СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В КИСЛОРОДНОМ КОНВЕРТЕРЕ Российский патент 2020 года по МПК C21C5/28 

Изобретение относится к металлургии, в частности к технологии выплавки стали моно и дуплекс процессом в конвертере.

Известен способ выплавки стали в кислородном конвертере [1] (Патент RU №2289629 «Способ выплавки стали в конвертере» МПК⁸ С21С5/28, опубликованного 20.12.2006, бюл. № 35), включающий завалку лома, заливку чугуна, продувку расплава кислородом, присадку флюсующих материалов, подачу в расплав азота через верхнюю кислородную фурму, причем продувку металла азотом производят с интенсивностью 2,6-6,0 м³/мин на тонну расплава, при этом за 1-5 мин перед продувкой расплава азотом в конвертер подают ожелезненный магнезиальный флюс, содержащий 15-95% оксидов магния и 2-15% оксидов железа в количестве 2-15кг/т расплава.

Недостатком этого способа является понижение температуры расплава, при этом из-за отсутствия отдачи углеродсодержащего материала, окисленность металла и шлака не снижается.

Известен способ ведения конвертерной плавки [2] (Патент RU №2261920 «Способ ведения конвертерной плавки», МПК⁸ С 21С5/32, опубликованного 10.10.2005, бюл. №28), включающий продувку ванны кислородом сверху через водоохлаждаемую фурму и последующее замещение кислорода нейтральным газом, который подают в течение 2-4 мин с расходом 2,75-3,00 м³/т·мин при рабочем положении фурмы, соответствующем 0,3-0,4 расстояния от уровня спокойной ванны до горловины конвертера.

Недостатком этого способа является понижение температуры расплава, при этом из-за отсутствия отдачи углеродсодержащего материала окисленность металла и шлака не снижается и нейтральный газ замещает объём кислорода.

Известен способ производства стали [3] (Патент RU №2233339 «Способ производства стали», МПК⁸ С21С5/32, С21С7/00, опубликованного 27.07.2004, бюл. №21), включающий выплавку металла в сталеплавильном агрегате, его раскисление, легирование азотом в сталеразливочном ковше путем продувки газообразным азотом, присадку нитридообразующих элементов в количествах, обеспечивающих связывание растворенного азота в нитриды, разливку и последующую прокатку, причем продувку металла газообразным азотом производят на установке “печь-ковш” с расходом 150-1000 л/мин, при этом одновременно с продувкой производят нагрев расплава за счет электрической дуги и присаживают нитридообразующие элементы, после окончания обработки на установке “печь-ковш” сталеразливочный ковш с металлом передают на установку циркуляционного вакуумирования, где металл вакуумируют в течение 5-30 мин, используя азот с расходом 900-1600 л/мин, а в конце вакуумирования в металл вводят алюминиевую и силикокальциевую проволоку в количестве соответственно 0,05-0,300 и 0,5-3,5 кг/т стали и продувают металл азотом через пористую пробку в днище сталеразливочного ковша.

Недостатком этого способа является то, что отсутствует отдача углеродсодержащего материала, а окисленность снимается за счёт отдачи алюминиевой и силикокальциевой проволоки.

Наиболее близким к изобретению является способ выплавки стали в кислородном конвертере [4] (Патент RU №2465337 «Способ выплавки стали в кислородном конвертере», МПК⁸ С21С5/32, опубликованного 27.10.2012, бюл. №30), включающий подачу в конвертер жидкого чугуна и металлолома, шлакообразующих материалов, продувку металла кислородом сверху через погружную фурму, изменение по ходу продувки расхода кислорода и положения фурмы над уровнем расплава, причем после завершения кислородной продувки металла производят частичное скачивание шлака и проводят продувку металла азотом сверху через погружную фурму с интенсивностью 1000…1200 м³/мин продолжительностью 1,5…2,0 мин, во время продувки металла азотом обеспечивают положение фурмы 0,4…0,6 м над уровнем металла.

Недостатком этого способа является то, что аргоном продувают весь расплав, а в заявляемом изобретении продувку расплава инертным газом производят только после присадки углеродсодержащих материалов, что значительно улучшает снижение окисленности металла и шлака.

