СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТАЛИ В КОВШЕ Российский патент 2002 года по МПК C21C7/06 C21C7/76 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к процессам обработки стали в ковше после ее выпуска из сталеплавильного агрегата.

Известен способ обработки стали в ковше, включающий выпуск стали из сталеплавильного агрегата в ковш, подачу в ковш в процессе выпуска шлакообразующих материалов и раскислителей, подачу в ковш алюминиевой проволоки в виде раскпслителя. Сталь в ковше продувают нейтральные газон сверху через погружную фурму. В качестве шлакообразующих материалов используют известково-глиназемистый шлак.

(См. Технология производства стали в современных, конвертерных цехах. С. В. Колпаков и др. М.: Машиностроение. 1991, с.212).

Недостатком известного способа является перерасход раскислителей.

Наиболее близким по технической сущности является способ обработки стали в ковше, включающий выпуск стали из сталеплавильного агрегата в ковш, подачу в ковш смеси раскислителя и содержащего оксиды кальция шлакообразующего материала, наведение шлака, продувку стали аргоном через погружную фурму и ее легирование алюминием и марганецсодержащим материалом.

(См. патент СССР 1768649, МПК С 21С 7/06. Бюлл. изобр. 38, 1992).

Недостатком известного способа является перерасход раскислителей. Это объясняется тем, что в процессе выпуска стали из сталеплавильного агрегата происходит значительный неконтролируемый угар раскислителей за счет интенсивного восстановления в. шлаке железа до 1,0-1,5 мас.% и их взаимодействия с атмосферой.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в регламентированном раскислении шлака в ковше, смесью раскислителя и марганецсодержащего материала, в снижении угара алюминия и марганецсодержащих материалов при внепечной обработке стали в ковше.

Указанный технический эффект достигают тем, что способ обработки стали в ковше включает выпуск стали из сталеплавильного агрегата в ковш, подачу в ковш смеси раскислителя и содержащего оксиды кальция шлакообразующсго материала, наведение шлака, продувку стали аргоном через погружную фурму и ее легирование алюминием и марганецсодержащим материалом.

Смесь раскислителя и шлакообразующего материала подают в ковш через 0,01-0,1 мин после выпуска стали, при этом расход смеси устанавливают по следующей зависимости:
P = K•τ•F•M,
где Р - расход смеси раскислителя и шлакообразупцей смеси кг/т стали;
τ - время выпуска стали, мин;
Т - температура стали на выпуске, ^oC;
F - площадь зеркала металла в ковше, м²;
М - масса стали в ковше, т;
К - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности раскисления шлака, образующегося в ковше в процессе обработки стали, равный 0,15-2,3, кг•м²/мин•^oC.

Содержание раскислителя в смеси устанавливают равным 5-35 мас. %, содержание шлакообразующего материала фракцией 5-60 мм - 65-95 мас.%, расход аргона, подаваемого через погружную фурму, поддерживают в пределах 0,001-0,007 м/мин•т стали. Сталь легируют алюминием в виде катанки с расходом 0,1-3,0 кг/т стали и с расходом марганецсодержащего материала 0,1-5,0 кг/т стали.

Шлак в ковше раскисляют до содержания в нем 5-15 мас.% общего железа. Используют шлакообразующий материал, содержащий, мас.%, оксиды магния 1-50, остальное - оксиды кальция. В качестве раскислителя в смеси используют гранулы алюминия фраккцией 5-30 мм. В качестве раскислителя в смеси используют кремнийсодержащий материал фракцией 5-50 мм. В качестве раскислителя в смеси используют смесь гранул алюминия и кремнийсодержащего материала в соотношении 1:(1-10).

Снижение расхода алюминиевой катанки и марганецсодержащего материала будет происходить вследствие обеспечения гарантированного необходимого содержания окислов железа в наведенном покровном шлаке в ковше. При контакте наведенного шлака с металлом, насыщенного раскислителем, достигается уменьшение угара алюминиевой катанки и марганецсодержащего материала. Этому способствует низкое содержание окислов железа в шлаке и регламентация их содержания в шлаке до необходимого оптимального значения.

