СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ Российский патент 2009 года по МПК C21C7/00 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к процессам выплавки, внепечной обработке и к непрерывной разливке стали в слитки с содержанием в стали азота.

Наиболее близким по технической сущности является способ производства стали, включающий подачу в конвертер стального лома, заливку в конвертер жидкого чугуна, продувку расплава в конвертере кислородом сверху через многосопловую фурму, выпуск стали из конвертера в сталеразливочный ковш, определение содержания азота в выпускаемой стали, внепечную обработку стали в ковше, непрерывную разливку стали, включающую подачу стали из сталеразливочного ковша в промежуточный ковш через защитную огнеупорную трубу, подачу в трубу инертного газа, подачу стали из промежуточного ковша в кристаллизаторы через погружные сталеразливочные стаканы под уровень стали, вытягивание из кристаллизаторов слитков с переменной скоростью.

В процессе производства стали производят азотирование стали. Необходимое азотирование стали достигают посредством ввода в сталеразливочный ковш на выпуске или во время внепечной обработки азотированных сплавов марганца или ванадия, азотированного марганца или азотированного феррованадия, а также цианамида кальция. Возможно вдувание в расплав в процессе выплавки газообразного азота или смеси азота с кислородом.

(См. Технология производства стали в современных конвертерных цехах. С.В.Колпаков и др. - М.: Машиностроение, 1991, с.244-245).

Недостатком известного способа является отсутствие регламентации содержания азота в смеси газов кислорода и азота в процессе продувки расплава в конвертере, а также отсутствие корректировки расходов подачи в защитную трубу при непрерывной разливке различных видов инертных газов. В результате не обеспечивается необходимое требуемое содержание в непрерывно-литых слитках азота, а также необходимый требуемый химический состав стали.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в обеспечении условий получения стали с требуемым содержанием азота в непрерывно-литых слитках.

Указанный технический эффект достигают тем, что способ производства стали включает подачу в конвертер стального лома, заливку в конвертер жидкого чугуна, продувку расплава в конвертере кислородом и смесью кислорода с азотом сверху через многосопловую фурму, выпуск стали из конвертера в сталеразливочный ковш, определение содержания азота в выпускаемом расплаве, внепечную обработку расплава в ковше, включающую продувку аргоном и ввод раскислителей и легирующих материалов, непрерывную разливку стали, включающую подачу стали из сталеразливочного ковша в промежуточный ковш через огнеупорную защитную трубу, подачу стали из промежуточного ковша в кристаллизаторы через погружные сталеразливочные стаканы под уровень стали, вытягивание из кристаллизаторов слитков с переменной скоростью.

Расплав в конвертере продувают кислородом с расходом 1,2-5,0 м³/мин·т в течение 0,3-0,9 всего времени продувки, после чего расплав продувают газовой смесью кислорода и азота, при этом расход азота в смеси устанавливают по зависимости

Q₁=K₁·[N]₁·Q₂/τ,

где Q₁ - расход азота в газовой смеси, м³/мин;

[N]₁ - требуемая массовая доля азота в жидкой стали по окончании продувки кислородом и газовой смесью, мас.%;

Q₂ - расход кислорода в процессе всего времени продувки, м³/мин·т;

τ - доля времени продувки расплава, равная 0,1-0,7 всего времени продувки, безразмерная;

K₁ - эмпирический коэффициент, характеризующий эффективность усвоения выплавляемой сталью азота из газовой смеси, равный 0,49-0,67, 1/%.

При непрерывной разливке произведенной стали в защитную огнеупорную трубу подают аргон с расходом 0,5-2,5 л/мин·т.

При содержании азота в расплаве при его выпуске из конвертера меньше требуемого предела [N]₁ на 0,0005-0,003 мас. % в защитную трубу в процессе непрерывной разливки стали подают азот с расходом 1,0-3,0 л/мин·т.