Техническим результатом изобретения является обеспечение снижения окисленности металла и шлака после продувки в конвертере, что позволяет снизить расход раскислителей и легирующих ферросплавов; увеличить средний вес плавки за счёт восстановления железа из оксидов железа.

Указанный результат обеспечивается благодаря тому, что после завершения кислородной продувки металла, перед сливом металла в сталеразливочный ковш, присаживают углеродсодержащие материалы в количестве, обеспечивающих связывание растворенного кислорода и кислорода из окиси железа, после чего проводят продувку металла инертным газом (азотом/или аргоном) сверху через погружную фурму с интенсивностью 200…500 м³/мин продолжительностью 1,5…5,0 мин, причем во время продувки металла инертным газом (азотом/или аргоном) обеспечивают положение фурмы 1,5-4,0 м над уровнем металла.

Кроме этого, в заявленном способе выплавки стали в кислородном конвертере в качестве углеродсодержащего материала используют преимущественно коксик, или коксовый орешек, или угольный концентрат, а в качестве инертного газа используют азот и/или аргон.

Технический результат достигается тем, что в способе выплавки стали в кислородном конвертере, включающем подачу в конвертер жидкого чугуна и металлолома, шлакообразующих материалов, продувку металла кислородом сверху через водоохлаждаемую фурму предусмотрены следующие отличия:

- после завершения кислородной продувки металла и перед его сливом в сталеразливочный ковш в конвертер присаживают углеродсодержащие материалы в количестве, обеспечивающем связывание растворенного кислорода и кислорода из окиси железа;

- после чего проводят продувку металла инертным газом (азотом/или аргоном) сверху через погружную фурму;

- интенсивность продувки металла инертным газом 200…500 м³/мин;

- продолжительность продувки металла инертным газом 1,5…5,0 мин;

- положение фурмы составляет 1,5-4,0 м над уровнем металла во время продувки металла инертным газом (азотом/или аргоном).

Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем. Интенсивность и продолжительность продувки металла инертным газом (азотом или аргоном) подобраны исходя из создания наиболее благоприятных условий для удаления кислорода из металла во время продувки. При снижении интенсивности менее 200 м³/мин и продолжительности продувки менее одной минуты не решается основная задача данного способа, так как не хватает времени связывания углерода из углеродсодержащей присадки и кислородом окисла железа шлака. Увеличение интенсивности более 500 м³/мин и продолжительности продувки более 5 минут приводит к дополнительному охлаждению металла и увеличению материальных затрат на нагрев металла на агрегатах внепечной обработки.

Положение продувочной фурмы 1,5-4,0 м над уровнем ванны металла в конвертере выбрано вследствие ускорения процесса связывания углерода из углеродсодержащей присадки с кислородом окисла железа шлака. При увеличении положения фурмы над уровнем ванны металла более 4,0 м не будет происходить процесс связывания углерода из углеродсодержащей присадки с кислородом окисла железа шлака. Более глубокое погружение фурмы над уровнем ванны металла менее 1,5 м - приведёт к значительной потере температуры расплава.

Присаживание углеродсодержащих материалов после завершения кислородной продувки расплава, перед сливом его в сталеразливочный ковш обеспечивает снижение окисленности металла.

Применение в качестве углеродсодержащего материала коксика (либо коксового орешка и/или угольного концентрата) обеспечит снижение окисленности расплава перед сливом (снижение Fe0 шлака), что позволит повысить коэффициент усвоения ферросплавов.

Углеродсодержащие материалы подаются в количестве, обеспечивающем связывание растворенного кислорода и кислорода из окиси железа.

Пример конкретного выполнения способа

Испытание по технологии предлагаемого изобретения были осуществлены в конвертерном цехе АО «ЕВРАЗ НТМК» при выплавке более 24 плавок низкоуглеродистых марок стали СТ3Сп-26, 06Ю-37; 06Ю-19 в 160-тонных конвертерах.

