевого содержания углерода, то углерод может быть добавлен к расплаву перед или во времястадии обезуглероживания в таком ко 40 личестве, чтобы достаточное количество углерода сжигалось для достижения целей процесса с одновременнымдостижением целевого содержания углерода. Углерод не должен добавляться45к расплаву после стадии обезуглероживания, т,е. расплав не должен обезуглероживаться существенно ниже необходимого целевого содержания углерода, а затем приводиться в необходимый диапазон состава за счет большихдобавок углерода, поскольку такоепозднее добавление углерода можетспособствовать нежелательному введению водорода в расплав.После того, как расплав обезуглеродился, он подвергается стадии восстановления и/или окончательной стадии с помощью проведения одной илиболее стадий восстановления или окон 1384207чательных стадий. Стадия восстановления - .это стадия, на которой ранеедобавленные легирующие добавки, которые были хотя бы частично окислены,восстанавливаются из шлака в расплавстали обычно за счет введения алюминия или кремния в расплав. Окончательная стадия - это стадия, в которой вводятся другие необходимые добавки для приведения состава расплава в необходимый диапазон, Такие добавки могут быть очень небольшимиколичествами трудноокисляемых легирующих веществ или любыми другимидобавками.Во время стадии или стадий восстановления и/или окончательной стадиинеобходимо предотвращать попаданиевоздуха:в расплав для того, чтобыводород, такой как из водяного пара,не имел возможности проникать врасплав.Для того, чтобы не допустить попадание воздуха в расплав вовремя стадий восстановления и окончательной стадии, устанавливают достаточную скорость потока выходящих.газов, благодаря чему воздух не просачивается в резервуар очистки. Этоосуществляется посредством инжектирования разбрызгиваемого газа в. расплав.Приведенный общий процесс АКО сего стадиями требуется для достижения производства стали с низким содержанием водорода. Когда такие даль 35нейшие стадии осуществляются, онидолжны проводиться таким образом,чтобы обеспечить минимальное введение водорода и присутствие его в 40расплаве. Например, на практике проведения процесса АКО бывает желательно добавлять в расплав сжи гаемые добавки, такие как кремнии или алюминии. Если это осуществляется, то сжигаемые добавки должны преимущественно вводить.ся в возможно большей степени передпроведением стадии обезуглероживанияв соответствии с наиболее приемлемымспособом проведения процесса без образования выбросов.Последующие примеры служат длядальнейшего иллюстрирования изобретения или для иллюстрирования необходимости осуществления всех требуемых 55стадий в совокупности,П р и м е р ы 1-6. Шесть расплавов очищаются в соответствии с предлагаемым способом. Параметры процесса рафинирования и концентрации водорода в различных точках процесса рафинирования изображены в табл,1.Примеры 1-5 осуществляют в 35-тонномрезервуаре рафинирования. Пример 6осуществляют в 00-тонном резервуарерафинирования. Скорость потока выходящих газов обозначены в единицахдействительных кубических футов вминуту .на квадратный фут площади поперечного сечения на входе резервуара при температуре выходящих газов3000 Р (1648, 49 С).Определяют концентрацию водородав загрузке в примерах 1-5, Концентрация водорода после обезуглероживания .для примерови 2 была неопределима.Примеры 1-6 ясно показывают, чтопредлагаемый процесс позволяет производить сталь, имеющую низкое содержание водорода.П р и м е р ы 7 и 8. Примеры 7и 8 демонстрируют необходимость создания сухого резервуара рафинированиядля расплава. Оба примера проводятв том же резервуаре рафинирования,который использовался при проведениипримера 6. В примере 7 расплав рафинируют в резервуаре рафинирования,который не осушается. В этом примере внутренняя поверхность резервуарарафинирования находится под воздействием пламени в течение только примерно 4 ч, что недостаточно для того, чтобы внутренняя поверхность резервуара достигла температуры, необходимой для получения сухого резервуара. Пример 8 проводят непосредственно .