СПОСОБ ВЫПЛАВКИ НИЗКОФОСФОРИСТОЙ СТАЛИ В КОНВЕРТЕРЕ Российский патент 2012 года по МПК C21C5/28 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к выплавке стали в конвертере.

Наиболее близким по технической сущности является способ выплавки стали в конвертере, включающий подачу в конвертер жидкого чугуна и твердой металлошихты, продувку расплава кислородом сверху и нейтральным газом через донные продувочные устройства, подачу в конвертер охладителя, а в качестве шлакообразующих материалов извести, определение химического состава расплава (см. способ выплавки низкофосфористой стали в конвертере, известный из SU 1560561 A1, C21C 5/28,30.04.1990).

Недостатком известного способа является неконтролируемое снижение окисленности шлака в конце продувки, замедление темпа роста основности шлака в конце продувки плавки, получение нестабильного перегрева металла в момент первой повалки и некоторое восстановлениие фосфора.

Это объясняется несбалансированностью материально-теплового баланса плавок, так как наведение известково-железистого шлака оптимального химического состава в необходимом количестве для проведения глубокой дефосфорации в конвертере невозможно без использования специальных добавок, позволяющих интенсифицировать процессы растворения извести и формирования шлака.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в повышении эффективности удаления фосфора и получении расплава после окончания продувки в конвертере с массовой долей фосфора в диапазоне 0,001-0,005% с целью получения марок сталей с заданной массовой долей фосфора 0,010% и менее.

Указанный технический эффект достигают тем, что способ выплавки низкофосфористой стали в конвертере включает подачу в конвертер жидкого чугуна и твердой металлошихты, продувку расплава кислородом сверху и нейтральным газом через донные продувочные устройства, подачу в конвертер охладителя, а в качестве шлакообразующих материалов извести, определение химического состава расплава, отличающийся тем, что в конвертер присаживают теплоноситель, расход которого устанавливают по зависимости

M₁=K₁·(K₂·[P]_ч-[P]_p)·(K₃·T_ч-K₄·M_ч·[Si]_ч+A);

где M₁ - расход теплоносителя, кг/ т расплава;

K₁ - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равный 20÷80 %^-1;

K₂ - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равный 10÷20; безразмерный;

[Р]_ч - массовая доля фосфора в жидком чугуне, равная 0,01÷0,15, %;

[Р]_р - заданная массовая доля фосфора в расплаве после продувки, равная 0,001÷0,005%;

K₃ - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равный (1,0÷2,0)·10^-4, кг/т·°С;

T_ч - температура жидкого чугуна, °С;

K₄ - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равный

(1,8÷3,0)·10^-4, %^-1;

М_ч - расход жидкого чугуна кг/ т расплава;

[Si]_ч - массовая доля кремния в жидком чугуне, %;

А - эмпирическая величина, характеризующая физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равная (2,0÷3,5)·10^-3, кг/т,

расход извести определяют по зависимости

М₂=K₅·[Si]_ч+K₆·М₁/М_ч+В;

где M₂ - расход извести, кг/ т расплава;

K₅ - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности растворения извести, равный 60÷70, кг/т·°%;

K₆ - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности растворения извести, равный 100÷600, кг/т;

[Si]_ч - массовая доля кремния в жидком чугуне, %;

В - эмпирическая величина, характеризующая физико-химические закономерности растворения извести, равная 40-70, кг/т,

расход охладителя определяют по зависимости

М₃=K₇·М₁·М_ч;

где K₇ - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равный (1,0÷5,0)·10^-3, т/кг,

прекращают продувку расплава кислородом сверху и нейтральным газом через донные продувочные устройства при достижении массовой доли углерода в расплаве не более 12·[Р]_р.

В качестве теплоносителя используют ферросилиций с содержанием кремния 40-80 мас.% или смесь ферросилиция с содержанием кремния 40-80 мас.% и алюминийсодержащего материала с содержанием алюминия 40-100 мас.% при следующем соотношении в ней компонентов, мас.%:

ферросилиций 50-90, алюминийсодержащий материал 3-50.

