СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТРУБНОЙ СТАЛИ Российский патент 1998 года по МПК C21C7/76 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к способу производства трубных сталей, стойких против коррозии в среде сероводорода.

Известен способ выплавки стали, предусматривающий заливку синтетического шлака в ковш, присадку легирующих и алюминия в процессе выпуска плавки, продувку металла порошкообразным силикокальцием [1]
Согласно этому способу, за 0,5-3,0 мин до начала продувки присаживают алюминий в количестве 0,1-1,0 кг/т стали на каждую тысячную процента сверх 1•10^-3% кислорода, растворенного в металле, и поддерживают в процессе продувки содержание кислорода (2-10)•10^-4% присадками раскислителей.

Недостатком этого способа является низкая степень десульфурации (14-42 отн. ) и невозможность получения стали с содержанием серы не более 0,005% несмотря на высокий расход алюминия в процессе продувки металла.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ производства трубной стали, включающий выплавку стали в сталеплавильном агрегате, выпуск расплава в ковш с отсечкой шлака, рафинирование в процессе выпуска и доводки стали на установке печь-ковш введением в расплав алюминия в виде двух порций марганецсодержащего материала, извести, плавикового шпата и продувку расплава аргоном [2]
Согласно известному способу,первую порцию алюминия в количестве 0,4-0,6 кг/т стали подают во время выпуска совместно со шлакообразующей смесью извести и плавикового шпата в соотношении 3:1 с расходом 1,6-3 кг/т стали. По окончании выпуска в струе аргона вводят марганцевый агломерат и вторую порцию алюминия, после чего подают остальное количество смеси извести и плавикового шпата, причем общий расход смеси составляет 4-6 кг/т стали. Подачу всех материалов после окончания выпуска ведут с одновременным электроподогревом.

Недостатком прототипа является значительная окисленность шлака в результате присадки марганцевого агломерата, высокий угар алюминия и как следствие повышенная загрязненность стали неметаллическими включениями, что обуславливает низкую стойкость металла против сероводородного растрескивания.

Настоящее изобретение направлено на повышение хладостойкости стали и сопротивления водородному охрупчиванию в сероводородсодержащих средах.

Для этого с способе производства трубной стали, включающем выплавку стали в сталеплавильном агрегате, выпуск расплава в ковш с отсечкой шлака, рафинирование в процессе выпуска и доводки стали не установке печь-ковш введением в расплав алюминия в виде двух порций, марганецсодержащего материала, извести, плавикового шпата и продувку расплава аргоном, согласно изобретению, осуществляют последующее модифицирование стали присадкой в расплав модифицирующей смеси, состоящей из алюминия, феррованадия и силикокальция, взятых в соотношении (1,5-3,0):(27,0-34,5):(15,0-30,0) соответственно в количестве 2,9-4,5 кг/т стали, выплавку стали осуществляют в электропечи, введение в расплав алюминия в виде двух порций, марганецсодержащего материала, извести, плавикового шпата осуществляют при перемешивании продувкой расплава аргоном, а в качестве марганецсодержащего материала используют силикомарганец, причем одну порцию алюминия, силикомарганца, извести и плавикового шпата вводят в расплав в виде рафинировочной смеси в соотношении (1,0-1,5): (15,0-22,5): (10,0-15,0): (1,0-3,0) соответственно в количестве 18-28 кг/т стали, продувку аргоном осуществляют с интенсивностью 0,05-0,35 м³/т мин на каждый 1 кг/т смеси, а другую порцию алюминия непрерывно вводят в расплав со скоростью, обеспечивающей поддержание концентрации алюминия в металле в пределах 0,010-0,030% до получения содержания серы в металле не более 0,005% после чего осуществляют модифицирование.

Сущность данного способа состоит в том, что металл обрабатывают рафинировочной смесью, состоящей из алюминия, силикомарганца, извести, плавикового шпата в соотношении (1-1,5):(15-22,5):(10-15):(1-3) в количестве 18-28 кг/т стали.

Количество смеси и соотношения материалов были установлены по результатам опытных плавок из расчета, во-первых, обеспечения достаточного уровня раскисления стали и формирования жидкоподвижного основного безжелезистого шлака необходимого условия для последующей эффективной десульфурации, во-вторых, легирования металла марганцем, в-третьих, получения легкоплавких соединений неметаллических включений, которые хорошо укрупняются и всплывают из стали.