В начале выплавки металла производили завалку в конвертер металлического лома в количестве не менее 20 т (моно-процесс) или без завалки лома (дуплекс-процесс), заливку жидкого чугуна в количестве 135-160 т (в зависимости от типа процесса выплавки), содержащего 4-5% С, 0,02-0,25% Si, не более 0,08% Р, не более 0,05% S, 0,3-0,6% V. Температура жидкого чугуна составляла от 1200 до 1400°С. После чего производили завалку шлакообразующих материалов: известь в количестве 2000-8000 кг/плавку, кремний - до 1500 кг/плавку (применяемого для обеспечения жидкоподвижности и основности шлака), марганец до 1000 кг/плавку (для обеспечения жидкоподвижности шлака), магний - до 3000 кг/плавку (для обеспечения стойкости футеровки конвертера), доломит – 10000 кг/плавку (для обеспечения теплового режима плавки). Продолжительность продувки металла составляла от 10 до 25 мин, расход кислорода на продувку составил 4000-10000м³.

После окончания кислородной продувки металла техническим кислородом, повалки конвертера и перед сливом металла в сталеразливочный ковш, в конвертер на расплав присаживали коксик и коксовый орешек, с содержанием углерода не менее 80% в количестве не менее 100 кг/160 тонн расплава. После чего производили подключение водоохлаждаемой фурмы к азотной магистрали и далее проводили продувку металла азотом с интенсивностью 200-500 м³/мин продолжительностью 1,5-5,0 мин, во время продувки металла азотом обеспечивали положение фурмы 1,5-4,0 м над уровнем металла. Измерение окисленности металла проводили до и после продувки металла азотом.

При выплавке стали по заявленному способу произошло снижение окисленности металла в конвертере перед выпуском из конвертера в среднем с 1500 ppm до 50 ppm, что привело к снижению удельного расхода ферросплавов и алюминия на 1,5 и 1,0 кг/т соответственно.

Таким образом, данное техническое решение соответствует критерию «новизна».

Анализ патентов и научно-технической информации не выявил использования новых существенных признаков, используемых в предлагаемом решении. Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».

Источники информации

[1] Патент RU №2289629 «Способ выплавки стали в конвертере» МПК⁸ С21С5/28, опубл. 20.12.2006, бюл. №35.

[2] (Патент RU №2261920 «Способ ведения конвертерной плавки», МПК⁸ С 21С5/32, опубл. 10.10.2005, бюл. №28.

[3] Патент RU №2233339 «Способ производства стали», МПК⁸ С21С5/32, С21С7/00, опубл. 27.07.2004, бюл. №21.

[4] Патент RU №2465337 «Способ выплавки стали в кислородном конвертере», МПК⁸ С21С5/32, опубл. 27.10.2012, бюл. №30.

Изобретение относится к металлургии, в частности к технологии выплавки стали моно- и дуплекс-процессом в конвертере. После завершения кислородной продувки металла, перед сливом металла в сталеразливочный ковш, присаживают углеродсодержащие материалы в количестве, обеспечивающем связывание растворенного кислорода и кислорода из окиси железа, после чего проводят продувку металла инертным газом сверху через водоохлаждаемую фурму с интенсивностью 200…500 м³/мин и продолжительностью 1,5…5,0 мин, во время продувки металла инертным газом обеспечивают положение фурмы 1,5-4,0 м над уровнем металла. Изобретение направлено на снижение окисленности металла и шлака, что в свою очередь ведет к снижению расхода раскислителей и легирующих ферросплавов, а также позволяет увеличить средний вес плавки за счёт восстановления железа из оксидов железа. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ выплавки стали в кислородном конвертере, включающий подачу в конвертер жидкого чугуна, металлолома и шлакообразующих материалов, продувку металла кислородом сверху через водоохлаждаемую фурму и слив расплава, отличающийся тем, что после завершения продувки металла кислородом перед его сливом в сталеразливочный ковш в конвертер присаживают углеродсодержащий материал в количестве, обеспечивающем связывание растворенного кислорода и кислорода из окиси железа, после чего проводят продувку металла инертным газом сверху через погружную фурму с интенсивностью 200-500 м³/мин, продолжительностью 1,5-5,0 мин, причём во время продувки металла инертным газом обеспечивают положение фурмы 1,5-4,0 м над уровнем металла.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего материала используют преимущественно коксик, или коксовый орешек, или угольный концентрат.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют инертный газ в виде азота и/или аргона.