Способ производства высокоуглеродистой стали Российский патент 2023 года по МПК C21C5/28 C21C7/00 

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

Стандартным процессом производства высокоуглеродистых марок стали, в том числе и канатных, является их выплавка в дуговых сталеплавильных печах с их последующей внепечной обработкой. При этом, например, высококачественные канатные марки сталей должны удовлетворять следующим значениям химических элементов: содержание углерода 0,45-0,90%, содержание фосфора не более 0,020%.

Производство высокоуглеродистых марок сталей в конвертерах возможно после слива стали в сталь-ковш и последующего ее науглероживания. Но, при таком способе, возникают трудности по получению в стали заданных значений вредных примесей (в частности фосфора) и неметаллических включений.

Известен способ выплавки рельсовой стали включающий загрузку в агрегат шихтовых материалов, заливку чугуна, продувку кислородом, до низкого содержания углерода, выпуск расплава с температурой 1630 - 1660°С в ковш с жидким чугуном и последующий ввод раскислителей [авторское свидетельство 1675340, МПК C21C5/28, 1991].

Недостатком данного способа является то, что выпущенный продукт имеет низкое содержание углерода расплава и не позволяет получать высокоуглеродистые качественные канатные марки стали.

Известен способ производства углеродистой стали, включающий в себя выплавку низкоуглеродистого металла в сталеплавильном агрегате, выпуск расплава металла в ковш с жидким чугуном, предварительно залитым в ковш для науглероживания металла, раскисление металла по ходу его выпуска в ковш. Массу заливаемого в ковш металла определяют по формуле: G_чуг = 2,17- 25,5 ⋅ С_пр1 + 68,2 ⋅ С_гот, где G_чуг - масса чугуна для науглероживания, т; С_пр1 - содержание углерода в пробе перед выпуском, %; С_гот - требуемое содержание углерода в готовом металле, %. Затем присаживают алюминий, производят выпуск металла по ходу которого вводят раскислители, проводят усреднительную продувку, после чего корректируют содержание углерода в стали присадками кокса, расход которого определяют по формуле: Gкокс = 6799 ⋅ (С_гот - С_пр2), где G_кокс - расход кокса, кг;, С_пр2 - содержание углерода в пробе после усреднительной продувки, % [патент RU 2164245, МПК C21C5/28, 2001].

Недостатком данного способа является то, что присаживаемый на выпуске чугун имеет высокое содержание фосфора и кремния и не позволяет получать высокоуглеродистые качественные канатные марки стали.

Технический результат изобретения - разработка способа выплавки стали в конвертере, применимого для производства высококачественных высокоуглеродистых марок стали (в том числе канатных).

Указанный технический результат достигается тем, что способ производства углеродистой стали включает загрузку в конвертер металлошихты, присадку шлакообразующих материалов, продувку конвертерной ванны кислородом, слив в сталь-ковш полупродукта в количестве 5 - 50 % от веса металлошихты с содержанием углерода 2,0 - 3,8 %, продувку оставшейся конвертерной ванны кислородом до содержания углерода не более 0,2 %, выпуск расплава металла в сталь-ковш с полупродуктом, внепечную обработку полученной стали и последующую ее разливку.

Осуществляют первый слив в сталь-ковш полупродукта после израсходования 4000-10000 м³ кислорода.

Присадку шлакообразующих материалов осуществляют в количестве 20-100 кг/т стали.

Во время продувки конвертерной ванны кислородом осуществляют донную продувку нейтральным газом с расходом до 3500 нл/мин на каждый донный продувочный блок.

Выпуск расплава металла в сталь-ковш с полупродуктом осуществляют при температуре не менее 1600°С и содержании фосфора не более 0,018 %.

Внепечную обработку полученной стали осуществляют путем доводки металла на агрегатах «печь-ковш» и/или вакуумирования стали.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

После продувки конвертерной ванны кислородом производится слив в сталь-ковш полупродукта в количестве 5 - 50 % с содержанием углерода 2,0 - 3,8 %.

