СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ Российский патент 2000 года по МПК C21C5/52 C21C7/68 

Изобретение относится к способу производства нержавеющих сталей, в частности высококачественных сталей, содержащих хром и хром-никель, в имеющем, по меньшей мере, два металлоприемника плавильном устройстве для снабжения сталеразливочной установки.

Обычно при получении содержащих хром, а также нержавеющих сталей, содержащих хром-никель, применяют электропечь обычной конструкции, выполненную в виде печи постоянного или переменного тока, в которой расплавляют скрап и/или другой железосодержащий металлический исходный материал, например, чугун или DRI (Direct Reduced Iron - непосредственно восстановленное железо) вместе с адекватным количеством легирующих носителей. Расплавляемый при этом полупродукт с температурой от 1670 до 1700^oC сливают в ковш. Затем этот ковш опорожняют в контейнер и полученный расплав, содержащий приблизительно 2,5% углерода и приблизительно 1% кремния, подвергают фришеванию сначала с помощью кислорода и при пониженном содержании углерода со смесями кислород/азот и позже кислород/аргон.

В зависимости от применения различных технологий процесса осуществляют обезуглероживание вплоть до окончательного содержания углерода менее 0,1%, причем возникающие при этом потери хрома в скрапе затем должны быть снова восстановлены путем реакции с ферросилицием или вторичным алюминием.

Кроме того, известно, что в трехступенчатой технологии процесса металл конвертера сливают при содержании углерода приблизительно 0,2 - 0,3% и затем с помощью отдельного способа окисления в вакууме доводят до окончательного содержания углерода.

Способы, известные до сих пор, объединяет то, что из-за однократного или многократного переливания расплава возникают большие потери температуры, которые должны быть компенсированы высокой температурой разливки и тем самым большими затратами энергии в первичной плавильной емкости, здесь в электродуговой печи. Наряду с повышенной затратой энергии это обусловливает также повышенный износ электродов и футеровки в электропечи. Для установки конвертера, необходимого для второй операции процесса, требуются относительно больших конструктивные высоты окружающих зданий для размещения фурм и системы отвода отработанных газов.

Кроме того, известен способ производства нержавеющих сталей, в частности высококачественных сталей, содержащих никель и хром-никель, включающий загрузку в металлоприемник плавильного устройства для снабжения сталеразливочной установки порции материала, состоящей из содержащей металлическое железо шихты и частично содержащих углерод носителей сплава, ее расплавление, обезуглероживание расплава после достижения его определенной температуры путем продувки кислородом или кислородными смесями до определенного содержания в нем углерода, восстановление расплавленного шлака с помощью восстановителей, в качестве которых присаживают ферросилиций, кремний или алюминий, слив шлака (Поволоцкий Д.Я. и др. Электрометаллургия стали и сплавов.- М.: Металлургия, 1974, с. 261-270).

Поэтому целью изобретения является создание способа производства нержавеющих сталей, в котором уменьшается количество технологических операций, снижается потребление энергии во время отдельных операций и промышленные агрегаты выполняются с незначительной высотой.

Эта цель достигается с помощью того, что в качестве содержащего металлическое железо материала загружают твердую и/или жидкую шихту, продувку кислородом или кислородными смесями начинают после достижения температуры расплава температуры 1460^oC и продолжают до достижения содержания углерода < 0,3%, после чего расплав нагревают до температуры слива, равной 1620-1720^oC, и присаживают на расплавленный шлак восстановители, затем доводят окончательное содержание углерода в металле до значения < 0,1%, при этом используют, по меньшей мере, два металлоприемника, причем одновременно наряду с обезуглероживающей продувкой порции загружаемого материала в первом металлоприемнике осуществляют процесс плавления второй порции загружаемого материала во втором металлоприемнике.

При этом в качестве содержащей металлическое железо шихты используют скрап;
продувку кислородом или кислородными смесями осуществляют в виде комбинированной продувки через донные и/или боковые сопла;
продувку кислородом осуществляют от 20 до 40 минут, а расплав обезуглероживают до окончательного содержания углерода, равного 0,1%;
во время продувки кислородом к металлу добавляют металлический охлаждающий материал;
продувку кислородом или кислородными смесями прерывают при содержании углерода в расплаве, равном приблизительно от 0,2% до < 0,3% и при температуре расплава около 1650^oC, после чего восстанавливают расплавленный шлак путем присадки ферросилиция или алюминия, затем шлак вместе с металлом сливают в ковш, шлак удаляют сливом или при помощи скребков и доводят окончательное содержание углерода в металле в ковше до значения < 0,1%;
доводку окончательного содержания углерода в расплаве до значения < 0,1% осуществляют путем вакуумного отвода газов;
порцию загружаемого материала расплавляют с помощью электрической энергии, причем для обоих металлоприемников используют одни и те же средства для расплавления загружаемого материала и для продувки расплава кислородом или кислородными смесями; во время расплавления порции загруженного материала для окисления кремния дополнительно вдувают кислородом через форму, расположенную у рабочего окна плавильного устройства.

