СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ Российский патент 1999 года по МПК C21C7/06 C21C5/04 

Изобретение относится к черной металлургии и предназначено для получения углеродистой стали.

Известен способ выплавки стали, при котором, с целью снижения загрязненности стали неметаллическими включениями и повышения качества металла, предварительное раскисление металла в печи производят сплавом алюминия с титаном на основе железа с плотностью выше, чем плотность расплава [Авт. свид. SU N 899662 МПК⁶ C 21 C 5/04, опуб. 1982 г.].

Недостатком данного способа является повышенный расход дорогостоящих раскислителей, расходуемых на прекращение кипения ванны и фиксации содержания углерода. Загрязненность металла неметаллическими включениями довольно велика, т. к. при раскислении металла алюминием образуются неметаллические включения, значительная часть которых за время выпуска и разливки не успевает ассимилироваться шлаком и остается в металле.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ выплавки стали, в котором предусмотрено предварительное раскисление в печи перед выпуском, для удаления сверхравновесного кислорода порционными присадками кусковых материалов и последующую доводку. Согласно способу раскисление производится в два этапа. На первом этапе осуществляется присадка нейтральных отходов (охладителей), а на втором - материалов, содержащих алюминий.[SU Авт. Свид. N 859460, МПК⁶ C 21 C 5/04 Опубл. 1981 г].

К существенным недостаткам способа можно отнести сравнительно медленное растворение введенных в ванну кусковых материалов, при этом недостаточно полно используется высокое сродство углерода к кислороду для снижения окисленности металла, т. к. все реакции протекают на границе раздела шлака и металла вследствие низкой плотности используемых материалов, что не позволяет получить сталь с низким содержанием неметаллических включений из-за повышенного расхода алюминийсодержащего материала.

Задача изобретения - разработка способа производства углеродистой стали с высоким уровнем механических свойств и низким содержанием неметаллических включений благоприятной морфологии при использовании высокого сродства углерода к кислороду для снижения окисленности металла.

Техническим результатом является снижение расхода ферросплавов, улучшение качества стали, снижение энергозатрат и повышение производительности печи.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства углеродистой стали, предусматривающем раскисление металла перед выпуском из печи, для удаления сверхравновесного кислорода порционными присадками кусковых материалов и последующую доводку, по изобретению для удаления из металла сверхравновесного кислорода используют кусковые материалы с плотностью не менее плотности расплавленного металла и материалы, содержащие элементы, обладающие сродством к кислороду не менее чем у алюминия, при этом взаимодействие последних с кислородом осуществляют сразу после удаления расчетной сверхравновесной концентрации кислорода к углероду. В качестве кусковых материалов могут использоваться инертные материалы, ферросплавы, лигатуры, чугун и металлолом, в количестве, необходимом для удаления расчетной сверхравновесной концентрации кислорода. В качестве элементов, обладающих сродством к кислороду не менее чем у алюминия, используют алюминий, титан, бор, щелочноземельные и редкоземельные металлы и/или их сплавы в количестве, необходимом для поддержания равновесной концентрации кислорода с углеродом до начала доводки металла. Причем элементы, обладающие сродством к кислороду не менее чем у алюминия, можно присаживать в оболочках, обеспечивающих погружение их в шлак.

Сущность изобретения состоит в следующем. Обычно сталеплавильный процесс представляет собой окислительный процесс, основной реакцией которого является реакция обезуглероживания, и вследствие этого ванна на любом этапе развития процесса представляет собой железоуглеродистый расплав, пересыщенный кислородом. Суть предварительного раскисления - это прекращение реакции обезуглероживания, что в общем случае осуществляется за счет снижения активности кислорода. При использовании слабых раскислителей (марганец и кремний при невысоких концентрациях) процесс реализуется преимущественно за счет снижения коэффициента активности при незначительном снижении концентрации кислорода в металле, а при использовании сильных раскислителей - преимущественно за счет снижения концентрации кислорода. Так как углерод при высоких температурах сам имеет высокое сродство к кислороду, то при использовании слабых раскислителей реакция обезуглероживания только притормаживается, а при использовании сильных раскислителей останавливается полностью. По изобретению предварительное раскисление осуществляют в печи углеродом, растворенным в металле, путем инициирования реакции обезуглероживания за счет ввода в ванну кусковых материалов с плотностью не менее плотности расплавленного металла (инертные материалы, ферросплавы, чугун, легированный металлолом и т.п.).

На втором этапе в объем расплавленного металла вводят элементы, обладающие сродством к кислороду не менее чем у алюминия (алюминий, титан, бор, щелочноземельные и редкоземельные металлы и/или их сплавы) в количестве, необходимом для достижения фиксации и поддержания равновесной концентрации кислорода с углеродом до начала доводки металла с таким расчетом, чтобы их взаимодействие с кислородом начиналось сразу после прекращения кипения ванны (после снятия сверхравновесной концентрации кислорода по отношению к углероду). Эти материалы могут погружаться под шлак с помощью специальных приспособлений, оболочек или иных приемов, обеспечивающих погружение и нужный момент начала их взаимодействия с кислородом, поступающим в металл из шлака, огнеупорной футеровки и других источников.

