Способ выплавки стали Российский патент 2023 года по МПК C21C5/28 C21C7/64 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способам производства стали в конвертере.

В настоящий момент одними из задач при выплавки стали в конвертерах является снижение расходного коэффициента металлозавалки, добавочных материалов для рафинирования, а также получение стали с низким содержанием фосфора.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ выплавки стали дуплекс-процессом конвертер-конвертер согласно которому, загрузку металлошихты в первый конвертер осуществляют в количестве 0,7-0,9 от удельного объема плавки второго конвертера. Подачу кислорода в первый конвертер заканчивают по израсходовании 3- 3,5 кг на 1 кг кремния чугуна при перегреве шлака относительно его температуры плавления на 50-250°С. Ванну продувают инертным или восстановительным газом одновременно с вводом восстановителей в ходе продувки. Отношение CaO/SiO₂ шлака второго конвертера к шлаку первого конвертера находится на уровне 3-8 [патент RU 1603775, МПК C21C5/28, 1994].

Недостатком данного способа является то, что выплавка стали по данному способу характеризуется высокой себестоимостью производства. При этом, способ направлен на снижение в стали серы и не так эффективен для получения стали с низким содержанием фосфора.

Технический результат изобретения - разработка технологии производства стали в конвертере с низким содержанием фосфора (не более 0,005%).

Технический результат достигается тем, что в способе выплавки стали, включающем загрузку металлошихты, шлакообразующих материалов в конвертер, продувку кислородом, выпуск полупродукта, его повторную заливку в конвертер, ввод шлакообразующих и продувку кислородом, согласно изобретению, для выплавки полупродукта в конвертер вводят металлошихту в количестве не менее 65 % от общей ее массы необходимой на плавку, до и/или во время продувки кислородом осуществляют присадку шлакообразующих материалов в количестве, необходимом для обеспечения основности шлака 1,5 - 3,5, заканчивают продувку при израсходовании кислорода 9,0 - 30,0 нм³/т полупродукта и осуществляют слив полупродукта, после чего, в конвертер, при необходимости, присаживают шлакообразующие и загружают металлошихту в количестве 0 - 35% от общей ее массы необходимой на плавку, производят повторную заливку полупродукта, осуществляют продувку кислородом, во время которой присаживают кальций и/или магний содержащие материалы для получения основности шлака 2 - 4, при этом продувку заканчивают по израсходованию 16,0 - 35 нм³/т стали, после чего осуществляют выпуск плавки.

Повторную заливку полупродукта осуществляют в этот же или иной конвертер.

Шлакообразующие материалы присаживают в количестве 15,0 - 50,0 кг/т полупродукта при его выплавке и в количестве 10,0 - 30,0 кг/т стали при ее выплавке.

В конвертер присаживают железосодержащие материалы в количестве до 40 кг/т полупродукта или стали.

В качестве железосодержащих материалов используют окалину и/или окатыши и/или агломерат.

Выпуск стали осуществляют при температуре 1600 - 1720°С.

Во время выплавки полупродукта и стали осуществляют донную продувку нейтральным газом с расходом 700 - 3500 нл/мин на каждый донный продувочный блок.

После выплавки полупродукта осуществляют слив шлака в количестве до 70% от его объема.

Сущность изобретения.

Для выплавки полупродукта в конвертер сначала вводят металлошихту в количестве не менее 65 % от общей ее массы необходимой на плавку. Введение металлошихты в количестве менее 65% приведет к низкой степени рафинирования чугуна и потребует наведение большого количества шлака во время второй продувки для удаления фосфора, что, в свою очередь, приведет к увеличению расходного коэффициента металлозавалки.

Основность шлака до слива полупродукта должна быть в диапазоне 1,5 - 3,5. При снижении основности ниже 1,5 у шлака будут низкие рафинирующие свойства. Повышение основности шлака выше 3,5 не целесообразно ввиду: низкой температуры полупродукта, малого времени продувки, низкого содержания кислых оксидов в шлаке SiO₂, Al₂O₃, что приведет к потере его жидкотекучести.

Расход кислорода во время первого этапа продувки (при получении полупродукта) должен составлять от 9,0 - 30,0 нм³/т. При расходе кислорода менее 9,0 нм³/т не успевают пройти процессы десиликонизации и дефосфорации чугуна. Повышенние расхода кислорода более 30,0 нм³/т, приводит к увеличению объема и массы шлака и как следствие к повышенному переходу металла (железа) в шлак.

Слив полупродукта позволяет предотвратить переход вредных примесей (в частности фосфора и серы) из шлака в сталь.

