СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ С СОДЕРЖАНИЕМ СЕРЫ [S] ≤ 0,0015% В АГРЕГАТЕ ПЕЧЬ-КОВШ ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ Российский патент 2021 года по МПК C21C5/56 C21C7/64 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к процессу производства стали в металлургической области, а также к способу, препятствующему карбюризации, для производства стали с низким содержанием углерода и серы при помощи агрегата ковш-печь для рафинирования в 150 т.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Сталь с низким содержанием серы и углерода ([S] ≤ 0,0015%, [C] ≤ 0,055%) в основном состоит из стали для производства стойких к воздействию кислот трубопроводов и стали с более высокой добавленной стоимостью для производства низкотемпературных сосудов и сверхпрочных бортов кораблей. Ввиду особых требований к содержанию углерода и серы, а также требований к чистоте расплавленной стали, следует выпускать наружу расплавленную сталь из конвертора при низком содержании углерода и серы, после чего необходима дальнейшая глубокая десульфурация в агрегате ковш-печь. Для глубокой десульфурации в агрегате ковш-печь требуется длительный нагрев электродами, что приводит к серьезной карбюризации электродов в расплавленной стали и приводит к несоответствию во время контроля за низким уровнем серы и углерода. В результате, партия стали с высокой добавленной стоимостью не может производиться стабильно и имеет высокий показатель оценки изменений и высокую стоимость плавки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Решение технической задачи, которое предлагается настоящим изобретением, представлено в виде способа, препятствующего карбюризацию, для производства стали с низким содержанием углерода и серы при помощи агрегата ковш-печь для рафинирования, при котором устраняются недостатки, существующие в предшествующем уровне техники. Благодаря исследованиям и контролю за оптимизацией эффекта погруженной дуги в шлаке верхней части ковша, улучшению степени термического влияния электродов и снижению разъедания электродов расплавленной сталью, химический состав смесеобразования стали с низким содержанием серы и углерода ([S] ≤ 0,0015%, [C] ≤ 0,055%) в течение всего процесса плавки в агрегате ковш-печь для рафинирования может стабильно поддерживаться в пределах 0,015%, при этом компоненты в конечной точке плавления стабильно и точно контролируются таким образом, что чистота расплавленной стали соответствует требованиям к высококачественной расплавленной стали, снижаются показатели оценки изменений и повышается экономическая эффективность.

Техническое решение настоящего изобретения для решения вышеупомянутой технической задачи достигается за счет оптимизации режима подачи электроэнергии, раскисления и образования шлака, а также донной продувки аргоном в процессе плавки. Конкретное техническое решение заключается в следующем:

Способ, предотвращающий карбюризацию, для производства стали с низким содержанием углерода и серы при помощи агрегата ковш-печь для рафинирования включает следующие этапы:

(I) Участок обработки агрегатом ковш-печь: После того, как расплавленная сталь достигнет участка внепечной обработки агрегатом ковш-печь, отмечается состояние шлакования расплавленной стали. Интенсивность донной продувки в ковше на участке остановки регулируется таким образом, чтобы на начальной стадии ее диапазон составлял от 45 нл/мин до 55 нл/мин. Если через 2 минуты газообразный аргон не поднимется, то продувку можно увеличить до 95-105 нл/мин, а если еще через 2 минуты эффект все еще не будет виден, то необходимо как можно скорее переместить ковш в рабочий агрегат, чтобы разбить шлак и затем измерить температуру. На участке остановки категорически запрещается открывать перепускной клапан и разбивать шлак или выпускать наружу расплавленную сталь;

(II) Начальный период внепечной обработки агрегатом ковш-печь: После того, как расплавленная сталь достигнет рабочий агрегат и крышка печи закроется, интенсивность донной продувки в ковше поддерживается в диапазоне от 150 нл/мин до 200 нл/мин; на этапе шлакования первоначальный шлак имеет значительную поверхность затвердения и слабый эффект погруженной дуги, при этом применяется режим подачи электроэнергии при помощи дуги с наименьшей длиной; после 2-3 минут обработки нижним электродом прекращается подача электроэнергии, интенсивность донной продувки остается неизменной, отмечается фактическое воздействие донной продувки внутри печи, измеряется температура и определяется целесообразность добавления извести на текущий момент, исходя из состояния шлакования: для раскисления ковшевого шлака в него добавляется 0,20-0,25 кг/т сталеалюминиевой проволоки, а для раскисления расплавленной стали подается 1,0-1,5 м/т сталеалюминиевой проволоки, чтобы получить в первоначальном шлаке массовую долю TFe ≤ 1,50%, а в расплавленной стали - AI≥ 0,015%; таким образом шлак и сталь имеют высокую восстанавливаемость во избежание окисления и эрозии электродов при высоких температурах;

