СПОСОБ ПЛАВЛЕНИЯ СТАЛИ, ИСПОЛЬЗУЕМОЙ В ПОЛЯРНЫХ РЕГИОНАХ, С ПРИМЕНЕНИЕМ РАСПЛАВЛЕННОГО ЧУГУНА СО СВЕРХВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ФОСФОРА Российский патент 2024 года по МПК C21C5/28 C21C7/00 B22D11/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области черной металлургии и относится к способу производства стали с содержанием фосфора менее 0,007 вес. %, используемой в полярных регионах, с применением расплавленного чугуна с содержанием фосфора больше или равно 0, 15 вес. %.

Уровень техники

С постоянным увеличением дефицита энергетических ресурсов в мире страны последовательно увеличивают интенсивность разработки энергетических ресурсов в полярных регионах и строят множество морских платформ, поэтому спрос на сталь, стойкую к сверхнизким температурам и используемую в полярных регионах, резко возрос. Из-за чрезвычайно низкой температуры в полярном регионе содержание фосфора в стали имеет решающее значение для вязкости стали. Однако в настоящее время в Китае содержание фосфора в расплавленном чугуне относительно сильно варьируется. Некоторые металлургические заводы зависят от рудного сырья, и получаемый расплавленный чугун со сверхвысоким содержанием фосфора не подходит для производства стали с низким содержанием фосфора, что серьезно замедляет темпы производства. В связи с растущим спросом пользователей на высококачественную сталь с низким содержанием фосфора основным направлением текущих исследований является то, как при наименьших затратах из расплавленного чугуна со сверхвысоким содержанием фосфора в конвертерной печи выплавлять сталь с низким содержанием фосфора для использования в полярных условиях. В настоящее время некоторые предприятия в Китае и за рубежом широко используют дуплекс-процесс в конвертерной печи для производства стали с низким содержанием фосфора, например способ LD-NRP от JFE, H-печь от Kobe Steel, способ BRP от Baosteel и т. д. Эти способы характеризуются высокими требованиями к оборудованию, большой потерей тепла в процессе переливки расплавленного чугуна в конвертерной печи и низкой эффективностью производства. Существует также двухшлаковый процесс, при котором происходит непрерывное дефосфорирование и обезуглероживание расплавленного чугуна в одной и той же конвертерной печи; этот процесс прост в эксплуатации, не требует нового оборудования и получил широкое распространение в Китае и за рубежом.

Хотя имеется много патентов, касающихся использования расплавленного чугуна с высоким содержанием фосфора для выплавки стали с низким содержанием фосфора, представленные в них способы плавления обычно имеют недостатки, заключающиеся в длительности процесса и высокой стоимости. Несколько подобных патентов кратко представлены ниже.

В патентном документе CN 109593907 A раскрыт «способ плавления стали с низким содержанием фосфора». В этом патенте обеспечивается получение качественных заготовок с P≤0,005% в конечном продукте за счет контроля положения фурмы для продувки конвертерной печи, интенсивности подачи кислорода, расхода при нижней продувке и контроля выпуска шлака, но этот способ применим только к расплавленному чугуну с содержанием фосфора, которое меньше или равняется 0,10%.

В патентном документе CN 109897933 A раскрыт «высокоэффективный процесс плавки для получения чистой стали с низким содержанием фосфора с помощью конвертерной печи». В патенте сталь с низким содержанием фосфора выплавляется с помощью двухшлакового процесса в конвертерной печи, но содержание фосфора в расплавленном чугуне, используемом в способе плавления, составляет менее 0,13%, и при обработке оставшегося шлака легко получить фосфор обратно, что не подходит для плавления расплавленного чугуна со сверхвысоким содержанием фосфора.

В патентном документе CN 109402323 A раскрыт «способ плавления стали со сверхнизким содержанием фосфора из расплавленного чугуна со сверхвысоким содержанием фосфора». В этом патенте путем оптимизации соотношения извести и модификатора шлака в процессе рафинирования с помощью LF регулируется состав сталеплавильного шлака для увеличения содержания фосфора в сталеплавильном шлаке, и тем самым увеличивается соотношение распределения фосфора в сталеплавильном шлаке и расплавленной стали, а также обеспечиваются благоприятные условия для дефосфоризации. Однако в этом способе плавления совсем не описан подробно процесс плавления в конвертерной печи, а содержание P в жидкой стали в печи LF находится на низком уровне, и процесс рафинирования с помощью LF занимает слишком много времени, что не способствует высокоэффективному и малозатратному массовому промышленному производству.

Сущность изобретения

Ввиду недостатков аналогов, известных из предшествующего уровня техники, цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить недорогой способ плавления стали, используемой в полярных регионах, с применением расплавленного чугуна с содержанием фосфора больше или равно 0, 15 вес. %, для производства стали с содержанием фосфора менее 0,007% и может значительно снизить температуру вязко-хрупкого перехода стали для удовлетворения требованиям экстремально холодных условий полярных регионов.

Для достижения вышеуказанной цели в настоящем изобретении используются следующие технические решения.

