СПОСОБ ПОТОЧНОГО ВАКУУМИРОВАНИЯ СТАЛИ С ОСОБОНИЗКИМ СОДЕРЖАНИЕМ УГЛЕРОДА ПРИ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКЕ Российский патент 1997 года по МПК B22D11/10 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к непрерывной разливке стали.

Наиболее близким по технической сущности является способ поточного вакуумирования стали с особонизким содержанием углерода при непрерывной разливке, включающий выплавку стали в конвертере, продувку стали нейтральным газом и ее раскисление в разливочном ковше, подачу стали из разливочного ковша в вакуумкамеру, создание в ней необходимого по технологии остаточного давления, обработку стали в вакуумкамере, ее подачу в промежуточный ковш через патрубок, разделение промежуточного ковша поперечными перегородками на среднюю и крайние зоны, подачу стали в среднюю зону промежуточного ковша, раскисление и легирование стали в средней зоне алюминием, подачу в крайние зоны инертного газа через пористые пробки, подачу на мениск металла в промежуточном ковше и в кристаллизаторах шлаковой смеси, а также микролегирование стали в промежуточном ковше посредством ввода добавок, подачу металла из промежуточного ковша в кристаллизаторы и вытягивание из них слитков. При этом при выпуске стали из конвертера устанавливают содержание углерода в ней в пределах 0,020-0,040% раскисляют сталь в разливочном ковше до содержания в ней остаточного кислорода в пределах 0,030-0,050% процесс поточного вакуумирования производят при остаточном давлении в пределах 0,5-5,0 кПа, подают инертный газ в крайние зоны промежуточного ковша с расходом в пределах 1-3 м³/ч, а также подают шлаковую смесь с содержанием углерода в пределах 0,1-5,0% на мениск металла в промежуточном ковше с расходом 0,3-0,7 кг/т и на мениск металла в кристаллизаторах с расходом 0,5-1,2 кг/т стали (см. патент РФ N 2031755, кл. B 22 D 11/00, 1995).

Недостатком известного способа является невозможность получения стали с особонизким содержанием углерода в пределах 0,001-0,01% Это объясняется тем, что при малом содержании углерода в стали образуется малое количество пузырьков оксида углерода CO. При этом происходит недостаточное развитие межфазной поверхности в каплях стали в процессе поточного вакуумирования в вакуумкамере, образование недостаточного количества пузырьков оксида углерода CO, на которых происходит реакция обезуглероживания разливаемой стали. При этом реакция обезуглероживания замедляется из-за недостаточного развития зоны выделения пузырьков CO и площади реакционной поверхности.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в получении стали с особонизким содержанием углерода в пределах 0,001-0,01%
Указанный технический эффект достигают тем, что способ поточного вакуумирования стали с особонизким содержанием углерода при непрерывной разливке включает выплавку стали в конвертере, продувку стали нейтральным газом и ее раскисление в разливочном ковше, подачу стали из разливочного ковша в вакуумкамеру, создание в ней необходимого по технологии остаточного давления, обработку стали в вауумкамере, ее подачу в промежуточный ковш через патрубок, разделение промежуточного ковша поперечными перегородками на среднюю и крайние зоны, подачу стали в среднюю зону промежуточного ковша, раскисление и легирование стали в средней зоне алюминием, подачу в крайние зоны инертного газа через пористые пробки, подачу на мениск металла в промежуточном ковше и в кристаллизаторах шлаковой смеси, а также микролегирование стали в промежуточном ковше посредством ввода добавок, подачу металла из промежуточного ковша в кристаллизаторы и вытягивание из них слитков.

Перед началом процесса поточного вакуумирования производят насыщение стали азотом в пределах 0,01-0,05% При этом сталь продувают в конвертере с комбинированной продувкой через донные фурмы азотом с расходом 0,04-0,15 м³/т•мин, перед вакуумированием в сталь вводят азотированный марганец с расходом в пределах 1-3 кг/т стали, при выпуске стали из конвертера в нее вводят карбомид CO(NH₂)₂ с расходом в пределах 0,2-2,0 кг/т стали.

Получение стали с особонизким содержанием углерода в пределах 0,001-0,01% будет происходить вследствие интенсивного выделения пузырьков азота, что увеличивает площадь межфазной поверхности, приводит к интенсификации реакции обезуглероживания стали, при этом происходит дробление струи разливаемой стали на более мелкие капли.

Диапазон насыщения стали азотом в пределах 0,01-0,05% объясняется физико-химическими закономерностями растворения и выделения пузырьков азота в процессе поточного вакуумирования стали. При меньших значениях не будет обеспечиваться необходимая интенсивность выделения азота из стали. При больших значениях будет происходить перерасход азота без дальнейшего снижения содержания углеродов в стали.