При сливаемом полупродукте в количестве менее 5% и содержании углерода в нем менее 2,0% не удастся получить в готовой стали высокое содержание углерода (нижнее значение для марки стали), требуемое для производства высококачественных канатных марок сталей. При увеличении количества сливаемого полупродукта более 50% и содержания углерода в нем более 3,8%, также не удастся получить требуемое содержание углерода в готовой стали (верхнее значение для марки стали), а также сталь будет характеризоваться высоким содержанием вредных примесей (фосфор, сера, неметаллические включения), что не позволит, в дальнейшем, производить из нее канатную проволоку.

Продувка оставшейся конвертерной ванны до содержания углерода в количестве не более 0,2 % необходима для получения целевого значения углерода в стали, а также для снижения в ней количества вредных примесей, за счет более полного протекания объемного кипения конвертерной ванны.

Слив в сталь-ковш полупродукта осуществляют после израсходования 4000-10000 м³ кислорода. При израсходовании кислорода в количестве менее 4000 м³, содержание углерода в полупродукте будет более 3,8%. При израсходовании кислорода в количестве более 10000 м³, содержание углерода в полупродукте будет менее 2,0%. Это, в дальнейшем, приведет к тому, что невозможно будет получить требуемое содержание углерода в готовой стали.

Присадку шлакообразующих материалов осуществляют в количестве 20-100 кг/т стали. Присадка шлакообразующих материалов в количестве менее 20 кг/т стали не позволить в достаточной степени удалить из металла фосфор. Присадка шлакообразующих материалов в количестве более 100 кг/т стали значительно повышает основность шлака, делая его менее жидкоподвижным, тем самым ухудшая его рафинирующие свойства, а также увеличивает время выплавки.

Во время продувки конвертерной ванны кислородом осуществляют донную продувку нейтральным газом с расходом до 3500 нл/мин на каждый донный продувочный блок.

Применение нейтральных газов с расходом до 3500 нл/мин на каждый донный продувочный блок позволяет регулировать ход продувки конвертерной ванны кислородом и не допускать переокисления шлака и увеличения содержания в металле неметаллических включений. Расход нейтрального газа в количестве более 3500 нл/мин экономически нецелесообразен.

Выпуск расплава металла в сталь-ковш с полупродуктом осуществляют при температуре не менее 1600°С и содержании фосфора не более 0,018 %.

Температура металла перед выпуском из конвертера не менее 1600°С минимизирует необходимость его последующего нагрева электродуговым способом во время обработки стали в ковше и снижает вероятность насыщения стали растворенными газами.

Содержание фосфора в количестве не более 0,018 % во время выпуска металла необходимо для достижения целевого значения фосфора в готовой стали (после смешения металла и полупродукта).

Осуществление изобретения.

Пример 1.

Производили выплавку стали марки 70КК. В конвертер загрузили металлошихту, присадили шлакообразующие материалы и осуществляли продувку конвертерной ванны кислородом. Слив полупродукта в количестве 16 % от веса металлошихты произвели после израсходования 6000 м³ кислорода. Содержание углерода в полупродукте составило 3,26 %. Продувку оставшейся конвертерной ванны осуществили до содержания углерода 0,04 %. По ходу продувки присадили шлакообразующие материалы с суммарным расходом 42,5 кг/т стали. Также, осуществляли донную продувку конвертерной ванны нейтральным газом с расходом 780 нл/мин на каждый донный продувочный блок. Выпуск расплава металла в сталь-ковш с полупродуктом произвели при температуре 1657°С, содержании углерода 0,15% и содержании фосфора 0,012 %. После усреднения металла и полупродукта, итоговые содержания углерода и фосфора в стали составили 0,71 и 0,018 % соответственно.

Внепечную обработку полученной стали произвели путем доводки металла на агрегатах «печь-ковш» и вакуумирования стали, после чего осуществили ее разливку на сортовой машине в заготовку квадратного сечения.

