Способ производства ванадийсодержащей стали (варианты) Российский патент 2022 года по МПК C21C7/06 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве ванадийсодержащих сталей.

Известен способ раскисления, модифицирования и микролегирования стали ванадийсодержащими материалами, в котором доводку металла по химическому составу проводят на установке «печь-ковш», присаживая вначале углеродсодержащий материал, затем ванадийсодержащий шлак (ВШ), твердые шлакообразующие, ферросилиций (ФС) и порошковый силикокальций (ПКС) - в конце доводки. Соотношение (ВШ) : (ФС) : (ПСК) равно 1 : (0,10 - 0,40) : (0,10 - 0,30) соответственно. Расход (ВШ) составляет 6,0 - 13,5 кг/г. Углеродсодержащие материалы присаживают в количестве 2,2 - 7,5 кг/т, в качестве которых могут использовать электродный бой, коксик или пекококсовую мелочь. Температуру металла в ковше поддерживают выше температуры ликвидуса на 75 - 95°С, предварительно подогревая металл в ковше на установке "печь-ковш" перед его доводкой. При необходимости могут производить корректировку по ванадию путем присадки дополнительного количества (ВШ) через 20 - 25 мин после ввода его основного количества [Патент RU 2140995, МПК C21C7/06, 1999].

Недостатком данного способа является то, что вместе с ванадийсодержащим шлаком кроме ванадия вносятся вредные для стали химические элементы, такие как фосфор. Кроме того, использование в качестве восстановителя углеродсодержащих материалов накладывает серьезные ограничения на использование данного способа при выплавке низкоуглеродистой стали.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ производства ванадийсодержащей стали, включающий выплавку металла в сталеплавильном агрегате, выпуск металла в ковш при содержании серы ≤0,01%, введение в ковш углеродсодержащих материалов от начала выпуска металла до наполнения его на 1/5 массы металла, введение в ковш единой порцией оксидного ванадийсодержащего материала в смеси с оксидным марганецсодержащим материалом, взятых в соотношении (0,9-1,1):(15-16), соответственно шлакообразующих и восстановителя в виде смеси карбида кальция и алюминия, взятых в соотношении (1,4-1,5):1. В качестве оксидного ванадийсодержащего материала используют техническую пятиокись ванадия следующего химического состава, мас.%: V₂О₅ 83,0; SiO₂ 1,0; TiO₂ 0,58; Fe₂О₃ 7,4; СаО 1,9; Al₂О₃ 0,3; MgO 0,5; Cr₂О₃ 1,6; (Na₂О+К₂О) 3,7; Р 0,015 [Патент RU 2228372, МПК C21C7/06, 2004].

Недостатком данного способа является то, что в предлагаемом способе совмещены процессы восстановления двух элементов одновременно - марганца и ванадия с использованием соответствующих материалов - оксидного марганецсодержащего материала и оксидного ванадийсодержащего материала. При этом происходит значительное увеличение расхода восстановителя алюминия, что в свою очередь приводит к повышенному загрязнению стали неметаллическими включениями.

Технический результат изобретения - снижение себестоимости производства стали при сохранении ее качества (удовлетворительного содержания неметаллических включений).

Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства ванадийсодержащей стали, включающем выплавку металла в сталеплавильном агрегате, выпуск стали в сталь-ковш, присадку в сталь-ковш оксидного ванадийсодержащего материала, раскислителей и шлакообразующих материалов, согласно изобретению выпуск стали в сталь-ковш осуществляют при температуре стали 1600 - 1730 °С в течение 2 - 14 мин., присадку оксидного ванадийсодержащего материала производят до заполнения 1/2 сталь-ковша в количестве 0,1 - 5,0 кг на тонну стали в виде закрытых емкостей массой 5 - 100 кг каждая, также осуществляют присадку кремний и/или марганецсодержащих ферросплавов в количестве до 50 кг на тонну стали, извести в количестве до 15 кг на тонну стали, после чего осуществляют последующую внепечную обработку стали.

Во время выпуска стали в сталь-ковш осуществляют ее продувку аргоном с расходом 0,1 - 15 м³/ч.