При необходимости, перед повторной заливкой полупродукта, может быть присажена оставшаяся часть металлошихты (металлолом или чугун). После повторной заливки полупродукта в конвертер (в этот же или другой) осуществляют наведение шлака и продувку конвертерной ванны.

На втором этапе продувки основность шлака поддерживают в диапазоне 2 - 4. При основности менее 2 сформированный шлак будет обладать низкими защитными свойствами для футеровки конвертера, а также снижается его рафинирующая способность. При основности выше 4, шлак перестает быть жидкоподвижным, становится слишком вязким, поэтому не обладает требуемыми рафинирующими свойствами и также приводит к снижению стойкости огнеупорной кладки конвертера.

Расход кислорода во время второго этапа продувки определяется исходя из необходимого содержания углерода в стали на повалке, после чего осуществляется ее выпуск.

Кальций и/или магний содержащие материалы (шлакообразующие) присаживают в количестве 15,0 - 50,0 кг/т полупродукта при его выплавке и в количестве 10,0 - 30,0 кг/т стали при ее выплавке. Данное количество присаживаемых материалов обусловлено необходимостью получения заявленной основности шлака.

В конвертер присаживают железосодержащие материалы (до и/или во время продувки), такие как окалину, окатыши или агломерат в количестве до 40 кг/т стали. Более высокий расход железосодержащих материалов нецелесообразен ввиду сильного переохлаждения расплава, что потребует дополнительного нагрева расплава кислородом с увеличением окисленности металла или нагрева электроэнергией, при дальнейшей внепечной обработке.

Выпуск стали осуществляют при температуре 1600 - 1720°С. Более низкая температура выпуска потребует дополнительные энергетические расходы на разогрев стали при внепечной обработке. При более высоких температурах происходит процесс рефосфорации металла, а также повышенный износ футеровки конвертера и сталеразливочного ковша.

Во время выплавки полупродукта и стали осуществляют донную продувку нейтральным газом с расходом 700 - 3500 нл/мин на каждый донный продувочный блок. Это позволяет регулировать ход продувки расплава кислородом, не допускать переокисления шлака, что увеличивает выход годного металла, а также позволяет получить сталь с более низким содержанием вредных примесей.

После выплавки полупродукта осуществляют слив шлака в количестве до 70% от его объема. При сливе шлака более 70% требуется дополнительный расход шлакообразующих материалов.

Осуществление изобретения.

Подробный пример одного из вариантов реализации изобретения приведен ниже.

Осуществляли выплавку стали в конвертере. Вес металлошихты составлял 412 т. В качестве металлошихты использовали 100 % чугуна. Температура заливаемого чугуна: 1395°C. Химический состав: мас.% 4,9 углерода; 0,61 кремния; 0,30 марганца; 0,022 серы; 0,098 фосфора.

Перед началом продувки, в конвертер отдали 11 т кальцесодержащих материалов (6 тонн извести, 5 тонн известняка) и 15 тонн железосодержащих материалов (окатышей), после чего залили порцию чугуна в количестве 372 т (90,3 % от массы металлошихты). Продувку осуществляли кислородом до израсходования 17,0 нм³ на тонну полупродукта. По ходу продувки производили отдачу 2 тонн кальцийсодержащих материалов (2 тонны известняка). Дополнительно, выполняли донную продувку нейтральным газом с расходом 700 - 3500 нл/мин на каждый донный продувочный блок. По окончанию продувки произвели выпуск полупродукта в ковш, после чего скачали шлак в количестве 65% от его общего объёма. Основность шлака на первой стадии составила 2,02.

После скачивания шлака, осуществили повторную заливку полупродукта в конвертер. Также, дополнительно, залили 40 тонн жидкого чугуна (9,7 % от массы металлошихты; температура 1380°C.; химический состав: мас.% 4,8 углерода; 0,26 кремния; 0,20 марганца; 0,020 серы; 0,070 фосфора). Затем, производили продувку кислородом по ходу которой присадили 2т железосодержащих материалов (агломерат), 5 т кальцийсодержащих материалов (5 тонн известняка) и 3 т магнийсодержащих материалов (3 т флюмага). Дополнительно выполняли донную продувка нейтральным газом с расходом 700 - 3500 нл/мин на каждый донный продувочный блок. Продувку закончили по израсходовании 33,8 нм³/т стали и осуществили выпуск при температуре 1648°C. Основность шлака на второй стадии составила 2,02.