В качестве охладителей используют железорудные окатыши или железную руду.

Повышение эффективности удаления фосфора и получение расплава после окончания продувки в конвертере с массовой долей фосфора в диапазоне 0,001÷0,005% и получение массовой доли фосфора в готовой стали 0,010% и менее будет происходить вследствие установления расхода теплоносителя, извести и охладителей с учетом массовой доли фосфора в чугуне и заданной массовой доли фосфора в расплаве.

Диапазон значений массовой доли фосфора в жидком чугуне [Р]_ч в пределах 0,01÷0,15% объясняется физико-химическими закономерностями дефосфорации. При меньших значениях расход шлакообразующих материалов будет сверх допустимых значений. При больших значениях дефосфорация расплава в конвертере при использовании одношлакового режима будет недостаточна для получения массовой доли фосфора в расплаве после окончания продувки в диапазоне 0,001÷0,005%.

Диапазон значений массовой доли фосфора в расплаве после продувки [Р]_р в пределах 0,001÷0,005% объясняется требованиями по содержанию фосфора в готовой стали и физико-химическими закономерностями рефосфорации металла при раскислении и легировании в процессе внепечной обработки. При меньших значениях расход шлакообразующих материалов будет сверх допустимых значений. При больших значениях получение массовой доли фосфора в готовой стали 0,010% и менее будет затруднено.

Диапазон значений эмпирического коэффициента K₁ изменяется в пределах 20÷80%^-1 и объясняется физико-химическими закономерностями дефосфорации расплава. При меньших значениях дефосфорация расплава будет недостаточной. При больших значениях расход теплоносителя и шлакообразующих материалов будет сверх допустимых значений. Указанный диапазон устанавливают в пропорциональной зависимости от массовой доли фосфора в чугуне и физического и химического теплосодержания чугуна.

Диапазон значений эмпирического коэффициента K₂ изменяется в пределах 10÷20 и объясняется физико-химическими закономерностями дефосфорации расплава. При меньших значениях дефосфорация расплава будет недостаточной. При больших значениях расход теплоносителя будет сверх допустимых значений. Указанный диапазон устанавливают в пропорциональной зависимости от массовой доли фосфора в чугуне и заданной массовой доли фосфора в расплаве после продувки.

Диапазон значений эмпирического коэффициента K₃ изменяется в пределах (1,0÷2,0)·10^-4 кг/т·°С и объясняется физико-химическими закономерностями дефосфорации расплава. При меньших значениях дефосфорация расплава будет недостаточной. При больших значениях расход теплоносителя будет сверх допустимых значений. Указанный диапазон устанавливают в пропорциональной зависимости от массовой доли фосфора в чугуне и физического и химического теплосодержания чугуна.

Диапазон значений эмпирического коэффициента K₄ изменяется в пределах (1,8÷3,0)·10^-4 %^-1 и объясняется физико-химическими закономерностями дефосфорации расплава. При меньших значениях дефосфорация расплава будет недостаточной. При больших значениях расход теплоносителя будет сверх допустимых значений. Указанный диапазон устанавливают в пропорциональной зависимости от массовой доли фосфора в чугуне и физического и химического теплосодержания чугуна.

Диапазон значений эмпирической величины А в пределах (2,0÷3,5)·10^-3 кг/т и объясняется физико-химическими закономерностями дефосфорации расплава. При меньших значениях расход теплоносителя будет сверх допустимых значений. При больших значениях дефосфорация расплава будет недостаточной. Указанный диапазон устанавливают в пропорциональной зависимости от массовой доли фосфора в чугуне и физического и химического теплосодержания чугуна.

Диапазон значений эмпирического коэффициента K₅ изменяется в пределах 60÷70 кг/т·% и объясняется физико-химическими закономерностями растворения извести. При меньших значениях расход шлакообразующих материалов будет недостаточным. При больших значениях расход шлакообразующих материалов будет сверх допустимых значений. Указанный диапазон устанавливают в пропорциональной зависимости от массовой доли кремния в чугуне и расхода теплоносителя.

