СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ В КОВШЕ МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ ФЕРРОМАРГАНЦЕМ Российский патент 1998 года по МПК C21C7/00 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к выплавке стали в конвертере и ее обработке в ковше.

Наиболее близким по технической сущности является способ легирования в ковше малоуглеродистой стали ферромарганцем, включающий выплавку стали в конвертере, слив ее в ковш, последующую обработку в ковше. При этом металл в ковше продувают нейтральным газом через погружную фурму и одновременно подают в ковш раскислитель в виде алюминиевой проволоки, а затем легируют сталь посредством подачи в ковш ферромарганца.

Недостатком известного способа является невозможность получения малоуглеродистой стали в условиях ее легирования ферромарганцем с различным содержанием углерода в нем. Это объясняется тем что в известном способе раскисление стали алюминием производят перед вводом в металл ферромарганца. В этих условиях в стали образуется большое количество неметаллических включений, превосходящее допустимые значения, которые остаются в стали. При последующем вводе в уже раскисленную сталь ферромарганца весь углерод, находящийся в стали углерода и к невозможности получения малоуглеродистых сталей с содержанием углерода в пределах 0,02 - 0,1%.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в получении малоуглеродистой стали в условиях ее легирования ферромарганцем с различным содержанием в нем углерода.

Указанный технический эффект достигается тем, что способ легирования в ковше малоуглеродистой стали ферромарганцем включает продувку металла нейтральным газом, подачу в металл алюминия и ферромарганца, определение химического состава металла.

Продувку нейтральным газом производят с расходом 0,015 - 0,4 м³/ч•т, в процессе которой в ковш вводят ферромарганец 2 - 4 порциями с интервалом 0,1 - 3,0 мин. Первую порцию ферромарганца устанавливают в количестве 20 - 80% от общего его расхода, который определяют по зависимости:
M = (0,001 - 0,01) • A • C • Q/B.

где
M - общий расход ферромарганца, кг;
A - содержание марганца в ферромарганце, мас.%;
B - содержание углерода в ферромарганце, мас.%;
C - необходимое содержание углерода в готовой стали, мас.%;
Q - масса стали в ковше, кг;
(0,001 - 0,01) - эмпирический коэффициент, характеризующий интенсивность углеродного раскисления стали, 1/%.

После ввода последней порции ферромарганца продувку металла нейтральным газом прекращают через 0,1 - 3,0 мин и вводят в ковш алюминий с расходом 1 - 3 кг/т.

Оставшийся расход ферромарганца после ввода его первой порции вводят 1 - 3 дополнительными порциями с последовательно уменьшающимися расходами, каждая из которых определяется по зависимости:
q_m = K • (M - N)/m
где
q_m - общий расход ферромарганца в каждой порции, кг;
N - расход ферромарганца в I-й порции, кг;
m - число порций ввода ферромарганца сверх I-й порции;
m = 1, 2 или 3 в прямой зависимости от значения M;
M - общий расход ферромарганца, кг;
K - эмпирический коэффициент, учитывающий уменьшение количества вводимого ферромарганца в каждой порции, безразмерный и равный 1 при m = 1; 1,5 и 0,5 при m = 2 и 1,5, 1,0 и 0,5 при m = 3.

Получение малоуглеродистой стали будет обеспечиваться за счет ввода в сталь в процессе ее продувки нейтральным газом ферромарганца несколькими порциями с временными интервалами между ними и последующего раскисления стали алюминием. В этих условиях происходит углеродное раскисление стали за счет углерода, содержащегося в ферромарганце. При этом в период временных интервалов между очередными порциями вводимого ферромарганца происходит интенсивное удаление из стали окиси углерода за счет реакции окисления углерода, находящегося в ферромарганце, кислородом, содержащимся в стали. Кроме того, интенсивному удалению пузырьков окиси углерода способствует продувка стали нейтральным газом, что снижает парциальное давление CO. При последующем вводе в сталь алюминий в основном расходуется на легирование стали с образованием минимального количества неметаллических включений, так как сталь уже была подвержена углеродному раскислению благодаря предыдущему вводу в нее углеродного ферромарганца. Порционный ввод в нераскисленную сталь ферромарганца устраняет науглероживание, а также вспенивание стали и ее выбросы из ковша.

Диапазон значений расхода нейтрального газа в пределах 0,015 - 0,4 нм³/т•ч объясняется газофизическими закономерностями удаления пузырьков окиси углерода из стали в ковше. При меньших значениях не будет обеспечиваться необходимая интенсивность удаления окиси углерода из стали. При больших значениях будет происходить перерасход нейтрального газа без дальнейшего увеличения интенсивности удаления окиси углерода, а также будет происходить переохлаждение стали.

Указанный диапазон устанавливают в прямой зависимости от содержания углерода в ферромарганце.