Во время выпуска стали в сталь-ковш осуществляют присадку чушкового алюминия в количестве 0,5 - 7,0 кг на тонну стали.

Во время выпуска стали в сталь-ковше поддерживают толщину шлака не более 300 мм при его основности в диапазоне 1,2 - 3,2 и содержании в нем FeO не более 7,0 %.

В качестве оксидного ванадийсодержащего материала используют пятиокись ванадия с массовой долей V₂O₅ не менее 50%.

Также, указанный технический результат достигается тем, что в способе производства ванадийсодержащей стали, включающем выплавку металла в сталеплавильном агрегате, выпуск стали в сталь-ковш, присадку в сталь-ковш оксидного ванадийсодержащего материала, раскислителей и шлакообразующих материалов, согласно изобретению выпуск стали в сталь-ковш осуществляют при температуре стали 1600 - 1730 °С в течение 2 - 14 мин., присадку оксидного ванадийсодержащего материала производят во время внепечной обработки в количестве 0,1 - 5,0 кг на тонну стали в виде закрытых емкостей массой 5 - 100 кг каждая, а также осуществляют присадку кремний и/или марганецсодержащих ферросплавов в количестве до 50 кг на тонну стали.

В качестве оксидного ванадийсодержащего материала используют пятиокись ванадия с массовой долей V₂O₅ не менее 50%.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Выпуск стали осуществляется в сталеразливочный ковш при температуре стали 1600 - 1730 °С. При температуре менее 1600°С затруднено формирование жидкоподвижного шлака и восстановление ванадия из оксидной фазы. При температуре стали более 1730 °С происходит значительное увеличение износа огнеупорных материалов сталеплавильного агрегата и сталеразливочного ковша и загрязнение стали неметаллическими включениями.

Продолжительность выпуска регламентируется в пределах от 2 до 14 минут. Продолжительность выпуска менее 2 минут затрудняет формирование жидкоподвижного шлака в сталеразливочном ковше во время выпуска и затрудняет восстановление ванадия. При продолжительности выпуска более 14 минут происходит дополнительное насыщение стали азотом и кислородом воздуха, что снижает эксплуатационные характеристики выплавляемой стали.

Присадка оксидного ванадийсодержащего материала производят до заполнения 1/2 сталь-ковша с целью интенсивного перемешивания стали и отдаваемого материала, и увеличения степени усвоения ванадия.

Также возможна присадка оксидного ванадийсодержащего материала во время внепечной обработки, при этом после его присадки минимальное время продувки стали аргоном должно составлять 15 мин. (для усреднения металла по химсоставу и удаления неметаллических включений).

Расход оксидного ванадийсодержащего материала 0,1 - 5,0 кг на тонну стали определяется требованиями химического состава по содержанию ванадия в выплавляемой стали.

Требование отдачи оксидного ванадийсодержащего материала в закрытых емкостях массой 5 - 100 кг каждая вызвано необходимостью исключения выноса ванадий содержащего материала пылевидной фракции из полости сталеразливочного ковша во время выпуска стали.

Присадка кремний и/или марганецсодержащих ферросплавов в количестве до 50 кг на тонну стали, извести в количестве до 15 кг на тонну стали определяется требованиями химического состава выплавляемой стали и необходимостью использования кремния в качестве восстановителя оксидной формы ванадия. Увеличение расхода кремний и марганец содержащих материалов более 50 кг на тонну стали и извести более 15 кг на тонну стали приводит к ошлакованию данных материалов и затрудняет проведение внепечной обработки стали в дальнейшем.

Использование во время выпуска стали в сталь-ковш продувку аргоном с расходом 0,1 - 15 м³/ч обусловлено необходимостью интенсификации процесса перемешивания металла и шлака для усреднения химического состава, восстановления ванадия из оксидной формы и проведения десульфурации стали. Расход аргона менее 0,1 м³/час не обеспечивает требуемой интенсивности перемешивания, а расход более 15 м³/час приводит к выбросам металла и шлака из сталеразливочного ковша.