Способ производства стали с содержанием химического элемента P менее 0,007 мас. %, используемой в полярных регионах, с применением расплавленного чугуна с содержанием химического элемента P больше или равно 0,15 мас. %, который последовательно включает:

стадию плавления в конвертерной печи: осуществляют плавление и раскисление сырья, содержащего расплавленный чугун, с легированием при выпуске плавки;

на стадии плавления в конвертерной печи, содержание химического элемента P в расплавленном чугуне, применяемом в качестве сырья, составляет больше или равно 0,15 мас. %, содержание химического элемента Si составляет 0,15-0,6 мас. %, содержание химического элемента S составляет меньше или равно 0,006 мас. %, и содержание химического элемента As составляет меньше или равно 0,006 мас. %; при этом температура расплавленного чугуна составляет больше или равно 1230°C;

на стадии плавления в конвертерной печи, если массовое содержание химического элемента Si в расплавленном чугуне, применяемом в качестве сырья, составляет больше или равно 0,30 мас. %, плавление проводят с использованием двухшлакового процесса; двухшлаковый процесс включает:

стадию 1): осуществляют добавление части шлакообразующих материалов в сырье, причем шлакообразующие материалы содержат шлакообразующие компоненты и охладитель; шлакообразующие компоненты представляют собой известь и доломит; охладитель представляет собой агломерированную руду; затем применяют кислородную фурму для вдувания кислорода в сырье и после полного расплавления первоначального шлака осуществляют выгрузку кислородной фурмы из конвертерной печи со скачиванием шлака; на стадии 1) добавляемое количество извести составляет 20-22,5 кг/т стали, добавляемое количество доломита составляет 3,5-5,5 кг/т стали и добавляемое количество агломерированной руды составляет 28,5-32 кг/т стали; на стадии 1) время вдувания кислорода составляет 5-6 минут; на стадии 1) после полного расплавления первичного шлака кислородную фурму извлекают из конвертерной печи в течение 15-30 с;

стадию 2): применяют кислородную фурму для вдувания кислорода в расплавленную сталь, полученную на стадии 1), затем порциями добавляют оставшиеся шлакообразующие материалы, продолжают плавку, измеряют температуру TSC жидкой стали и содержание C в жидкой стали во время процесса плавления и в соответствии с результатами измерений выбирают добавление извести или агломерированной руды для обеспечения основности шлака на более поздней стадии и способствования полному расплавлению шлака; шлакообразующие материалы содержат шлакообразующие компоненты и охладитель; шлакообразующие компоненты представляют собой известь и доломит; охладитель представляет собой агломерированную руду; на стадии 2) время между добавлением оставшихся шлакообразующих материалов и измерением температуры TSC жидкой стали и содержания С в жидкой стали составляет 70-90 с; общее время на стадии 2) составляет 240-300 с; в шлакообразующий материал на стадии 2) добавляют известь в количестве 21-25 кг/т стали, при этом добавляемое количество доломита составляет 3,5-5,0 кг/т стали, а добавляемое количество агломерированной руды составляет 14-20 кг/т стали; на стадии 2) температуру TSC жидкой стали контролируют на уровне 1540°C - 1590°C и содержание углерода контролируют на уровне 0,25 мас. % - 0,40 мас. %; на стадии 2) в соответствии с результатами измерений температуры TSC жидкой стали выбирают добавление извести или агломерированной руды в жидкую сталь для продолжения продувки с обеспечением того, что температуру TSO жидкой стали контролируют на уровне 1600°C - 1650°C и контролируют состав углерода в жидкой стали на уровне 0,07 мас. % - 0,09 мас. %, при этом, если температура TSO жидкой стали меньше 1600°C, температуру стали повышают точечной продувкой;

на стадии плавления в конвертерной печи, если в расплавленном чугуне массовое содержание химического элемента Si в составляет менее 0,30 мас. %, содержание химического элемента P составляет больше или равно 0,15 мас. %, содержание химического элемента S составляет меньше или равно 0,006 мас. %, и содержание химического элемента As составляет меньше или равно 0,006 мас. %, то для плавления используют одношлаковый процесс;

одношлаковый процесс включает:

стадию a) добавления извести, агломерированной руды и доломита в расплавленный чугун; на стадии a) известь добавляют 2-3 партиями, и добавляемое количество на тонну стали составляет 42,9-46,2 кг/т; агломерированную руду добавляют 3-4 партиями, и добавляемое количество на тонну стали составляет 39,2-42,8 кг/т; доломит добавляют 2-3 партиями, и добавляемое количество на тонну стали составляет 8,57-10,7 кг/т;

стадию b): измеряют температуру TSC жидкой стали после полного расплавления всего шлака и в соответствии с результатом измерения TSC выбирают добавление извести или агломерированной руды; на стадии b) на каждую тонну расплавленного чугуна добавляемое количество извести или агломерированной руды составляет 2,15-3,57 кг; если температура TSC жидкой стали меньше или равна 1540°C, добавляют известь для продолжения плавления с вдуванием O₂; если температура TSC жидкой стали больше или равна 1590°C, добавляют агломерированную руду; на стадии b) в соответствии с результатом измерения температуры TSO жидкой стали, если содержание C больше или равно 0,10 мас. %, проводят точечную продувку для контроля содержания С и Р в жидкой стали;