Диапазон числа порций ввода ферромарганца в пределах 2 - 4 объясняется физико-химическими закономерностями взаимодействия углерода в ферромарганце и кислорода, содержащегося в жидкой стали. При подаче всей массы ферромарганца одной порцией будет происходить частичное науглероживание, а также вспенивание стали и будут происходить ее выплески из ковша. При больших величинах будет происходить увеличение времени обработки стали.

Указанный диапазон устанавливают в прямой зависимости от массы вводимого в сталь ферромарганца.

Диапазон величины интервала времени между порциями ввода ферромарганца в пределах 0,1 - 3,0 мин объясняется физико-химическими закономерностями образования и удаления окиси углерода из стали. При меньших значениях не будет происходить удаление из стали образовавшейся окиси углерода после ввода очередной порции ферромарганца. При больших значениях будет происходить увеличение времени обработки стали.

Указанный диапазон устанавливают в прямой зависимости от массы стали в ковше.

Диапазон значений массы ферромарганца, вводимого в первой порции, в пределах 20 - 80% от общей массы объясняется физико-химическими закономерностями углеродного раскисления стали, образования и удаления пузырьков окиси углерода из металла. При меньших значениях необходимо увеличивать число последующих порций вводимого ферромарганца. При больших значениях возможно нежелательное вспенивание стали и ее выбросы из ковша, а также науглероживание стали.

Указанный диапазон устанавливают в обратной зависимости от общей массы вводимого ферромарганца.

Диапазон значений эмпирического коэффициента в пределах 0,001 - 0,01 объясняется физико-химическими закономерностями усвоения сталью ферромарганца и ее углеродного раскисления. При меньших значениях не будет происходить углеродного раскисления стали с необходимой интенсивностью и достижения необходимого содержания марганца в готовой стали. При больших значениях содержание углерода и марганца в готовой стали будет превосходить допустимые значения.

Указанный диапазон устанавливают в прямой зависимости от массы стали в ковше.

Диапазон значений расхода алюминия в пределах 1 - 3 кг/т расплава объясняется физико-химическими закономерностями связывания активности кислорода и гидродинамическими закономерностями всплывания неметаллических включений. При меньших значениях не будет обеспечиваться легирование стали алюминием в необходимых пределах. При больших значениях в стали будет образовываться значительное количество неметаллических включений, превосходящее допустимые пределы.

Указанный диапазон устанавливают в обратной зависимости от содержания марганца в ферромарганце.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствии 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 легирования в ковше малоуглеродистой стали ферромарганцем осуществляют следующим образом.

Пример. После выплавки стали марки 08Ю в конвертере ее сливают в ковш, который перемещают сталевозом на установке доводки металла, где подвергают сталь продувке нейтральным газом аргоном, раскислению и легированию. Сталь в ковше перед обработкой имела следующий химсостава, мас.%: C = 0,03 - 0,6; Mn = 0,05 - 0,15; Al = 0,0001. После обработки готовая смесь должна иметь следующий химсостав, мас. %: C = 0,03 - 0,1; Mn = 0,15 - 0,30; Al = 0,0,25 - 0,070.

Продувку нейтральным газом производят с расходом 0,015 - 0,4 м³/т•ч, в процессе которой в ковш вводят ферромарганец 2 - 4 порциями с интервалом 0,1 - 3,0 мин. Первую порцию ферромарганца вводят в количестве в пределах 20 - 80% от его общего расхода. Общий расход ферромарганца определяют по зависимости:
M = (0,001 - 0,01) • A • C • Q/B.

где
M - общий расход ферромарганца, кг;
A - содержание марганца в ферромарганце, мас.%;
B - содержание углерода в ферромарганце, мас.%;
C - необходимое содержание углерода в готовой стали, мас.%;
Q - масса стали в ковше, кг;
(0,001 - 0,01) - эмпирический коэффициент, характеризующий интенсивность углеродного раскисления стали, 1/%.

После ввода последней порции ферромарганца продувку аргоном прекращают через 0,1 - 3,0 мин и затем вводят в сталь алюминиевую проволоку диаметром 10 - 12 мм со скоростью 8 - 12 м/с и с расходом 1 - 3 кг/т стали.

Оставшийся расход ферромарганца после ввода его первой порции вводят 1 - 3 порциями с последовательно уменьшающимися расходами, определяемыми по зависимости:
q_m = K • (M - N)/m
где
q_m - общий расход ферромарганца в каждой порции, кг;
N - расход ферромарганца в I-й порции, кг;
m - число порций ввода ферромарганца сверх первой порции;
m = 1, 2 или 3 и выбирается в прямой зависимости от значения M;
K - эмпирический коэффициент, учитывающий уменьшение количества вводимого ферромарганца в каждой дополнительной порции, равный 1 при m = 1; 1,5 и 0,5 при m = 2; и 1,5; 1,0 и 0,5 при m = 3.