Указанный диапазон устанавливают в обратной зависимости от величины необходимого содержания углерода в стали после вакуумирования.

Диапазон значений расхода газообразного азота при его продувке в конвертере в пределах 0,04-0,15 м³/т•мин объясняется физико-химическими закономерностями растворения азота в стали. При меньших значениях не будет происходить увеличение интенсивности вакуумного обезуглероживания стали в процессе поточного вакуумирования. При больших значениях будет происходить перерасход азота без дальнейшего снижения содержания углерода в стали.

Указанный диапазон устанавливают в обратной зависимости от величины необходимого содержания углерода в стали после вакуумирования.

Диапазон значений расхода вводимого азотированного марганца в пределах 1-3 кг/т стали объясняется физико-химическими закономерностями растворения азота в стали и его выделения в виде пузырьков в процессе вакуумирования. При меньших значениях не будет происходить увеличения интенсивности вакуумного обезуглероживания стали в процессе поточного вакуумирования. При больших значениях будет происходить перерасход азотированного марганца без дальнейшего снижения содержания углерода в стали.

Указанный диапазон устанавливают в обратной зависимости от величины необходимого содержания углерода в стали после вакуумирования.

Диапазон значений расхода карбомида в пределах 0,2-2,0 кг/т стали объясняется физико-химическими закономерностями его растворения в стали и разложения на CO, N₂ и H₂. При меньших значениях не будет обеспечиваться необходимая интенсивность вакуумного обезуглероживания. При больших значениях будет происходить перерасход карбомида без дальнейшего снижения содержания углерода в стали.

Указанный диапазон устанавливают в обратной зависимости от величины необходимого содержания углерода в стали после вакуумирования.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого способа с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретательский уровень.

Ниже дан вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения.

Способ поточного вакуумирования стали с особонизким содержанием углерода при непрерывной разливке осуществляют следующим образом.

Пример. В конвертере емкостью 300 т выплавляют автолистовую сталь типа IF без атомов внедрения с содержанием Si≅0,02% Mn=0,1-0,2% S≅0,015% P≅0,015% N≅0,0060% Температура металла в конвертере перед выпуском составляет 1660-1690^oC. После выпуска металла из конвертера в сталеразливочный ковш емкостью 300 т сталь раскисляют посредством ввода алюминиевой проволоки. При этом содержание остаточного кислорода в стали после раскисления устанавливают в пределах 0,030-0,050% в прямой зависимости от содержания углерода в стали. Также после выпуска сталь в ковше подвергают продувке аргоном с объемным расходом газа не менее 30 м³/ч и с давлением не менее 8 кг/см². Температура металла в ковше после продувки аргоном и раскисления составляет 1600-1620^oC. После операции продувки и раскисления сталь подвергают процессу поточного вакуумирования.

В процессе поточного вакуумирования металл из разливочного ковша подают в вакуумкамеру и создают в ней остаточное давление в пределах 0,3-2,0 кПа. Сталь обрабатывают в вакуумкамере, подают металл в промежуточный ковш из вакуумкамеры через патрубок, установленный в ее днище и далее в кристаллизаторы через удлиненные разливочные стаканы под уровень металла, из которых вытягивают слитки сечением 250 х 1600 мм со скоростью 0,8-1,2 м/мин.

Металл из вакуумкамеры подают в среднюю зону в промежуточном ковше, разделенном поперечными перегородками на три зоны. Разливочные стаканы устанавливают в крайних зонах. Поперечные перегородки ограничивают объем металла в средней зоне, где происходит интенсивное перемешивание металла под действием подводимой струи металла из патрубка вакуумкамеры. Через щели, выполненные между днищем промежуточного ковша и нижним торцом перегородок, металл перетекает в крайние зоны. В этих зонах всплывают неметаллические включения к мениску металла в промежуточном ковше, где ассимилируются шлаковой смесью.

В среднюю зону промежуточного ковша симметрично от патрубка подают раскислитель в виде алюминиевой проволоки с расходом массовых долей в пределах 0,04-0,06% В этих условиях происходит удаление оставшегося в стали кислорода после ее углеродного раскисления в вакуумкамере, а также обеспечиваются нестареющие свойства прокатанной металлопродукции, например сохранение механических свойств. Расход алюминиевой проволоки устанавливают в прямой зависимости от содержания азота в стали.