При содержании азота при его выпуске из конвертера меньше требуемого предела [N]₁ на 0,0005-0,003 мас. % возможна подача в ковш с расплавом азотированных легирующих материалов, расход которых устанавливают по зависимости

М=К₂·([N]₁-[N]₂)/[N]₃,

где М - расход азотированных легирующих материалов, кг/т;

[N]₁ - требуемая массовая доля азота в жидкой стали по окончании продувки кислородом и газовой смесью, мас. %;

[N]₂ - фактическая массовая доля азота в расплаве при его выпуске из конвертера, мас. %;

[N]₃ - массовая доля азота в азотированных легирующих материалах, мас. %;

К₂ - эмпирический коэффициент, характеризующий эффективность усвоения азота разливаемой сталью, равный 1500-11980 кг/т.

Диапазон значений расхода кислорода в процессе всего времени продувки расплава в пределах 1,2-5,0 м³/мин·т объясняется физико-химическими закономерностями выплавки стали в конвертере. При меньших значениях длительность процесса выплавки стали будет увеличиваться сверх допустимых пределов. При больших значениях будут происходить выбросы расплава из конвертера.

Диапазон значений расхода аргона, подаваемого в защитную трубу, в пределах 0,5-2.5 л/мин·т стали объясняется тепло - и физико-химическими закономерностями защиты струи стали в трубе. При меньших значениях не будет обеспечиваться необходимая защита струи стали от вторичного окисления. При больших значениях будут происходить перерасход аргона и переохлаждение струи стали.

Диапазон значений расхода азота, подаваемого в защитную трубу, в пределах 1,0-3,0 л/мин·т стали объясняется тепло - и физико-химическими закономерностями защиты струи стали от вторичного окисления и насыщения разливаемой сталью азотом. При меньших значениях не будут обеспечиваться необходимые условия для защиты струи стали от вторичного окисления и азотирования стали. При больших значениях будут происходить перерасход азота, перенасыщение им разливаемой стали и переохлаждение ее струи.

Диапазон значений времени продувки расплава только одним кислородом в течение 0,3-0,9 всего времени продувки расплава объясняется физико-химическими закономерностями насыщения расплава азотом. При меньших значениях будет повышенное содержание азота в расплаве при выпуске из конвертера. При больших значениях не будет обеспечиваться требуемое содержание азота в расплаве при выпуске из конвертера.

Диапазон величины уменьшения массовых долей содержания азота в разливаемой стали относительно требуемого значения [N]₁ в пределах 0,0005-0,003 мас. % объясняется физико-химическими закономерностями усвоения азота разливаемой сталью. При больших значениях становится невозможным достижение требуемого химического состава непрерывно-литых слябов.

Диапазоны значений эмпирических коэффициентов K₁ и К₂ в пределах К1 и К2 в пределах 0,49-0,67 и 1500-11980 соответственно объясняются физико-химическими закономерностями усвоения сталью азота при производстве непрерывно-литых слябов. При меньших и больших значениях не будет обеспечиваться требуемый химический состав непрерывно-литых слябов.

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 способа критерию «изобретательский уровень».

Ниже дан вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения.

Способ производства стали осуществляют следующим образом.

Пример. В процессе производства стали получают непрерывно-литые слитки слябового сечения с размерами 850-1850×250 мм из анизотропной электротехнической стали марки ЭЗА следующего химического состава, мас. %: С=0,03-0,06; Si=2,5-3,5; Mn=0,10-0,30; S≤0,010; P≤0,020; Al=0,012-0,030; Cr≤0,1; Ni≤0,1; Cu=0,3-0,6; N=0,006-0,015.

При производстве стали в конвертер подают стальной лом, заливают в конвертер жидкий чугун, продувают расплав в конвертере кислородом и кислородом в смеси с азотом сверху через многосопловую фурму, выпускают сталь из конвертера в сталеразливочный ковш, определяют содержание азота в выпускаемой стали. В конвертер заливают чугун следующего химического состава, мас. %: С=3-5; Si=0,3-1,2; Mn=0.05-0,2; S=0,005-0,025; P=0,04-0,15.

