СПОСОБ ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ УГЛЕРОДОМ Российский патент 2006 года по МПК C21C7/00 B22D1/00 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к внепечной обработке металлургических расплавов порошкообразными реагентами.

Известен способ внепечной обработки стали углеродом, который включает вдувание порошка углеродсодержащего материала (коксика) в струе несущего газа в ковш с жидкой сталью [1]. Интенсивность вдувания порошка составляет 25...35 кг/мин.

Этот способ позволяет достичь степени усвоения углерода 80...100%, однако получить заданное содержание углерода в узких пределах, используя этот способ, невозможно, так как очень трудно точно выдерживать необходимую интенсивность поступления углеродсодержащего материала в жидкий металл, к тому же нестабильному усвоению углерода способствует чрезвычайно высокая интенсивность поступления углеродсодержащего материала в металл. К тому же использование этого способа не позволяет перед модифицированием стали получать низкую окисленность металла без использования раскислителей, которые приводят к образованию глиноземистых или силикатных неметаллических включений.

В качестве прототипа выбран способ внепечной обработки стали углеродом, включающий ввод порошкообразных углеродсодержащих материалов в ковш с жидким расплавом в виде порошковой проволоки [2].

При использовании данного способа при науглероживании стали на 0,02% и более степень усвоения углерода составляет 93...100%, стабильно достигается содержание углерода в узких заданных пределах, практически исключается количество плавок, не попадающих в заказ и переведенных в другие марки стали. Однако при науглероживании стали на величину менее 0,02% С увеличивается разброс данных по усвоению углерода и при науглероживании на 0,1% степень усвоения углерода составляет 75...85%. Это объясняется отсутствием регламентации по массовой скорости подачи углерода в жидкий металл и по режимам продувки металла инертным газом после ввода проволоки, что приводит к локальному пересыщению отдельных участков металла в ковше углеродом, недостаточному его перемешиванию, и, как следствие, повышенному угару или неравномерному распределению углерода по высоте ковша. При использовании этого способа также не обеспечивается необходимый уровень окисленности металла как по ходу внепечной обработки, так и перед модифицированием стали, что приводит к повышенному образованию глиноземистых или силикатных неметаллических включений и ограничивает применение этого способа.

Задача, решаемая изобретением, состоит в усовершенствовании способа внепечной обработки стали углеродом путем изменения режима подачи углеродсодержащих материалов, вводя на первой стадии одну их часть во время выпуска жидкого металла до наполнения ковша, а оставшуюся часть - на второй стадии в полный ковш в виде порошковой проволоки в стальной оболочке перед модифицированием стали, а также регламентацией пределов поступления углерода жидкий металл в единицу времени на второй стадии.

Технический результат, достигаемый при использовании способа, состоит в увеличении степени усвоения углерода, стабильном получении заданного содержания углерода в узких пределах (0,02% и ниже), улучшении качества и уменьшении брака металла. Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в известном способе внепечной обработки стали углеродом, включающем ввод порошкообразных углеродсодержащих материалов в ковш, ввод углеродсодержащих материалов осуществляется в две стадии - на первой стадии 55...85% углерода присаживают во время выпуска жидкого металла до наполнения ковша, а на второй стадии 15...45% углерода вводят в полный ковш в виде порошковой проволоки в стальной оболочке перед модифицированием стали, причем массовая скорость поступления углерода в жидкий расплав составляет 350...550 г/с. На первой стадии углерод может использоваться в виде сплава с кремнием, причем соотношение между углеродом и кремнием в сплаве составляет величину 0,43...0,71. Соотношение между ингредиентами порошковой проволоки устанавливают следующим, мас.%:

углеродсодержащий материал 44...54

стальная оболочка 46...56.

Общим с прототипом существенным признаком является ввод порошкообразных углеродсодержащих материалов в ковш.

Отличительными от прототипа существенными признаками являются:

- ввод углеродсодержащих материалов осуществляется в две стадии;

- 55...85% углерода присаживают во время выпуска жидкого металла до наполнения ковша;

- 15...45% углерода вводят в полный ковш в виде порошковой проволоки в стальной оболочке перед модифицированием стали;

- на второй стадии массовая скорость поступления углерода в жидкий расплав составляет 350...550 г/с.

