Способ рафинирования металла Советский патент 1992 года по МПК C21C7/00 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к методам внепечного рафинирования металла.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ обработки стали, в соответствии с которым сталь перед вакуу- мированием с одновременной обработкой в столбе шлака обрабатывают кислым шлаком,

Известный способ позволяет получить высокую чистоту металла по включениям. Первоначальная обработка металла кислым шлаком способствует формированию в металле включений на основе кремнезема. При дальнейшей обработке в столбе синтетического шлака эти включения полностью ассимилируются этим шлаком вследствие высокой взаимной смачиваемости и большой поглотительной способности столба рафинировочного шлака.

Недостатками способа являются необходимость использования дорогостоящего расплавленного шлака, задействование двух ковшей одновременно, сложность в исполнении способа и отсутствие возможности регулирования степени затрат на рафинирование, т.к. способ осуществляется простым переливом металла из ковша в ковш. При этом вакуумная обработка носит ограниченный характер и не позволяет обеспечить значительного снижения содержания кислорода в металле и, как следствие, загрязненности кислородсодержащими неметаллическими включениями Более того, сильно развитая поверхность контакта металла со шлаком способствует переходу в результате реакций восстановления избыточного количества Са из шлака в металл, что вызывает в дальнейшем повышенную загрязненность металла единичными крупными глобулярными включениями.

ю

Цель изобретения - снижение загрязненности металла включениями.

Поставленная цель достигается тем, что по способу рафинирования металла, включающему последовательную обработку ме- талла кислым и основным шлаком, обработку металла в ковше твердыми шла- кообразующими материалами и вакуумиро- вание металла, в процессе выпуска металл в ковше обрабатывают кислым рафиниро- вочным шлаком в количестве 4-10 кг на 1 т металла, а после выпуска 60-80% металла - основным рафинировочным шлаком, формируемым путем присадки в ковш основного шлакообразующего материала на основе извести в количестве 8-20 кг на 1 т металла, после чего осуществляют порционное или циркуляционное вакуумирование с обработкой металла в вакуум-камере присадкой основных известьсодержащих шлакообра- зующих материалов в количестве 5-12 кг на 1 т металла.

Сущность способа заключается в следующем.

Наиболее большой поглотительной способностью к неметаллическим включениям обладает шлак, имеющий полярные свойства по отношению к включениям. Поэтому включения на основе кремнезема легко усваиваются основным шлаком, и наоборот, основные включения легко и наиболее по- лно ассимилируются кислым шлаком.

В соответствии с предлагаемым способом первоначально металл в процессе выпуска в ковше обрабатывают кислым рафинировочным шлаком, который может формироваться как в печи, так и присадкой соответствующих шлакообразующих в ковш. Обработка кислым шлаком в количестве 4-10 кг/т металла полностью освобождает расплав от трудноудаляемых включений на основе СаО и МдО. Эти включения в процессе выпуска ассимилируются шлаком и этому способствует интенсивное перемешивание металла со шлаком за счет энергии падающей струи.

После выпуска 60-80% металла в ковш присаживают основные шлакообразующие материалы на основе извести в количестве 8-20 кг/т и таким образом переводят кислый шлак, имеющийся в ковше, в основной. К этому моменту основная часть металла уже отрафинирована кислым шлаком и введение основных шлакообразующих после выпуска 60% металла не снижает рафинировочный эффект, тем более что плавление шлакообразующих происходит постепенно. Поэтому и основность шлака в ковше возрастает постепенно. Более ранняя присадка основных шлакообразующих

приводит к снижению рафинирующего эффекта шлака по отношению к неметаллическим включениям на основе СаО и МдО и увеличивает их содержание в металле.

Присадка основных шлакообразующих материалов после выпуска 80% металла в ковш не обеспечивает расплавление и усвоение этих материалов. При этом шлак отличается высокой гетерогенностью и соответственно снижается его сульфидная емкость.

Последние 20-40% металла, попадая в ковш, обеспечивают расплавление и усреднение химического состава шлака. При этом ковшевой шлак становится основным вследствие превалирующего количества основной составляющей.

При уменьшении количества кислого шлака в ковше менее 4 кг/т рафинировочный потенциал этого шлака быстро теряется из-за насыщения его поглощаемости включениями. А увеличение его более 1 кг/т нецелесообразно, т.к. увеличивает расход основных шлакообразующих на его нейтрализацию и перевод в основной шлак. Дополнительное введение шлакообразующих вызывает рост тепловых потерь на внепеч- ную обработку и требует дополнительного перегрева металла в печи.

При использовании основных шлакообразующих в количестве менее 8 кг/т металла не достигается перевод шлака в основной с достаточной сульфидной емкостью, в то же время увеличение присаживаемых шлакообразующих более 20 кг/т приводит к высоким тепловым потерям и резкому загущению шлака, вызывает формирование его гетерогенной структуры и снижение рафинирующей способности.

В результате такой обработки в ковше формируется металлический расплав с включениями на основе кремнезема, на поверхности которого сформирован основной рафинировочный шлак, т.к. такой шлак формируется в последний момент выпуска, то его рафинировочный потенциал остается нереализованным, соответственно не решен вопрос десульфурации металла.

