Способ производства стали Российский патент 2024 года по МПК C21C7/04 B22D11/16 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к внепечной обработке стали кальцийсодержащими материалами.

При внепечной обработке стали в сталеразливочном ковше для удаления неметаллических включений из стали в шлак используется модификатор – чистый кальций. Кальций вводится в сталь в виде кальцийсодержащей проволоки на заключительном этапе внепечной обработки стали. Методы, определяющие точный, требуемый расход кальция на плавку, отсутствуют. Необходимое количество кальция на плавку всегда разное в зависимости от загрязнения металла неметаллическими включениями. Недостаточное количество вводимого кальция в сталь может привести к аварийной остановке разливки плавки на УНРС из-за зарастания сталевыпускного отверстия промковша и, как следствие, к простою оборудования и потере производства. Соответственно, в металлургической практике, текущий уровень расхода кальция на плавку фиксирован и не оптимален (вводится с запасом).

Известен способ производства особонизкоуглеродистой стали, включающий выпуск металла в сталь-ковш, который осуществляют при температуре металла не менее 1630°C, вакуумное обезуглероживание проводят в течение 15-20 мин, при давлении в вакуум-камере менее 0,2 кПа, после чего повышают давление в вакуумкамере до не менее 20 кПа, затем присаживают алюминий совместно с известью в количестве, обеспечивающем получение содержания в металле алюминия не менее 0,01% и основности шлака 0,8-1,4, после чего, не менее чем через 2 мин, присаживают алюминий из расчета получения его в металле не менее 0,04%, производят легирование металла и осуществляют обработку металла кальцием в количестве 0,1-0,35 кг кальция на тонну металла, после чего сталь-ковш подают на разливку [патент RU 2564205, МПК C21C7/00, C21C7/10, 2015].

Изобретение направлено на снижение затягивания погружных и разливочных стаканов при разливке стали, но при этом характеризуется высоким расходом кальция, что приводит к эрозии футеровки сталь-ковша и промежуточного ковша с последующим загрязнением металла неметаллическими включениями по типу шпинели (Mg-Al-O).

Наиболее близким к заявленному является способ внепечной обработки стали при получении заготовок непрерывной разливкой согласно которому сталь раскисляют алюминием и вводят в сталеразливочный ковш кальцийсодержащие материалы. Перед вводом кальцийсодержащих материалов измеряют содержание алюминия и углерода в стали. Расход кальцийсодержащих материалов устанавливают в пересчете на усвоенный металлов кальций из соотношения [Ca]=(0,14...0,18)Al, %, при содержании углерода до 0,17% или из соотношения [Са]=(0,10...0,14)Al, %, при содержании углерода больше 0,17% где [Ca] - содержание кальция, растворенного в стали, % [патент RU 2102499, МПК C21C7/00, 1998].

Изобретение направлено на снижение затягивания разливочных стаканов при разливке стали, но при этом характеризуется высоким расходом кальция, что также, как и в предыдущем изобретении, приводит к эрозии футеровки сталь-ковша и промежуточного ковша с последующим загрязнением металла неметаллическими включениями по типу шпинели (Mg-Al-O).

Технический результат изобретения – оптимизация расхода кальцийсодержащей проволоки во время внепечной обработки стали без снижения качества стали по неметаллическим включениям, а так же повышение стойкости огнеупорных материалов промежуточного ковша (в том числе, промежуточных воронок).

Технический результат достигается тем, что способ производства стали, характеризуется тем, что выплавляют сталь, осуществляют ее внепечную обработку, во время которой в сталь вводят кальцийсодержащую проволоку и производят непрерывную разливку стали текущей плавки, при этом во время разливки стали задают базовую скорость разливки текущей плавки и соответствующее ей начальное положение дозирующего устройства промежуточного ковша, в случае перемещения дозирующего устройства в процессе разливки текущей плавки ниже начального уровня, производят уменьшение расхода кальцийсодержащей проволоки во время внепечной обработки последующей плавки, а в случае перемещения дозирующего устройства в процессе разливки текущей плавки выше начального уровня производят увеличение расхода кальцийсодержащей проволоки во время внепечной обработки последующей плавки.

В случае движения дозирующего устройства в процессе разливки текущей плавки ниже начального уровня расход кальцийсодержащей проволоки во время внепечной обработки последующей плавки уменьшают на величину 1–20 грамм кальция/тонну стали.

В случае движения дозирующего устройства в процессе разливки текущей плавки выше начального уровня расход кальцийсодержащей проволоки во время внепечной обработки последующей плавки увеличивают на величину 1–13 грамм кальция/тонну стали.

Первоначальное присаживаемое заданное количество кальцийсодержащей проволоки составляет 50–160 грамм кальция/тонну стали.

Минимальное присаживаемое количество кальцийсодержащей проволоки составляет 8–18 грамм кальция/тонну стали.

В качестве кальцийсодержащей проволоки применяют материал со стальной оболочкой толщиной 0,6–1,5 мм и наполнителем из порошка кальция или кальциевого прутка или силикокальция или феррокальция.

