Способ производства низкокремнистой стали Российский патент 2024 года по МПК C21C5/28 C21C7/00 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к сталеплавильному производству и может быть использовано при производстве низкокремнистых (малокремнистых) марок стали, модифицированных кальцием, с возможностью разливки сериями на МНЛЗ.

Известен способ производства низкокремнистой стали [1] (патент RU №265340, МПК С21С 7/00, опубл. 27.10.2012), который включает внепечную обработку металла на агрегате «печь-ковш», после поступления плавки на указанный агрегат проводят удаление покровного шлака из сталеразливочного ковша, наводят новый шлак присадкой извести и плавикового шпата в пропорции (4…5):1 с суммарным расходом материалов 7…12 кг/т., проводят раскисление стали первичным алюминием из расчета получения содержания кислоторастворимого алюминия не менее 0,080%, нагрев металла до температуры не менее 1620°C. После чего производят инжектирование флюидизированной извести в количестве 2,8…4,2 кг/т.

Недостатком этого способа являются:

- проведение дополнительной операции (удаление покровного шлака из сталеразливочного ковша);

- использование для раскисления и десульфурации дорогостоящих материалов (первичного алюминия, флюидизированной извести);

- не решается вопрос стабильной непрерывной разливки низкокремнистой стали.

Известен способ производства низкокремнистой стали [2] (патент № 2166550, МПК С21С 7/064, опубл. 10.05.2001, бюл. № 13), включающий выплавку металла, отсечку шлака от металла в начале и конце выпуска его из сталеплавильного агрегата, комплексную обработку металла при выпуске в ковш с основной футеровкой посредством присадки алюминия, шлакообразующей смеси, раскислителей, легирующих материалов, продувку металла в ковше после его выпуска инертным газом, при этом в металл дополнительно вводят кальцийсодержащие раскислители, в качестве которых во время выпуска металла присаживают алюмокальциевую лигатуру, содержащую, мас. %: кальция 15-35, алюминия 65-85, и после завершения выпуска металла при содержании в нем 0,02-0,05 мас.% алюминия присаживают порошковую проволоку с наполнителем из смеси, содержащей, мас.%: гранулированного кальция 60-80, порошка алюминия 40-20, при этом количество вводимого кальция во время и после выпуска металла поддерживается в пределах 0,2-0,4 и 0,3-0,6 кг на тонну стали соответственно.

Недостатками этого способа являются:

- отсутствие гарантии получения низкокремнистой стали с регламентированным содержанием кремния не более 0,03 % (способ обеспечивает получение в готовой стали содержание кремния не более 0,055).

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ производства низкокремнистой стали [3] (патент RU №2353667, МПК С21С 7/10, опубл. 27.04.2009), включающий выплавку металла в сталеплавильном агрегате, отсечку шлака от металла в конце выпуска его из сталеплавильного агрегата в ковш, присадку шлакообразующих и легирующих материалов, раскисление и продувку металла в ковше инертным газом, при этом выплавляют металл с содержанием углерода более 0,03%, осуществляют вакуумную обработку металла в ковше, присаживают шлакообразующие материалы, определяют содержание кислорода в металле, затем металл и шлак раскисляют кальцийсодержащими и алюминийсодержащими материалами, при этом в качестве кальцийсодержащего материала используют карбид кальция (СаС₂), который подают в ковш с расходом по зависимости m=0,21(a_{o_нач}-а_{о_кон})ⁿ кг/т, где а_{о_нач} - содержание кислорода в металле после вакуумной обработки, млн^-1; а_{о_кон} - требуемое содержание кислорода в металле до 15 млн^-1; n - эмпирический коэффициент в диапазоне 0,3-0,5; 0,21-эмпирический коэффициент, кг/т⋅млн^-1, а подачу алюминийсодержащего материала осуществляют в количестве, исходя из перерасчета материала на содержание чистого алюминия в пределах соотношения СаС₂/Al_чистый=1-7, и затем проводят корректировку химического состава стали.

Недостатками этого способа являются:

- необходимость значительного перегрева металла перед его сливом из сталеплавильного агрегата и вакуумной обработкой,

- отсутствует гарантия разливки металла сериями на машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

Техническим результатом изобретения является: снижение образования в стали неметаллических включений в виде продуктов раскисления; сокращение остановок МНЛЗ без зарастания каналов огнеупоров металлопроводки, увеличение серийности разливки металла на МНЛЗ.

