Способ производства высоколегированной стали в дуговых печах емкостью 20-100 т Советский патент 1992 года по МПК C21C5/52 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при выплавке коррозионностойкой стали в электродуговых печах с использованием

внепечной обработки расплава в двух ковшах.

Цель изобретения - повышение степени и стабильности усвоения легирующих

элементов и степени десульфурации, а также снижение тепловых потерь.

По данной технологии благодаря повышенной температуре (1600-1700°С) процесса обработки печного шлака металлическим расплавом, содержащим в своем составе повышенные массовые доли кремния 0,40- 0,85% и алюминия 0,005-0,015%. улучшаются восстановительные и кинетические условия перехода хрома и железа из шлака в металл. В результате массовые доли окислов хрома и железа в передаточном ковше уменьшаются соответственно до 4,0 и 1,7%. Степень десульфации металла повышается на20абс.%.

Ведение процесса при температуре выше 1700°С и содержании кремния в металле более 0,85%, алюминия более 0,015% приводит к снижению стойкости футеровки передаточного ковша.

Обработка шлака полупродуктом с содержанием кремния менее 0,40%, алюминия менее 0,005% и при температуре менее 1600°С не приводит к достижению цели изобретения из-за кинетических ограничений. Обработка металла с массовыми долями кремния (0,20-0,45%), алюминия (0,020- 0,055%) рафинировочным шлаком в разливочном ковше также повышает восстановительные условия процесса, что спо- собствует повышению усвоения титана.

Повышение восстановительных условий процесса обработки в разливочном ковше позволяет повысить стабильность усвоения титана, так как нейтрализует не- желательное попадание печного шлака в разливочный ковш при больших скоростях перелива.

Уменьшение содержания в металле кремния менее 0,20% и алюминия менее 0,020% не позволяет достичь цели изобретения. Повышение массовых долей а металле кремния более 0,45%, алюминия более 0,055% не приводит к повышению степени десульфурации металла и усвоения титана. Вместе с тем себестоимость стали повышается из-за повышения расхода кремний- и алюминийсодержащих материалов, Уменьшается в этом случае и стойкость футеровки ковшей.

Данный способ прошел опытно-промышленное опробование на марке стали 08- 12Х18Н10Т. Для таких сталей AI не регламентирован.

Получаемый предлагаемым способом металл по своим свойствам соответствует ГОСТ.

Применяемые значения и соотношения концентраций кремния, алюминия, растворенных в металле, и значения температуры

позволяют снизить расход легирующих элементов, повысить стабильность усвоения титана и степень десульфурации металла.

Увеличение затрат, связанных с повышенным расходом ферросилиция (силикох- рома), вторичного кускового алюминия, отходов алюминиевого производства, компенсируется снижением расхода дорогостоящих легирующих элементов и повышением стабильности их усвоения.

С помощью промышленного эксперимента установлено, что в зависимости от содержаний SI и AI в исходном металле при сливе расплава в передаточный ковш из шлака восстанавливается 58-80% хрома, окисленного в периоды плавления и продувки.

Например, при угаре хрома 3,0% и при содержаниях кремния 0,60%. алюминия 0,010 % из шлака в металл восстанавливается около 79% хрома, окисленного ранее.

Исходя из этих практических данных и производится корректировка химсостава металла.

Печной шлак обрабатывают полупродуктом в передаточном ковше при сливе расплава из печи. В разливочном ковше полупродукт (уже с измененным содержанием кремния и алюминия) обрабатывают рафинировочным шлаком из твердых шлакообра- зующих. Обработку производят при переливе полупродукта из ковша в ковш.

Расход металла в передаточном и разливочном ковшах поддерживают на одном уровне, равном 0,10-0,30 т/с.

В результате восстановительных процессов, осуществленных в передаточном ковше, массовая доля кремния, растворенного в металле, снижается с 0,40-0,85 до 0,20-0,45%, а содержание алюминия уменьшается до следов.