Сущность изобретения.

Заявленный способ заключается в следующем.

Во время выпуска стали из сталеплавильного агрегата, а затем во время внепечной обработки стали производится присадка раскислителей и легирующих компонентов в виде ферросплавов и лигатур. В результате отдачи материалов проходят химические реакции в стали с образованием продуктов этих реакций – в основном: сульфидов и оксидов, которые классифицируются, как неметаллические включения, ухудшающие технологические (разливаемость) и качественные характеристики (механические свойства) стали. Неметаллические включения удаляются из стали на заключительном этапе внепечной обработки с помощью ввода кальциевой проволоки. Стандартный, общепринятый, подход подразумевает использование фиксированной навески кальция. Опыт показал, что данный подход не оптимален с точки зрения экономики (перерасход кальциевой проволоки) и качества (количество неметаллических включений в стали).

Заявленное техническое решение подразумевает динамический метод оценки расхода кальция для модификации неметаллических включений, который определяет алгоритм расчета навески кальция на обрабатываемую плавку.

После окончания внепечной обработки плавки, стальковш направляют на машины непрерывной разливки стали. Во время разливки производится оценка уровня стали в промежуточном ковше по уровню дозирующего устройства (штока), что является косвенной характеристикой чистоты металла и, на основании анализа накопленного массива экспериментальных данных, определяют количество кальция, необходимого для ввода в сталь на следующей плавке, которая будет разливаться в одну серию следом на этой же разливочной машине.

Движение дозирующего устройства в процессе разливки текущей плавки ниже начального уровня свидетельствует об эрозии футеровки промежуточного ковша, которая вызвана повышенным расходом кальцийсодержащей проволоки. В случае движения дозирующего устройства в процессе разливки текущей плавки ниже начального уровня, расход кальцийсодержащей проволоки во время внепечной обработки последующей плавки уменьшают на величину 1–20 грамм кальция/тонну стали. Опытным путем было выявлено, что при величине уменьшения менее 1 грамма кальция/тонну стали эффективность от использования данного алгоритма не достигается, а чрезмерно резкое снижение расхода кальция (более 20 грамм кальция/тонну стали) приводит к высокой вероятности затягивания выпускного отверстия промежуточного ковша и внеплановому прекращению разливки стали с потерей производства.

Движение дозирующего устройства в процессе разливки текущей плавки выше начального уровня свидетельствует о затягивании сталевыпускного отверстия промковша.

В случае движения дозирующего устройства в процессе разливки текущей плавки выше начального уровня, расход кальцийсодержащей проволоки во время внепечной обработки последующей плавки увеличивают на величину 1–13 грамм кальция/тонну стали.

Также, опытным путем было выявлено, что при увеличении расхода кальция на величину менее 1 грамма кальция/тонну стали существует потенциальный риск затягивания сталевыпускного отверстия промковша и внепланового прекращения разливки стали с потерей производства. Чрезмерно резкое увеличение расхода кальцийсодержащей проволоки (более 13 грамм кальция/тонну стали) приводит к повышенному ее расходу и удорожанию производства стали.

Первоначальная присадка кальцийсодержащей проволоки в количестве 50 – 160 грамм кальция/тонну стали обусловлена фактором избыточности и принята статистически за базовый уровень для обеспечения гарантированной разливаемости металла на разливочных машинах.

Минимальное присаживаемое количество кальцийсодержащей проволоки в количестве 8–18 грамм кальция/тонну стали принято, как критическое значение, при котором содержание растворенного в металле кальция стремится к 10–12 ppm. Меньшее значение кальция в стали делает процесс разливки не стабильным, что свидетельствует об избытке неметаллических включений, то есть приводит к ухудшению качества стали.

Пример

Заявленный способ был реализован в кислородно-конвертерном производстве ПАО «Северсталь». В конвертере осуществляли выплавку стали различных марок. После выпуска стали осуществляли ее внепечную обработку, во время которой присаживали кальцийсодержащую проволоку. Затем, сталь подавали на разливку, перед началом которой задавали базовую скорость разливки и начальное положение дозирующего устройства. На каждой плавке осуществляли контроль положения дозирующего устройства и на основании его перемещения корректировали присадку кальцийсодержащей проволоки во время внепечной обработки на последующих плавках.

В таблице 1 приведена последовательная разливка нескольких плавок в серии 1, а в таблице 2 приведена последовательная разливка нескольких плавок в серии 2. Как видно из таблиц, использование заявленного технического решения позволяет снизить расход кальцийсодержащей проволоки во время внепечной обработки стали, по сравнению с тем, если бы заявленный способ не применялся. Также, использование заявленного технического решения в течение длительного периода показало снижение расхода промежуточных воронок на 0,01 кг/тонну стали.