Дополнительными существенными признаками являются:

- использование на первой стадии углерода в виде сплава с кремнием с соотношением между углеродом и кремнием в сплаве 0,43...0,71;

- соотношение между ингредиентами порошковой проволоки устанавливают следующим, мас.%:

углеродсодержащий материал 44...54

стальная оболочка 46...56.

Из вышеизложенного следует, что заявленный способ соответствует критерию "новизна".

Признаки, отличающие заявленное техническое решение от прототипа, не выявлены в других известных способах внепечного науглероживания стали, что позволяет судить о том, что заявленное решение соответствует критерию "изобретательский "уровень".

Приведенные выше существенные признаки являются необходимыми и достаточными для всех случаев, на которые распространяется область применения изобретения.

Между существенными признаками и техническим результатом - увеличением степени усвоения углерода, стабильном получении заданного содержания углерода в узких пределах (0,02% и ниже), улучшении качества и уменьшении брака металла - существует причинно-следственная связь, которая объясняется следующим образом. Присадка 55...85% углерода от общего количества на обработку во время выпуска жидкого металла до наполнения ковша позволяет снизить и стабилизировать окисленность без применения раскислителей, которые приводят к образованию глиноземистых или силикатных неметаллических включений. При низкой окисленности металла и содержании неметаллических включений при внепечной обработке стабильно протекают процессы рафинирования и легирования стали. В конечный период внепечной обработки перед модифицированием стали 15...45% углерода вводят в полный ковш в виде порошковой проволоки в стальной оболочке, что позволяет с одной стороны снять незначительную переокисленность металла, появившуюся за счет вторичного окисления в период проведения процессов легирования, рафинирования и перемешивания металла, а с другой стороны обеспечить стабильное получение заданного содержания углерода в узких пределах (0,02% и ниже). Такое проведение процессов внепечной обработки обеспечивает перед модифицированием стали низкое содержание неметаллических включений и кислорода в металле, что позволяет провести полную трансформацию включений, снизить брак и улучшить качество стали. По мере вхождения порошковой проволоки в жидкий металл, стальная оболочка расплавляется и углеродсодержащий наполнитель высвобождается в расплав, при этом, для того, чтобы обеспечивалось равномерное распределение углерода по всему объему металла, массовая скорость его поступления в расплав должна составлять 350...550 г/с. При массовой скорости поступления углерода, превышающей 350...550 г/с могут образовываться локальные участки металла, перенасыщенные углеродом, в результате чего углерод не будет успевать растворяться и во время ввода проволоки восходящими потоками металла будет выноситься на поверхность расплава, что приведет к снижению его усвоения. При массовой скорости поступления углерода ниже 350 г/с увеличится время ввода проволоки и затраты на внепечную обработку металла. Для попадания проволоки с углеродсодержащим наполнителем на достаточную глубину в жидкий расплав и ее расплавлении в заданный момент времени, она должна иметь необходимую жесткость и теплофизические характеристики, что обеспечивается при следующем соотношении между ингредиентами порошковой проволоки, мас.%:

углеродсодержащий материал 44...54

стальная оболочка 46...56.

На первой стадии использование углерода в виде сплава с кремнием с соотношением между углеродом и кремнием 0,43...0,71 позволяет повысить коэффициент активности углерода и стабилизировать процесс его растворения в жидком металле.

Таким образом, чтобы увеличить степень усвоения углерода, стабильно получать заданное содержание углерода в узких пределах (0,02% и ниже), улучшить качество и уменьшить брак металла, внепечную обработку стали углеродом необходимо производить в две стадии, с регламентированным расходом углерода на каждой стадии, регламентированной массовой скоростью поступления углерода в единицу времени на втором этапе и указанным соотношением между ингредиентами порошковой проволоки.

Заявленный способ используется следующим образом.