При использовании сильных раскислителей обмен кислородом между металлом и оксидными фазами становится сугубо диффузионным, т.е. очень сильно замедляется и повторное насыщение металла кислородом происходит очень медленно. Насыщение металла кислородом в таком режиме позволяет получить пересыщения по кислороду по отношению к сильным раскислителям, находящимся в металле. В таком металле пересыщения по кислороду реализуются во время выпуска в ковш, что позволяет получать готовый металл относительно чистый по неметаллическим включениям.

Доводку - окончательное раскисление, легирование, модифицирование стали и т.п. осуществляют сплавами, содержащими кальций, алюминия, легирующие элементы и т.п. по необходимости и в зависимости от выплавляемой марки стали.

Способ реализован на металлургическом комплексе, оснащенном основными мартеновскими печами, емкостью 430 тонн и стендами для продувки металла нейтральным газом.

Производилась выплавка стали для производства железнодорожных рельсов первой группы по ГОСТу 24182-80 и рельсов из стали повышенной чистоты по ТУ 14-2Р-283-97.

Пример
После "чистого" кипения перед предварительным раскислением металл содержал, мас. %: C 0,76; P 0,012; S 0,026; Mn 0,15; при температуре 1595^oC. Предварительное раскисление металла осуществляли силикомарганцем в количестве 12,0 кг/т жидкой стали, во время присадки которого ванна интенсивно вскипела. Кипение ровное, бурных всплесков металла и шлака не наблюдалось. Одновременно в ванну мартеновской печи присадили алюминий в погружаемых контейнерах в количестве 190 г/т жидкой стали. Толщина стенок контейнера составляла 10 мм, что обеспечило погружение алюминия под шлак в расплав и отодвинуло начало взаимодействия алюминия с кислородом расплава на 1 мин 45 сек. В это время кипение ванны практически прекратилось.

Через три минуты после присадки кусковых материалов начали выпуск металла. После выпуска плавки на поверхности пода нерастворенных раскислителей не обнаружено.

Окончательное раскисление и модифицирование стали осуществляли 15% силикокальцием и 65% ферросилицием. Присадку раскислителей производили равномерно, начиная с момента наполнения 1/5 ковша, и закончили при наполнении 2/3 ковша. Получили сталь, из которой были изготовлены рельсы. При этом определялось: угар раскислителей, балл по неметаллическим включениям и процент выхода рельс первого сорта.

Для сравнения проведена выплавка рельсового металла по технологии прототипа.

Результаты, приведенные в таблице, свидетельствуют о том, что использование предусмотренных по изобретению новых приемов технологии предварительного расикления позволяет сократить угар раскислителей и легирующих элементов на 7%, повысить качество металла за счет сокращения неметаллических включений на 60%, улучшить механические свойства и повысить выход качественной стали.

Изобретение относится к черной металлургии и предназначено для получения углеродистой стали, например, в мартеновских печах. Способ производства углеродистой стали предусматривает раскисление металла перед выпуском из печи, для удаления сверхравновесного кислорода, порционными присадками кусковых материалов и последующую доводку. Для удаления из металла сверхравновесного кислорода используют кусковые материалы с плотностью не менее плотности расплавленного металла и материалы, содержащие элементы, обладающие сродством к кислороду не менее чем у алюминия. Взаимодействие последних с кислородом осуществляют сразу после удаления расчетной сверхравновесной концентрации кислорода к углероду. В качестве кусковых материалов используют инертные материалы, ферросплавы, лигатуры, чугун, металлолом в количестве, необходимом для удаления расчетной сверхравновесной концентрации кислорода. В качестве элементов, обладающих сродством к кислороду не менее чем у алюминия, используют алюминий, титан, бор, щелочноземельные и редкоземельные металлы и/или их сплавы в количестве, необходимом для поддержания равновесной концентрации кислорода с углеродом до начала доводки металла. Элементы, обладающие сродством к кислороду не менее чем у алюминия, можно присаживать в оболочках, обеспечивающих погружение их под шлак. Использование предусмотренных по изобретению новых приемов технологии предварительного раскисления позволяет сократить угар раскислителей и легирующих элементов на 7%, повысить качество металла за счет сокращения неметаллических включений до 60%, улучшить механические свойства и повысить выход качественной стали. 3 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения углеродистой стали, включающий раскисление металла перед выпуском из печи для удаления сверхравновесного кислорода порционными присадками кусковых материалов и последующую доводку, отличающийся тем, что для удаления из металла сверхравновесного кислорода используют кусковые материалы с плотностью не менее плотности расплавленного металла и материалы, содержащие элементы, обладающие сродством к кислороду не менее, чем у алюминия, при этом взаимодействие последних с кислородом осуществляют сразу после удаления расчетной сверхравновесной концентрации кислорода к углероду. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кусковых материалов используют инертные материалы, ферросплавы, лигатуры, чугун, металлолом, в количестве, необходимом для удаления расчетной сверхравновесной концентрации кислорода. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве элементов, обладающих сродством к кислороду не менее, чем у алюминия, используют алюминий, титан, бор, щелочноземельные и редкоземельные металлы и/или их сплавы в количестве, необходимом для поддержания равновесной концентрации кислорода с углеродом до начала доводки металла. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что элементы, обладающие сродством к кислороду не менее, чем у алюминия, присаживают в оболочках, обеспечивающих погружение их под шлак.