В разливочный ковш до осуществления обработки присаживают отходы алюминиевого производства, кусковой вторичный алюминий из расчета доведения его содержания в металле до заданного 0,020- 0,055%.

Содержание SI и AI, растворенных в металле в печи, перед сливом,%: Si 0,40-0,85, AI 0,005-0.015, в передаточном ковше в процессе обработки,%: SI 0,20-0,45: А1 0,020- 0.055%, в разливочном ковше после обработки,%: SI 0.18-0,40; AI 0,010-0,035.

Обработка печного шлака промпро- дуктом в передаточном ковше и обработка расплава рафинировочным шлаком в разливочном ковше с расходом менее 0.10 и более 0.30 т/с нецелесообразна из-за повышенных тепловых потерь и недостаточного перемешивания расплава в ковшах, что

приводит к неполному восстановлению легирующих .элементов из шлака и уменьшению степени десульфурации металла, а также из-за кинетических ограничений, связанных с недостаточной продолжительностью протекания процессов восстановления в передаточном ковше и формирования гомогенного рафинировочного шлака в разливочном ковше. Снижается в этом случав и стойкость футеровки ковшей.

Максимальный расход металла зависит, помимо емкости ковша, от диаметра разливочного отверстия (при переливе через шибер или стопор), скорости и угла наклона ковша при переливе через носок.

Расход металла 0,10-0,30 т/с соответствует оптимальному максимальному расходу металла при его переливе через шибер или стопор плавки 20-30 г и при переливе через носок или отверстие в верхней части стенки ковша плавки массой 100 т.

Обработка печного шлака в ковше жидким полупродуктом, содержащим расчетное содержание легирующих элементов на нижнем пределе выплавляемой марки стали, с учетом прогнозируемого их восстановления из печного шлака при сливе полупродукта из печи в ковш позволяет получать металл, перед его обработкой в разливочном ковше рафинировочным шлаком с фактическим стабильным содержанием легирующих элементов на нижнем (или несколько меньшем) пределе выплавляемой марки стали. После получения данных химического анализа пробы стали, отобранной из передаточного ковша, о массе стали в ковше принимаются следующие решения: если содержание легирующих элементов и стали соответствует выплавляемой марке, то делегирование металла в разливочном ковше не производят, осуществляют продувку металла аргоном до заданной температуры; в противном случае необходимо делегировать мзссу металла и придут его аргоном, причем расходдолжен обеспечивать равномерное растворение присадок в металле и заданную температуру разливки.

Все эти действия позволяют выплавлять коррозионно стойкую сталь на нижних пределах содержаний легирующих элементов в металле.

Несоблюдение перечисленных технологических приемов, как правило, приводит к получению готовой стали с массовыми долями легирующих элементов ближе к среднему уровню их марочного содержания.

Необходимость неравномерного расхода металла при его переливе из ковша в ковш обусловлена следующими обстоятельствами.

Первые порции металла (от 5 до 30% массы исходного металла) переливают со скоростью, близкой к максимальным значениям , чтобы под действием максимальной

5 кинетической энергии подающей струи металла вовлечь в процесс растворения и перемешать всю массу твердых добавок, находящихся во втором разливочном ковше: твердые шлакообразующие (известь,

0 плавиковый шпат, кусковой алюминий) и ти- тансодержащие добавки.

Для формирования гомогенного рафинировочного шлака во втором ковше необходимо определенное время, которое

5 превышает время перелива всей массы металла со скоростью 0,7-1,0 от максимальной. Для создания возможности образования гомогенного рафинировочного шлака последующую порцию металла 20-50% пе0 реливают со скоростью 0,2-0,4 от максимальной. Относительно максимальный угар титана при переливе металла из ковша в ковш происходит в начальной стадии riepe/fVF ва, когда скорость поступления металла ве5 лика. Повышение угара титана обусловлено его контактом с нераскаленным металлом и Футеровкой ковша. Однако в этот период максимальный расход металла необходим для перемешивания твердых металлов и

0 вовлечения всей массы титана в процессе растворения. Приваривание кусочков ти- тансодержащих материалов к футеровке днища ковша и их ошлакование в этом случае маловероятно.