на стадии плавления в конвертерной печи за 7-8 минут до плавления снизу вдувают N₂, при этом в первые 1-3 минуты расход N₂ составляет 450-580 норм. м³/ч, и затем расход N₂ увеличивают до 800-900 норм. м³/ч; через 7-8 минут плавления нижнюю продувку N₂ переключают на Ar, при этом расход Ar увеличивают до 1000-1100 норм. м³/ч;

на стадии плавления в конвертерной печи, если содержание C и O₂ в конвертерной печи больше 0,0032 мас. %, то сталь выпускают только тогда, когда состав TSO жидкой стали определен как C: 0,06-0,09 мас. %, P меньше или равно 0,006 мас. % и S меньше или равно 0,020 мас. %; если содержание C и O₂ в жидкой стали в конвертерной печи находится в пределах 0,0021-0,0032, содержание углерода в конечной точке измерения в конвертерной печи меньше или равно 0,045%, в противном случае выполняют точечную продувку;

на стадии плавления в конвертерной печи раскисление проводят с применением алюминия с ферромарганцем, и количество добавляемого алюминия с ферромарганцем составляет 1,7-2,5 кг/т стали;

на стадии плавления в конвертерной печи после плавления и перед раскислением используют положение фурмы высокое-низкое-низкое для защиты печи путем разбрызгивания шлака с применением N₂, положение фурмы для разбрызгивания шлака снова повышают, после высыхания брызг шлака подачу N₂ отключают, и время разбрызгивания шлака составляет 140-200 с;

стадию рафинирования осуществляют посредством печи-ковша (LF): осуществляют регулирование шлака и рафинирование в отношении расплавленной стали, полученной на стадии плавления в конвертерной печи, с получением рафинированной расплавленной стали; на стадии рафинирования посредством LF массовое соотношение шлакообразующих материалов, используемых для регулирования шлака, следующее: известь : флюорит : карбид кальция : алюминиевый шлак = (3-5):(3-5):1:(1-2); после регулирования шлака подают алюминиевую проволоку для увеличения содержания Al и подают титановую проволоку для увеличения содержания Ti; на стадии рафинирования посредством LF продолжительность рафинирования составляет 30-45 минут;

стадию дегазирования рафинированной расплавленной стали осуществляют посредством дегазирования под вакуумом по Ruhrstahl-Heraeus (RH);

стадию непрерывного литья: осуществляют непрерывное литье из расплавленной стали, полученной после стадии дегазирования посредством RH, с получением заготовки.

В предпочтительном варианте осуществления на стадии плавления в конвертерной печи сырье дополнительно содержит стальной лом; при этом масса стального лома к массе расплавленного чугуна + стального лома) ≤ 8%.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления в процессе выпуска стали из печи для легирования добавляют металлический марганец, ферросилиций, феррониобий, феррованадий и никелевые листы.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления на стадии рафинирования посредством LF регулирование шлака проводят до тех пор, пока конечная основность шлака не будет составлять ≥2,2, при этом перед выходом из производственной линии шлак в верхней части должен представлять собой желто-белый шлак или белый шлак, и продолжительность удерживания желто-белого шлака или белого шлака составляет не менее 10 минут.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления на стадии дегазирования посредством RH степень вакуума при дегазировании под вакуумом составляет ≤133 Па, время циркуляции составляет не менее 15 минут и продолжительность чистого дегазирования составляет более 5 минут.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления на стадии дегазирования посредством RH после дегазирования под вакуумом подают кальциево-алюминиевую проволоку 80-100 м/печь и проводят мягкую продувку в течение не менее 10 минут.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления на стадии непрерывного литья степень перегрева расплавленной стали контролируют в пределах 25°C.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления на стадии непрерывного литья для размера сечения заготовки 175 мм скорость вытягивания при непрерывном литье составляет 1,25-1,35 м/мин; для размера сечения заготовки 200 мм скорость вытягивания при непрерывном литье составляет 1,2-1,4 м/мин; для размера сечения заготовки 250 мм скорость вытягивания при непрерывном литье составляет 1,1-1,3 м/мин; для размера сечения заготовки 300 мм скорость вытягивания при непрерывном литье составляет 0,85-0,95 м/мин.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления на стадии непрерывного литья в кристаллизаторе используют перитектический стальной шлаковый порошок; промежуточный ковш покрывают защитным средством в сочетании с карбонизированной рисовой шелухой с обеспечением покрытия жидкой поверхности промежуточного ковша; стакан разливочного ковша герметизируют Ar, при этом расход составляет 90-120 л/мин.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления полученная сталь содержит, в мас. %: C 0,06-0,10, P 0,006-0,0065, Si 0,20-0,35, Mn 1,5-1,65, Nb 0,010-0,030, V 0,010-0,035, Ti 0,010-0,035, Al 0,015-0,040.