Согласно заявленному техническому решению было проведено несколько плавок. В таблице 1 указаны контролируемые технологические параметры. Как можно видеть, реализация заявленного технического решения позволяет снизить себестоимость производства стали (снижен расход металлозавалки), а также снизить содержание фосфора в стали.

Таблица 1 Основные сравнительные параметры технологий выплавки стали Стандартная технология Варианты реализации технологии согласно заявляемого изобретения Выплавка полупродукта 1 2 3 4 Доля металлошихты для выплавки полупродукта, % 100 90,3 70,5 100 74,0 Присаживаемые железосодержащие материалы для выплавки полупродукта, кг/т полупродукта 2,0 15,0 11,0 18,0 - Шлакообразующие материалы для выплавки полупродукта, т 25,0 13,0 14,0 16,0 25,2 Основность шлака при выплавке полупродукта 3,7 2,02 2,4 3,1 2,6 Количество израсходованного кислорода для выплавки полупродукта, нм³/т полупродукта 61,0 17,0 11,0 24,5 18,5 Объем скаченного шлака, % - 65,0 60,0 65,0 55,0 Выплавка стали Дополнительная доля металлошихты для выплавки полупродукта, % - 9,7 29,5 - 26,0 Шлакообразующие материалы для выплавки стали, т - 8,0 7,5 - 9,0 Основность шлака при выплавке стали - 3,1 2,4 3,3 3,6 Присаживаемые железосодержащие материалы для выплавки стали, кг/т стали - 2,0 - 2,0 - Количество израсходованного кислорода для выплавки стали, нм³/т - 33,8 36,5 35,5 23,0 Суммарный расход металлошихты, кг/т стали 1120 1118 1117 1116 1118 P, % 0,012 0,005 0,004 0,004 0,005

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к производству стали в конвертере. Для выплавки полупродукта в конвертер вводят металлошихту в количестве не менее 65 % от общей ее массы, необходимой на плавку, до и/или во время продувки кислородом осуществляют присадку шлакообразующих материалов в количестве, необходимом для обеспечения основности шлака 1,5-3,5, заканчивают продувку при израсходовании кислорода 9,0-30,0 нм³/т полупродукта и осуществляют слив полупродукта, после чего в конвертер, при необходимости, присаживают шлакообразующие и загружают металлошихту в количестве 0-35% от общей ее массы, необходимой на плавку, производят повторную заливку полупродукта, осуществляют продувку кислородом, во время которой присаживают кальций и/или магний содержащие материалы для получения основности шлака 2-4, при этом продувку заканчивают по израсходованию 16,0-35 нм³/т стали, после чего осуществляют выпуск плавки. Изобретение позволяет производить сталь в конвертере с низким содержанием фосфора не более 0,005 мас.%. 7 з.п. ф-лы, 1 пр., 1 табл.

1. Способ выплавки стали, включающий загрузку металлошихты, шлакообразующих материалов в конвертер, продувку кислородом, выпуск полупродукта, его повторную заливку в конвертер, ввод шлакообразующих и продувку кислородом, отличающийся тем, что для выплавки полупродукта в конвертер вводят металлошихту в количестве не менее 65% от общей ее массы, необходимой на плавку, до и/или во время продувки кислородом осуществляют присадку шлакообразующих материалов в количестве, необходимом для обеспечения основности шлака 1,5-3,5, заканчивают продувку при израсходовании кислорода 9,0-30,0 нм³/т полупродукта и осуществляют слив полупродукта, после чего в конвертер, при необходимости, присаживают шлакообразующие и загружают металлошихту в количестве 0-35% от общей ее массы, необходимой на плавку, производят повторную заливку полупродукта, осуществляют продувку кислородом, во время которой присаживают кальций и/или магний содержащие материалы для получения основности шлака 2-4, при этом продувку заканчивают по израсходованию 16,0-35 нм³/т стали, после чего осуществляют выпуск плавки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что повторную заливку полупродукта осуществляют в этот же или иной конвертер.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что шлакообразующие материалы присаживают в количестве 15,0-50,0 кг/т полупродукта при его выплавке и в количестве 10,0-30,0 кг/т стали при ее выплавке.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в конвертер присаживают железосодержащие материалы в количестве до 40 кг/т полупродукта или стали.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в качестве железосодержащих материалов используют окалину, и/или окатыши, и/или агломерат.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выпуск стали осуществляют при температуре 1600-1720°С.

7. Способ по п. 1 отличающийся тем, что во время выплавки полупродукта и стали осуществляют донную продувку нейтральным газом с расходом 700-3500 нл/мин на каждый донный продувочный блок.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после выплавки полупродукта осуществляют слив шлака в количестве до 70% от его объема.