Указанный технический результат обеспечивается благодаря тому, что в способе производства низкокремнистой стали осуществляют деванадацию чугуна и получение металла-продукта, десульфурацию металла-полупродукта, выплавку стали в кислородном конвертере, внепечную обработку на установке «печь-ковш», вакуумную обработку на циркуляционном вакууматоре, модифицирование стали кальцием с его регламентированным расходом и очистительную продувку стали, с последующей разливкой на МНЛЗ, согласно изобретению, выплавку стали производят двустадийным дуплекс-процессом из ванадиевого чугуна, содержащего 4,2-5,2% углерода, 0,015-0,20% кремния, 0,30-0,60% ванадия и другими примесями, с получением на первой стадии металла-полупродукта с содержанием углерода 2,5-3,5%, минимальными содержаниями ванадия и кремния, после чего металл-полупродукт обрабатывают на установке десульфурации до содержания серы 0,001-0,0025% и на второй стадии металл-полупродукт продувают кислородом в конвертере до содержания углерода 0,02-0,15%, в зависимости от регламентированного марочного содержания углерода; кроме этого, для формирования шлака, дополнительно используют обожженную кремнеземсодержащую добавку в количестве 500-1200 кг/пл и марганецсодержащие материалы в количестве 100-700 кг/пл, при этом во время выпуска плавки из сталеразливочного ковша и в процессе внепечной обработки плавки, сталь раскисляют до содержания активного кислорода не более 3,5 ppm и содержания серы в стали не более 0,010%, после чего проводят вакуумную обработку стали продолжительностью не менее 7 мин при остаточном давлении менее 3 мбар, причем после завершения вакуумной обработки сталь модифицируют порошковой кальцийсодержащей проволокой из расчета введения кальция в количестве от 25 до 100 кг на плавку с последующей очистительной продувкой инертным газом аргоном без оголения зеркала металла в течение не менее 5 мин.

Десульфурация металла-полупродукта, предназначенного для выплавки низкокремнистой стали, до содержания серы не более 0,0025%, обеспечивает получение низкого содержания серы после раскисления стали не более 0,010 %.

Снижение расхода кремнийсодержащей добавки менее 500 кг/пл. и марганецсодержащих материалов менее 100 кг/пл. в процессе выплавки стали в конвертере затрудняет процесс формирования жидкоподвижного гомогенного шлака, снижает дефосфорацию стали. Увеличение расхода более 1200 кг/пл. для кремнийсодержащей добавки и 700 кг/пл. для марганецсодержащих материалов приводит к излишней жидкоподвижности шлака и повышенному угару железа.

Содержание активного кислорода не более 3,5 ppm и содержание серы не более 0,010%, получаемые перед раскислением стали, снижают вероятность образования сложных оксисульфидных включений, которые могут образовываться при дальнейшей обработке стали кальцием и приводить к зарастанию каналов огнеупоров металлопроводки.

Продолжительность вакуумной обработки стали не менее 7 мин. является достаточной для снижения содержания растворенного кислорода в стали и получения необходимого содержания кальция в стали при введении кальцийсодержащей проволоки. При уменьшении длительности вакуумной обработки менее 7 мин. происходит неполное удаление кислорода, что приводит к повышенному угару кальция и образованию сложных окислов CaOxAl2O3, ухудшающих разливаемость стали.

Снижение расхода кальцийсодержащей проволоки из расчета введения кальция менее 25 кг/пл. не позволяет провести окончательный процесс модифицирования глиноземистых включений, увеличение расхода проволоки из расчета введения кальция более 100 кг/пл. приводит к взаимодействию кальция с серой с последующим формированием сложных оксисульфидов, также ухудшающих процесс разливаемости.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Пример. Предложенный способ производства низкокремнистой стали осуществляли дуплекс-процессом из ванадиевого чугуна.

Ванадиевый чугун с химическим составом мас.%: углерод 4,2-5,2, кремний 0,015-0,20, ванадий 0,30-0,60 и другими примесями на первой стадии процесса продували кислородом в 160 т кислородном конвертере до получения металла-полупродукта с содержанием углерода 2,5-3,5 % и минимальными содержаниями ванадия и кремния.