(III) Промежуточный период внепечной обработки агрегатом ковш-печь: На этом этапе, с целью предотвращения разъедания электродов расплавленной сталью, применяется полноценное использование динамичного режима для перемешивания, десульфурации и легирования. В процессе обработки нижним электродом скорость донной продувки в ковше поддерживается в диапазоне от 250 нл/мин до 400 нл/мин. После того как шлак верхней части ковша станет белым, а температура расплавленной стали превысит 1600°C, подача энергии прекращается. При этом интенсивность донной продувки в ковше поддерживается в диапазоне от 500 нл/мин до 600 нл/мин, а также проводится глубокая десульфурация при более сильном перемешивании; на этапе образования шлака, десульфурация и легирование шлака также оказывают восстановительное действие, а также наблюдается хороший эффект погруженной дуги. Режим подачи электроэнергии при помощи длинной дуги используется для улучшения степени термического влияния и быстрого нагрева электродов, десульфурации и легирования, поэтому на этом этапе необходимо поддерживать восстанавливаемость и текучесть шлака. Каждый раз во время сбора проб ведется наблюдение за поверхностью шлака, известь и флюорит добавляются порциями, из расчета <2 кг извести на тонну стали и 0,60 кг флюорита на тонну стали в одной порции, при этом общее количество ковшевого шлака поддерживается в диапазоне от 12 кг/т до 14 кг/т стали; в зависимости от производственного ритма к поверхности шлака добавляется 3-4 порции алюминиевой проволоки, а также добавляется 0,12-0,15 кг/т сталеалюминиевой проволоки в каждую порцию для образования шлака;

(IV) Период внепечной обработки агрегатом ковш-печь: В зависимости от производственного ритма, точно настраивается температура, применяется режим подачи электроэнергии при помощи длинной дуги, а интенсивность донной подачи в ковше поддерживается в диапазоне от 150 нл/мин до 200 нл/мин.

Техническое решение, которое ограничивается настоящим изобретением, заключается в следующем:

Вышеизложенный способ, который предотвращает карбюризацию, для производства стали с низким содержанием углерода и серы при помощи агрегата ковш-печь для рафинирования характеризуется тем, что на этапе (I) после того, как расплавленная сталь достигнет участка внепечной обработки агрегатом ковш-печь, отмечается состояние шлакования расплавленной стали. Интенсивность донной продувки в ковше на участке остановки поддерживается таким образом, чтобы на начальной стадии она составляла 50 нл/мин. Если через 2 минуты газообразный аргон не поднимется, то продувку можно увеличить до 100 нл/мин, а если еще через 2 минуты эффект все еще не будет виден, то необходимо как можно скорее переместить ковш в рабочий агрегат, чтобы разбить шлак и затем измерить температуру. На участке остановки категорически запрещается открывать перепускной клапан и разбивать шлак или выпускать наружу расплавленную сталь.

Вышеизложенный способ, который предотвращает карбюризацию, для производства стали с низким содержанием углерода и серы при помощи агрегата ковш-печь для рафинирования характеризуется тем, что на этапе (II) начальный период внепечной обработки агрегатом ковш-печь составляет 3-5 мин после запуска самого агрегата.

Вышеизложенный способ, который предотвращает карбюризацию, для производства стали с низким содержанием углерода и серы при помощи агрегата ковш-печь для рафинирования характеризуется тем, что на этапе (II) в случае если донная продувка в ковше осуществляется не надлежащим образом, то открывается перепускной клапан, чтобы пропустить шлак.

Вышеизложенный способ, который предотвращает карбюризацию, для производства стали с низким содержанием углерода и серы при помощи агрегата ковш-печь для рафинирования характеризуется тем, что на этапе (III) промежуточный период внепечной обработки агрегатом ковш-печь составляет 5-25 мин после запуска самого агрегата.

Вышеизложенный способ, который предотвращает карбюризацию, для производства стали с низким содержанием углерода и серы при помощи агрегата ковш-печь для рафинирования характеризуется тем, что на этапе (III) к поверхности шлака добавляется 3 порции алюминиевой проволоки.

Вышеизложенный способ, который предотвращает карбюризацию, для производства стали с низким содержанием углерода и серы при помощи агрегата ковш-печь для рафинирования характеризуется тем, что на этапе (IV) интенсивность донной продувки в ковше поддерживается на 200 нл/мин.

