Способ производства стали Российский патент 2024 года по МПК C21C5/52 C21C7/00 

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству с внепечной обработкой высококачественных сталей.

В настоящее время возрастают требования потребителей стальной продукции к ее качеству. Для удовлетворения клиентов в качественной продукции постоянно разрабатываются новые технологии, в том числе на сталеплавильном переделе.

Предпосылками разработки заявленной технологии производства стали явилось требование потребителей стали по повышению ее чистоты по неметаллическим включениям, влияющим на качество стали, а именно на образование внутренних и поверхностных трещин. Одним из факторов, влияющих на образование трещин является наличие в стали сульфидных соединений, в том числе MnS.

Известен способ получения рельсовой стали, включающий завалку в дуговую электропечь металлолома и извести, расплавление металлолома, заливку жидкого чугуна, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию, скачивание окислительного шлака через порог рабочего окна, последующий выпуск стали в ковш, присадку в ковш во время выпуска шлакообразующей смеси и ферросплавов. Сталь и шлак в печи не раскисляют. При выпуске отсекают печной шлак с оставлением в печи 10-15% жидкого металла от массы плавки. В ковш на выпуске присаживают шлакообразующую смесь, состоящую из извести и плавикового шпата в соотношении (0,8-1,2):(0,2-0,5) с расходом 10-17 кг/т стали, а также кремний и марганецсодержащие ферросплавы из расчета введения в сталь до 0,15% кремния и до 0,75% марганца. Затем сталь обрабатывают на агрегате печь - ковш введением в ковш последовательно до требуемых концентраций марганца, кремния, углерода, ванадия и кальция. При этом осуществляют продувку стали через донную пористую фурму азотом с расходом до 65 нм³/ч при общем количестве введенного газообразного азота не более 20 нм³ до содержания 0,020% азота. Окончательную продувку проводят аргоном с расходом до 65 нм³/ч [Патент RU № 2254380, МПК C21C 7/00, C21C 5/52, 2005].

Недостатком данного способа может быть небольшая скорость удаления неметаллических включений на основе сульфида марганца, так как отдача ферросплавов осуществляется на ранних этапах внепечной обработки стали, когда металл имеет в значительном количестве содержание серы.

Известен способ производства низколегированной трубной стали, в котором осуществляют выпуск металла в сталь-ковш при температуре металла не менее 1680°C в течение не менее 4 мин, во время выпуска присаживают кальцийсодержащие шлакообразующие материалы в количестве не менее 2,8 кг/т стали и марганецсодержащие ферросплавы в количестве не более 7 кг/т стали, затем в течение 7-15 мин производят вакуумирование металла, после чего осуществляют ввод алюминия до его содержания в металле в количестве 0,04-0,06%, легирование кремний- и марганецсодержащими ферросплавами в количестве 5-20 кг/т стали, затем на установке печь-ковш проводят нагрев металла до температуры 1620-1650°C, производят ввод кальцийсодержащих шлакообразующих материалов в количестве 1-2 кг/т стали, после чего осуществляют повторное вакуумирование металла в течение 13-18 мин, а затем выполняют окончательное легирование металла и его обработку кальцийсодержащим реагентом в количестве 0,05-0,3 кг/т стали [Патент RU № 2574529, МПК C21C 7/00, C21C 5/28, 2016].

Недостатком данного способа является - образование большого количества неметаллических включений на ранних этапах производства, при этом последующая длительная по времени внепечная обработка не позволит максимально их удалить.

Технический результат изобретения - снижение количества и размеров неметаллических включений (в том числе сульфидных) и уменьшение количества дефектов в стали.

Указанный технический результат достигается тем, что в способ производства стали, включающем выплавку стали в сталеплавильном агрегате, выпуск стали в сталеразливочный ковш, ее внепечную обработку, согласно изобретению легирование стали марганецсодержащими материалами в сталеразливочном ковше осуществляют после удаления не менее 40,0 мас.% серы, содержащейся в стали во время ее выпуска из сталеплавильного агрегата.

Во время легирования стали марганецсодержащими материалами поддерживают содержание в шлаке, мас.%:

СаО не менее 40,0,

FeO не более 3,0.

Перед присадкой в сталеразливочный ковш марганецсодержащих материалов осуществляют присадку извести в количестве 5-20 кг/т стали и, при необходимости, плавикового шпата в количестве 2-10 кг/т стали.

Толщина шлака в сталеразливочном ковше во время выпуска стали составляет не более 120 мм.

Во время внепечной обработки осуществляют продувку стали аргоном с суммарным расходом 0,1-5,0 нм³/т стали.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Марганец связывает серу в соединения MnS. Когда, к моменту ввода марганецсодержащих материалов, в стали остается значительное содержание серы, то образуется большое количество соединений MnS, которые, в дальнейшем, не успевают удаляться из металла, тем самым создавая в нем неметаллические включения, которые могут приводить к снижению механических свойств стали и образованию внутренних и поверхностных трещин.

Экспериментально установлено, что ввод марганецсодержащих материалов во время выпуска стали из сталеплавильного агрегата, до удаления из стали серы в количестве менее 40,0 мас.% (по отношению к содержанию на момент окончания выплавки стали) увеличивает количество образующихся неметаллических включений.

Во время легирования стали марганецсодержащими материалами при содержании в шлаке СаО менее 40,0 мас.% и FeO более 3,0 мас.% не обеспечивается требуемое удаление серы из металла в шлак.