После чего металл-полупродукт сливали в заливочный ковш, который передавали на установку десульфурации для удаления серы до 0,001-0,025% в зависимости от регламентированного марочного содержания серы. Во время слива металла-продукта в ковш для снижения степени расходования магния при десульфурации присаживали раскислители в количестве: алюминий чушковый 10-40 кг/пл, карбид кальция 10-40 кг/пл.

В качестве десульфураторов на установке десульфурации использовали магний гранулированный или смеси на его основе и известь мелкодисперсную флюидизированную. Расход десульфуратов зависит от начального содержания серы в металле-полуродукте в количестве: магний гранулированный (или смесь на его основе - 50-200 кг/пл, известь мелкодисперсная флюидизированная - 200-600 кг/пл.

После обработки шлак из ковша тщательно удаляют машиной скачивания шлака с помощью механического скребка. Время скачивания шлака не менее 7 мин.

Выплавку стали из металла-продукта производили в другом конвертере без использования металлического лома. Продувку металла-полупродукта в конвертере производили кислородом в количестве 400-500 м³/мин до содержания углерода в металле до 0,02-0,15% в зависимости от регламентированного марочного содержания углерода.

Далее в конвертер присаживали шлакообразующие материалы: известь в количестве 2500-4500 кг/пл, кремнийсодержащие добавки в количестве 500-1200 кг/пл и марганецсодержащие добавки в количестве 100-700 кг/пл.

После окончания продувки отбирали пробу металла из конвертера. При получении результатов химического анализа металл из конвертера сливали в сталеразливочный ковш.

Перед сливом плавки (или до ее начала) в сталевыпускное отверстие конвертера устанавливали огнеупорную пробку - шлаковый стопор для снижения попадания переокисленного конвертерного шлака в ковш. В начале слива в период от 0 до 5 секунд присаживали карбид кальция или смесь на его основе в количестве 50-200 кг/пл, при этом при наполнении ковша металлом на 25-60% присаживали ферросплавы в количестве, необходимом для конкретной марки стали и чушковый алюминий в количестве 50-150 кг/п. Во время слива металла из конвертера в ковш присаживали твердую шлакообразующую смесь (ТШС) в количестве 350-1000 кг/пл. В качестве ТШС использовали известь и разжижители (плавиковый шпат, глиноземсодержащие материалы и пр.) в соотношении извести и разжижителя 3:1.

После окончания слива металла отбирали пробу металла из сталеразливочного ковша. При получении результатов химического анализа металла производили продувку металла инертным газом аргоном в течение 2-5 мин. После чего сталеразливочный ковш с металлом передавали в отделение внепечной обработки стали.

В период внепечной обработки металла на установке «печь-ковш» наводили высокоосновный гомогенный шлак с содержанием FeO не более 1,5 %, производили ввод алюминийсодержащих материалов для получения в металле содержания активного кислорода не более 3,5 ppm. При необходимости, производили дополнительный подогрев металла и корректировку химического состава по содержанию элементов, регламентированных для конкретной марки стали.

После получения в металле содержания активного кислорода не более 3,5 ppm и серы не более 0,010 % передавали на установку циркуляционного вакуумирования.

Вакуумирование расплава проводили на установке вакуумирования в течение не менее 7 мин при условии остаточного давления менее 3 мбар. После окончания вакуумирования производили ввод порошковой кальцийсодержащей проволоки из расчета введения кальция в количестве 25-100 кг на плавку.

Затем проводили очистительную продувку расплава инертным газом аргоном без оголения расплава в течение не менее 5 мин.

Использование предлагаемого способа до вакуумирования обеспечивает увеличение количества плавок, разливаемых серией через один промежуточный ковш на 1-4 плавки, что приводит к уменьшению необходимого количества промежуточных ковшей для разливки, экономии огнеупоров футеровки и изделий металлопроводки, сокращению затрат на подготовку промежуточных ковшей к разливке, снижению потерь металла со скрапом и обрезью.

Предлагаемая технология была опробована в конвертерном цехе №1 АО «ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат». В таблице1 представлены результаты использования разработанной технологии.