В мениск металла в промежуточном ковше и в кристаллизаторах подают шлаковую смесь с содержанием углерода в пределах 0,1-0,5% в обратной зависимости от температуры разливаемого металла. Расходы смеси в промежуточный ковш и кристаллизаторы устанавливают соответственно в пределах 0,3-0,7 кг/т и 0,5-1,2 кг/т разливаемой стали. Шлаковую смесь подают следующего состава, мас. шлакопортландцемент 30-32, графит литейный (аморфный) 0,5-6,0, плавиковый шпат 33-36, нефелиновый концентрат 19-22, силикатная глыба 5-8. В крайних зонах промежуточного ковша на участках между разливочными стаканами и поперечными вертикальными перегородками через пористые пробки, установленные в днище промежуточного ковша, подают инертный газ с расходом в пределах 1-3 м³/ч через каждую пористую пробку. Сталь с температурой 1550-1570^oC подают из промежуточного ковша емкостью 30 т в два кристаллизатора, из которых вытягивают слитки.

Перед началом процесса поточного вакуумирования производят насыщение стали азотом в пределах 0,01-0,05% Насыщение стали азотом производят по одному из трех вариантов или по их различному сочетанию.

В первом варианте сталь продувают в конвертере с комбинированной продувкой через донные фурмы газообразным азотом с расходом в пределах 0,04-0,15 м³/т•мин.

Во втором варианте перед началом процесса поточного вакуумирования в сталь вводят кусковой азитированный марганец с расходом в пределах 1-3 кг/т стали.

В третьем варианте при выпуске стали из конвертера в ковш вводят карбомид CO(NH₂)₂ с расходом в пределах 0,2-2,0 кг/т стали. При этом при нагреве карбомид разлагается на CO, N₂ и H₂.

При насыщении стали азотом в процессе ее вакуумирования интенсивно выделяются пузыри азота, что приводит к увеличению межфазной реакционной поверхности. В этих условиях интенсифицируется процесс обезуглероживания разливаемой стали.

В таблице приведены примеры осуществления способа с различными технологическими параметрами.

В первом примере вследствие большого содержания азота в стали происходит перерасход газообразного азота, азотированного марганца и карбомида без дальнейшего снижения содержания углерода в стали.

В пятом примере вследствие малого содержания азота в стали не достигается необходимого низкого содержания углерода в стали.

В шестом примере, прототипе, вследствие отсутствия подачи азота в сталь в необходимых количествах не обеспечивается необходимое низкое содержание углерода в стали.

В оптимальных примерах 2-4 вследствие присутствия в стали азота в необходимых количествах обеспечивается необходимое низкое содержание углерода в стали.

Применение способа позволяет обеспечить получение стали с особонизким содержанием углерода в пределах 0,001-0,01%

Использование: металлургия, конкретнее непрерывная разливка стали. Сущность: для получения стали с особонизким содержанием углерода в пределах 0,001-0,01% в процессе непрерывной разливки пред началом поточного вакуумирования производят насыщение стали азотом в пределах 0,01-0,05%. При этом сталь продувают в конвертере с комбинированной продувкой через донные фурмы азотом с расходом 0,04-0,15 м³/т•мин или перед вакуумированием в сталь вводят азотированный марганец с расходом 1-3 кг/т стали, или при выпуске стали из конвертера в нее вводят карбомид CO(NH₂)₂ с расходом в пределах 0,2-2,0 кг/т стали. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ поточного вакуумирования стали с особонизким содержанием углерода при непрерывной разливке, включающий выплавку стали в конвертере, продувку стали нейтральным газом и ее раскисление в разливочном ковше, подачу стали из разливочного ковша в вакуумную камеру, создание в ней остаточного давления, обработку стали в вакуумной камере, ее подачу в промежуточный ковш через патрубок, разделение промежуточного ковша поперечными перегородками на среднюю и крайние зоны, подачу стали в среднюю зону промежуточного ковша, подачу в крайние зоны инертного газа через пористые пробки, подачу на мениск металла в промежуточном ковше и в кристаллизаторах шлаковой смеси и микролегирование стали в промежуточном ковше посредством ввода добавок, отличающийся тем, что перед подачей стали в вакуумную камеру осуществляют насыщение ее азотом в пределах 0,01 0,05%
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что насыщение стали азотом осуществляют продувкой ее в конвертере через донные фурмы азотом с расходом 0,04 0,15 м³/(т•мин). 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что насыщение стали азотом осуществляют введением в нее азотированного марганца с расходом в пределах 1 - 3 кг/т стали. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что насыщение стали азотом осуществляют при ее выпуске из конвертера введением карбамида CO(NH₂)₂ с расходом в пределах 0,2 2,0 кг/т стали.