Вышеизложенный способ, который предотвращает карбюризацию, для производства стали с низким содержанием углерода и серы при помощи агрегата ковш-печь для рафинирования характеризуется тем, что на этапе (III) во время обработки нижним электродом интенсивность донной продувки в ковше поддерживается на 400 нл/мин.

Вышеизложенный способ, который предотвращает карбюризацию, для производства стали с низким содержанием углерода и серы при помощи агрегата ковш-печь для рафинирования характеризуется тем, что на этапе (III) известь и флюорит добавляются тремя порциями.

Положительные эффекты настоящего изобретения:

Сталь с низким содержанием серы и углерода ([S] ≤ 0,0015%, [C] ≤ 0,055%) в основном состоит из стали для производства стойких к воздействию кислот трубопроводов и стали с более высокой добавленной стоимостью для производства низкотемпературных сосудов и сверхпрочных бортов кораблей. Ввиду особых требований к содержанию углерода и серы, а также требований к чистоте расплавленной стали, следует выпускать наружу расплавленную сталь из конвертора при низком содержании углерода и серы, после чего необходима дальнейшая глубокая десульфурация в агрегате ковш-печь. Для глубокой десульфурации в агрегате ковш-печь требуется длительный нагрев электродами, что приводит к серьезной карбюризации электродов в расплавленной стали и приводит к несоответствию во время контроля за низким уровнем серы и углерода. С целью устранения этой ограничивающей связи, настоящее изобретение полностью учитывает динамику металлургического процесса и термодинамику проведения внепечной обработки агрегатом ковш-печь для рафинирования, оптимизирует процесс образования шлака, режим обработки электродом и донную продувку в ковше во время прохождения обработки в агрегате ковш-печь таким образом, что во время плавки стали с низким содержанием углерода и серы в агрегате, процесс карбюризации стабильно регулируется в пределах 0,015%, при этом обеспечивается стабильный контроль уровня содержания серы. Настоящее изобретение преодолевает ограничивающую связь карбюризации, вызванную глубокой десульфурацией, решает проблему большого объема карбюризации при производстве стали с низким содержанием углерода и серы в агрегате ковш-печь для рафинирования в 150 тонн и тем самым обеспечивает порядок производства стойких к воздействию кислот трубопроводов и стали с более высокой добавленной стоимостью для производства низкотемпературных сосудов и сверхпрочных бортов кораблей, а также стабильное качество расплавленной стали и снижение количества бракованной продукции.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Вариант осуществления 1

Этот вариант осуществления представляет собой процесс контроля предотвращения карбюризации при производстве стали с низким содержанием углерода и серы при помощи агрегата ковш-печь для рафинирования в 150 т. Этот процесс позволяет проводить исследования и контроль за оптимизацией эффекта погруженной дуги в шлаке верхней части ковша, улучшать степень термического влияния электродов и снижать разъедание электродов расплавленной сталью, и в результате этого процесса химический состав смесеобразования стали с низким содержанием серы и углерода ([S] ≤ 0,0015%, [C] ≤ 0,055%) в течение всего процесса плавки в агрегате ковш-печь для рафинирования может стабильно поддерживаться в пределах 0,015%, при этом компоненты в конечной точке плавления стабильно и точно контролируются таким образом, что чистота расплавленной стали соответствует требованиям к высококачественной расплавленной стали, снижаются показатели оценки изменений и повышается экономическая эффективность. Технический результат настоящего изобретения достигается путем оптимизации режима подачи электроэнергии, раскисления и образования шлака, а также донной продувки аргоном в процессе плавки.

В этом варианте для производства стали X65MS выбран 150-тонный агрегат ковш-печь для рафинирования. Процесс осуществления: Предварительная обработка жидким металлом → Кислородный конвертер → Агрегат ковш-печь → Циркуляционное вакуумирование → Машина непрерывного литья заготовок. Основной химический состав представлен в таблице 1. Общий процесс рафинирования и плавки при помощи агрегата ковш-печь контролируется следующим образом:

Таблица 1. Основной химический состав стали X65MS (%)

Компоненты C Mn Si P S Alt Контроль в процессе 0,030~0,050 0,30~1,40 0,20~0,30 ≤0,012 ≤0,0010 0,02~0,05 Заданный показатель 0,040 1,35 0,25 ≤0,010 ≤0,0008 0,04

(1) Начальный период внепечной обработки агрегатом ковш-печь (3~5 мин), этап шлакования: После того, как расплавленная сталь достигнет участка внепечной обработки агрегатом ковш-печь, отмечается состояние шлакования расплавленной стали. Интенсивность донной продувки в ковше на участке остановки поддерживается таким образом, чтобы на начальной стадии она составляла 50 нл/мин (первоначально интенсивность продувки устанавливается на 50 нл/мин). Если через 2 минуты газообразный аргон не поднимется, то продувку можно увеличить до 100 нл/мин, а если еще через 2 минуты эффект все еще не будет виден, то необходимо как можно скорее переместить ковш в рабочий агрегат, чтобы разбить шлак и затем измерить температуру. На участке остановки категорически запрещается открывать перепускной клапан и разбивать шлак или выпускать наружу расплавленную сталь.