Присадка смеси в меньших количествах приводит в росту окисленности металла, повышению угара марганца, снижению десульфурации.

Присадка смеси в больших количествах не обеспечивает получение необходимого содержания марганца в стали.

Меньше чем 1 доля алюминия при присадке в ковш не обеспечивает необходимой степени раскисленности стали для существенного удаления серы из металла, а больше чем 1,5 доля алюминия нецелесообразна из-за его перехода без улучшения технико-экономических показателей.

Количество доли силикомарганца менее 15 недостаточно глубокого раскисляет металл, что ухудшает условия десульфурации стали и не обеспечивает образования легкоплавких соединений неметаллических включений. Увеличение доли силикомарганца более 22,5 не обеспечивает получение точного химического состава стали.

Снижение доли извести в смеси менее 10 не позволяет получить шлак необходимой основности, что ухудшает десульфурацию стали, а увеличение доли извести более 15 приводит к образованию вязких шлаков и требует применения большого количества разжижителей, что неэкономично.

Содержание доли плавикового шпата менее 1 не разжижает образующийся шлак до технологически необходимой жидкоподвижности, а более 3 экономически и технологически неоправдано.

Продувка металла аргоном с интенсивностью 0,05-0,35 м³/т•мин на каждые 1 кг/т смеси способствует более полному и интенсивному протеканию массообменных процессов. Снижение интенсивности продувки менее 0,05 м³/т•мин на каждые 1 кг/т смеси не обеспечивает необходимую интенсивность перемешивания расплава. В связи с этим процессы раскисления и десульфурации металла замедляются и не протекают достаточно полно. Увеличение интенсивности продувки более 0,35 м³т•мин на каждые 1 кг/т смеси приводит к перерасходу аргона без улучшения технологических показателей.

В ходе внепечной обработки поддерживают содержание алюминия в металле в пределах 0,010-0,030% При меньшем содержании алюминия ухудшается десульфурация стали, при большем увеличивается его расход без повышения эффективности десульфурации.

Модифицирование стали производят путем присадки смеси в количестве 2,9-4,5 кг/т при достижении концентрации серы в металле не более 0,005% В состав смеси входят алюминий, феррованадий, силикокальций в отношении (1,5-3): (27-34,5): (15-30). Присадка смеси при большем содержании серы в металле снижает эффективность обработки металла кальцием.

Присадка ванадия обеспечивает упрощение карбонитридными частицами, что повышает сопротивление стали хрупкому разрушению и водородному охрупчиванию. Присадкой силикокальция достигается глобуляризация сульфидных неметаллических включений, что обеспечивает высокое сопротивление стали сероводородному растрескиванию. Путем совместной присадки феррованадия и силикокальция с алюминием достигается высокий уровень усвоения ванадия и кальция.

Присадка смеси в меньших количествах не обеспечивает получение требуемых содержаний ванадия и кальция, что снижает стойкость стали против разрушения в среде сероводорода.

Увеличение количества смеси более 4,5 кг/т приводит к ее перерасходу (в первую очередь к перерасходу феррованадия) и может привести к превышению допустимого содержания ванадия в стали, что ухудшает механические свойства стали.

Присадка меньшего количества алюминия не позволяет качественно раскислить металл, что приводит к повышенному угару кальция и ванадия. Повышение доли алюминия отрицательно сказывается на себестоимости стали вследствие перерасхода алюминия без улучшения технологических показателей.

присадка меньшего количества феррованадия не обеспечивает получение требуемого содержания ванадия, что снижает стойкость стали против водородного охрупчивания. Увеличение доли феррованадия более 34,5 приводит к снижению ударной вязкости стали.

Присадка меньшего количества силикокальция не обеспечивает формирование сульфидов округлой формы, что снижает сопротивление стали сероводородному растрескиванию. Увеличение доли силикокальция более 30 ведет к его перерасходу без улучшения технико-экономических показателей.