Диапазон значений эмпирического коэффициента K₆ изменяется в пределах 100÷600 кг/т и объясняется физико-химическими закономерностями растворения извести. При меньших значениях расход шлакообразующих материалов будет недостаточным. При больших значениях расход шлакообразующих материалов будет сверх допустимых значений. Указанный диапазон устанавливают в прямой зависимости от расхода теплоносителя.

Диапазон значений эмпирической величины В в пределах 40÷70 кг/т и объясняется физико-химическими закономерностями дефосфорации расплава. При меньших значениях расход шлакообразующих материалов будет недостаточным. При больших значениях расход шлакообразующих материалов будет сверх допустимых значений. Указанный диапазон устанавливают в пропорциональной зависимости от массовой доли кремния в чугуне и расхода теплоносителя.

Диапазон значений эмпирического коэффициента K₇ изменяется в пределах 0,04÷0,12 и объясняется физико-химическими закономерностями дефосфорации расплава. При меньших значениях расход теплоносителя будет сверх допустимых значений. При больших значениях дефосфорация расплава будет недостаточной. Указанный диапазон устанавливают в прямой зависимости от расхода извести.

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 "новизна".

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

Способ выплавки низкофосфористой стали в конвертере осуществляют следующим образом.

Пример. В конвертер после подачи твердой металлошихты присаживают теплоноситель, расход которого определяют по зависимости

M₁=K₁·(K₂·[P]_ч-[P]_p)·(K₃·T_ч-K₄·M_ч·[Si]_ч+A),

где M₁ - расход теплоносителя, кг/ т расплава;

K₁ - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равный 20÷80 %^-1;

K₂ - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равный 10÷20, безразмерный;

[Р]_ч - массовая доля фосфора в жидком чугуне, равная 0,01÷0,15%;

[Р]_р - заданная массовая доля фосфора в расплаве после продувки, равная 0,001÷0,005%;

K₃ - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равный (1,0÷2,0)·10^-4 кг/т·°С;

Т_ч - температура жидкого чугуна, °С;

K₄ -эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равный (1,8÷3,0)·10^-4 %^-1;

M_ч - расход жидкого чугуна кг/ т расплава;

[Si]_ч - массовая доля кремния в жидком чугуне, %;

А - эмпирическая величина, характеризующая физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равная (2,0÷3,5)·10^-3, кг/т,

затем в конвертер заливают жидкий чугун и начинают продувку расплава кислородом сверху и нейтральным газом через донные продувочные устройства и в процессе продувки присаживают известь и охладитель и при этом расход извести определяют по зависимости

М₂=K₅·[Si]_ч+K₆·M₁/M_ч+В,

где М₂ - расход извести, кг/ т расплава;

K₅ - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности растворения извести, равный 60÷70 кг/т·%;

K₆ - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности растворения извести, равный 100÷600 кг/т;

[Si]_ч - массовая доля кремния в жидком чугуне, %;

В - эмпирическая величина, характеризующая физико-химические закономерности растворения извести, равная 40÷70, кг/т,

а расход охладителя определяют по зависимости

М₃=K₇·М₁·М_ч,

где K₇ - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равный (1,0÷5,0)·10^-3 т/кг,

прекращают продувку расплава кислородом сверху и нейтральным газом через донные продувочные устройства при достижении значений массовой доли углерода не более 12·[Р]_р на основе использования показаний газоанализатора о содержания окиси углерода и двуокиси углерода в отходящих дымовых газах.

При этом в процессе продувки расплава кислородом сверху и нейтральным газом через донные продувочные устройства создаются благоприятные условия для окисления фосфора и наведения необходимого количества рафинировочного шлака с заданными физико-химическими свойствами для ассимиляции окислов фосфора, что приводит к повышению эффективности дефосфорации расплава и к получению в расплаве после окончания продувки в конвертере массовой доли фосфора в диапазоне 0,001÷0,005% с целью получения марок сталей с заданной массовой долей фосфора 0,010% и менее.

В таблице приведены примеры осуществления способа выплавки низкофосфористой стали в конвертере с различными технологическими параметрами.

