Способ производства стали с регламентированным пределом по содержанию серы Российский патент 2024 года по МПК C21C5/28 C21C7/64 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству марок стали с регламентированным нижним пределом по содержанию серы.

Известен способ внепечной обработки стали [1] (патент RU №2607877, МПК С21С 7/06, опубл. 20.01.2017), который включает отсечку печного шлака, выпуск металла в ковш, подогрев металла в печи-ковше и наведение высокоосновного шлака, десульфурацию металла, наведение низкоосновного шлака, вакуумирование, непрерывную разливку металла и непрерывное перемешивание металла аргоном. При выпуске металла в ковш присаживают 10-12 кг/т стали шлакообразующих материалов в виде извести, алюмокорундовой смеси и карбида кремния при их соотношении (1,0-1,5):(0,20-0,25):(0,10-0,15), соответственно и чушковый алюминий в количестве 1,3-1,4 кг/т стали. После подогрева металла в печи-ковше, наведения высокоосновного шлака и глубокой десульфурации высокоосновый шлак удаляют, затем раскисленную алюминием сталь вакуумируют при остаточном давлении 0,13-0,067 кН/м². После окончания вакуумирования наводят легкоплавкий низкоосновный шлак без включения электроподогрева, для чего присаживают смесь цемента 28%, сиенитового концентрата 15%, формовочного песка 39%, серпентинита 10%, флюоритового концентрата 3% и углерода 5%. Низкоосновный шлак в количестве 1,5-2,0 кг/т засыпают теплоизолирующей рисовой лузгой. Вводят алюминиевую проволоку на содержание Al=0,025-0,030%, затем - кальцийсодержащую порошковую проволоку в количестве 52 кг и после 5 минутного перемешивания металла аргоном вводят серосодержащую порошковую проволоку в количестве 110 кг, увеличивая содержание серы в металле с 0,002-0,005% до 0,020-0,027%. Разливку металла проводят при перемешивании в сталеразливочном ковше аргоном 50-60% первоначального объема металла.

Изобретение обеспечивает комплексное рафинирование металла от серы до 0,002-0,005% с последующим легированием ею до 0,020-0,035%, удаление водорода до 0,0002% и оксидных неметаллических включений на основе глинозема до 0,0030-0,0035%, а также снижает продолжительность внепечной обработки.

Недостатками этого способа являются:

- увеличение расхода серосодержащей проволоки, что повышает затраты на производство стали;

- ввод кальцийсодержащей порошковой проволоки и введение серосодержащей порошковой проволоки на последнем этапе внепечной обработки не дает возможности значительному количеству трансформированных неметаллических оксисульфидных включений всплыть в процессе вакуумной обработки, что приводит к ухудшению разливаемости металла и к повышенному браку непрерывно-литой заготовки (НЛЗ);

- присадка ассимилирующей смеси после вакуумной обработки стали уменьшает интенсивность и длительность обработки металла шлакообразующей смесью, что снижает качество очистки стали от неметаллических включений.

Известен способ внепечной обработки стали [2] (А.Н. Паршиков, М.П. Гуляев, Э.В. Иванов, Е.И. Лейнвебер «Обработка стали для металлокорда кислыми шлаками», Труды IV конгресса сталеплавильщиков, Москва, 1997, с. 264-265), при котором перед выпуском металла из дуговой сталеплавильной печи в ковш присаживают свежеобожженную известь, кварцевый песок и плавиковый шпат; раскисляют и легируют металл присадками ферросилиция и ферромарганца; образовавшийся в ковше кислый шлак по окончании выпуска скачивают, далее наводят основной шлак на установках «печь-ковш» присадками извести и плавикового шпата, при необходимости подогревают металл, затем его вакуумируют; после окончания вакуумирования наводят кислый шлак с основностью 0,7-1,1 и после получении однородного и жидкоподвижного шлака установку нагрева (печь-ковш) отключают и металл отправляют на установку непрерывной разливки стали.

Недостатками этого способа являются:

- повышенная трудоемкость способа за счет необходимости двух-, трехразовой смены состава шлака;