5 По мере формирования гомогенного рафинировочного шлака во втором ковше происходит десульфурация, раскисление переливаемого металла этим шлаком и последующий контакт раскисленного металла

0 с титансодержащими материалами, приводящий к снижению угара титана.

Таким образом, в момент окончания формирования гомогенного рафинировочного шлака, с целью снижения тепловых по5 терь и повышения степени десульфурации, происходит заключительное изменение расхода металла. Оставшуюся массу металла вновь необходимо переливать со скоростью, близкой к максимальной.

0Основным недостатком переливных процессов являются повышенные тепловые потери.

Снижение тепловых потерь осуществляют за счет использования тепла

5 отработанного печного шлака, который переливают из первого ковша во второй после окончания перелива металла.

В связи с тем, что контакт такого шлака с металлом нежелателен (снижается усвое- ние титана), предлагается после перелива

металла выдержать паузу 30-180 сие гораздо меньшей скоростью (0,03-0,16 от максимальной) переливать шлак. За это время шлак во втором ковше не загустевает и нет тепловых потерь.

При переливе шлака со скоростью более 0,16 от максимальной обеспечивается частичный контакт печного шлака и металла и увеличивается угар титана, при переливе шлака с расходом менее 0,08 от максимального наблюдаются тепловые потери.

При переливе шлака в течение 10-30 с при данном расходе шлака обеспечивается необходимая шлаковая теплоизоляция металла.

При переливе первой порции металла массой менее 5 и более 30% со скоростью менее 0,7 от максимального значения твердые добавки неполно вовлекаются в процесс перемешивания и увеличивается контакт титансодержащих металлов с футеровкой ковша. Это приводит к увеличению угара титана и уменьшению степени десуль- фурации стали.

При переливе второй порции металла массой менее 20% со скоростью более 0,4 от максимальной за данный промежуток времени невозможно сформировать гомогенный рафинировочный шлак, а при переливе массы металла более 50% с расходом менее 0,2 от максимального возникают ненужные тепловые потери и снижается производительность процесса.

При переливе оставшейся массы металла со скоростью менее 0,7 от максимальной уменьшаются степень десульфурации металла и производительность процесса.

При регулировании скорости перелива различных масс металла исходят из следующих моментов.

Если массовая доля серы в исходном металле невелика (0,020% и менее), масса твердых добавок также ограничена, имеется зона температуры, для легирования металла титаном используются титансодержащие материалы с высоким содержанием титана и нет необходимости в делегировании металла (хромом, никелем и др.) во втором ковше, то скорость перелива и масса переливаемого металла и шлака поддерживаются ближе к нижнему уровню значений. В этом случае достигается наиболее высокая стабильность и степень усвоения титана при хорошей десульфурации и удовлетворительных тепловых потерях.

В противоположном крайнем случае необходимо стремиться, наоборот, скорость перелива и массу переливаемого металла поддерживать на верхнем уровне значений. Тогда при удовлетворительной степени усвоения титана десульфурация металла, тепловые потери и долегирование металла укладываются в требуемые нормы.

При одинаковом содержании серы в исходном металле, равном 0,025%. в готовой стали, выплавленной по известному способу, массовая доля серы в среднем составляет 0,015%, по предлагаемому способу 0,010%.

0 Пример1.В печах 20. 40 и 100 т выплавляли коррозионно стойкую сталь 08- 12Х18Н10Т. Перелив металла из ковша в ковш осуществляли через стопор, шибер и через носок (с предварительной отсечкой

5 большой части печного шлака). Расход металла при его сливе из печи и затем из ковша поддерживали на уровне 0.05-0,35 т/с.

Для обеспечения заданных соотношений кремния и алюминия в обрабатываемом

0 металле вводили в расплав необходимое количество кремнийсодержащих материалов (ферросилиций, силикохром) и алюминийсо- держащие материалы (кусковой алюминий, отходы алюминиевого производства).