Пример. Выплавляли сталь марки 13ГФА. После расплавления шихты, проведения окислительного периода и нагрева металла плавку выпускали в ковш, оборудованный двумя пористыми пробками для продувки аргоном. Металл выпускали в ковш без печного шлака. В ковш на выпуске присаживали смесь, содержащую мас. 3,96 алюминия, 54,88 силикомарганца, 36,9 извести, 4,57 плавикового шпата (соотношение компонентов 1,3: 18:12:1,5). Расход смеси составил 21,87 кг/т стали. Во время рафинирования металла на установке печь-ковш осуществляли продувку аргоном с расходом 30 м³/ч (0,152 м³/т•мин на каждые 1 кг/т смеси). Концентрация алюминия в металле в пределах 0,010-0,030% поддерживали путем введения алюминиевой проволоки с помощью трайбаппарата. По достижении содержания серы в металле 0,003 мас. осуществили присадку смеси, содержащей,мас% 4,35 алюминия, 52,17 феррованадия, 43,48 силикокальция (соотношение компонентов 2,5: 30:25). Расход смеси составил 3,83 кг/т стали. В результате в готовом металле получили,мас. углерод 0,13, кремний 0,21, марганец 1,1, ванадий 0,08, фосфор 0,008, сера 0,003, алюминий 0,035. Полученную стали разливали на УНРС.

В табл. 1-3 приведены отдельные результаты опытных плавок, позволяющие более полно обосновать заявленные технологические режимы обработки стали.

Трубы, изготовленные из непрерывнолитой заготовки стали марки 13ГФА, выплавленной в соответствии с данным способом, обладают высоким сопротивление хрупкому разрушению и стойкостью против сероводородного растрескивания, что способствует увеличению срока нефте- и газотрубопроводов, кроме того, получение стали по данной технологии с указанным содержанием серы позволяет использовать экономно-легированные стали для производства труб ответственного назначения. Ударная вязкость металла в термообработанном состоянии составляет 270-344 Дж/см².

Использование: черная металлургия, а именно при производстве трубных сталей, стойких против коррозии в среде сероводорода. Сущность: способ включает выплавку стали в электропечи, выпуск расплава в ковш с отсечкой шлака, рафинирование в процессе выпуска и доводки стали на установке печь-ковш введением в расплав алюминия в виде двух порций силикомарганца, извести, плавикового шпата, при перемешивании расплава продувкой аргоном, последующее модифицирование присадкой в расплав модифицирующей смеси, состоящей из алюминия, феррованадия и силикокальция, взятых в соотношении (1,5-3,0): (27,0-34,5): (15-30,0) в количестве 2,9-4,5 кг/т стали, при этом введение в расплав одной порции алюминия, силикомарганца, извести и плавикового шпата осуществляют в виде рафинировочной смеси в соотношении (1,0-1,5): (15,0-22,5): (1,0-3,0) соответственно, в количестве 18-28 кг/т стали, продувку аргоном осуществляют с интенсивностью 0,05-0,35 м³/т мин на каждый 1 кг/т смеси, другую порцию алюминия непрерывно вводят в расплав со скоростью, обеспечивающей поддержание концентрации алюминия в металле в пределах 0,010-0,030% до получения содержания серы в металле не более 0,005%, после чего осуществляют модифицирование. 3 табл.

Способ производства трубной стали, включающий выплавку стали в сталеплавильном агрегате, выпуск расплава в ковш с отсечкой шлака, рафинирование в процессе выпуска и доводки стали на установке печь-ковш введением в расплав алюминия в виде двух порций, марганецсодержащего материала, извести, плавикового шпата и продувку расплава аргоном, отличающийся тем, что осуществляют последующее модифицирование стали присадкой в расплав модифицирующей смеси, состоящей из алюминия, феррованадия и силикокальция, взятых в соотношении 1,5 3,0 27,0 34,5 15,0 30,0 соответственно, в количестве 2,9 4,5 кг/т стали, выплавку стали осуществляют в электропечи, введение в расплав алюминия в виде двух порций, марганецсодержащего материала, извести, плавикового шпата осуществляют при перемешивании продувкой расплава аргоном, а в качестве марганецсодержащего материала используют силикомарганец, причем одну порцию алюминия, силикомарганца, извести и плавикового шпата вводят в расплав в виде рафинировочной смеси в соотношении 1,0 1,5 15,0 22,5 10,0 15,0 1,0 3,0 соответственно, в количестве 18 28 кг/т стали, продувку аргоном осуществляют с интенсивностью 0,05 0,35 м³/т • мин на каждый 1 кг/т смеси, а другую порцию алюминия непрерывно вводят в расплав со скоростью, обеспечивающей поддержание концентрации алюминия в металле в пределах 0,010 - 0,30% до получения содержания серы в металле не более 0,005% после чего осуществляют модифицирование.