- не учтено влияние ввода кальцийсодержащей проволоки на очистку стали от неметаллических включений.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ производства стали с нормируемым содержанием серы [3] (патент RU №2713770, МПК С21С 7/04, опубл. 07.02.2020), включающий выпуск металла в сталеразливочный ковш с отсечкой шлака, присадку рафинирующей шлаковой смеси, корректировку содержания алюминия, внепечную обработку жидкой стали, раскисленной алюминием и десульфурированной до содержания серы не выше 0,025% кальцийсодержащей порошковой проволокой, вводимой в два этапа до и после вакуумирования. После окончания выплавки в дуговой электросталеплавильной печи сталь выпускают в 150-тонный ковш с отсечкой шлака, проводя раскисление, в том числе алюминием, отдают ферросплавы, присаживают шлакообразующие, в частности известь в количестве 800-1000 кг и алюмокорундовую смесь с содержанием 60-80% Al2O3 в количестве 80-130 кг, что обеспечивает содержание серы в металле не выше 0,025%. Затем ковш с жидким металлом передают на установку внепечной обработки стали, где производят нагрев металла, продувку аргоном, доведение химического состава плавки до требуемого с помощью ферросплавов, в частности силикомарганца, ферросилиция, феррохрома, отбирают пробы для проведения химического анализа стали. При содержании серы, превышающем нижний предел марочного содержания на 0,015-0,025%, начинают присадку материала с содержанием 50-100% SiO2 порциями по 50 кг, контролируя содержание серы в металле, а завершают присадку при содержании серы, превышающем нижний предел марочного содержания на 0,005-0,010%. Общий расход материала с содержанием 50-100% SiO2 на плавку составляет до 300 кг. После доведения температуры и химического состава металла до требуемых значений при необходимости проводят окончательную корректировку содержания алюминия в металле путем присадки 0,01-0,2 кг/т алюминиевой проволоки. Затем скачивают шлак и плавку переставляют на вакууматор. Перед вакуумированием вводят первую порцию кальцийсодержащей порошковой проволоки - 115-120 м из расчета присадки в металл кальция в количестве 10,5-11 кг (50-80% от общего количества кальция, необходимого для модифицирования стали). После ввода первой порции кальцийсодержащей проволоки проводят вакуумирование металла в течение 15 минут. Затем вводят вторую порцию кальцийсодержащей порошковой проволоки - 50-55 м из расчета присадки в металл кальция количестве 4,5-5 кг (20-50% от общего количества кальция). После обработки кальцийсодержащей порошковой проволокой возможно проведение продувки, например, аргоном в течение 2-10 мин для удаления образовавшихся включений. При отклонении содержания серы от требуемых значений проводят окончательное легирование стали путем введения серосодержащей порошковой проволоки. После этого ковш с жидким металлом передают на разливку, в процессе которой отбирают пробы для определения химического состава металла и наличия неметаллических включений.

Недостатками этого способа являются:

- не исключаются случаи необходимости легирования стали серосодержащей порошковой проволокой;

- модифицирование металла кальцием в два этапа, приводит к увеличению затрат на производство стали.

Техническим результатом изобретения является: гарантированное получение регламентированного содержания серы в готовом металле без использования серосодержащей порошковой проволоки, уменьшение содержания в стали тугоплавких неметаллических включений и улучшение разливаемости стали, снижение брака.

Указанный технический результат обеспечивается благодаря тому, что в способе производства стали с регламентированным пределом по содержанию серы, осуществляют деванадацию чугуна путем продувки кислородом и получение металла-полупродукта, выплавку стали из металла-полупродукта в кислородном конвертере, внепечную обработку жидкой стали, вакуумирование, модифицирование стали кальцием, очистительную продувку стали, непрерывную разливку стали, в соответствии с изобретением продувку металла-продукта в кислородном конвертере производят кислородом до содержания углерода на 0,05-0,30% ниже нижнего предела регламентированного марочного содержания, а отсечку шлака производят устройством, устанавливаемым в сталевыпускное отверстие конвертера до начала выпуска стали, при этом в начале слива стали, в течение 1-5 с, в сталеразливочный ковш присаживают карбид кальция или смесь на его основе в количестве 50-180 кг/пл, и при наполнении сталеразливочного ковша сталью на 25-60%, присаживают ферросплавы в количестве, необходимом для конкретной марки стали, затем, по ходу слива стали из конвертера в сталеразливочный ковш, присаживают шлакообразующую смесь в виде извести в количестве 300-700 кг/пл и кремнеземсодержащие добавки с содержанием от 50 до 75% SiO₂ в количестве 300-700 кг на плавку, после чего, во время внепечной обработки жидкой стали, производят наведение «густого» и не полностью гомогенного шлака с использованием обожжённой извести в количестве 300-800 кг/пл и разжижителей шлака в виде плавикового шпата или глиноземсодержащих материалов, корректировку химического состава по содержанию элементов, регламентированных для конкретной марки стали, в случае необходимости получения регламентированного содержания водорода в стали, производят вакуумную обработку, при этом, за 5-10 минут до отдачи плавки на вакууматор, шлак разжижают до необходимой жидкоподвижности и присаживают корундовый нейтрализатор шлака с содержанием Al₂O₃ более 90%, в количестве 0,5-1,0 кг на тонну стали, после окончания внепечной обработки производят модифицирование стали кальцийсодержащими материалами с последующей очистительной продувкой стали аргоном, без оголения зеркала металла, до температуры, на 35-45°С выше температуры ликвидус заданной марки стали.