Таблица 1 Параметры Примеры 1 2 3 4 5 6 Расход кремнийсодержащей добавки на второй стадии дуплекс процесса, кг/пл. 903 902 108 900 1001 803 Расход марганецсодержащей добавки на второй стадии дуплекс процесса, кг/пл 290 - 34 333 500 351 Содержание кислорода после раскисления при внепечной обработке металла, ppm 2,0 3 3 2,4 2,9 2,2 Продолжительность вакуумирования при остаточном давлении 3 мбар, мин Не проводилось Не проводилось Не проводилось 7 7 7 Расход чистого кальция из порошковой проволоки по окончании вакуумирования, кг/пл - - - 25,4 25,5 27,2 Содержание серы после раскисления стали, % 0,010 0,0079 0,013 0,009 0,008 0,008 Результат Затянуло
шибер
стальковша Затянуло
шибер
стальковша Затянуло
шибер
стальковша Без замечаний Без замечаний Без замечаний

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 №265340 «Способ производства низкокремнистой стали», МПК С21С 7/00, опубл. 27.10.2012;

[2] патент № 2166550 «Способ производства низкокремнистой стали», МПК С21С 7/064, опубл. 10.05.2001, бюл. № 13;

[3] патент RU №2353667 «Способ производства низкокремнистой стали», МПК С21С 7/10, опубл. 27.04.2009.

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству низкокремнистых марок стали, модифицированных кальцием. Выплавку стали производят дуплекс-процессом из ванадиевого чугуна, содержащего 4,2-5,2% углерода, 0,015-0,20% кремния, 0,30-0,60% ванадия, с получением на первой стадии металла-полупродукта с содержанием углерода 2,5-3,5%. После металл-полупродукт обрабатывают на установке десульфурации до содержания серы 0,001-0,0025%, а на второй стадии продувают кислородом в конвертере до содержания углерода 0,02-0,15%. Используют обожженную кремнеземсодержащую добавку и марганецсодержащие материалы. При внепечной обработке сталь раскисляют до содержания активного кислорода не более 3,5 ppm и содержания серы не более 0,010%, после чего проводят вакуумную обработку стали, модифицируют порошковой кальцийсодержащей проволокой с последующей очистительной продувкой аргоном. Изобретение обеспечивает снижение образования в стали неметаллических включений в виде продуктов раскисления, сокращение остановок МНЛЗ без затягивания огнеупоров металлопроводки, что позволяет увеличить серийность разливки металла на МНЛЗ. 1 пр., 1 табл.

Способ производства низкокремнистой стали, включающий деванадацию чугуна и получение металла-продукта, десульфурацию металла-полупродукта, выплавку стали в кислородном конвертере, внепечную обработку на установке печь-ковш, вакуумную обработку на циркуляционном вакууматоре, модифицирование стали кальцием с его регламентированным расходом и очистительную продувку стали с последующей разливкой на МНЛЗ, отличающийся тем, что выплавку стали производят двустадийным дуплекс-процессом из ванадиевого чугуна, содержащего 4,2-5,2% углерода, 0,015-0,20% кремния, 0,30-0,60% ванадия и примеси, с получением на первой стадии металла-полупродукта с содержанием углерода 2,5-3,5%, после чего металл-полупродукт обрабатывают на установке десульфурации до содержания серы 0,001-0,0025% и на второй стадии металл-полупродукт продувают кислородом в конвертере до содержания углерода 0,02-0,15% в зависимости от регламентированного марочного содержания углерода, кроме этого для образования шлака дополнительно используют обожженную кремнеземсодержащую добавку в количестве 500-1200 кг/пл и марганецсодержащие материалы в количестве 100-700 кг/пл, при этом во время выпуска из сталеразливочного ковша и в процессе внепечной обработки плавки сталь раскисляют до содержания активного кислорода не более 3,5 ppm и содержания серы в стали не более 0,010%, после чего проводят вакуумную обработку стали продолжительностью не менее 7 мин при остаточном давлении менее 3 мбар, причем после завершения вакуумной обработки сталь модифицируют порошковой кальцийсодержащей проволокой из расчета введения кальция в количестве от 25 до 100 кг на плавку с последующей очистительной продувкой инертным газом аргоном без оголения зеркала металла в течение не менее 5 мин.