В 1-м и 5-м примерах не обеспечивается необходимая массовая доля фосфора в расплаве после продувки вследствие несоблюдения необходимых технологических параметров.

В оптимальных примерах 2-4 вследствие соблюдения необходимых технологических параметров достигается необходимая массовая доля фосфора в расплаве после продувки и в готовой стали.

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к выплавке стали в конвертере. Способ выплавки низкофосфористой стали в конвертере включает подачу в конвертер жидкого чугуна и твердой металлошихты, продувку расплава кислородом сверху и нейтральным газом через донные продувочные устройства, подачу в конвертер извести, охладителя, теплоносителя, определение химического состава расплава после продувки расплава. Перед подачей материалов в конвертер устанавливают расход теплоносителя в зависимости от физико-химических закономерностей дефосфорации расплава, температуры и расхода жидкого чугуна и массовой доли кремния в жидком чугуне, расход извести определяют в зависимости от физико-химических закономерностей растворения извести, массовой доли кремния в жидком чугуне и расхода теплоносителя и жидкого чугуна, расход охладителя определяют в зависимости от расхода теплоносителя и жидкого чугуна. Продувку расплава кислородом сверху и нейтральным газом через донные продувочные устройства прекращают при достижении массовой доли углерода в расплаве не более 12·[Р]_р. В качестве теплоносителя используют ферросилиций или его смесь с алюминийсодержащим материалом. Использование изобретения обеспечивает получение массовой доли фосфора в готовой стали 0,010%. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ выплавки низкофосфористой стали в конвертере, включающий подачу в конвертер жидкого чугуна и твердой металлошихты, продувку расплава кислородом сверху и нейтральным газом через донные продувочные устройства, подачу в конвертер охладителя, а в качестве шлакообразующих материалов извести, определение химического состава расплава, отличающийся тем, что в конвертер присаживают теплоноситель, расход которого устанавливают по зависимости M₁=K₁·(K₂·[P]_ч-[P]_p)·(K₃·T_ч-K₄·M_ч·[Si]_ч+A),
где M₁ - расход теплоносителя, кг/т расплава;
K₁ - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равный 20÷80%^-1;
K₂ - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равный 10÷20, безразмерный;
[Р]_ч - массовая доля фосфора в жидком чугуне равная 0,01÷0,15%;
[Р]_р - заданная массовая доля фосфора в расплаве после продувки, равная 0,001÷0,005%;
K₃ - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равный (1,0÷2,0)·10^-4 кг/т·°С;
Т_ч - температура жидкого чугуна, °С;
K₄ - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равный (1,8÷3,0)·10^-4%^-1;
М_ч - расход жидкого чугуна кг/т расплава;
[Si]_ч - массовая доля кремния в жидком чугуне, %;
А - эмпирическая величина, характеризующая физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равная (2,0÷3,5)·10^-3 кг/т, при этом расход извести определяют по зависимости М₂=K₅·[Si]_ч+K₆·М₁/М_ч+В,
где М₂ - расход извести, кг/т расплава;
K₅ - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности растворения извести, равный 60-70 кг/т·%;
K₆ - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности растворения извести, равный 100-600 кг/т;
В - эмпирическая величина, характеризующая физико-химические закономерности растворения извести, равная 40-70, кг/т, расход охладителя определяют по зависимости
М₃=K₇·М₁·М_ч,
где K₇ - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равный (1,0÷5,0)·10^-3 т/кг,
прекращают продувку расплава кислородом сверху и нейтральным газом через донные продувочные устройства при достижении массовой доли углерода в расплаве не более 12·[Р]_р.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве теплоносителя используют ферросилиций с содержанием кремния 40÷80 мас.% или смесь ферросилиция с содержанием кремния 40÷80 мас.% и алюминийсодержащего материала с содержанием алюминия 40÷100 мас.% при следующем соотношении в ней компонентов, мас.%:
ферросилиций 50÷90 алюминийсодержащий материал 3÷50

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве охладителя используют железорудные окатыши или железную руду.