Во время выпуска стали в сталь-ковш осуществляют присадку чушкового алюминия в количестве 0,5 - 7,0 кг на тонну стали. Присадка чушкового алюминия в количестве менее 0,5 кг на тонну стали не обеспечивает снижение содержания кислорода в стали менее 10 ppm и не обеспечивает полного восстановления ванадия из оксидной фазы. Расход алюминия в количестве более 7 кг на тонну стали может приводить к превышению содержания алюминия в готовой стали относительно требований стандарта.

Во время выпуска стали в сталь-ковше поддерживают толщину шлака не более 300 мм при его основности в диапазоне 1,2 - 3,2 и содержании в нем FeO не более 7,0 %. Содержание в сталеразливочном ковше шлака более 300 мм затрудняет проведение дальнейшей внепечной обработки и увеличивает потери ванадия со шлаком. Основность шлака менее 1,2% снижает его десульфурирующую способность, основность шлака более 3,2 резко снижает его жидкоподвижность, затрудняет десульфурацию и увеличивает потери ванадия со шлаком. Содержание FeO в шлаке более 7,0 % не позволяет в полном объеме восстановить ванадий из оксидов во время выпуска стали.

В качестве оксидного ванадийсодержащего материала используется пятиокись ванадия с массовой долей V₂O₅ не менее 50%. Содержание V₂O₅ менее 50% в ванадий содержащем материале приводит к необоснованному увеличению количества шлака в сталеразливочном ковше, что затрудняет проведение дальнейшей внепечной обработки и увеличивает потери ванадия со шлаком.

Пример осуществления способа.

Пример 1.

Выплавку металла осуществляли в конвертере емкостью 350 т, выпуск стали в сталь-ковш осуществляют при температуре стали 1615°С в течение 12 мин., присадку оксидного ванадийсодержащего материала производили при заполнения 1/3 сталь-ковша в количестве 0,16 кг на тонну стали в виде закрытых емкостей массой 10 кг каждая, также осуществляли присадку кремний и марганецсодержащих ферросплавов в количестве 32,2 кг на тонну стали, извести в количестве 2,85 кг на тонну стали, после чего осуществляли последующую внепечную обработку стали.

Во время выпуска стали в сталь-ковш осуществляли ее продувку аргоном с расходом 0,25 м³/ч.

Во время выпуска стали в сталь-ковш осуществляли присадку чушкового алюминия в количестве 0,7 кг на тонну стали.

Во время выпуска стали в сталь-ковше толщина шлака составила 100 мм при его основности 1,5 и содержании в нем FeO 6,0 %.

В качестве оксидного ванадийсодержащего материала использовали пятиокись ванадия следующего химического состава, мас.%: V₂O₅ - 98,4; Si - 0,008; S - 0.01; P - 0.01.

Степень усвоения ванадия на плавке составила 98%. Средний балл неметаллических включений в стали не превышал 2,5.

Пример 2.

Выплавку металла осуществляли в конвертере емкостью 350 т, выпуск стали в сталь-ковш осуществляют при температуре стали 1722°С в течение 3 мин., присадку оксидного ванадийсодержащего материала производили при заполнения 1/2 сталь-ковша в количестве 1,47 кг на тонну стали в виде закрытых емкостей массой 90 кг каждая, также осуществляли присадку кремний содержащих ферросплавов в количестве 12,3 кг на тонну стали, извести в количестве 10 кг на тонну стали, после чего осуществляли последующую внепечную обработку стали.

Во время выпуска стали в сталь-ковш осуществляли ее продувку аргоном с расходом 12 м³/ч.

Во время выпуска стали в сталь-ковш осуществляли присадку чушкового алюминия в количестве 2,5 кг на тонну стали.

Во время выпуска стали в сталь-ковше толщина шлака составила 250 мм при его основности 2,9 и содержании в нем FeO 3,0 %.

В качестве оксидного ванадийсодержащего материала использовали пятиокись ванадия следующего химического состава, мас.%: V₂O₅ - 58,6; Si - 0,02; S - 0.03; P - 0.05.

Степень усвоения ванадия на плавке составила 96,5%. Средний балл неметаллических включений в стали не превышал 2,5.

Пример 3.

Выплавку металла осуществляли в конвертере емкостью 350 т, выпуск стали в сталь-ковш осуществляют при температуре стали 1660°С в течение 8 мин.

