СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТАЛИ Российский патент 1997 года по МПК C21C7/10 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к области внепечной обработки металла при производстве низкоуглеродистых марок стали с содержанием углерода менее 0,01 в том числе электротехнических.

Известен способ ускорения реакции обезуглероживания стали в установке вакуумного рафинирования, согласно которому в качестве твердого окислителя в сталь присаживают марганцевую руду (патент N 5110351, США, МКИ В22 Д27/20, С22 С7/10, опублик 1992).

Введение марганцевой руды позволяет получить содержание углерода в металле менее 0,005 и не приводит к значительному износу футеровки вакуумной камеры, как в случае присадки железной руды. Однако, марганец по сравнению с железом обладает большим сродством к кислороду. Поэтому оксиды марганца, составляющие основу марганцевой руды, являются более устойчивыми по сравнению с оксидами железа и труднее восстанавливаются углеродом при пониженном давлении, а следовательно, в меньшей степени интенсифицируют процесс вакуумного обезуглероживания.

Существенным недостатком известного способа является то, что в марганцевой руде на долю легковосстанавливаемых окислов марганца и железа в среднем приходится лишь 45-65 а остальные 55-35 составляют трудновосстанавливаемые окислы и другие соединения, которые при растворении способствуют дополнительному загрязнению металла неметаллическими включениями.

Необходимость увеличения количества вводимых добавок марганцевой руды из-за низкого содержания в ней легковосстанавливаемых окислов, а также высокая температура ее плавления приводят к дополнительным тепловым потерям. Кроме того, использование марганцевой руды способствует повышению содержания марганца в готовом металле, что нежелательно при производстве низкомарганцовистых марок сталей (например, трансформаторных).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ порционной вакуумной обработки жидкой стали, включающий заполнение металлом вакуумной камеры и введение твердых кусковых окислителей прокатной окалины или окатышей (авт.св. СССР 1073300. МКИ С21 С7/10, опубл. 1984). Однако использование прокатной окалины или окатышей, имеющих температуру плавления более 1300-1350^oC, приводит к значительным тепловым потерям при вакуумной обработке металла. Кроме того, повышенное содержание оксидов железа в прокатной окалине и окатышах способствует быстрому износу футеровки вакуумной камеры.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в интенсификации вакуумного обезуглероживания нераскисленной стали и получения низкой концентрации углерода в задаваемых пределах, а также в снижении тепловых потерь и износа футеровки вакуумной камеры.

Это достигается тем, что во время вакуумного обезуглероживания нераскисленной стали в расплав во время вакуумирования в один или несколько приемов в качестве твердого окислителя присаживают добавки кускового флюса на основе легковосстанавливаемых окислов железа при следующем соотношении компонентов, мас.

(FeO+Fe₂O₃+ Fe₃O₄):CaO:CaF₂ 1,0:(0,4-0,29):(0,029-0,04),
обеспечивающие соотношение между кислородом в легковосстанавливаемых окислах и углеродом металла в пределах 0,5-3,0 от стехиометрически необходимого для дополнительного окисления углерода до задаваемой концентрации.

Ускорение вакуумного обезуглероживания нераскисленной стали достигается за счет интенсивного восстановления оксидов железа флюса, при пониженном давлении, углеродом металла. Присадка расчетного количества флюса на основе легковосстанавливаемых окислов железа дает возможность регулировать окисленность расплава в вакуумной камере и интенсивность вакуумного обезуглероживания, что позволяет получить содержание углерода в стали менее 0,01 в задаваемых пределах.

Низкая температура плавления (1050-1200^oС) обуславливает быстрое расплавление и усвоение присаживаемого флюса, что также способствует ускорению реакции обезуглероживания стали до низких содержаний углерода, а также сокращению тепловых потерь при вакуумировании металла. Кроме того, добавление в флюс на основе окислов железа 18-28 извести приводит к уменьшению износа футеровки вакуумной камеры.