Присадка извести в количестве 5 - 20 кг/т стали позволяет обеспечить требуемое содержание CaO в шлаке, необходимое для эффективного удаления из стали серы и неметаллических включений. При присадке извести в количестве менее 5 кг/т стали не обеспечивается требуемое удаления серы и неметаллических включений из стали по причине низкого содержания CaO в шлаке. При присадке извести в количестве более 20 кг/т стали не обеспечивается требуемое удаления серы и неметаллических включений из стали по причине повышенной вязкости шлака.

Присадка плавикового шпата в количестве 2 - 10 кг/т стали позволяет обеспечивать в шлаке требуемое содержание CaO, а также, повышает реакционную способность шлака.

Присадка плавикового шпата в количестве менее 2 кг/т стали не ведет к повышению реакционной способности шлака, а присадка плавикового шпата в количестве более 10 кг/т стали не приводит к улучшению процесса десульфурации.

Толщина шлака в сталеразливочном ковше должна составлять не более 120 мм. Толщина шлака более 120 мм приводит к повышенному расходу алюминия на раскисление шлака и увеличению в стали неметаллических включений.

Во время внепечной обработки осуществляют продувку стали аргоном с суммарным расходом 0,1-5,0 нм³/т стали. Продувка металла инертным газом с суммарным расходом менее 0,1 нм³/т стали не обеспечивает его усреднение по химическому составу, температуре и не позволяет провести в достаточной степени удаление из стали неметаллических включений в шлак. Продувка металла инертным газом с суммарным расходом более 5,0 нм³/т не приводит дополнительному повышению качества стали по неметаллическим включениям.

Пример реализации.

Предложенный способ производства стали был реализован в электросталеплавильном цехе. В дуговой сталеплавильной печи осуществляли выплавку стали. После этого, металл выпускали в сталеразливочный ковш, осуществляли присадку кальцийсодержащих материалов (извести) и, при необходимости, плавикового шпата, тем самым производя десульфурацию стали. Затем, осуществляли присадку в сталеразливочный ковш марганецсодержащих ферросплавов (в частности ферромарганца или металлического марганца), осуществляли контроль толщины шлака в сталеразливочном ковше. После этого осуществляли внепечную обработку и разливку стали.

По заявленному способу было произведено свыше 200 плавок.

Условия проведения некоторых экспериментов приведены в таблице 1. Примеры 1-3 с соблюдением предложенных технических параметров, примеры 4-5 с не соблюдением некоторых параметров.

Результаты экспериментов представлены в таблице 2.

Видно, что при соблюдении предложенных технических параметров сталь содержит сульфидные включения меньших размеров и не имеет поверхностных трещин.

Таким образом, предложенный способ производства стали позволяет снизить содержание в стали сульфидных неметаллических включений (MnS) и уменьшить количество дефектов.

Таблица 1

Условия проведения экспериментов

№ эксперимента Расход извести во время выпуска стали,
кг/т стали Расход плавикового шпата во время выпуска стали,
кг/т стали Удаление серы в стали перед присадкой марганецсодержащих материалов, мас.% Содержание (CaO) в шлаке, % Содержание (FeO) в шлаке, % Толщина шлака в стальковше, мм Расход аргона на внепечной обработке, нм³/т стали Пример 1 15 5 55 60 1,5 110 1,2 Пример 2 12 4 45 55 1,8 110 2,3 Пример 3 10 0 44 45 1,4 100 0,8 Пример 4 15 5 35 38 3,2 120 0,1 Пример 5 20 6 30 32 3,1 115 0,6

Таблица 2

Результаты экспериментов

Пример Размер сульфидных включений, мкм Длина поверхностных трещин на слябах, мм Наличие претензии от потребителей Пример 1 13 0 нет Пример 2 12 0 нет Пример 3 14 0 нет Пример 4 33 50 да Пример 5 38 75 да

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству с внепечной обработкой высококачественных сталей. Выплавку стали в сталеплавильном агрегате, выпуск стали в сталеразливочный ковш, ее внепечную обработку. В качестве кальцийсодержащих материалов используют известь, причем присадку извести осуществляют в количестве 5-20 кг/т стали, а легирование марганецсодержащими материалами осуществляют после удаления не менее 40,0 мас.% серы по отношению к мас.% серы, содержащемуся в стали при ее выпуске из сталеплавильного агрегата. Изобретение позволяет снизить количество и размер неметаллических включений, в том числе сульфидных, и уменьшить количество дефектов в стали. 4 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.

1. Способ производства стали, включающий выплавку стали в сталеплавильном агрегате, выпуск стали в сталеразливочный ковш, присадку кальцийсодержащих материалов для удаления серы, легирование марганецсодержащими материалами и внепечную обработку стали, отличающийся тем, что в качестве кальцийсодержащих материалов используют известь, причем присадку извести осуществляют в количестве 5-20 кг/т стали, а легирование марганецсодержащими материалами осуществляют после удаления не менее 40,0 мас.% серы по отношению к мас.% серы, содержащемуся в стали при ее выпуске из сталеплавильного агрегата.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при легировании стали марганецсодержащими материалами поддерживают содержание в шлаке, мас.%:

СаО 40,0-60,0 FeO не более 3,0

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед легированием марганецсодержащими материалами осуществляют присадку плавикового шпата в количестве 2-10 кг/т стали.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что толщина шлака в сталеразливочном ковше при выпуске стали составляет не более 120 мм.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при внепечной обработке осуществляют продувку стали аргоном с суммарным расходом 0,1-5,0 нм³/т стали.