за примером 7 и вследствиеэтого резервуар рафинирования имеетдостаточную температуру для того,чтобы быть сухим. Все другие параметры рафинирования находятся в соответствии с требованиями предлагаемого процесса для обоих примеров 7 и 8,Полученные результаты приведены втабл,2,Хотя для обоих расплавов достигнуто низкое содержание водорода после обезуглероживания, однако поскольку в процессе проведения очистки влага с внутренней поверхности резервуара очистки последовательно переходила в расплав, то в примере 7, который осуществлялся в недостаточно сухом138420 резервуаре, возникшая 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 добавления в основном всех шлакообразующих добавок перед началом процесса обеэуглероживания. Каждый из примеров 1 О 7-9 проводят в резервуаре очистки, который ранее использовался для осуществления примеров 1-5. В каждом из примеров 9-1 добавляют 4-8 фунтов извести на тонну расплава после обезуглероживания, Оценивают концентрацию водорода в каждом расплаве в загрузке, а концентрация водорода в расплаве в примере 1 не обнаружена, Все другие параметры очистки нахо дятся в диапазонах,. соответствующих требованиям предлагаемого процесса, и используются в каждом из примеров 9-11. Результаты, приведенные в табл.3, показывают, что добавление 25 4-8 фунтов шлакообраэующих добавок на тонну расплава после обезуглероживания приводит в результате к соз" данию стали, имеющей недопустимо высокое содержание водорода. 30 П р и м е.р 12, Этот пример демонстрирует необходимость флюсования шлакообразующих добавок перед обезуглероживанием. Проводят его в резервуаре рафинирования, который исполь 35 эуют для проведения примера б. В этом примере известь добавляют в расплав перед обезуглероживанием,но не полностью флюсуют перед началом 40 процесса обезуглероживания. Все другие параметры процесса рафинирования находятся в соответствии с требова ниями предлагаемого процесса. Концентрация водорода в загружаемом расплаве составляет 4,6 мас.Е.После обезуглероживания она составляет 2,3 мас.Е, а на выходе из процесса - 2,0 мас.7 Таким образом, не была получена стЬль с низким содержанием водорода,7 0П р и м е р ы 13-19. Эти примеры демонстрируют необходимость достаточного введения разбрызгиваемого газа во время стадии восстановления и/или окончательной стадии. Каждый из этих примеров проводят в резервуаре рафинирования, использованном при проведении примеров 1-5. В этих примерах в качестве разбрызгиваемого газа используют аргон. В табл.4 приведено увеличение или уменьшение концентрации водорода в расплаве от конца стадии обезуглероживания до того времени, когда расплав разливают из резервуара рафинирования, т,е. во время стадий восстановления и/или окончательных стадий. Все другие параметры очистки находятся в соответствии с требованиями процесса, Полученные результаты показывают, что концентрация водорода в расплаве увеличивается во время стадий восстановления и окончательных стадий. 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 обеэуглероживания осуществляют восстановительную и окончательную доводку расплава подачей через фурмы барботирующего газа, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения содержания водорода в стали, в расплав вводят трудноокисляемые легирующие элементы, подают шлакообраэующие добавки и разжижают их до осуществления обезуглероживания расплава для удаления по крайней мере 0,2 мас.7. углерода, а в период восстановительной и/или окончательной доводкив расплав подают азот, аргон или гелий в количестве 2,83 м/т.1384207 12 Угле-. нцент р и е сл эуглливан ррмррм с,70 2 абл ри ю 2 2 Т и ц 2,4 н,о. од,даленый при беэугле оживани мас.Х Таблица 1-0,3- т Составитель А.МинаевТехред М,дидык едактор А.Ворович орректор А,Обруч з 1357/58 изводственно полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,Тираж 545 НИИПИ Государственно по делам изобретен 13035, Москва, Ж, нтрация Н езуглерожидо выхода, с% Подписноео комитета СССРй и открытийРаушская наб., д,4/5.