5 Обработку печного шлака полупродуктом производили в передаточном ковше при 1550-1750°С. Содержание в полупродукте кремния 0,20-1,05%, алюминия 0,001- 0,020%. После обработки массовая доля

0 кремния в металле (в результате восстановительных процессов) снизилась до 0,10-0,55%, а содержание алюминия в полупродукте перед его обработкой рафинировочным шлаком в разливочном ковше доводили до 0,0105 0,070%.

После проведения ряда опытных плавок было определено количество хрома, восстанавливаемого из печного шлака при сливе металла и шлака в передаточный ковш, в

0 зависимости от массовых долей кремния и алюминия, растворенных в полупродукте.

Получили металл перед его обработкой в разливочном ковше с массовыми долями хрома и никеля либо на нижнем уровне их

5 марочного содержания, либо несколько ниже. После взвешивания массы металла с помощью электронных весов, установленных на разливочном кране, осуществляли долегирование полупродуктов в разливоч0 ном ковше при переливе с использованием данных о химсоставе металла по пробе стали, отобранной из передаточного ковша. Для усреднения металла и получения заданной температуры разливки использовали

5 продувку металла аргоном.

В разливочном ковше при переливе осуществляли легирование металла титаном и его обработку рафинировочным шлаком, состоящим из извести, плавикового шпата и алюминийсодержащих материалов.

Данные приведены в табл. 1.

П р и м е р 2. Выплавку коррозионно стойкой стали производили в печах согласно примеру 1.

Плавку вели одношлаковым процессом. Перелив металла из ковша в ковш производили через шибер, стопор и через носок. Расход металла и шлака регулировали различной степенью открытия разливочного стакана или различной степенью наклона ковша при переливе расплава через носок. Массу переливаемого металла и шлака контролировали непрерывным взвешиванием расплава на электронных весах, установленных на кране, который принимал первый ковш с металлом и печным шлаком. Время перелива металла и шлака фиксировали с помощью секундомера.

Максимальный расход металла (в зависимости от массы плавки, необходимой сте- пени десульфурации, делегирования, тепловых потерь, применяемых ферросплавов) поддерживали на уровне 0,05-0,35 т/с.

Первые 2-35% массы металла переливали со скоростью 0,6-1,0 от максимального. затем расход металла уменьшали до 0,10- 0,50, от максимального и переливали еще 10-60% металла, после чего расход металла вновь увеличивали до первоначальных значений, равных 0,6-1,0 от максимальной ско- рости перелива и с данным расходом переливали оставшуюся массу металла, выдерживали паузу в течение 10-20 с, и осуществляли перелив шлака в течение 5-35 с со скоростью 0,06-0,18 от максимальной ско- рости перелива металла. За это время успевали перелить от 0,15 до 1,7 т шлака.

Данные представлены в табл. 2.

Опытно-промышленное опробование показало, что предложенный способ произ- водства коррозионно стойкой стали позволяет по сравнению с прототипом уменьшить расход хрома на 8,0 кг/т слитков, никеля на 1,7 кг/т слитков, повысить стабильность ус

воения титана на 15 абс.%, степень десульфурации на 20% (усвоение титана увеличилось с 53,5 до 57,0%)