Во время выпуска стали в сталь-ковш осуществляли присадку чушкового алюминия в количестве 2,0 кг на тонну стали и извести в количестве 2,85 кг на тонну стали.

Присадку оксидного ванадийсодержащего материала производили в процессе внепечной обработки на установке печь-ковш в количестве 0,18 кг на тонну стали в виде закрытых емкостей массой 10 кг каждая, также осуществляли присадку кремний и марганецсодержащих ферросплавов в количестве 22,5 кг на тонну стали.

В качестве оксидного ванадийсодержащего материала использовали пятиокись ванадия следующего химического состава, мас.%: V₂O₅ - 98,4; Si - 0,008; S - 0.01; P - 0.01.

Степень усвоения ванадия на плавке составила 99%. Средний балл неметаллических включений в стали не превышал 2,5.

В проведенных экспериментах сокращение затрат на структуре расхода ванадийсодержащих материалов при производстве стали составляло не менее 500,0 руб/т стали.

Таким образом, проведенные эксперименты показали, что заявленная технология позволяет снизить себестоимость производства ванадийсодержащей стали, при этом обеспечивает удовлетворительное ее качество по неметаллическим включениям.

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве ванадийсодержащих сталей. Выпуск стали в сталь-ковш осуществляют при температуре стали 1600-1730°С в течение 2-14 мин, присадку оксидного ванадийсодержащего материала производят до заполнения ¹/₂ сталь-ковша в количестве 0,1-5,0 кг на тонну стали в виде закрытых емкостей массой 5-100 кг каждая, также осуществляют присадку кремний- и/или марганецсодержащих ферросплавов в количестве до 50 кг на тонну стали, извести в количестве до 15 кг на тонну стали или осуществляют присадку кремний- и/или марганецсодержащих ферросплавов в количестве до 50 кг на тонну стали, после чего осуществляют последующую внепечную обработку стали. Изобретение позволяет снизить себестоимость производства стали при сохранении ее качества за счет удовлетворительного содержания неметаллических включений. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 пр.

1. Способ производства ванадийсодержащей стали, включающий выплавку металла в сталеплавильном агрегате, выпуск стали в сталь-ковш, присадку в сталь-ковш оксидного ванадийсодержащего материала, раскислителей и шлакообразующих материалов, отличающийся тем, что выпуск стали в сталь-ковш осуществляют при температуре стали 1600-1730°С в течение 2-14 мин, присадку оксидного ванадийсодержащего материала производят до заполнения ¹/₂ сталь-ковша в количестве 0,1-5,0 кг на тонну стали в виде закрытых емкостей массой 5-100 кг каждая, также осуществляют присадку кремний- и/или марганецсодержащих ферросплавов в количестве до 50 кг на тонну стали, извести в количестве до 15 кг на тонну стали, после чего осуществляют последующую внепечную обработку стали.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во время выпуска стали в сталь-ковш осуществляют ее продувку аргоном с расходом 0,1-15 м³/ч.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во время выпуска стали в сталь-ковш осуществляют присадку чушкового алюминия в количестве 0,5-7,0 кг на тонну стали.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во время выпуска стали в сталь-ковше поддерживают толщину шлака не более 300 мм при его основности в диапазоне 1,2-3,2 и содержании в нем FeO не более 7,0%.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оксидного ванадийсодержащего материала используют пятиокись ванадия с массовой долей V₂O₅ не менее 50%.

6. Способ производства ванадийсодержащей стали, включающий выплавку металла в сталеплавильном агрегате, выпуск стали в сталь-ковш, присадку в сталь-ковш оксидного ванадийсодержащего материала, раскислителей и шлакообразующих материалов, отличающийся тем, что выпуск стали в сталь-ковш осуществляют при температуре стали 1600-1730°С в течение 2-14 мин, присадку оксидного ванадийсодержащего материала производят во время внепечной обработки в количестве 0,1-5,0 кг на тонну стали в виде закрытых емкостей массой 5-100 кг каждая, а также осуществляют присадку кремний- и/или марганецсодержащих ферросплавов в количестве до 50 кг на тонну стали.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оксидного ванадийсодержащего материала используют пятиокись ванадия с массовой долей V₂O₅ не менее 50%.