СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ Российский патент 1997 года по МПК C21C7/00 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при выплавке легированных сталей.

Известен способ легирования стали марганцем путем введения в ковш марганцевой руды и алюминия и последующего перемешивания стали со шлаком /1/.

Недостатками способа являются:
высокая термодинамическая прочность и низкая химическая активность оксидов марганца в марганцевой руды в виде двухвалентного марганца в силитах и алюмосиликатах;
использование для восстановления марганца алюминия, который восстанавливают не только марганец алюминия, который восстанавливает не только марганец, но и кремний из оксидов, и расход его не превышает стехиометрически необходимый на восстановление марганца;
продуктом восстановления в шлаке являются алюминаты марганца в металл;
в металле образуются неметаллические включения шпинольного типа x. MnO, Al₂O₃, которые плохо удаляются вследствие высокой работы адгезии (W_адг) на границе жидкий металл неметаллическое включение;
повышается общее содержание алюминия в стали.

Наиболее близким по технической сущности является способ легирования стали марганцем, включающий выплавку, выпуск металла в ковш, подачу легирующих и продувку металла инертным газом, при этом после выпуска металла в ковш на поверхность расплава дают малофосфористый марганцесодержащий шлак ферросплавного производства, восстановитель и известь в количестве, обеспечивающем основность шлака 2,0 3,5. На поверхность ковша подают кислород в течение 3 30 с. /2/.

Малофосфористый марганецсодержащий шлак содержит значительно меньше фосфора по сравнению с марганцевыми рудами или их концентратами, но содержит высокое содержание кремнезема (23 35%). Марганец в малофосфористом шлаке находится в виде химически прочного соединения MnSiO₃ родонита. Добавка извести способствует разрушению химических связей в силикате марганца, его восстановлению алюминием или кремнием и образованию в шлаке силикатов кальция.

Недостатком способа является то, что для ускорения расплавления смеси ее необходимо продувать кислородом, в результате чего происходит разрушение химических связей в минералах, выделяется дополнительное тепло экзометрических реакций окисления восстановителя. В шлаке наряду с Ca₂SiO₄ образуется Ca₃SiO₅повышается его температура плавления и снижается извлечение марганца вследствие его растворения в Ca₃SiO₅.

Недостатком известного способа является то, что известь дается в количестве, обеспечивающем основность шлака 2 3,5, и на поверхность металла подают кислород в течение 3 30 с. При указанном расходе извести в смеси с марганецсодержащем шлаком до восстановления марганца образуются наряду с силикатами кальция прочные твердые растворы (Ca, MnO) с высокой температурой плавления более 1400^oC, а также свободная известь. Смесь имеет большой интервал плавления ликвидус-солидус.

Изобретение направлено на снижение расхода материалов, повышение извлечения марганца и повышение его содержание в стали, а также повышения качества стали за счет снижения глинозема.

Для этого в известном способе производства стали, включающем ее выплавку в сталеплавильном агрегате, раскисление, легирование и обработку шлаком, в жидкий металл, содержащий восстановители: кремний и алюминий, вводят оксидную смесь, содержащую оксиды марганца и кальция при их соотношении CaO/Mn_XO_y 0,6: 1,2 и выдерживают его в ковше под шлаком с основностью CaO/SiO₂= 0,7 1,8, образующимся после восстановления марганца кремнием и алюминием, растворенным в металле.

Для легирования стали применяют марганцевую руду, в которой марганец находится не в виде оксидов двухвалентного марганца, а в виде оксидов трех или четырехвалентного марганца, благодаря чему она имеет низкую температуру плавления, а в образующемся исходном оксидном расплаве высокую химическую активность кислорода (d₀2^-). Это достигается также потому, что руду (и/или ее концентрат) смешивают с известью при соотношении оксидов CaO/(Mn₂O₃ + MnO₂)= 0,6:1,2, обеспечивающем наиболее низкую температуру плавления, присаживают в печь перед выпуском или в ковш, во время выпуска, восстанавливают кремнием с образованием шлака, имеющего основность CaO/SiO₂=0,70:1,80, и выдерживают сталь под шлаком в ковше. Восстановление металла кремнием обеспечивает снижение содержания остаточного алюминия и получение глобулярных включений, которые легко удаляются из стали и ассимилируются шлаком на основе силикатов кальция.

Шлак с основностью 0,7 1,8 обладает низкой температурой плавления и вязкостью и наряду с удалением неметаллических включений позволяет также снизить содержание серы в металле.