В таблице приведены примеры осуществления способа с различными технологическими параметрами.

В первом примере вследствие недостаточного количества вводимого ферромарганца не обеспечивается необходимое углеродное раскисление стали, что приводит к увеличению содержания углерода и неметаллических включений в стали.

В пятом примере вследствие большого расхода ферромарганца в готовой стали увеличивается содержание углерода и марганца сверх допустимых значений, а также происходит вспенивание стали и ее выплескивание из ковша.

В оптимальных примерах 2 - 4 вследствие порционного ввода ферромарганца в необходимых количествах в период до ввода в сталь алюминия приводит к глубокому углеродному раскислению стали и уменьшению образования неметаллических включений в виде оксидов алюминия.

Применение изобретения позволяет получить малоуглеродистую сталь с регламентированным содержанием в ней углерода, марганца и алюминия.

Изобретение может быть использовано при обработке в ковше выплавленной в конверте стали. Согласно способу, при легировании в ковше малоуглеродистой стали ферромарганцем продувку металла нейтральным газом производят с расходом 0,015 - 0,4 м³/ч•т. В процессе продувки в ковш вводят ферромарганец 2 - 4 порциями с интервалом 0,1 - 3,0 мин. первую порцию ферромарганца устанавливают в количестве 20 - 80% от общего его расхода, который определяют по зависимости: M = (0,001 - 0,01) A • C • Q/B, где M - общий расход ферромарганца, кг; A - содержание марганца в ферромарганце, мас.%; C - необходимое содержание углерода в готовой стали, мас.%; Q - масса стали в ковше, кг; B - содержание углерода в ферромарганце, мас.%; (0,001 - 0,01) - эмпирический коэффициент, характеризующий интенсивность углеродного раскисления стали, 1/%. После ввода последней порции ферромарганца продувку металла нейтральным газом прекращают через 0,1 - 3,0 мин и вводят в ковш алюминий с расходом 1 - 3 кг/т. Оставшийся расход ферромарганца после ввода его первой порции можно вводить 1 - 3 дополнительными порциями с последовательно уменьшающимися расходами, каждая из которых определяется по зависимости: q_m = K • (M - N)/m, где q_m- расход ферромарганца в каждой дополнительной порции, кг; K - эмпирический коэффициент, учитывающий уменьшение количество вводимого ферромарганца в каждой дополнительной порции, б/р, равный 1 при m = 1; 1,5 и 0,5 при m = 2; 1,5; 1,0 и 0,5; при m = 3; M - общий расход ферромарганца, кг; N - расход ферромарганца в 1-й порции, кг; m - число порций ввода ферромарганца сверх 1-й порции; m = 1, 2, 3 и выбирается в прямой зависимости от значения M. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ легирования в ковше малоуглеродистой стали ферромарганцем, включающий продувку металла нейтральным газом, подачу в металл алюминия и ферромарганца, определение химического состава металла, отличающийся тем, что продувку нейтральным газом производят с расходом 0,015 - 0,4 м³/(т • ч), в процессе которой в ковш вводят ферромарганец 2 - 4 порциями с интервалом 0,1 - 3,0 мин, при этом первую порцию ферромарганца устанавливают в количестве 20 - 80% от общего его расхода, который определяют по зависимости
М = (0,001 - 0,01) • А • С • Q/В,
где М - общий расход ферромарганца, кг;
А - содержание марганца в ферромарганце, мас.%;
С - необходимое содержание углерода в готовой стали, мас.%;
Q - масса стали в ковше, кг;
В - содержание углерода в ферромарганце, мас.%;
(0,001 - 0,01) - эмпирический коэффициент, характеризующий интенсивность углеродистого раскисления стали, 1/%,
а после ввода последней порции ферромарганца продувку металла нейтральным газом прекращают через 0,1 - 3,0 мин и вводят в ковш алюминий с расходом 1 - 3 кг/т стали. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оставшийся расход ферромарганца после ввода его первой порции вводят 1 - 3 дополнительными порциями с последовательно уменьшающимися расходами, определяемыми по зависимости
q_m = K • (M - N)/m,
где q_m - расход ферромарганца в каждой дополнительной порции, кг;
К - эмпирический коэффициент, учитывающий уменьшение количества вводимого ферромарганца в каждой дополнительной порции, безразмерный, равный 1 при m = 1; 1,5 и 0,5 при m = 2; 1,5; 1,0 и 0,5 при m = 3;
М - общий расход ферромарганца, кг;
N - расход ферромарганца в 1-й порции, кг;
m - число порций ввода ферромарганца сверх 1-й порции; m = 1, 2, 3 и выбирается в прямой зависимости от значения М.