Введение в ковш раскислителя в виде гранул алюминия и кусков кремнийсодержащего материала способствует восстановлению железа из шлака и снижению его окисленности. Введение в ковш шлакообразующего материала в виде оксидов магния и кальция способствует разбавлению образующегося шлака и снижению содержания общего железа в шлаке и его окисленности.

При содержании Fe_общ. в шлаке в пределах 50-15 мас.% происходит снижение угара /окисления/ алюминиевой катанки и марганецсодержащего материала в шлаке, а также повышается эффективность процесса раскисления стали при одновременном сокращении расходов алюминиевой катанки и марганецсодержащих материалов в процессе внепечной обработки стали.

Диапазон значений эмпирического коэффициента К в пределах 0,15-2,3 объясняется физико-химическими закономерностями процесса раскисления образующегося шлака в ковше в процессе обработки стали. При меньших значениях не будет происходить необходимого раскисления шлака. При больших значениях будет происходить перерасход смеси.

Указанный диапазон устанавливают в зависимости от массы стали в ковше.

Диапазон значений содержания в смеси раскислителя в пределах 5-35 мас.% объясняется физико-химическими закономерностями процесса раскисления образующегося шлака в процессе обработки стали. При меньших значениях не будет обеспечиваться необходимая степень раскисления шлака. При больших значениях будет происходить перерасход раскислителя.

Указанный диапазон устанавливают в зависимости от расхода смеси.

Диапазон значений содержания шлакообразующего материала в смеси в пределах 65-95 мас.% объясняется физико-химическими закономерностями шлакообразования в процессе обработки стали в ковше. При меньших значениях будет повышаться концентрация железа в шлаке вследствие снижения количества образующегося шлака. При больших значениях будет происходить переохлаждение стали в ковше при одновременном перерасходе шлакообразующего материала.

Указанный диапазон устанавливают в зависимости от расхода смеси.

Диапазон содержания общего железа в раскисленном шлаке в пределах 5-15 мас. % объясняется физико-химическими закономерностями процесса раскисления шлака, образующегося в ковше при обработке стали. При меньших значениях будет происходить перерасход смеси. При больших значениях будет происходить недостаточное раскисление шлака для дальнейшего передела стали.

Указанный диапазон устанавливают в зависимости от массы стали в ковше.

Диапазон значений времени в пределах 0,01-1,0 мин, по истечении которого в ковш подают смесь, объясняется физическими закономерностями всплывания частиц шлака из стали и теплофизическими закономерностями его затвердевания. При меньших значениях не будут успевать всплывать все частички шлака. При больших значениях шлак будет затвердевать и превращаться в корку.

Указанный диапазон устанавливают в зависимости от емкости ковша.

Диапазон значений фракций гранул алюминия в пределах 5-30 мм и кусков кремнийсодержащего материала в пределах 5-60 мм объясняется физико-химическими закономерностями взаимодействия раскислителя с окислами железа в шлаке. При меньших значениях раскислитель будет сгорать в атмосфере. При больших значениях будет увеличиваться длительность взаимодействия раскислителя со шлаком сверх допустимых значений.

Указанный диапазон устанавливают в зависимости от емкости ковша.

Диапазон значений соотношения содержания гранул алюминия и кремнийсодержащего материала в смеси в пределах 1:/1-10/ объясняется физико-химическими закономерностями плавления раскислителя и его взаимодействия со шлаком. При меньших значениях будет происходить недостаточное раскисление шлака. При больших значениях будет происходить повышенный угар алюминия.

Указанный диапазон устанавливают в зависимости от емкости ковша.

Диапазон значений содержания в шлакообразующем материале оксидов магния в пределах 1-50 мас.% объясняется физико-химическими свойствами образующегося шлака. При меньших значениях образующийся шлак будет слишком жидкоподвижным, что приведет к повышенному угару алюминиевой катанки и оксидов магния. При больших значениях шлак будет обладать большой вязкостью, что также приведет к угару раскислителя.

Указанный диапазон устанавливают в зависимости от температуры стали на выпуске из сталеплавильного агрегата.

Диапазон значений фракции шлакообразующего материала, содержащего оксиды кальция и/или магния, в пределах 5-60 мм объясняется физико-химическими закономерностями растворения шлакообразующих материалов. При меньших значениях будет происходить повышенный вынос шлакообразующего материала из ковша в процессе его подачи. При больших значениях будет увеличиваться время растворения шлакообразующего материала сверх допустимых значений.

