Способ производства стали Советский патент 1982 года по МПК C21C5/52 

(54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к способам выплавки стали в дуговых печах.

Известен способ выплавки стали с продувкой металла в ковше аргоном. Способ предусматривает выпуск металла из печи в ковш с синтетическим .шлаком и последующую обработку металла в ковше продувкой его аргоном 1.

Недостатком этого способа является то, что обработку жидкого металла инертным газом (аргоном) проводят только в ковше. Обработка металла аргоном в ковше заставляет ограничивать интенсивность продувки расходом до 0,02-0,04 м /т-мин, во избежание обнажения от шлака поверхности металла для исключения вторичного окисления стали кислородом воздуха и насыщения металла азотом атмосферы. Кроме того, неизбежное снижение температуры металла и шлака в ковше, особенно без его подогрева, также существенно усложняет организацию эффективной деазоташ1И жидкой стали.

Наиболее близким но технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ производства стали, включающий завалку шихты, плавление, окисление и рафинирование металла в печи и ковше, при котором деазотацию стальной ванны осуществляли за счет газообразования в процессе обезуглероживания. Использовали кислород со средним расходом 8-10 нм/мин, вводимый в печь через водоохлаждаемую фур10му или трубку. Продолжительность периода для 20 т печи составляла В среднем 60 мин, для 5 т печи - 30 мин. Содержание углерода на опытных плавках изменялось в среднем от 6,60 до 0,06% при скорости обез15углероживания 0,8-1,0% С в час. Опытные плавки в 20 и 5 т дуговых печах показали, гго в производственных условиях в окислительный период из металла удаляется 9-25% 20 от теоретически возможного количества азота Г21.

Однако известный способ не позволяет получать сталь с заданным содержанием азота, так как удаление азота производят только в

процессе окислительного периода плавки. Интенсификацией подачи кислорЬда через водооютаждаемую фурму, нельзя достигнуть большего удаления азота, чем это указано в статье. Удаление азота из стали - процесс длящийся во времени. В этом случае подача в MCTJUin кислорода через металлическую трубку оптимальной интенсивности и длящаяся продолжительное время дает более значительный эффект удаления азота, чем подача кислорода максимальной интенсивности через сводовую фурму и непродолжительное время. Фурма часто заметалливается и выходит из строя в том случа.е, когда ее опускают ближе к зеркалу металла для интенсификации процесса обезуглерожива1 ия.

Цель изобретения - снижение содержания азота в готовой стали и увеличение выхода годного.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу производства стали, включающему завалку шихты, плавление, окисление и рафинирование металла в печи и ковше, согласно изобретению, до начала забалки шихты Ч...В подвалку вводят углеродсодержащие материалы в количестве, превышающем расчетное содержание углерода в 1.1-1,5 раза, а затем вводят кислород с. момента образования лунки жидкого металла под углом 10- 50° к поверхности ванны с И1 тенс -шностью подачи кислорода с начала продувки до полного расплавления от 0,05 до 0,3 м /т-мин, причем после проплавления 1/3 части ишхты интенсивность подачи кислорода увеличивают до 0,1 , а после проплавления 2/3 части илихты интенсивность ввода кислорода увеличивают до 0,3 м /т-мин.

Известно, что основнь{м источником поступления азота в металл является исходная Ш1ГХта - она вносит 55% азота. Другими значительными источниками азота в стали является атмосфера плавильного пространства печи (она дает 28,5% азота) и воздух при выпуске и разливке (около 12,5%). Остальное количейво азота вносится в сталь из других источников и незначительно.

Поэтому удаление азота из жидкого метал ла представляется целесообразным начинать с появления необходимой ванны жидкого металла под электродами в начале периода расплавления и продолжать удаление азота вплоть до выпуска металла из печи. Так как технология выплавки стали в дуговых печах большой удельной мощности развивается в направлен1ш возможно меньшего пребывания жидкого металла в печи (одношлаковьш процесс, выпуск готовой стали с юша и т.д. то влияние газообразования как в окислительный период плавки, так и в период плавления на процессе деазотации стали будет преобладающим.

До сих пор начальной стадией удаления азота из расплавленного металла была стадия .,

окислительного периода в дуговой электропечи. Однако, чем меньше количество азота в стали мы будем иметь к началу периода окисления углерода, тем легче в окислительный период достичь минимальных значений

азота в стали. Известно, что исходная шихта вносит 55% азота от общего его количества в готовом металле, то возникает задача снижения влияния шихты на содержание азота в готовом металле. Известно, также,, что

5 величина деазотации пропорциональна количеству окисленного углерода и зависит от начального содержания азота в металле, поэтому введение в завалку шихты дополнительного сверх расчетного содержания углеродсо держащего металла и последующее окисление углерода металла с Момента его расплавления: позволяет снижать содержание азота в стали, вследствие экстракции азота пузырька и окиси углерода.