(2) Начальный период внепечной обработки агрегатом ковш-печь (3~5 мин): После того, как расплавленная сталь достигнет рабочий агрегат и крышка печи закроется, интенсивность донной продувки в ковше поддерживается в диапазоне от 150 нл/мин до 200 нл/мин. Применяется режим подачи электроэнергии при помощи короткой дуги; сила тока и напряжение электродов составляют 6 и 10 соответственно; электроды опускаются для шлакования и поднимаются после того, как электрическая дуга стабилизируется в течение 1-2 минут, при этом сохраняется степень открытия донной продувки; контролер печи исследует фактический эффект донной продувки внутри печи; добавляется 200 кг извести в зависимости от состояния шлакования, добавляется 30-40 кг алюминиевой проволоки, подается алюминиевая проволока длиной 200 м, а температура дополнительно повышается.

Таблица 2. Первая проба после обработки агрегатом ковш-печь для рафинирования (%)

Компоненты C Mn Si P S Alt Первая проба 0,032 1,27 0,22 0,009 0,0075 0,015

(3) Промежуточный период внепечной обработки агрегатом ковш-печь (5~25 мин): Во время обработки нижним электродом интенсивность донной продувки в ковше поддерживается на уровне 400 нл/мин; при этом: применяется режим подачи электроэнергии при помощи длинной дуги; сила тока и напряжение электродов составляют 6 и 10 соответственно; ведется наблюдение за поверхностью шлака; также в две порции добавляются известь и флюорит с расчетом 250 кг извести и 50 кг флюорита на каждую порцию; к поверхности шлака 3-мя загрузками подается алюминиевая проволока с расчетом 25 кг алюминиевой проволоки на каждую порцию для образования шлака. После того, как шлак верхней части ковша станет белым, а температура расплавленной стали составит 1625°C, подача электроэнергии прекращается. Интенсивность донной продувки в ковше поддерживается на 500 нл/мин, а также проводится глубокая десульфурация при более сильном перемешивании.

Таблица 3. Химический состав белого шлака из агрегата ковш-печь для рафинирования (%)

TFe SiO₂ CaO MgO Al₂O₃ S MnO R Цвет шлака 0,44 9,05 58,68 5,48 28,62 0,46 0,09 6,5 Белый

(4) Заключительный период внепечной обработки агрегатом ковш-печь: Применяется режим подачи электроэнергии при помощи длинной дуги, при этом интенсивность донной продувки в ковше поддерживается на 200 нл/мин.

Таблица 4. Основной химический состав расплавленной стали после прохождения обработки в агрегате ковш-печь (%)

Компоненты C Mn Si P S Alt Последняя проба 0,041 1,34 0,26 0,010 0,0006 0,045

В дополнение к вышеизложенным вариантам осуществления, настоящее изобретение может иметь другие способы реализации. Все технические решения, сформировавшиеся в результате равноценных замен или эквивалентных изменений, относятся к объему правовой охраны настоящего изобретения.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для производства низкоуглеродистой стали с содержанием серы [S]≤0,0015% в агрегате печь-ковш. На предварительном этапе обработки шлака интенсивность донной продувки в ковше регулируют от 45 нл/мин до 55 нл/мин, а после того, как закроют крышку печи, интенсивность донной продувки в ковше поддерживают от 150 нл/мин до 200 нл/мин. На промежуточном этапе в процессе обработки нижним электродом скорость донной продувки в ковше поддерживают от 250 нл/мин до 400 нл/мин, а общее количество ковшевого шлака поддерживают от 12 кг/т до 14 кг/т стали. К поверхности шлака отдельными порциями добавляют алюминиевую проволоку, при этом для образования шлака каждая порция содержит 0,12-0,15 кг/т сталеалюминиевой проволоки, после того, как шлак верхней части ковша станет белым, подачу энергии прекращают. Интенсивность донной продувки в ковше поддерживают от 500 нл/мин до 600 нл/мин. На заключительном этапе интенсивность донной продувки составляет от 150 нл/мин до 200 нл/мин. Изобретение позволяет в течение всего процесса плавки в агрегате печь-ковш поддерживать процентное содержание углерода в пределах 0,015% и оптимизировать режимы подачи электроэнергии и донной продувки шлака. 8 з.п. ф-лы, 4 табл., 1 пр.