Указанный диапазон устанавливают в зависимости от емкости ковша.

Диапазон расхода алюминиевой катанки в пределах 0,1-3,0 кг/т стали объясняется физико-химическими закономерностями раскисления стали. При меньших значениях раскисленность расплава будет недостаточной. При больших значениях будет происходить перерасход алюминиевой катанки.

Указанный диапазон устанавливают в зависимости от расхода смеси.

Диапазон расхода аргона в пределах 0,001-0,007 м³/мин•т стали объясняется закономерностями перемешивания стали в ковше. При меньших значения интенсивность перемешивания стали в ковше будет недостаточной. При больших значениях будет происходить перерасход аргона.

Указанный диапазон устанавливают в зависимости от массы стали в ковше.

Диапазон расхода марганецсодержащего материала в пределах 0,1-5,0 кг/т стали объясняется физико-химическими закономерностями легирования стали. При меньших значениях легирование стали будет недостаточным. При больших значениях будет происходить перерасход марганецсодержащего материала.

Указанный диапазон устанавливают в зависимости от массы стали в ковше.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие 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 обработки стали в ковше осуществляют следующим образом.

Пример. После выплавки в конвертере стали марки 08Ю с химическим составом мас. %: С=0,03-0,09; Мn=0,15-0,35;Si≤0,03; Al=0,02-0,07; S=0,015-0,025; Р≤0,020 выпускают в сталеразливочный ковш соответствующей емкости.

Далее сталь в ковше подвергают внепечной обработке.

После выпуска стали из конвертера через 0,01-1,0 мин в ковш подают смесь раскислителя и шлакообразующего материала, содержащего оксиды кальция в виде извести и магния в виде доломита. Расход смеси устанавливают по зависимости:
P = K•τ•F•M,
где Р - расход смеси раскислителя и шлакообразующего материала, кг/т стали;
τ - время выпуска стали, мин;
Т - температура стали на выпуске, ^oC;
Р - площадь зеркала металла в ковше, м²;
М - масса стали в ковше, т;
К - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности раскисления шлака, образующегося в ковше в процессе обработки стали, равный 0,15-2,3, кг•м²/мин•^oC.

Содержание раскислителя в смеси устанавливают в пределах 5-35 мас.%, а шлакообразующего материала с фракцией 5-60 мм - в пределах 65-95 мас.%.

В процессе обработки стали в ковше производят раскисление образующегося шлака до содержания в нем 5-15 мас.% общего железа. Содержание в шлакообразующем материале оксидов магния устанавливают в пределах 1-50 мас.%. остальное - оксиды кальция.

В качестве раскислителя используют гранулы алюминия с фракцией 5-30 мм. Возможно в качестве раскислителя применение кремнийсодержащего материала, например ферросилиция с фракцией 5-50 мм или смеси гранул алюминия и кремнийсодержащего материала в соотношении 1:/1-10/.

В процессе обработки стали в ковше обеспечивается гарантированное необходимое содержание окислов железа в наводимом покровном шлаке в ковше. При контакте наведенного шлака со сталью, насыщенного раскислителем, достигается уменьшение угара раскислителя. Этому способствует низкое содержание окислов железа в шлаке и регламентации их содержания в шлаке до необходимого оптимального значения в пределах 5-15 мас.%.

При дальнейшей внепечной обработке сталь в ковше продувают аргоном через погружную фурму с расходом 0,001-0,007 м³/ мин•т стали и легируют алюминием в виде катанки диаметром 8-12 мм с расходом 0,1-3,0 кг/т стали и марганецсодержащим материалом в виде кусков, например ферромарганца, с расходом 0,1-5,0 кг/т стали.

В таблице приведены примеры осуществления способа с различными технологическими параметрами.

В первом и пятом примерах вследствие несоответствия технологических параметров необходимым значениям не обеспечивается снижение расхода алюминиевой катанки марганецсодержащего материала при внепечной обработке стали после ее предыдущей обработки в ковше после выпуска из конвертера. Кроме того, не обеспечивается необходимое оптимальное содержание общего железа в наведенном шлаке перед внепечной обработкой стали.