Кроме этого, выплавку стали производят в кислородном конвертере из металла-продукта при продувке кислородом с расходом 400-500 м³/мин.

Кроме этого, при сливе стали из конвертера, в ковш отдают кремнеземсодержащие добавки для снижения основности и сульфидную емкость шлак внепечной обработки.

Кроме этого, внепечную обработку стали на установке «печь-ковш» производят с использованием «густого» и не полностью гомогенного шлака, а при необходимости проведения вакуумной обработки стали, разжижение шлака производят перед передачей металла на вакууматор.

Известно, что одной из важнейших задач внепечной обработки стали является наведение высокоосновного жидкоподвижного шлака, основными компонентами для формирования которого являются известь и разжижители шлака (плавиковый шпат, глиноземсодержащие материалы), присаживаемые на поверхность металла в сталеразливочном ковше. Раннее наведение такого шлака является необходимым условием для качественной подготовки металла к разливке и позволяет решить следующие задачи:

- повысить КПД нагрева металла;

- уменьшить восстановление фосфора из шлака в металл;

- создать условия для ассимиляции неметаллических включений из металла в шлак;

- обеспечить защиту металла от вторичного окисления;

- уменьшить теплопотери во время разливки металла на МНЛЗ.

При этом высокоосновный гомогенный шлак обладает высокой десульфурирующей способностью, которая возрастает при увеличении основности шлака (СаО/SiO2) и уменьшении его окисленности (содержании в шлаке FeO).

Внепечная обработка марок стали с регламентированным нижним пределом по содержанию серы по традиционному способу наведения шлака, зачастую приводило к содержанию серы в металле ниже нижнего предела.

Предложенные авторами технологические решения, направленные на изменение химического состава и жидкоподвижности шлака внепечной обработки стали которые гарантируют получение регламентированное содержание серы в готовом металле.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Производство стали осуществляли дуплекс-процессом из ванадиевого чугуна. Чугун, на первой стадии процесса, подвергали деванадации. Из полученного металла-полупродукта выплавляли сталь.

Продувку металла-полупродукта в конвертере производили кислородом с расходом 400-500 м³/мин до содержания углерода на 0,05-0,30% ниже нижнего предела регламентированного марочного содержания. Для наведения шлака использовали известь с расходом 2500-4500 кг/пл и специальные кремний- и марганецсодержащие добавки с расходом 500-1200 кг/пл и 100-700 кг/пл, соответственно. Указанные расходы извести, кремний- и марганецсодержащих материалов обеспечивают оптимальный процесс формирования конвертерного шлака по ходу продувки, протекание процесса дефосфорации и т.д. После окончания продувки отбирали пробы металла из конвертера. При получении результатов химического анализа, металл из конвертера сливали в сталеразливочный ковш. Для снижения попадания переокисленного конвертерного шлака в ковш, шлак отсекали устройством, устанавливаемое в сталевыпускное отверстие конвертера перед сливом плавки (или до её начала). В начале слива в течение 1 - 5 секунд присаживали карбид кальция или смесь на его основе, в количестве 50-180 кг/пл. Использование в указанных количествах карбида кальция, не содержащего в своем составе алюминий, или смеси на его основе, позволяет провести процесс раскисления металла при выпуске из конвертера, исключая образование тугоплавких оксидных соединений на основе алюминия. При наполнении ковша металлом на 25-60% присаживали ферросплавы в количестве, необходимом для конкретной марки стали. В процессе слива металла из конвертера в ковш присаживали твердую шлакообразующую смесь (ТШС), состоящая из извести в количестве 300-700 кг на плавку и кремнеземсодержащей добавки с содержанием SiO2 от 50% до 75%, в количестве 300-700 кг на плавку. Расход ТШС в количестве менее 300 кг/пл не обеспечивает достаточную ассимиляцию всплывающих неметаллических включений и вредных примесей. При отдаче ТШС в количестве более 700 кг/пл происходит захолаживание расплава за счет большого количества присаживаемых материалов, при этом увеличивается объем формирующегося жикоподвижного шлака и его сульфидная емкость, что не позволяет гарантированно получать металл с регламентированным нижним пределом содержания серы. После окончания слива металла, производили отбор пробы металла из сталеразливочного ковша, осуществляли продувку металла аргоном в течение не менее 3 минут. После этого ковш с металлом передавали в отделение внепечной обработки стали.