Соотношение оксидов марганца и оксидов кальция в исходной смеси обусловлено тем, что в указанном соотношении при использовании руды и концентрата с различным содержанием кремнезема оксиды марганца находятся в виде Mn₂O₃ и MnO₂ и смесь имеет наиболее низкую температуру плавления. При отношении CaO/Mn_XO_y менее 0,6 температура плавления возрастает за счет образования оксидов двухвалентного марганца и твердых растворов (Ca, Mn)O и шпинелей типа (Ca, Mn)Mn₂O₃ при отношении CaO/Mn_XO_y более 1,2 за счет свободной извести CaO.

Пример 1. В дуговой электропечи была произведена плавка железоуглеродистого продукта с раскислением и легированием. Жидкий металл, содержащий восстановители: кремний и алюминий, вылили в ковш при температуре 1700^oC без шлака, во время выпуска одновременно в ковш ввели смесь марганцевой руды (Mn 48,0% SiO₂ 3,5% Fe 3,4% CaO 1,5% Al₂O₃ 2,5% P 0,05%), и извести (CaO 90%) при соотношении CaO/Mn_XO_y=0,6 и ферросилиций ФС-65. После выдержки получили металл с содержанием марганца 0,7% с учетом извлечения остаточного марганца из железоуглеродистого полупродукта при выпуске его из печи 100% и шлак с основностью CaO/SiO₂ 0,7% Получили в ковше сталь химсостава, C 0,3; Mn 0,7; Si 0,2; Al 0,001; S 0,015.

Пример 2. В мартеновской печи была проведена плавка железоуглеродистого продукта с раскислением и легированием. Жидкий металл, содержащий восстановители: кремний и алюминий, вылили в ковш при температуре 1650^oC, одновременно ввели смесь марганцевой руды указанного в примере 1 состава и извести при соотношении 1:1. После выдержки марганец восстанавливался кремнием, растворенном в жидком металле. После восстановления марганца получили металл с содержанием марганца 1,0% и шлак с основностью CaO/SiO₂=1,4.

Извлечение марганца из оксидной смеси было 93%
Получили состав смеси, C 0,35; Mn 1,0; Si 0,32; Al 0,002; S - 0,020.

Пример 3. В дуговой электропечи была произведена плавка железоуглеродистого продукта с раскислением и легированием. Жидкий металл, содержащий восстановители: кремний и алюминий, вылили в ковш при температуре 1670^oC без шлака. Во время выпуска одновременно в ковш ввели в смесь марганцевой руды и извести при отношении CaO/Mn_XO_y= 1,8 и ферросилиций ФС-65 и выдержали под шлаком в ковше, образовавшимся после восстановления марганца с основностью CaO/SiO₂=1,8.

Получили состав стали, C 0,32; Mn 1,08; Si 0,28; Al 0,0025; S - 0,012.

Отношение CaO/Mn_XO_y от 0,6 до 1,2 дает минимальную температуру плавления, поэтому выход за эти пределы увеличивает затрата тепловой энергии.

При отношении CaO/SiO₂ меньше 0,7 меньше не обеспечивается увеличение марганца, а при отношении CaO/SiO₂ больше 1,8 образуется гомогенный состав шлака.

Предложенный способ выплавки стали по сравнению с известным позволяет сократить расход марганецсодержащего сырья, извести, восстановителя на единицу восстанавливаемого марганца, соответственно сократить кратность шлака, повысить извлечение марганца в металл, снизить содержание глиноземистых включений.

Способ позволяет также без дополнительных затрат тепловой энергии повысить содержание марганца в стали и расширить сортамент сталей, содержащих марганец, которые можно выплавлять предложенным способом.

Использование: черная металлургия, в частности при выплавке стали. Сущность: способ производства стали включает выплавку металла в сталеплавильном агрегате, раскисление, легирование, получение жидкого металла, содержащего восстановители кремний и алюминий, введение в жидкий металл оксидной смеси, содержащей оксиды марганца и кальция при их отношении CaO/Mn_xO_y 0,6 - 1,2, выдерживание жидкого металла в ковше под шлаком с основностью CaO/SiO₂ 0,7 - 1,8, образующемся после восстановления марганца кремнием и алюминием, растворенным в металле. 1 з. п. ф-лы.

1. Способ производства стали, включающий выплавку металла в сталеплавильном агрегате, раскисление, легирование, получение жидкого металла, содержащего восстановители кремний и алюминий, введение в жидкий металл оксидов марганца и кальция, обработку жидкого металла в ковше шлаком, образующимся после восстановления марганца кремнием и алюминием, растворенным в металле, отличающийся тем, что оксиды марганца и кальция вводят в жидкий металл в виде оксидной смеси при их соотношении CaO/Mn_xO_y 0,6 1,2, а обработку шлаком осуществляют выдержкой жидкого металла под шлаком с основностью CaO/SiO₂ 0,7 1,8. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что с оксидной смесью в жидкий металл дополнительно вводят восстановитель, содержащий кремний.