После выпуска из конвертера сталь в ковше подвергают внепечной обработке на установке доводки металла, где производят раскисление металла посредством ввода алюминиевой катанки диаметром 8-14 мм с расходом 0,2-0,6 кг/т и продувают аргоном через фурму для усреднения стали в ковше по химсоставу и температуре.

Затем сталь разливают на установке непрерывной разливки в слитки слябового сечения. При этом сталь из сталеразливочного ковша подают в промежуточный ковш под уровень через защитную огнеупорную трубу, в которую подают инертный газ азот или аргон. Из промежуточного ковша сталь подают через сталеразливочные стаканы под уровень в кристаллизаторы, из которых вытягивают слябы со скоростью 0,8-1,2 м/мин.

Требуемое содержание азота [N]₁ в непрерывно-литых слитках устанавливают, например, в пределах 0,005-0,020 мас. %. Расплав продувают кислородом сверху через многосопловую фурму с расходом 1,2-5,0 м³/мин·т в течение 0,3-0,9 всего времени продувки. Затем расплав продувают газовой смесью кислорода и азота. Расход азота в смеси устанавливают по зависимости

Q₁=K₁·[N]₁·Q₂/τ,

где Q₁ - расход азота в газовой смеси, м³/мин·т;

[N]₁ - требуемая массовая доля азота в жидком расплаве по окончании продувки кислородом и газовой смесью, мас. %;

Q₂ - расход кислорода в процессе всего времени продувки, м³/мин·т;

τ - доля от всего времени продувки расплава газовой смесью, равная 0,1-0,7 всего времени продувки расплава в конвертере, безразмерная;

K₁ - эмпирический коэффициент, характеризующий эффективность усвоения выплавляемой сталью азота из газовой смеси, равный, 0,49-0,67, 1/%.

При непрерывной разливке произведенной стали в защитную трубу подают аргон с расходом 0,5-2,5 л/мин·т.

При содержании азота в расплаве при его выпуске из конвертера меньше требуемого предела [N]₁ на 0,0005-0,003 мас. % в защитную трубу подают азот с расходом 1,0-3,0 л/мин·т.

Возможен вариант, когда при содержании азота в расплаве при его выпуске из конвертера меньше требуемого предела [N]₁ на 0,0005-0,003 мас. % в ковш с расплавом подают азотированные легирующие материалы в виде, например, азотированного марганца, азотированного феррованадия или цианамида кальция. Расход азотированных легирующих материалов устанавливают по зависимости

М=К₂·([N]₁-[N]₂)/[N]₃,

где М - расход азотированных легирующих материалов, кг/т;

[N]₁ - требуемая массовая доля азота в жидком расплаве по окончании продувки кислородом и газовой смесью, мас. %;

[N]₂ - фактическая массовая доля азота в расплаве при его выпуске из конвертера, мас. %;

[N]₃ - массовая доля азота в азотированных легирующих материалах, мас. %;

К₂ - эмпирический коэффициент, характеризующий эффективность усвоения азота разливаемой сталью, равный 1500-11980, кг/т.

В таблицах 1, 2 и 3 приведены примеры осуществления способа производства стали с различными технологическими параметрами.

В таблице 1 в примере 1 вследствие малого расхода в газовой смеси азота в процессе продувки в расплаве происходит уменьшение содержания азота ниже требуемых значений. В примере 5 вследствие большого расхода в газовой смеси азота в процессе продувки в расплаве происходит увеличение содержания азота выше требуемых значений.

В оптимальных примерах 2-4 вследствие соблюдения необходимых значений расхода азота в газовой смеси обеспечивается требуемое содержание азота в расплаве. Кроме того, в примере 1 вследствие малого расхода аргона не происходит эффективная защита струи разливаемой стали в защитной трубе от вторичного окисления. В примере 5 вследствие большого расхода аргона происходит переохлаждение струи разливаемой стали в защитной трубе.