Формула изобретения

1. Способ производства высоколегированной стали в дуговых печах емкостью 20-100 т, включающий плавление, окислительную продувку при одношлаковом ведении плавки, обработку металла печным шлаком, в передаточном ковше, рафинировочным шлаком и аргоном в разливочном ковше с одновременным делегированием металла, в том числе титаном, отличающийся тем, что, с целью повышения степени и стабильности усвоения легирующих элементов и степени десульфурации, снижения тепловых потерь, определяют величину восстановления легирующих элементов из шлака при переливе в передаточный ковш при температуре 1600- 1700°С, вводят 0,40,-0,85% кремния и 0,005- 0,015% алюминия от массы металла и легирующие элементы в количестве, определяемом нижним пределом марочного состава с учетом восстановленного из шлака, взвешивают металл и определяют его химический состав в разливочном ковше при обработке рафинировочным шлаком, вводят алюминий в количестве 0,020-0,055% от массы металла, при этом расход металла во время слива из печи и перелива из ковша в ковш поддерживают в пределах 0,10-0.30 т/с.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при переливе из ковша в ковш первые 5-30% массы металла переливают с расходом 0,7-1,0 от максимального, затем 20-50% металла - с расходом 0,2-0,4 от максимального, а оставшийся металл - с расходом 0,7-1,0 от максимального, через 30-180 с после слива металла осуществляют перелив шлака с расходом 0,08-0,16 от максимального расхода металла.

-- ww -

d«.

в- e ,°

я saYs ssgss я а

fa « ™

ar i

a 5

Sfcfc

I Vu.1. . Ы МАШ J- V1b«t T« 1.

JW1 vr4 W« V V1-V4M

«c

я велев

азв sysss c (.--.-„ ..-.b. --,-.(.. ЧТ sfe

1ИЧИ

111

s aisss

- ww -

«.

e ,°

aYs я а

iHi

ж

a

a i

a я

a

a

8

M

Tfi

M

МШ

тг

И

H

I

|

ill

. Ы МАШ J- V1b«t T« 1.

4 W« V V1-V4M

велев

И

sysss c (...-.b. --,-.(.. ЧТ sfe

HI

II

41

If

s

II

I

f

I

2

fj В

ss

о о 0%

KS::

SЈ

ее

вв

I 2iliЈ «

sacss

BSS8S

/ eCX -

isiaso

i;

Ц

I

i;

,

v

8 8, Г i

Mi

m i,.i.

12 -r

ss esses

i i ч

Tjffft

: .«в i

. f I I i C

Wt V P О Г Г

5

MOT f V 8 Мммм в Vt MM M« Q мм ммз MM MM

S S itI

3 i H

ммммэ i к к -ч i

asstf i;f : j; -.

- wtvil oVwiZ v . t i Ј i

i I s i

« о J1

CJ 01

o

11 Ч I всгж |аеза Jsre« f VW 3 в б ее frWV 9VWVJ

-i m 35:

SRRj i ij

--| Г--- - Si fi

I LUi. M

ЈX fC58 rSSS SSS3 JCSS SЈЈ4 SSS

Hq«IUfE

i - i:

#- i О « «

:i III-I

с прототипом) с 70 во 851.

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при выплавке высоколегированной стали в электродуговых печах с использованием внепечной обработки расплава в двух ковшах. Цель - повышение степени и стабильности усвоения легирующих элементов и степени десульфурации. снижение тепловых потерь. В дуговых печах емкостью 20 - 100 т плавку ведут одношлаковым процессом, Определяют величину восстановления легирующих элементов из шлака при переливе. В передаточном ковше при 1600 - 1700°С вводят0,40-0,85% кремния и 0,005 - 0,015% алюминия от массы металла и легирующие элементы в количестве, определяемом нижним пределом марочного состава с учетом восстановленного из шлама, взвешивают металл и определяют его химический состав. В разливочном ковше при обработке рафинировочным шлаком вводят алюминий в количестве 0,020 - 0,055% от массы металла. При этом расход металла во время слива из печи и перелива из ковша в ковш осуществляют в пределах 0,10 - 0,30 т/с. При переливе из ковша в ковш первые 5 - 30% массы металла переливают с расходом 0,7 - 1,0 от максимального, затем 20 - 50% металла с расходом 0,2 - 0,4 от максимального, а оставшийся металл -с расходом 0,7 - 1,0 от максимального. Через 30 - 180 с после слива металла осуществляют перелив шлака с расходом 0,08 - 0,16 от максимального расхода металла. 1 з.п. ф-лы, 2 табл. ел с о ел CJ ел о