Полученная указанным способ сталь полностью удовлетворяла требованиям предъявляемым к стали марки 70КК, как по химическому составу (С 0,68 - 0,75 %, P - не более 0,020%), так и по содержанию неметаллических включений. При этом, произошло снижение себестоимости производства (по сравнению с выплавкой в дуговых сталеплавильных печах) на величину не менее 830 руб./т стали.

Пример 2.

Производили выплавку стали марки Ш3. В конвертер загрузили металлошихту, присадили шлакообразующие материалы и осуществляли продувку конвертерной ванны кислородом. Слив полупродукта в количестве 40 % от веса металлошихты произвели после израсходования 8500 м³ кислорода. Содержание углерода в полупродукте составило 2,32 %. Продувку оставшейся конвертерной ванны осуществили до содержания углерода 0,10 %. По ходу продувки присадили шлакообразующие материалы с суммарным расходом 73,2 кг/т стали. Также, осуществляли донную продувку конвертерной ванны нейтральным газом с расходом 2100 нл/мин на каждый донный продувочный блок. Выпуск расплава металла в сталь-ковш с полупродуктом произвели при температуре 1640°С, содержании углерода 0,17 % и содержании фосфора 0,015 %. После усреднения металла и полупродукта, итоговые содержания углерода и фосфора в стали составили 0,74 и 0,019 % соответственно.

Внепечную обработку полученной стали произвели путем доводки металла на агрегате «печь-ковш», после чего осуществили ее разливку на сортовой машине в заготовку квадратного сечения.

Полученная указанным способ сталь полностью удовлетворяла требованиям, предъявляемым к стали марки Ш3, как по химическому составу (С - 0,69 - 0,90 %, P - не более 0,03%), так и по механическим свойствам (твердости). При этом, произошло снижение себестоимости производства (по сравнению с выплавкой в дуговых сталеплавильных печах) на величину не менее 840 руб./т стали.

Таким образом, реализация заявленного способа позволила освоить производство высококачественных высокоуглеродистых марок стали в конвертере, снизив при этом себестоимость их производства (по сравнению с выплавкой в дуговых сталеплавильных печах).

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к производству стали в конвертере. Осуществляют загрузку в конвертер металлошихты, присадку шлакообразующих материалов, продувку конвертерной ванны кислородом, слив в сталь-ковш полупродукта в количестве 5 – 50 % от веса металлошихты с содержанием углерода 2,0 – 3,8 %, продувку оставшейся конвертерной ванны кислородом до содержания углерода не более 0,2 %, выпуск расплава металла в сталь-ковш с полупродуктом, внепечную обработку полученной стали и последующую ее разливку. Изобретение позволяет выплавлять высококачественные высокоуглеродистые марки сталей, в том числе канатные. 5 з.п. ф-лы, 2 пр.

1. Способ производства высокоуглеродистой стали, включающий загрузку в конвертер металлошихты, присадку шлакообразующих материалов, продувку конвертерной ванны кислородом, слив в сталь-ковш полупродукта в количестве 5 - 50 % от веса металлошихты с содержанием углерода 2,0 - 3,8 %, продувку оставшейся конвертерной ванны кислородом до содержания углерода не более 0,2 %, выпуск расплава металла в сталь-ковш с полупродуктом, внепечную обработку полученной стали и последующую ее разливку.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют слив в сталь-ковш полупродукта после израсходования 4000-10000 м³ кислорода.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что присадку шлакообразующих материалов осуществляют в количестве 20-100 кг/т стали.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во время продувки конвертерной ванны кислородом осуществляют донную продувку нейтральным газом с расходом до 3500 нл/мин на каждый донный продувочный блок.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выпуск расплава металла в сталь-ковш с полупродуктом осуществляют при температуре не менее 1600°С и содержании фосфора не более 0,018 %.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что внепечную обработку полученной стали осуществляют путем доводки металла на агрегатах «печь-ковш» и/или вакуумирования стали.