Таблица 1 Параметры Примеры 1 2 3 4 5 1. Емкость конвертера, т 150 150 250 350 350 2. Расход кислорода Q₂, м³/мин·т 1,0 1,2 3,1 5,0 6,0 3. Время продувки расплава в конвертере, мин 16 16 20 25 25 4. Время продувки расплава одним кислородом, мин 0,2×16=3,2 0.3×16=3,2 0,6×20=12,0 0,9×25=22,5 0,95×25=23,75 5. Доля времени τ продувки расплава газовой смесью, безразмерная 0,8 0,7 0,4 0,1 0,05 6. Время продувки расплава смесью кислорода и азота, мин 0,8×16=12,8 0.7×16=11.2 0,4×20=8,0 0,1×25=2,5 0,05×25=1.25 7. Требуемая массовая доля азота [N]₁.мac.% 0,020 0,020 0,0125 0,005 0,005 8. Значение K₁, мин/ % 0,44 0,49 0,54 0,67 0,72 9. Расход азота, Q₁, м³/мин·т в газовой смеси 0,015 0,0167 0,053 0,167 0,180 10. Фактическое содержание азота в разливаемой стали, мас.% 0.018 0,020 0,0125 0,005 0,007 11. Расход аргона в защитной трубе, л/мин·т 0,4 0,5 1,5 2,5 2,8

Кроме того, в примере 1 вследствие малого расхода аргона не происходит эффективная защита струи разливаемой стали в защитной трубе от вторичного окисления. В примере 5 вследствие большого расхода аргона происходит переохлаждение струи разливаемой стали в защитной тубе.

Таблица 2 Параметры Примеры 1 2 3 4 5 1. Емкость конвертера, т 150 150 250 350 350 2. Требуемая массовая доля азота [N]₁, мас.% 0,020 0,020 0,0125 0,005 0,005 3. Фактическое содержание азота в расплаве, [N]₂, мас. % 0,0170 0,0170 0,0108 0,0045 0,0045 4. Расход азота в защитной трубе, л/мин·т 0,5 1,0 2,0 3,0 3,5 5. Массовая доля азота в непрерывно-литых слябах, мас. % 0,0185 0,020 0,0125 0,0050 0,0055

В таблице 2 в примере 1 малого расхода азота в защитной трубе не обеспечивается требуемое содержание азота в непрерывно-литых слябах. В примере 5 вследствие большого расхода азота в защитной трубе не обеспечивается требуемое содержание азота в непрерывно-литых слябах. Кроме того, происходит переохлаждение струи разливаемой стали с одновременным перерасходом азота.

В оптимальных примерах 2-4 вследствие соблюдения необходимых расходов азота в защитной трубе обеспечивается требуемое содержание азота в непрерывно-литых слябах.

Таблица 3 Параметры Примеры 1 2 3 4 5 1. Емкость конвертера, т 150 150 250 350 350 2. Требуемая массовая доля азота [N]₁, мас. % 0,020 0,020 0,125 0,0050 0,0050 3. Фактическое содержание азота в расплаве [N]₂, мас. % 0,0170 0,0170 0,0108 0,0045 0,0045 4. Массовая доля азота в легирующих материалах[N]₃, мас. % 30 30 12 3 3 5. Величина K₂, кг/т 1200 1500 5710 11980 12500 6. Расход легирующих материалов, М, кг/т 0,12 0,15 0,8 2,0 2,09 7. Массовая доля азота в непрерывно-литых слябах, мас. % 0,0185 0,020 0,0125 0,0050 0.0053

В таблице 3 в примере 1 вследствие малого расхода азотированных легирующих материалов не обеспечивается требуемое содержание азота в непрерывно-литых слябах. В примере 5 вследствие большого расхода азотированных легирующих материалов не обеспечивается требуемое содержание азота в непрерывно-литых слябах.

В общем случае при содержании в расплаве азота при его выпуске из конвертера ниже требуемого значения [N]₁ возможно одновременное использование подачи азота в защитную огнеупорную трубу при непрерывной разливке и азотированных легирующих материалов в сталеразливочный ковш. В обоих случаях происходит дополнительное азотирование разливаемой стали до необходимых пределов [N]₁.