Далее металл подвергается вакуумной обработке на порционном или циркуляционном вакууматоре. В результате обеспечивается дегазация металла. В ходе рбработки на металл непосредственно в вакуум-камере присаживают основные известьсодержа- щие шлакообразующие материалы в количестве 6-12 кг/т, которые формируют на поверхности металла в вакуум-камере рафинировочный шлак. Проходя через вакуум-камеру, порции металла контактируют с этим шлаком. При этом происходит ассимиляция

включений кремнезема основным шлаком. Многократное прохождение металла через вакуум-камеру, которое могут обеспечить циркуляционный и порционный вакуумато- ры, обеспечивают практически полное удаление включений. Таким образом, обеспечивается высокая частота металла по неметаллическим включениям. Одновременно с этим происходит глубокая десуль- фурация металла, так как происходит его обработка основным шлаком в условиях ва- куума и снижается массовая доля кислорода за счет перехода его в виде кислородсодержащих включений в шлак.

Процесс рафинирования металла от серы в вакуум-камере и состав формируемого на поверхности металла в ковше шлака ог- ранично взаимосвязаны. Часть шлака в процессе обработки выносится потоками металла из вакуум-камеры в ковш. Такой шлак в результате взаимодействия с метал- лом насыщен соединениями серы. В случае, если в ковше сохранить кислый шлак, без его трансформации в конечный период выпуска в основной, то шлак из вакуум-камеры после его ассимиляции ковшевым шлаком будет ресульфуцироваться, т.е. будет нивелироваться эффект от десульфурацми металла в вакуум-камере,

В предлагаемом способе перед ковшевого шлака в основной по ходу выпуска обеспечивает условия для достижения глубокой десульфурации металла обработкой его основными шлакообразующими в вакууме. Основной потенциал ковшевого шлака обеспечивает устранение эффекта десуль- фурации.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает комплексное снижение загрязненности металла включениями, т.е. не только кислородсодержащими (оксидами и глобулями), но и сульфидными:

Использование при обработке металла в вакуум-камере основных шлакообразую- щих в количестве менее 5 кг/т приводит к снижению эффективности десульфурации расплава из-за малой сульфидной емкости шлака и ограничивает степень удаления кислородсодержащих включений вследствие быстрого выноса такого количества шлака из вакуум-камеры в ковш.

Увеличение количества шлакообразую- щих, присаживаемых в вакуум-камеру более 12 кг/т, нецелесообразно, т.к. это ухудшает условия вакуумной обработки, повышает тепловые потери и приводит к ухудшению стойкости вакуумкамеры без дополнительного роста степени десульфурации.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что в процессе выпуска металл в ковше обрабатывают кислым рафинировочным шлаком в количестве 4-10 кг/т, а после выпуска 60-80% металла - основным рафинировочным шлаком, формируемым путем присадки в ковш основных шлакообразующих материалов на основе извести в количестве 8-20 кг/т металла, после чего осуществляют порционное или циркуляционное вакуумирование с обработкой металла в вакуум-камере присадкой основных известьсодержащих шлакообразующих материалов в количестве 5-12 кг/т металла.

Пример конкретного выполнения.

Предлагаемый способ опробован при выплавке подшипниковой стали в 100-т дуговых печах с последующим порционным вокуумированием. Формирование кислого шлака осуществляли присадкой на дно ковша перед выпуском металла мелкодробленого кварцита. Печной шлак при выпуске металла отсеками, После выпуска 60-80% металла, количество которого контролировали по показаниям крановых весов, в ковш из специального Бункера присахивалп основные шлакообразующие смзсь извести и шпата s соотношении 4:1, За счет такой при, СаО

садки основность шлака (-ртд- изменяSiU2

лась с 0,4-0,7 до 1,9-2,3,

После выпуска плавки ковш с металлом передавался на порционный вакууматор. В качестве основных шлакообразующих материалов использовали известково-глинозе- мистый флюс, который присаживали в вакуум-камеру равномерно в ходе всей вакуумной обработки.

Других изменений в технологию выплавки и внепечной обработки не вносили.

Формула изобретений Способ рафинирования металла, включающий выпуск плавки из печи, обработку металла кислым и основным шлаком, вакуумирование, отличающийся тем, что, с целью снижения загрязненности металла неметаллическими включениями, в процессе выпуска 60-80% металла в ковш вводят кислые рафинировочные шлаки с расходом 4-10 кг/т, а при выпуске остального количества металла в ковш вводят смесь извести и плавикового шпата в соотношении 4:1 с расходом смеси 8-20 кг/т, при этом при вакуу- мировании в вакуум-камеру дополнительно вводят основной известково-глиноземи- стый флюс в количестве 5-12 кг/т,

Сущность: в процессе выпуска 60-80% металла его обрабатывают в ковше кислым рафинировочным шлаком с расходом 4-10 кг на 1 т металла. При выпуске остального количества металл обрабатывают основным шлаком, формируемым путем присадки в ковш основных шлакообразующих материалов на основе извести с расходом 8-20 кг на 1 т металла, после чего осуществляют ваку- умирование с присадкой в вакуум-камеру дополнительно основных известьсодержа- щих шлакообразующих флюсов в количестве 5-12 кг на 1 т металла.