По сравнению с аналогами, известными из предшествующего уровня техники, настоящее изобретение имеет следующие преимущества.

1. В способе производства стали с содержанием фосфора менее 0,007 вес. %, используемой в полярных регионах, с применением расплавленного чугуна с содержанием фосфора больше или равно 0, 15 вес. %, описанном в настоящей заявке, применение двухшлакового процесса зависит от содержания кремния в расплавленном чугуне. Если содержание кремния в расплавленном чугуне ≥0,30%, для плавления в конвертерной печи применяют двухшлаковый процесс; если содержание кремния в расплавленном чугуне составляет менее 0,30%, в конвертерной печи применяют одношлаковый процесс и затем применяют рафинирование с глубокой дефосфоризацией для дальнейшего удаления фосфора. Данный способ может обеспечить непрерывное и стабильное производство стали с содержанием фосфора менее 0,007% с применением расплавленного чугуна с содержанием фосфора больше или равно 0, 15 вес. % в качестве сырья, при этом требуемый расход вспомогательных материалов низкий, темпы производства высокие, и он имеет широкие перспективы для распространения.

2. Выбор одно- или двухшлакового плавления в зависимости от содержания Si в расплавленном чугуне значительно экономит расход сырья для плавления, сокращает цикл плавления и ускоряет производственный процесс.

3. Для расплавленного чугуна с содержанием P больше или равно 0, 15 вес. % определяют разумное соотношение шлакообразующих материалов, приемлемую скорость продувки кислородом и продолжительность продувки кислородом для снижения содержания фосфора в расплавленном чугуне посредством плавления в конвертерной печи.

4. На стадии рафинирования с помощью LF использование разумного соотношения шлакообразующих материалов и способа плавления уменьшает количество P, возвращаемого в расплавленную сталь.

5. Способ производства стали с содержанием фосфора менее 0,007 вес. %, используемой в полярных регионах, с применением расплавленного чугуна с содержанием фосфора больше или равно 0, 15 вес. %, описанный в данной заявке, является относительно дешевым по себестоимости, а процесс является простым и легким в применении, и стальной лист, полученный путем прокатки заготовки, полученной с помощью данного способа производства, подходит для использования в проектах с экстремально холодными условиями и с высокими требованиями к комплексным характеристикам.

6. После плавления и непрерывного литья заготовки и после ее прокатки предел текучести стального листа составляет ≥420 МПа, прочность на растяжение составляет 520-680 МПа, ударная вязкость при -52°C составляет ≥100 Дж и сокращение площади поперечного сечения составляет ≥19%.

Конкретные способы осуществления

Чтобы подчеркнуть цель, технические решения и преимущества настоящего изобретения, настоящее изобретение будет дополнительно описано ниже в сочетании с вариантами осуществления, и примеры приведены для пояснения настоящего изобретения, а не для ограничения настоящего изобретения. Техническое решение настоящего изобретения не ограничивается конкретными примерами осуществления, перечисленными ниже, и также включает любую комбинацию конкретных примеров осуществления.

Любой признак, раскрытый в этом описании, если не указано иное, может быть заменен другими эквивалентными или альтернативными признаками, имеющими аналогичное назначение. Если прямо не указано иное, каждый признак является лишь одним из примеров серии эквивалентных или похожих признаков.

Вариант осуществления 1

Способ плавления стали с низким содержанием фосфора, используемой в полярных регионах, с применением расплавленного чугуна со сверхвысоким содержанием фосфора:

(1) Плавление в конвертерной печи

Используют 140-тонную конвертерную печь с верхним и нижним комбинированным дутьем, при этом состав сырья является следующим: 141 т прошедшего десульфурацию расплавленного чугуна с высоким содержанием фосфора (C: 5,65%, Mn: 0,213%, P: 0,151%, S: 0,002%, Si: 0,54%, AS: 0,0020%, температура расплавленного чугуна 1310°C), количество стального лома 10 т. Применяют двухшлаковый процесс для плавления, при этом в процессе плавления при продувке кислородом первый раз положение фурмы контролируют на уровне приблизительно 1500 мм. После поджига кислородной фурмы поток из кислородной фурмы регулируют до приблизительно 25000 м³/ч, положение фурмы находится на уровне 1800 мм, добавляют 3050 кг извести, 3600 кг агломерированной руды и 400 кг доломита и первую партию материалов добавляют за 150 с до начала продувки. Через 30 секунд после того, как первоначальный шлак полностью расплавится, повышают положение фурмы для скачивания шлака, при этом время повышения положения фурмы составляет приблизительно 5 минут.