Таблица 1

Пример реализации заявленного решения (серия 1)

№ Первоначальное количество присаживаемой кальцийсодержащей проволоки,
грамм кальция/т стали Базовая скорость разливки стали,
м/мин Базовое положение дозирующего устройства,
мм Положение дозирующего устройства в конце разливки,
мм Характер разливки металла из промежуточного ковша (размытие/затягивание сталевыпускного отверстия) Расход кальцийсодержащей проволоки на последующей плавке согласно изобретения,
грамм кальция/т стали Предполагаемый расход кальцийсодержащей проволоки на последующей плавке без использования изобретения,
грамм кальция/т стали Балл неметаллических включений в стали
(текущая плавка) 1 82 1,1 17 15 размытие 65,2 82 5,3 2 - 1,0 15 14 размытие 47,6 82 3,3 3 - 1,1 14 17 затягивание 55,2 82 4,5 4 - 1,0 17 15 размытие 45,6 82 3,5 5 - 1,1 15 14 размытие 38,2 82 2,5 6 - 1,1 14 14 без изменений 38,2 82 2,0

Таблица 2

Пример реализации заявленного решения (серия 2)

№ Первоначальное количество присаживаемой кальцийсодержащей проволоки,
грамм кальция/т стали Базовая скорость разливки стали,
м/мин Базовое положение дозирующего устройства,
мм Положение дозирующего устройства в конце разливки,
мм Характер разливки металла из промежуточного ковша (размытие/затягивание сталевыпускного отверстия) Расход кальцийсодержащей проволоки на последующей плавке согласно изобретения,
грамм кальция/т стали Предполагаемый расход кальцийсодержащей проволоки на последующей плавке без использования изобретения,
грамм кальция/т стали Балл неметаллических включений в стали
(текущая плавка) 1 103 1,1 18 16 размытие 89,1 103 5,5 2 - 1,1 16 14 размытие 76,1 103 4,2 3 - 1,1 14 15 затягивание 86,3 103 4,5 4 - 1,0 15 16 затягивание 88,9 103 4,8 5 - 1,1 16 14 размытие 82,0 103 3,5 6 - 0,9 14 13 размытие 75,2 103 3,5

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к внепечной обработке стали кальцийсодержащими материалами. Во время внепечной обработки стали вводят кальцийсодержащую проволоку и производят непрерывную разливку стали текущей плавки. Во время разливки стали задают базовую скорость разливки текущей плавки и соответствующее ей начальное положение дозирующего устройства промежуточного ковша, и на основании анализа накопленного массива экспериментальных данных определяют количество кальция, необходимого для ввода в сталь на следующей плавке, которую разливают в одну серию следом на этой же разливочной машине, при этом в случае перемещения дозирующего устройства в процессе разливки текущей плавки ниже начального уровня производят уменьшение расхода кальцийсодержащей проволоки, а в случае перемещения дозирующего устройства в процессе разливки текущей плавки выше начального уровня производят увеличение расхода кальцийсодержащей проволоки. Изобретение позволяет оптимизировать расход кальцийсодержащей проволоки во время внепечной обработки стали без снижения качества стали по неметаллическим включениям, а также повысить стойкость огнеупорных материалов промежуточного ковша, в том числе промежуточных воронок. 5 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.

1. Способ производства стали, характеризующийся тем, что выплавляют сталь, осуществляют ее внепечную обработку, во время которой в сталь вводят кальцийсодержащую проволоку и производят непрерывную разливку стали текущей плавки, при этом во время разливки стали задают базовую скорость разливки текущей плавки и соответствующее ей начальное положение дозирующего устройства промежуточного ковша, и на основании анализа накопленного массива экспериментальных данных определяют количество кальция, необходимого для ввода в сталь на следующей плавке, которую разливают в одну серию следом на этой же разливочной машине, при этом в случае перемещения дозирующего устройства в процессе разливки текущей плавки ниже начального уровня производят уменьшение расхода кальцийсодержащей проволоки во время внепечной обработки последующей плавки, а в случае перемещения дозирующего устройства в процессе разливки текущей плавки выше начального уровня производят увеличение расхода кальцийсодержащей проволоки во время внепечной обработки последующей плавки.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в случае движения дозирующего устройства в процессе разливки текущей плавки ниже начального уровня расход кальцийсодержащей проволоки во время внепечной обработки последующей плавки уменьшают на величину 1-20 грамм кальция/тонну стали.

3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в случае движения дозирующего устройства в процессе разливки текущей плавки выше начального уровня расход кальцийсодержащей проволоки во время внепечной обработки последующей плавки увеличивают на величину 1-13 грамм кальция/тонну стали.

4. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что первоначальное присаживаемое заданное количество кальцийсодержащей проволоки составляет 50-160 грамм кальция/тонну стали.

5. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что минимальное присаживаемое количество кальцийсодержащей проволоки составляет 8-18 грамм кальция/тонну стали.

6. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в качестве кальцийсодержащей проволоки применяют материал со стальной оболочкой толщиной 0,6-1,5 мм и наполнителем из порошка кальция, или кальциевого прутка, или силикокальция, или феррокальция.