Способ согласно изобретению осуществляют в плавильном устройстве, имеющем, по меньшей мере, два металлоприемника. Оба металлоприемника работают параллельно, причем в каждый металлоприемник вставлены либо электроды для расплавления порции загружаемого в печь материала, либо фурмы для продувки сверху и/или вдувания кислорода и кислородных смесей. Таким образом, металлоприемники служат сначала в качестве агрегата для расплавления, а затем как агрегат для фришевания. Это имеет преимущество, заключающееся в том, что расплав обрабатывают без потери температуры путем переливания, и он может быть доведен до желаемой температуры. Применяемый со сдвигом во времени в каждой емкости скрап, ферроникель, никель, феррохром и другое сырье, содержащее металлическое железо, расплавляют предпочтительно посредством электрической энергии. При этом возникает полупродукт, состоящий по большей части из железа и имеющий такое содержание хрома и никеля, которое является близким по окончательному составу подлежащей получению стали с качеством, в основном, аустенита, феррита и мартенсита.

Количество тепла, высвобождающееся вследствие процесса продувки, может использоваться для подвода охлаждающего средства в виде Ni, FeNi, феррохрома, скрапа, а также других железосодержащих металлических исходных материалов, например, чугунной массы для получения заданного состава и заданной температуры.

После продувки восстанавливают шлак с помощью восстановителя, например, ферросилиция алюминия или вторичного алюминия при добавлении шлакообразующих компонентов, извести и плавикового шпата для регенерации окисленного хрома и сталь и/или шлак сливают, металлоприемник снова заполняют скрапом и носителем сплава и расплавляют их введенными электродами.

Процесс расплавления и следующий за ним процесс продувки протекают в соответствующем металооприемнике друг за другом и синхронно между металлоприемниками таким образом, что через каждые 80-120 минут в металлоприемнике может быть приготовлен расплав, то есть при синхронной работе обоих металлоприемников в течение всех 40-60 минут расплав является готовым для последующей переработки в установке для непрерывной разливки.

Это одновременное применение двух металлоприемников имеет не только преимущество, заключающееся в непрерывном обеспечении установки для непрерывной разливки, а также является предпочтительным по энергетическим соображениям. После расплавления в первом металлоприемнике еще горячие электроды, вынутые, например, из первого металлоприемника, можно вставить во второй металлоприемник для того, чтобы начать там процесс расплавления. Это уменьшает затраты энергии и потери на электроды.

В способе согласно изобретению нет необходимости в применении дорогостоящего конвертера для процесса продувки, благодаря чему значительно снижаются инвестиционные затраты. Кроме того, отпадает необходимость в переливании полупродукта, в частности из транспортного ковша в конвертер, что связано с дополнительными потерями энергии.

Для окисления кремния в особых размерах предлагается подавать к расплаву кислород во время процесса расплавления. В этом случае для исключения специальных конструктивных мероприятий применяют фурму у рабочего окна.

Пример выполнения изобретения показан на приложенном чертеже.

Если рассматривать металлоприемник 1 печи на стадии 1 процесса, то в момент времени A в металлоприемнике печи имеется небольшое количество оставшейся ванны жидкого металла, поверх которого находится новая порция загруженного материала. Металлоприемник печи закрыт крышкой, через которую в металлоприемник печи входят электроды. На стадии B порцию загруженного материала расплавляют с помощью электрической энергии. При этом уровень жидкой ванны в нижней емкости печи поднимается. На стадии C порцию загруженного материала, состоящую, в основном, из скрапа, ферроникеля, никеля, феррохрома и других железосодержащих материалов, приблизительно, полностью расплавляют до состояния жидкого полупродукта. При применении легирующих средств с высоким содержанием углерода и/или кремния с помощью фурмы можно вдуть кислород, вследствии чего снижается содержание кремния.

На стадии D полупродукт полностью расплавляют и после достижения температуры 1460^oC переходят к другой стадии процесса, для чего из металлоприемника 1 удаляют электродное устройство и вводят фурму для вдувания кислорода. На эскизе показана стадия 2 процесса в металлоприенике 2 печи, так как эта стадия процесса в металлоприемнике 2 проходит за время, сравнимое со стадией 1 процесса в металлоприемнике 1 (и наоборот).

Во время операции A стадии 2 расплав окисляют с помощью фурмы, а также донных сопел и/или боковых сопел, при этом применяют кислород или кислородную смесь. В случае донных или боковых сопел речь идет о концентрических соплах. Они состоят из внешней трубы, кольцевого зазора и центральной трубы. Через центральную трубу можно вводить кислород или кислородную смесь, состоящую из O₂ + N₂, O₂+Ar или O₂+ воздух. С помощью кольцевого зазора параллельно с N₂ или Ar или углеводородом или паром вдувают смесь из этих газов.