После разбрызгивания шлака с применением азота во второй раз переключают на кислород. После зажигания кислородной фурмы расход кислородной фурмы регулируют примерно до 24500 м³/ч, и положение фурмы составляет приблизительно 1700 мм. Затем добавляют партиями 3200 кг извести, 2700 кг агломерированной руды и 550 кг доломита, избегая продувки до полного высыхания. Температура TSC составляет 1540°C - 1590°C, содержание углерода контролируют на уровне 0,25%-0,40%, после измерения температуры TSC добавляют 150 кг извести и доводят температуру TSO до 1600°C - 1650°C. Наконец, применяют положение фурмы «высокое-низкое-низкое» (2000 мм-1500 мм-500 мм) для защиты печи путем разбрызгивания шлака с применением азота; в процессе разбрызгивания шлака положение фурмы снова повышают, после высыхания брызг шлака подачу азота отключают, и время разбрызгивания шлака составляет 186 с. Когда углеродно-кислородный продукт конвертерной печи составляет ≤0,0021 и углерод в конечной точке измерения конвертерной печи составляет ≤0,045 вес. %, осуществляют выпуск стали, при этом температура выпуска стали в конвертерной печи составляет 1620°C, и в процессе выпуска стали добавляют 260 кг алюминия с ферромарганцем, 2100 кг металлического марганца, 120 кг никелевого листа, 60 кг феррованадия, 50 кг феррониобия и 440 кг ферросилиция; в поток стали добавляют 600 кг синтетического шлака и 200 кг предварительно расплавленного шлака.

В течение всего плавления снизу вдувают азот и аргон; за 8 минут до плавления используют нижнюю продувку азотом, при этом в первые 3 минуты расход азота составляет 500 м³/ч, в следующие 5 минут расход азота увеличивают до 850 м³/ч; через 8 минут плавления с нижней продувкой азота переключают на аргон, при этом расход аргона увеличивают до 1050 м³/ч.

(2) Плавление в LF

При рафинировании с помощью LF добавляют 200 кг извести, 200 кг флюорита, 50 кг карбида кальция и 80 кг алюминиевого шлака для регулирования шлака; подают 150 м алюминиевой проволоки, чтобы увеличить содержание алюминия, и подают 130 м титановой проволоки, чтобы увеличить содержание титана. Основность конечного шлака контролируют на уровне выше 2,2.

Во время процесса плавления от начала до конца проводят продувку аргоном снизу и перемешивание. Давление аргона может быть соответственно увеличено на ранней стадии, а перед выходом из производственной линии используют мягкую продувку при низком давлении, чтобы обеспечить всплытие включений. Время мягкой продувки аргоном для рафинирования составляет 5 минут, а общее время рафинирования составляет 45 минут.

(3) Плавление в RH

Во время обработки с помощью RH глубина погружения погружной трубки составляет 400 мм, степень вакуума во время обработки составляет 30 Па, время циркуляции составляет 22 минуты, а продолжительность чистого дегазирования составляет 10 минут. После завершения обработки с помощью RH подают кальциево-алюминиевую проволоку 90 м/печь, проводят мягкую продувку в течение 10 минут, и цикл плавления в RH составляет 23 минуты.

(4) Непрерывное литье

В кристаллизаторе используют перитектический стальной шлаковый порошок; промежуточный ковш покрывают защитным средством в сочетании с карбонизированной рисовой шелухой, чтобы обеспечить хорошее покрытие жидкой поверхности промежуточного ковша. Удлиненный стакан разливочного ковша герметизируют аргоном, расход составляет 90 л/мин, и для кристаллизатора используют несинусоидальный режим вибрации. Размер сечения заготовки непрерывного литья составляет 250 мм * 2400 мм, скорость вытягивания составляет 1,1 м/мин.

Конечные условия номера плавки: C: 0,07%, Si: 0,28%, Mn: 1,52%, P: 0,006%, S: 0,001%, Nb: 0,025%, Ti: 0,015%, V: 0,025%, Ni: 0,11%, Al: 0,020%. Расход в печи составляет: известь 48,53 кг/т стали, общий расход шлакообразующих материалов составляет 54,41 кг/т стали, и расход кислорода составляет 47,05 норм. м³/т стали.

С применением способа по данному варианту осуществления получают 5 номеров плавки стали; содержание P в стали составляет менее 0,007 вес. %, и после прокатки полученной стальной заготовки предел текучести стального листа составляет 425-510 МПа, прочность на растяжение составляет 520-590 МПа, ударная вязкость при -60°C составляет 150-210 Дж, и сокращение площади поперечного сечения составляет 22-32%.

Вариант осуществления 2

Способ плавления стали с низким содержанием фосфора, используемой в полярных регионах, с применением расплавленного чугуна со сверхвысоким содержанием фосфора:

(1) Плавление в конвертерной печи

Используют 140-тонную конвертерную печь с верхним и нижним комбинированным дутьем, при этом состав сырья является следующим: 92% прошедшего десульфурацию расплавленного чугуна с высоким содержанием фосфора (C: 4,437%, Mn: 0,213%, P: 0,148%, S: 0,003%, Si: 0,294%, AS: 0,0018%, температура расплавленного чугуна 1316°C), остаток представляет собой стальной лом. В процессе плавления применяют одношлаковый процесс, на стадии продувки кислородом кислородной фурмы положение фурмы контролируют на уровне приблизительно 1500 мм. После поджига кислородной фурмы поток из кислородной фурмы регулируют до приблизительно 26000 м³/ч, положение фурмы находится на уровне 1800 мм, и общее давление кислорода составляет 0,8 МПа; за 8 минут до плавления используют нижнюю продувку азотом, при этом расход азота при нижней продувке азотом составляет 560 м3/ч, и затем расход увеличивают до 880 м³/ч; через 8 минут нижнюю продувку переключают на аргон, расход увеличивают до 1200 м³/ч, добавляют 6200 кг агломерированной руды, 6040 кг извести, 800 кг доломита для обеспечения основности на более поздней стадии и способствования полному растворению шлака; конечное положение фурмы контролируют на уровне приблизительно 1200 мм. Наконец, применяют положение фурмы «высокое-низкое-низкое» (2000 мм-1500 мм-500 мм) для защиты печи путем разбрызгивания шлака с применением азота; в процессе разбрызгивания шлака положение фурмы снова повышают, после высыхания брызг шлака подачу азота отключают, и время разбрызгивания шлака составляет 163 с. Температура выпуска стали в конвертерной печи составляет 1646°С, и в процессе выпуска стали добавляют 240 кг алюминия с ферромарганцем, 2040 кг металлического марганца, 120 кг никелевого листа, 60 кг феррованадия, 50 кг феррониобия и 440 кг ферросилиция; в поток стали добавляют 600 кг синтетического шлака и 200 кг предварительно расплавленного шлака.

(2) Плавление в LF

При рафинировании с помощью LF добавляют 352 кг извести, 157 кг флюорита, 180 кг алюминиевого шлака, 20 кг карбида кальция для регулирования шлака; подают 120 м алюминиевой проволоки, чтобы увеличить содержание алюминия, подают 150 м титановой проволоки, чтобы увеличить содержание титана. Основность конечного шлака контролируют на уровне выше 2,2.

Во время процесса плавления от начала до конца проводят продувку аргоном снизу и перемешивание. Давление аргона может быть соответственно увеличено на ранней стадии, а перед выходом из производственной линии используют мягкую продувку при низком давлении, чтобы обеспечить всплытие включений. Время мягкой продувки аргоном составляет 5 минут, а общее время плавления составляет 42 минут.

(3) Плавление в RH

Во время обработки с помощью RH глубина погружения погружной трубки составляет 400 мм, степень вакуума во время обработки составляет 30 Па, время циркуляции составляет 22 минуты, а продолжительность чистого дегазирования составляет 10 минут. После завершения обработки с помощью RH подают кальциево-алюминиевую проволоку на 80 м, проводят мягкую продувку в течение 10 минут, и цикл плавления в RH составляет 22 минуты.

(4) Непрерывное литье

В кристаллизаторе используют перитектический стальной шлаковый порошок; промежуточный ковш покрывают защитным средством в сочетании с карбонизированной рисовой шелухой, чтобы обеспечить хорошее покрытие жидкой поверхности промежуточного ковша. Удлиненный стакан разливочного ковша герметизируют аргоном, расход составляет 90 л/мин, и для кристаллизатора используют несинусоидальный режим вибрации. Размер сечения заготовки непрерывного литья составляет 300 мм, скорость вытягивания составляет 0,85 м/мин.

Конечные условия номера плавки: C: 0,07%, Si: 0,27%, Mn: 1,51%, P: 0,0065%, S: 0,001%, Nb: 0,026%, Ti: 0,015%, V: 0,026%, Ni: 0,12%, Al: 0,020%. Расход в печи составляет: известь 47 кг/т стали, общий расход шлакообразующих материалов составляет 51,5 кг/т стали, расход кислорода составляет 47,79 норм. м³/т стали, и расход металлургического сырья составляет 1,10 т/т стали.

С применением способа по данному варианту осуществления получают 5 номеров плавки стали; содержание P в стали составляет менее 0,007 вес. %, и после прокатки полученной стальной заготовки предел текучести стального листа составляет 440-500 МПа, прочность на растяжение составляет 525-605 МПа, ударная вязкость при -60°C составляет 130-190 Дж, и сокращение площади поперечного сечения составляет 23-29%.

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу плавления стали, используемой в полярных регионах, с применением расплавленного чугуна со сверхвысоким содержанием фосфора. Способ включает стадию плавления в конвертерной печи, в которой осуществляют плавление и раскисление сырья, содержащего расплавленный чугун, с легированием при выпуске плавки; стадию рафинирования посредством печи-ковша (LF), на которой осуществляют регулирование шлака и рафинирование расплавленной стали, полученной на стадии плавления в конвертерной печи; стадию дегазирования под вакуумом (RH) рафинированной расплавленной стали; стадию непрерывного литья стали, полученной после стадии дегазирования RH, с получением заготовки. Изобретение позволяет выбирать одно- или двухшлаковое плавление в зависимости от содержания Si в расплавленном чугуне, что значительно экономит расход сырья для плавления, сокращает цикл плавления и ускоряет производственный процесс, при этом используют чугун с содержанием фосфора больше или равным 0,15 вес.% для производства стали с содержанием фосфора менее 0,007%, что значительно снижает температуру вязко-хрупкого перехода стали для удовлетворения требованиям экстремально холодных условий полярных регионов. 9 з.п. ф-лы, 2 пр.