В дуговой электросталеплавильной печи выплавляют сталь 60 "селект" (содержание углерода в готовой стали 0,59...0,61%) и выпускают ее в 100-тонный ковш. Во время выпуска металла в ковш присаживают материал, содержащий сплав кремния и углерод с соотношением между углеродом и кремнием 0,57. Расход материала составлял 1,0 кг/т стали. Перед отдачей металла на установку ковш-печь производят замер активности кислорода в металле прибором "Multi Lab Celox". Окисленность металла составляла в среднем 3 ppm (разбег - 1,5...6 ppm). Затем ковш с жидким металлом передают на установку внепечной обработки, где производят рафинирование, легирование, усреднительную продувку и другие технологические операции. После этого отбирают пробу металла на содержание углерода и, после получения анализа, в случае необходимости, производят корректировку содержания углерода углеродсодержащей порошковой проволокой.

В нашем случае содержание углерода составило 0,580%. Поэтому в ковш с помощью трайбаппарата вводят 140 м порошковой проволоки ⊘ 13 мм наполнением 150 г/м (содержание углерода в наполнителе не менее 95%, количество углеродсодержащего материала в проволоке составляет 46,0 мас.%) со скоростью 3 м/с, при этом массовая скорость поступления углерода в металл составляет 427 г/с. После ввода углеродсодержащей проволоки проводят модифицирование металла кальцийсодержащими материалами. После этого отдают металл на разливку, где отбирают по ходу разливки 5 проб с разной высоты ковша. Во всех пробах содержание углерода составило 0,600%. С использованием данной технологии проведено 20 плавок, степень усвоения на всех плавках составила 98...100%. Брак на проведенных плавках отсутствовал. Содержание неметаллических включений в готовом металле составляло 0,005%, все они были модифицированы.

На этой же дуговой электросталеплавильной печи выплавлены 10 плавок стали 60 "селект" по способу-прототипу. Жидкую сталь выпускали в ковш, раскисляли кремнием (ферросилицием). Расход кремния составлял 0,8 кг/т. Окисленность металла составляла в среднем 25 ppm (разбег - 15...36 ppm). На установке внепечной обработки проводили внепечное науглероживание стали порошковой проволокой со скоростью ввода 4,5 м/с (массовая скорость поступления углерода в металл - 641 г/с). Средняя степень усвоения углерода составила 85%, при этом по высоте ковша содержание углерода изменялось от 0,0592 до 0,0615%. Брак по химическому анализу на сравнительных плавках составил 51 т (0,0051 кг/т). Содержание неметаллических включений в готовом металле составляло 0,025%, при этом большая их часть не была трансформирована.

Источники информации

1. Труды первого конгресса сталеплавильщиков, Москва, АО "Черметинформация", с.211-213.

2. "Сталь", 1998. - №9. - С.16-18 (прототип).

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к внепечной обработке металлургических расплавов порошкообразными реагентами. Суть изобретения заключается в том, что в способе внепечной обработки стали углеродом, включающем ввод порошкообразных углеродсодержащих материалов в ковш, ввод углеродсодержащих материалов осуществляется в две стадии - на первой стадии 55...85% углерода присаживают во время выпуска жидкого металла до наполнения ковша, а на второй стадии 15...45% углерода вводят в полный ковш в виде порошковой проволоки в стальной оболочке перед модифицированием стали, причем массовая скорость поступления углерода в жидкий расплав составляет 350...550 г/с. На первой стадии углерод может использоваться в виде сплава с кремнием, причем соотношение между углеродом и кремнием в сплаве составляет величину 0,43...0,71. Соотношение между ингредиентами порошковой проволоки устанавливают следующим, мас.%: углеродсодержащий материал 44...54, стальная оболочка 46...56. Использование изобретения обеспечивает увеличение степени усвоения углерода. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ внепечной обработки стали углеродом, включающий ввод порошкообразных углеродсодержащих материалов в ковш, отличающийся тем, что ввод углеродсодержащих материалов осуществляют в две стадии - на первой стадии 55÷85% углерода присаживают во время выпуска жидкого металла до наполнения ковша, а на второй стадии 15÷45% углерода вводят в полный ковш в виде порошковой проволоки в стальной оболочке перед модифицированием стали, причем массовая скорость поступления углерода в жидкий расплав составляет 350÷550 г/с.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на первой стадии углерод используют в виде сплава с кремнием, причем соотношение между углеродом и кремнием в сплаве составляет 0,43÷0,71.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение между ингредиентами порошковой проволоки устанавливают следующим, мас.%:

Углеродсодержащий материал 44÷54

Стальная оболочка 46÷56