Во время внепечной обработки металла на агрегате «печь-ковш», наведение шлака производили с использованием обожжённой извести в количестве 300-800 кг/пл и разжижителей. При этом расход разжижителей шлака должен обеспечивать получение «густого» и не полностью гомогенного шлака. При необходимости, производили дополнительный подогрев металла и корректировку его химического состава по содержанию элементов, регламентированных для конкретной марки стали. Далее металл подвергали модифицированию кальцием, производили очистительную продувку аргоном без оголения зеркала металла, после чего металл передавали на установку непрерывной разливки стали.

При необходимости получения регламентированного содержания водорода в стали, металл подвергали вакуумной обработке. За 5-10 минут до отдачи металла на вакууматор, шлак разжижижали до необходимой жидкоподвижности и присаживали корундовый нейтрализатор шлака с содержанием Al₂O₃ более 90% в количестве 0,5-1,0 кг на тонну стали. Модифицирование стали кальцием производили после окончания вакуумной обработки. Очистительную продувку металла аргоном производили перед отдачей плавки на установку непрерывной разливки стали, без оголения зеркала металла, до температуры на 35-45°С выше температуры ликвидуса заданной марки стали.

Предлагаемая технология были опробована и, в дальнейшем, внедрена в конвертерном цехе №1 АО «ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат». Использование данной технологии обеспечивает гарантированное производство марок стали с регламентированным нижним пределом по содержанию серы, исключая получение плавок с химическим составом, не соответствующим требованиям потребителя.

В таблице 1 представлены результаты использования разработанной технологии.

Таблица 1 Наименование показателя По действующей технологии По предлагаемому изобретению Расход обожженной извести в ковш на сливе, кг/пл 0,189 0,459 Расход кремнеземсодержащих добавок в ковш на сливе, кг/пл 0,000 0,413 Расход обожженной извести в ковш при внепечной обработке, кг/пл 0,927 0,714 Расход плавикового шпата в ковш при внепечной обработке, кг/пл 0,129 0,219 Производство стали с регламентированным нижним пределом содержания серы, т 35197,77 34925,18 Переназначено стали из-за неполучения требуемого регламентированного нижнего предела содержания серы. т 1558,973

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 №2607877 «Способ внепечной обработки стали», МПК С21С 7/06, опубликованного 20.01.2017;

[2] А.Н. Паршиков, М.П. Гуляев, Э.В. Иванов, Е.И. Лейнвебер, «Обработка стали для металлокорда кислыми шлаками», Труды IV конгресса сталеплавильщиков, Москва, 1997, с. 264-265;

[3] патент RU №2713770 «Способ производства стали с нормируемым содержанием серы», МПК С21С 7/04, опубликованного 07.02.2020.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству марок стали с регламентированным нижним пределом по содержанию серы. Осуществляют деванадацию чугуна путем продувки кислородом и получение металла-полупродукта, выплавку стали из металла-полупродукта в кислородном конвертере, внепечную обработку жидкой стали, вакуумирование, модифицирование стали кальцием, очистительную продувку стали, непрерывную разливку стали. Продувку металла-продукта в кислородном конвертере производят кислородом до содержания углерода на 0,05-0,30% ниже нижнего предела регламентированного марочного содержания. По ходу слива стали в сталеразливочный ковш присаживают шлакообразующую смесь в виде извести в количестве 300-700 кг/пл и кремнеземсодержащие добавки. Во время внепечной обработки жидкой стали производят наведение густого и не полностью гомогенного шлака с использованием обожжённой извести и разжижителей шлака в виде плавикового шпата. Использование данной технологии обеспечивает гарантированное производство марок стали с регламентированным нижним пределом по содержанию серы, исключая получение плавок с химическим составом, не соответствующим требованиям потребителя. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ производства стали с регламентированным пределом по содержанию серы, включающий деванадацию чугуна путем продувки кислородом и получение металла-полупродукта, выплавку стали из металла-полупродукта в кислородном конвертере, внепечную обработку жидкой стали, вакуумирование, модифицирование стали кальцием, очистительную продувку стали, непрерывную разливку стали, отличающийся тем, что по ходу слива стали из конвертера в сталеразливочный ковш присаживают шлакообразующую смесь в виде извести в количестве 300-700 кг/пл и кремнеземсодержащие добавки, после чего, во время внепечной обработки жидкой стали, производят наведение густого и не полностью гомогенного шлака с использованием обожжённой извести и разжижителей шлака в виде плавикового шпата.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при сливе стали из конвертера, для снижения основности шлака, в сталеразливочный ковш отдают кремнеземсодержащие добавки с содержанием от 50 до 70% SiO2 в количестве 300-700 кг/пл.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что внепечную обработку стали на установке печь-ковш производят с использованием густого и не полностью гомогенного шлака, который разжижают перед передачей металла на вакууматор с помощью обожжённой извести в количестве 300-800 кг/пл.