1. Способ производства стали с содержанием химического элемента P менее 0,007 мас.%, используемой в полярных регионах, с применением расплавленного чугуна с содержанием химического элемента P ≥ 0,15 мас.%, отличающийся тем, что последовательно включает:

стадию плавления в конвертерной печи: осуществляют плавление и раскисление сырья, содержащего расплавленный чугун, с легированием при выпуске плавки;

на стадии плавления в конвертерной печи содержание химического элемента P в расплавленном чугуне, применяемом в качестве сырья, составляет ≥ 0,15 мас.%, содержание химического элемента Si составляет 0,15-0,6 мас.%, содержание химического элемента S составляет ≤ 0,006 мас.%, и содержание химического элемента As составляет ≤ 0,006 мас.%; при этом температура расплавленного чугуна составляет ≥ 1230 °С;

на стадии плавления в конвертерной печи, если массовое содержание химического элемента Si в расплавленном чугуне, применяемом в качестве сырья, составляет ≥ 0,30 мас.%, плавление проводят с использованием двухшлакового процесса;

двухшлаковый процесс включает:

стадию 1): осуществляют добавление части шлакообразующих материалов в сырье, причем шлакообразующие материалы содержат шлакообразующие компоненты и охладитель; шлакообразующие компоненты представляют собой известь и доломит; охладитель представляет собой агломерированную руду; затем применяют кислородную фурму для вдувания кислорода в сырье и после полного расплавления первоначального шлака осуществляют выгрузку кислородной фурмы из конвертерной печи со скачиванием шлака; на стадии 1) добавляемое количество извести составляет 20,0-22,5 кг/т стали, добавляемое количество доломита составляет 3,5-5,5 кг/т стали и добавляемое количество агломерированной руды составляет 28,5-32 кг/т стали; на стадии 1) время вдувания кислорода составляет 5-6 минут; на стадии 1) после полного расплавления первичного шлака кислородную фурму извлекают из конвертерной печи в течение 15-30 с;

стадию 2): применяют кислородную фурму для вдувания кислорода в расплавленную сталь, полученную на стадии 1), затем порциями добавляют оставшиеся шлакообразующие материалы, продолжают плавку, измеряют температуру TSC жидкой стали и содержание C в жидкой стали во время процесса плавления и в соответствии с результатами измерений выбирают добавление извести или агломерированной руды для обеспечения основности шлака на более поздней стадии и способствования полному расплавлению шлака; шлакообразующие материалы содержат шлакообразующие компоненты и охладитель; шлакообразующие компоненты представляют собой известь и доломит; охладитель представляет собой агломерированную руду; на стадии 2) время между добавлением оставшихся шлакообразующих материалов и измерением температуры TSC жидкой стали и содержания С в жидкой стали составляет 70-90 с; общее время на стадии 2) составляет 240-300 с; в шлакообразующий материал на стадии 2) добавляют известь в количестве 21-25 кг/т стали, при этом добавляемое количество доломита составляет 3,5-5,0 кг/т стали, а добавляемое количество агломерированной руды составляет 14-20 кг/т стали; на стадии 2) температуру TSC жидкой стали контролируют на уровне 1540-1590 °С и содержание углерода в жидкой стали контролируют на уровне 0,25-0,40 мас.%;

на стадии 2) в соответствии с результатами измерений температуры TSC жидкой стали выбирают добавление извести или агломерированной руды в жидкую сталь для продолжения продувки с обеспечением того, что температуру TSO жидкой стали контролируют на уровне 1600-1650 °С и контролируют состав углерода в жидкой стали на уровне 0,07-0,09 мас.%, при этом, если температура TSO жидкой стали < 1600 °C, температуру стали повышают точечной продувкой;

на стадии плавления в конвертерной печи, если в расплавленном чугуне массовое содержание химического элемента Si составляет менее 0,30 мас.%, содержание химического элемента P составляет ≥ 0,15 мас.%, содержание химического элемента S составляет ≤ 0,006 мас.% и содержание химического элемента As составляет ≤ 0,006 мас.%, то для плавления используют одношлаковый процесс;

одношлаковый процесс включает:

стадию a) добавления извести, агломерированной руды и доломита в расплавленный чугун; на стадии a) известь добавляют 2-3 партиями и добавляемое количество на тонну стали составляет 42,9-46,2 кг/т; агломерированную руду добавляют 3-4 партиями и добавляемое количество на тонну стали составляет 39,2-42,8 кг/т; доломит добавляют 2-3 партиями и добавляемое количество на тонну стали составляет 8,57-10,7 кг/т;