В оптимальных примерах 2-4 вследствие соответствия технологических параметров оптимальным значением обеспечивается сокращение расходов алюминиевой катанки и марганецсодержащего материала при внепечной обработке стали после ее предыдущей обработки в ковше. Кроме того, обеспечивается необходимое оптимальное содержание общего железа в наведенном шлаке в ковше перед внепечной обработкой стали.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее - к внепечной обработке стали в ковше. Технический результат - обеспечение регламентированного раскисления шлака в ковше, снижение угара алюминия и марганецсодержащих материалов при внепечной обработке. Способ обработки стали в ковше включает выпуск стали из сталеплавильного агрегата в ковш. После выпуска стали через 0,01-1,0 мин в ковш подают смесь раскислителя и шлакообразующего материала, содержащего оксиды кальция и магния, расход которой устанавливают по зависимости: P = K•τ•T/F•M, где Р - расход смеси раскислителя и шлакообразующего материала, кг/т стали; τ - время выпуска стали, мин; Т - температура стали на выпуске, ^oС; F - площадь зеркала металла в ковше, м²; М - масса стали в ковше, т; К - эмпирический коэффициент, равный 0,15-2,3, кг•м²/мин•^oC. Содержание раскислителя в смеси устанавливают в пределах 5-35 мас.%, а содержание шлакообразующего материала - 65-95 мас.% с фракцией 5-60 мм. В процессе внепечной обработки сталь в ковше продувают аргоном через погружную фурму с расходом 0,001-0,007 м³/мин•т стали и легируют алюминием в виде катанки с расходом 0,1-3,0 кг/т стали и марганецсодержащим материалом с расходом 0,1-5,0 кг/т стали. Желательно раскислять шлак в ковше до содержания в нем 5-15 мас. % общего железа. Содержание в шлакообразующем материале оксидов магния составляет 1-50 мас.%, остальное - оксиды кальция. В качестве раскислителя могут использовать гранулы алюминия с фракцией 5-30 мм. Возможно использование в качестве раскислителя кремнийсодержащего материала с фракцией 5-50 мм. Возможно использование в качестве раскислителя смеси гранул алюминия и кремнийсодержащего материала в соотношении 1:(1-10). 5 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ обработки стали в ковше, включающий выпуск стали из сталеплавильного агрегата в ковш, подачу в ковш смеси раскислителя и содержащего оксиды кальция шлакообразующего материала, наведение шлака, продувку стали аргоном через погружную фурму и ее легирование алюминием и марганецсодержащим материалом, отличающийся тем, что смесь раскислителя и шлакообразующего материала подают в ковш через 0,01-1,0 мин после выпуска стали, при этом расход смеси устанавливают по следующей зависимости:
P = K•τ•T/F•M,
где P - расход смеси раскислителя и шлакообразующего материала, кг/т стали;
τ - время выпуска стали, мин;
T - температура стали на выпуске, ^oС;
F - площадь зеркала металла в ковше, м²;
М - масса стали в ковше, т;
K - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности раскисления шлака, образующегося в ковше в процессе обработки стали, равный 0,15-2,3, кг•м²/мин•^oС,
при этом содержание раскислителя в смеси устанавливают равным 5-35 мас. %, содержание шлакообразующего материала c фракцией 5-60 мм - равным 65-95 мас. %, а расход аргона, подаваемого через погружную фурму, поддерживают в пределах 0,001-0,007 м³/мин•т стали, причем сталь легируют алюминием в виде катанки с расходом 0,1-3,0 кг/т стали и с расходом марганецсодержащего материала 0,1-5,0 кг/т стали. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что шлак в ковше раскисляют до содержания в нем 5-15 мас. % общего железа. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют шлакообразующий материал, содержащий, мас. %: оксиды магния - 1-50 мас. %, остальное - оксиды кальция. 4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что в качестве раскислителя в смеси используют гранулы алюминия с фракцией 5-30 мм. 5. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что в качестве раскислителя в смеси используют кремнийсодержащий материал с фракцией 5-50 мм. 6. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что в качестве раскислителя в смеси используют смесь гранул алюминия и кремнийсодержащего материала в соотношении 1: (1-10) соответственно.