После достижения конечного содержания углерода и температуры слива 1620-1720^oC восстанавливают шлак расплава для регенерации окисленного хрома с помощью восстановителя, например, ферросилиция или алюминия и затем металл и шлаки вместе сливают.

Во время операции C альтернативно расплав можно обезуглеродить до конечного содержания углерода или перевести при содержании от 0,2 до 0,3% после отделения шлаков в вакуумную установку и там довести до конечного содержания углерода. В заключение готовую сталь сливают.

Во время операции D печь заполняют новой порцией скрапа и частично углеродсодержащими носителями сплава, причем в металлоприемнике печи может находиться оставшаяся часть жидкого расплава.

Затем повторяют опять операцию A, как описано выше.

Изобретение относится к черной металлургии. Способ производства нержавеющих сталей, в частности высококачественных сталей, содержащих никель и хром-никель, осуществляют в плавильном устройстве, имеющем, по меньшей мере, два металлоприемника (МП) для снабжения сталеразливочной установки. В первом МП расплавляют, преимущественно с помощью электроэнергии, порцию загружаемого материала, состоящую из твердой и/или жидкой шихты, содержащей металлическое железо, в частности скрапа и частично - носителей сплава, содержащих углерод. После достижения температуры 1460°С расплав обезуглероживают продувкой кислородом или кислородными смесями до достижения содержания углерода < 0,3%. Затем расплав нагревают до температуры слива, равной 1620 - 1720°С, и присаживают на расплавленный шлак восстановители: ферросилиций, кремний или алюминий. Затем доводят до окончательного содержания углерода < 0,1%. Одновременно наряду с обезуглероживаемой продувкой порции загружаемого материала в первом МП осуществляют процесс плавления второй порции загружаемого материала во втором МП. Изобретение позволяет уменьшить количество технологических операций, снизить потребление электроэнергии, уменьшить габариты плавильного устройства. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ производства нержавеющих сталей, в частности высококачественных сталей, содержащих никель и хром-никель, включающий загрузку в металлоприемник плавильного устройства для снабжения сталеразливочной установки порции материала, состоящей из содержащей металлическое железо шихты и, частично, содержащих углерод носителей сплава, ее расплавление, обезуглероживание расплава после достижения его определенной температуры путем продувки кислородом или кислородными смесями до определенного содержания в нем углерода, восстановление расплавленного шлака с помощью восстановителей, в качестве которых присаживают ферросилиций, кремний или алюминий, слив шлака, отличающийся тем, что в качестве содержащего металлическое железо материала загружают твердую и/или жидкую шихту, продувку кислородом или кислородными смесями начинают после достижения температуры расплава 1460^oC и продолжают до достижения содержания углерода < 0,3%, после чего расплав нагревают до температуры слива, равной 1620 - 1720^oC, и присаживают на расплавленный шлак восстановители, затем доводят окончательное содержание углерода в металле до значения < 0,1%, при этом используют, по меньшей мере, два металлоприемника, причем одновременно наряду с обезуглероживающей продувкой порции загружаемого материала в первом металлоприемнике осуществляют процесс плавления второй порции загружаемого материала во втором металлоприемнике. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве содержащей металлическое железо шихты используют скрап. 3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что продувку кислородом или кислородными смесями осуществляют в виде комбинированной продувки через донные и/или боковые сопла. 4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что продувку кислородом осуществляют 20 - 40 мин, а расплав обезуглероживают до окончательного содержания углерода, равного до 0,1%. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что во время продувки кислородом к металлу добавляют металлический охлаждающий материал. 6. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что продувку кислородом или кислородными смесями прерывают при содержании углерода в расплаве, равном, приблизительно, от 0,2% до < 0,3%, и при температуре расплава около 1650^oC, после чего восстанавливают расплавленный шлак путем присадки ферросилиция или алюминия, затем шлак вместе с металлом сливают в ковш, шлак удаляют сливом или при помощи скребков и доводят окончательное содержание углерода в металле в ковше до значения < 0,1%. 7. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что доводку окончательного содержания углерода в расплаве до значения < 0,1% осуществляют путем вакуумного отвода газов. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что порцию загружаемого материала расплавляют с помощью электрической энергии, причем для обоих металлоприемников используют одни и те же средства для расплавления загружаемого материала и для продувки расплава кислородом или кислородными смесями. 9. Способ по любому п.1 или 8, отличающийся тем, что во время расплавления порции загруженного материала для окисления кремния дополнительно вдувают кислород через фурму, расположенную у рабочего окна плавильного устройства.

Приоритет по пунктам и признакам:
31.01.96 по пп. 1 - 9 с учетом того, что в независимом п.1 присутствует признак, касающийся загрузки твердого сырья, содержащего металлическое железо;
15.05.96 по п.1, касающегося "загрузки и/или жидкого сырья, содержащего металлическое железо".