1. Способ производства низкоуглеродистой стали с содержанием серы [S] ≤ 0,0015% в агрегате печь-ковш для рафинирования, включающий следующие этапы:

(I) этап обработки шлака на участке внепечной обработки агрегатом печь-ковш, на котором в зависимости от состояния шлака на участке остановки осуществляют донную продувку газообразным аргоном в ковше, при этом интенсивность донной продувки регулируют на начальной стадии в диапазоне от 45 нл/мин до 55 нл/мин с увеличением через 2 минуты до 95-105 нл/мин, и, при необходимости, если интенсивность донной продувки не достаточна, перемещают ковш в агрегат печь-ковш для разбивания шлака и измерения температуры;

(II) начальный этап внепечной обработки агрегатом печь-ковш, на котором после того, как ковш с расплавленной сталью устанавливают в агрегат печь-ковш и закрывают крышку печи, осуществляют донную продувку в ковше, интенсивность которой поддерживают в диапазоне от 150 нл/мин до 200 нл/мин; при этом режим подачи электроэнергии осуществляют при помощи короткой дуги, после 2-3 минут обработки нижним электродом прекращают подачу электроэнергии, при этом интенсивность донной продувки сохраняют неизменной, измеряют температуру и в зависимости от состояния формируемого шлака к его поверхности добавляют известь, для раскисления шлака в него добавляют 0,20-0,25 кг/т сталеалюминиевой проволоки, а для раскисления расплавленной стали - 1,0-1,5 м/т сталеалюминиевой проволоки для получения в первоначальном шлаке массовой доли TFe ≤ 1,50%, а в расплавленной стали - Al ≥ 0,015%;

(III) промежуточный этап внепечной обработки в агрегате печь-ковш, на котором осуществляют динамический режим перемешивания, обработку расплава нижним электродом, десульфурацию и легирование стали, при этом в процессе обработки нижним электродом скорость донной продувки в ковше поддерживают в диапазоне от 250 нл/мин до 400 нл/мин, при этом десульфурацию и легирование осуществляют путем подачи на образующийся шлак электроэнергии при помощи длинной дуги, причем каждый раз во время сбора проб ведут наблюдение за поверхностью шлака и поддерживают восстановительную способность и жидкотекучесть шлака путем добавления извести и флюорита порциями из расчета <2 кг извести на тонну стали и 0,60 кг флюорита на тонну стали в одной порции, а общее количество шлака в ковше поддерживают в диапазоне от 12 кг/т до 14 кг/т стали, и в зависимости от состояния формируемого шлака к его поверхности добавляют 3-4 порции алюминиевой проволоки, а также добавляют 0,12-0,15 кг/т сталеалюминиевой проволоки в каждую порцию для образования шлака; после того, как шлак верхней части ковша станет белым, а температура расплавленной стали превысит 1600°C, подачу энергии прекращают, при этом интенсивность донной продувки в ковше поддерживают в диапазоне от 500 нл/мин до 600 нл/мин и проводят глубокую десульфурацию стали при более сильном перемешивании;

(IV) заключительный этап внепечной обработки в агрегате печь-ковш, на котором осуществляют режим подачи электроэнергии при помощи длинной дуги, а интенсивность донной продувки в ковше поддерживают в диапазоне от 150 нл/мин до 200 нл/мин.

2.Способ по п.1, отличающийся тем, что на упомянутом этапе (I) интенсивность донной продувки газообразным аргоном в ковше поддерживают на начальной стадии 50 нл/мин с увеличением через 2 минуты до 100 нл/мин, при этом, при необходимости, если интенсивность донной продувки не достаточна, перемещают ковш в агрегат печь-ковш для разбивания шлака и измерения температуры.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что начальный этап (II) внепечной обработки агрегатом печь-ковш составляет 3-5 мин после его запуска.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что открывают перепускной клапан и выпускают шлак, если на упомянутом этапе (II) интенсивность донной продувки не достаточна.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что промежуточный этап (III) внепечной обработки агрегатом печь-ковш составляет 5-25 мин после его запуска.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что во время промежуточного этапа (III) к поверхности шлака добавляют три порции алюминиевой проволоки.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что во время заключительного этапа (IV) интенсивность донной продувки в ковше поддерживают 200 нл/мин.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что во время обработки расплава нижним электродом на упомянутом промежуточном этапе (III) интенсивность донной продувки в ковше поддерживают 400 нл/мин.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что на упомянутом промежуточном этапе (III) известь и флюорит добавляют тремя порциями.