стадию b): измеряют температуру TSC жидкой стали после полного расплавления всего шлака и в соответствии с результатом измерения TSC выбирают добавление извести или агломерированной руды; на стадии b) на каждую тонну расплавленного чугуна добавляемое количество извести или агломерированной руды составляет 2,15-3,57 кг; если температура TSC жидкой стали ≤ 1540 °С, добавляют известь для продолжения плавления с вдуванием O₂; если температура TSC жидкой стали ≥ 1590 °С, добавляют агломерированную руду; на стадии b) в соответствии с результатом измерения температуры TSO жидкой стали, если содержание C ≥ 0,10 мас.%, проводят точечную продувку для контроля содержания С и Р в жидкой стали;

на стадии плавления в конвертерной печи за 7-8 минут до плавления снизу вдувают N₂, при этом в первые 1-3 минуты расход N₂ составляет 450-580 норм. м³/ч, и затем расход N₂ увеличивают до 800-900 норм. м³/ч; через 7-8 минут плавления нижнюю продувку N₂ переключают на Ar, при этом расход Ar увеличивают до 1000-1100 норм. м³/ч;

на стадии плавления в конвертерной печи, если содержание C и O₂ в конвертерной печи > 0,0032 мас.%, то сталь выпускают только тогда, когда состав TSO жидкой стали определен как: C 0,06-0,09 мас.%, P ≤ 0,006 мас.% и S ≤ 0,020 мас.%; если содержание C и O₂ в жидкой стали в конвертерной печи находится в пределах 0,0021-0,0032 мас.%, а содержание C в конечной точке измерения в жидкой стали в конвертерной печи > 0,045 мас.%, то выполняют точечную продувку;

на стадии плавления в конвертерной печи раскисление проводят с применением алюминия с ферромарганцем и количество добавляемого алюминия с ферромарганцем составляет 1,7-2,5 кг/т стали;

на стадии плавления в конвертерной печи после плавления и перед раскислением используют положение фурмы высокое-низкое-низкое для защиты печи путем разбрызгивания шлака с применением N₂, положение фурмы для разбрызгивания шлака снова повышают, после высыхания брызг шлака подачу N₂ отключают, и время разбрызгивания шлака составляет 140-200 с;

стадию рафинирования осуществляют посредством печи-ковша (LF): осуществляют регулирование шлака и рафинирование в отношении расплавленной стали, полученной на стадии плавления в конвертерной печи, с получением рафинированной расплавленной стали; на стадии рафинирования посредством LF массовое соотношение шлакообразующих материалов, используемых для регулирования шлака, следующее: известь:флюорит:карбид кальция:алюминиевый шлак = (3-5):(3-5):1:(1-2); после регулирования шлака подают алюминиевую проволоку для увеличения содержания Al и подают титановую проволоку для увеличения содержания Ti; на стадии рафинирования посредством LF продолжительность рафинирования составляет 30-45 минут;

стадию дегазирования рафинированной расплавленной стали осуществляют посредством дегазирования под вакуумом (RH);

стадию непрерывного литья: осуществляют непрерывное литье из расплавленной стали, полученной после стадии дегазирования посредством RH, с получением заготовки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии плавления в конвертерной печи чугун дополнительно содержит стальной лом; при этом масса стального лома к массе расплавленного чугуна и стального лома составляет ≤ 8%.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе выпуска стали из печи для легирования добавляют металлический марганец, ферросилиций, феррониобий, феррованадий и никелевые листы.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии рафинирования посредством LF регулирование шлака проводят до тех пор, пока конечная основность шлака не будет ≥ 2,2, при этом перед выходом из производственной линии шлак в верхней части представляет собой желто-белый шлак или белый шлак и продолжительность удерживания желто-белого шлака или белого шлака составляет не менее 10 минут.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии дегазирования посредством RH степень вакуума при дегазировании под вакуумом ≤ 133 Па, время циркуляции составляет не менее 15 минут и продолжительность дегазирования составляет более 5 минут.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии дегазирования посредством RH после дегазирования под вакуумом подают кальциево-алюминиевую проволоку 80-100 м/печь и проводят продувку в течение не менее 10 минут.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии непрерывного литья степень перегрева расплавленной стали контролируют в пределах 25 °С.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии непрерывного литья для размера сечения заготовки 175 мм скорость вытягивания при непрерывном литье составляет 1,25-1,35 м/мин; для размера сечения заготовки 200 мм скорость вытягивания при непрерывном литье составляет 1,2-1,4 м/мин; для размера сечения заготовки 250 мм скорость вытягивания при непрерывном литье составляет 1,1-1,3 м/мин; для размера сечения заготовки 300 мм скорость вытягивания при непрерывном литье составляет 0,85-0,95 м/мин.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии непрерывного литья в кристаллизаторе используют перитектический стальной шлаковый порошок; промежуточный ковш покрывают защитным средством в сочетании с карбонизированной рисовой шелухой с обеспечением покрытия жидкой поверхности промежуточного ковша; стакан разливочного ковша герметизируют Ar, при этом расход составляет 90-120 л/мин.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полученная сталь содержит, мас.%: C 0,06-0,10, P 0,006-0,0065, Si 0,20-0,35, Mn 1,5-1,65, Nb 0,010-0,030, V 0,010-0,035, Ti 0,010-0,03, Al 0,015-0,040.