Ограничение верхнего и нижнего пределов содержания CaO и СаF₂ в присаживаемом флюсе обусловлено получением минимальной температуры плавления флюса (не более 1200^oС). Увеличение или уменьшение концентрации CaO и (или) СаF₂ в системе FеО-Fе₂O₃-СаО-СаF₂ приводит к резкому повышению температуры плавления флюса, что отрицательно сказывается на скорости обезуглероживания и тепловых потерях при вакуумировании расплава.

Способ обработки стали осуществляют следующим образом.

Сталь выплавляют в 160-тонном кислородном конвертере, после чего нераскисленный металл следующего состава, мас.

С 0,027 0,045
Mn 0,06 0,20
S 0,005 0,025
P 0,010 0,020,
подают на установку циркуляционного вакуумирования стали.

Вакуумирование нераскисленной стали проводят в два этапа: вначале расплав обезуглероживают в основном за счет растворенного в металле кислорода при давлении в камере 26660-39990 Па (200-300 мм рт. ст.). После достижения максимума и начала снижения доли СО в отходящих газах в вакуумную камеру в один или несколько приемов присаживают добавки кускового флюса фракции 10-50 мм в количестве, обеспечивающем соотношение между кислородом в легковосстанавливаемых окислах железа и углерода металла в пределах 0,5-3,0 от стехиометрически необходимого для дополнительного окисления углерода до задаваемой концентрации (4-12 кг на 1 кг [С]). После прохождения последующего максимума выделения СО через 2-3 мин давление в камере снижают до 133-1333 Па (1-10 мм рт. ст.) и продолжают вакуумировать до получения содержания углерода в металле менее 0,01
В результате вакуумного обезуглероживания нераскисленного металла с начальным содержанием углерода 0,029 в течение 13 мин с присадкой 1,0 кг на 1 т стали флюса, предлагаемого состава, получают низкоуглеродистую сталь с содержанием углерода 0,004 Средняя скорость вакуумного обезуглероживания составляет в среднем 0,0020-0,0021 углерода в мин. Износ футеровки патрубков и камеры вакууматора не превышает обычного уровня при вакуумировании нераскисленного металла без присадки твердых окислителей в камеру.

Использование изобретения позволяет повысить выход стали с содержанием углерода менее 0,01 в задаваемых пределах на 26 повысить производительность процесса вакуумной обработки стали на 5-8 а также снизить износ футеровки на 10 Экономический эффект подсчитан в сравнении с базовым объектом, за который принят способ обработки стали, применяемый на НЛМК.

Использование: в черной металлургии, конкретнее в области внепечной обработке металла при производстве низкоуглеродистых марок стали с содержанием углерода менее 0,01 % в том числе электротехнических. Сущность: при вакуумировании нераскисленной стали с присадкой в вакуумную камеру твердого окислителя на основе окислов железа, последний используют в виде флюса в количестве, обеспечивающем соотношение между кислородом в окислах железа и углеродом металла в пределах 0,5-3,0 от стезиометрически необходимого для дополнительного окисления углерода до заданной концентрации, при следующем соотношении компонентов, мас. %: (FeO+Fe₂O₃+Fe₃O₄):CaO:CaF₂ = 1,000:(0,400-0,290): (0,029-0,040); присадку в вакуум-камеру твердого окислителя осуществляют в несколько приемов. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ обработки стали, включающий вакуумирование нераскисленной стали с присадкой в вакуумную камеру твердого окислителя на основе окислов железа, отличающийся тем, что твердый окислитель на основе окислов железа используют в виде флюса в количестве, обеспечивающем соотношение между кислородом в окислах железа и углеродом металла в пределах 0,5 3,0 от стехиометрически необходимого для дополнительного окисления углерода до заданной концентрации, при следующем соотношении компонентов, мас. (FeO + Fe₂O₃ + Fe₃O₄) CaO CaF₂ 1,000 (0,400 0,290) (0,029 - 0,040). 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что присадку в вакуумную камеру твердого окислителя осуществляют в несколько приемов.