Применение изобретения позволяет повысить выход годных непрерывно-литых слябов по химсоставу, например, из анизотропной электротехнической стали на 10-15%. При этом обеспечивается экономия азотированных материалов за счет азотации расплава в конвертере газовой смесью кислорода и азота.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к процессам выплавки, к внепечной обработке и к непрерывной разливке стали. Способ включает подачу в конвертер стального лома, заливку в конвертер жидкого чугуна, продувку расплава в конвертере кислородом и смесью кислорода с азотом сверху через многосопловую фурму, выпуск стали из конвертера в сталеразливочный ковш, определение содержания азота в выпускаемой стали, внепечную обработку стали в ковше, продувку аргоном и ввод раскислителей и легирующих мариалов в ковш. Сталь подают из сталеразливочного ковша в промежуточный ковш через огнеупорную защитную трубу, затем из промежуточного ковша - в криссталлизаторы через погружные сталеразливочные стаканы под уровень стали, далее вытягивают из кристаллизаторов слитки с переменной скоростью. Использование изобретения позволяет обеспечить получение стали с требуемым содержанием азота в непрерывно-литых слитках. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ производства стали, включающий подачу в конвертер стального лома, заливку в конвертер жидкого чугуна, продувку расплава в конвертере кислородом и газовой смесью из кислорода и азота сверху через многосопловую фурму, выпуск расплава из конвертера в разливочный ковш, определение содержания азота в выпускаемом расплаве, внепечную обработку расплава в ковше, включающую продувку аргоном и ввод раскислителей и легирующих материалов, непрерывную разливку стали, включающую подачу стали из сталеразливочного ковша в промежуточный ковш через защитную огнеупорную трубу, подачу в трубу инертного газа, подачу стали из промежуточного ковша в кристаллизатор через погружные сталеразливочные стаканы под уровень стали, вытягивание из кристаллизатора слитков с переменной скоростью, отличающийся тем, что расплав продувают в конвертере кислородом с расходом 1,2-5,0 м³/мин·т в течение 0,3-0,9 всего времени продувки, при этом расход азота в газовой смеси устанавливают по зависимости:
Q1=K₁·[N]1·Q₂/τ,
где Q1 - расход азота в газовой смеси, м³/мин·т;
[N]₁ - требуемая массовая доля азота в жидком расплаве по окончании продувки кислородом и газовой смесью, равная 0,005-0,020 мас.%;
Q₂ - расход кислорода в процессе всего периода продувки, м³/мин·т;
τ - доля времени продувки расплава газовой смесью, равная 0,1-0,7 всего времени продувки расплава в конвертере, безразмерная;
К₁ - эмпирический коэффициент, характеризующий эффективность усвоения выплавляемой сталью азота из газовой смеси, равный 0,49-0,67, 1/%, а при непрерывной разливке полученной стали в защитную огнеупорную трубу, в качестве инертного газа, подают аргон с расходом 0,5-2,5 л/мин·т.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при содержании азота в расплаве при его выпуске из конвертера меньше требуемого предела массовой доли [N]₁ на 0,0005-0,0030 мас.% в сталеразливочный ковш подают азотированные легирующие материалы, расход которых устанавливают по зависимости:
М=К₂·([N]₁-[N]₂)/[N]₃,
где М - расход азотированных легирующих материалов, кг/т;
[N]₂ - фактическая массовая доля азота в жидком расплаве при его выпуске из конвертера, мас.%;
[М]₃ - массовая доля азота в азотированных легирующих материалах, мас.%;
К₂ - эмпирический коэффициент, характеризующий эффективность усвоения азота разливаемой сталью, равный 1500-11980, кг/т.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при содержании азота в расплаве при его выпуске из конвертера меньше требуемого предела массовой доли [N]₁ на 0,0005-0,003 мас.% в защитную огнеупорную трубу в процессе непрерывной разливки стали подают азот с расходом 1,0-3,0 л/мин.