Количество присаживаемого углеродсодержащёго материала в завалку в 1,1-1,5 раза превышающее расчетное вызвана следующими причинами.

Известно из инструкции по выплавке стали, что в течение окислительного периода должно быть окислено 0,1-0,3% углерода при выплавке высокоуглеродистых сталей (с нижним пределом углерода выше 0,60%) и не менее0,2-0,5% углерода при выплавке, среднеуглеродистых и низкоуглеродистых сталей. Поэтому расчетное содержание углерода по расплавлении металла расчитывают с учетом необходимого окисления углерода в кип сверх содержания его по марке стале. Для того, чтобы до начала кипа или для одного и того же окислительного периода получать низкие значения содержания азота в стали необходимо окислить соответствующее количество углерода с момента образования жидкого металла под электродами. Как показал опыт, для получения более низкого содержания азота в среднеуглеродистых и малоуглеродистых марках стали, необходимо окислить полуторное количество углерода по сравнению с обычным процессом окисления.

Для получения низкого содержания азота при выплавке высокоуглеродистых марок стали необходимо окислять 1,1 кратное количество углерода по сравнению с расчетным. При этом пр1шимается во внимание емкость

5 печи, ее удельная мощность, качество металлошихты и флюсующие добавки, т.е. те факторы, от которых зависит длительность расплавления шихты, что в конечном счете определяет количество углерода необходимого для окисления, а также интенсивность подачи кислорода. Следовательно, окисление углерода свыше 1,5-го количества от расчетного нецелесообразно, так как увеличивается общее время плавки, а удаление азота больше не происходит. Окисление углерода ниже 1,1-го кратного количества от рачетного неэффективно для удаления азота из стали. При интенсивности подачи кислорода менее 0,05 м /ТМин не возникает пузырькового режима по всей поверхности ванны, и, следовательно, нет эффективной дегазащш. При интенсивное подачи более 0,3 м /т-мин происходит излишнее газовыделение, а при небольшом количестве жидкого металла начинается угар железа. В период окончания расплав ления, т.е. когда много жидкого металла, интенсивность подачи кислорода через трубку свыше 0,3 м/т«мин нецелесообразна, так как в этот период можно вводить фурму, которая позволяет вводить эффективно большое количество кислорода. Опытным путем были отработаны режимы подачи кислорода ОТ 0,05 до 0,3 м/т«мин по мере накопления расплавленного металла до 1/3 и 2/3 от всей массы металла в завалке. Заглубление струи кислорода металлическо трубкой под углом менее 10° приводит к оголению металла (от шлака) и его переокислению, а под углом более 50° к разрушению печи струей кислорода, особенно при давлении в струе от 12 до 16 атм. Увеличение интенсивности подачи кислород до 0,1 м/т мин при расплавлении менее 1/3 части шихты приводит к переокислению стальной ванны и значительному угару железа. При расплавлении более 1/3 части шихты продувка ванны кислородом с интенсивностью менее 0,1 м/т-мин не обеспечивает необходимой скорости деазотации ванны. Уве личение подачи кислорода до 0,3 м /т-мин При расплавлении менее 2/3 части металла вызывает большое переокисление железоуглеродистого расплава в условиях недостаточного перегрева стали выше температуры ее пла ления и в связи с этим излишний угар железа. При расплавлении более 2/3 части метал ла продолжение продувки ванны с интенсивi ностью подачи кислорода менее 0,3 мин затягивает процесс удаления азота из расплав ленной стали. Также приводим обоснование начала кислородной продувки с момента образования лунки жидкого металла, заключающееся в еле дук)щем. Начало продувки кислорода с момента образования лунки жидкого металла под электродами дуговой печи максимально увеличивает продолжительность продувки. Это обеспе-. чивает удаление азота из расплава в течение всего времени плавления шихты в сталеплавильной печи. Пример. С целью совмешения процесса расшгавления шихты и дефосфорации металла при выплавке Ст. 40Х в 25 т дуговой печи в завалочную корзину присаживают известь в количестве 15-20 кг/т. Дополнительно к этому на подину вводят дробленный электродный бой в количестве превышающем расчетное содержание углерода в 1,1 раза это примерно 50 кг с учетом усвоения 70%. На Ст. 40х это составит около 0,78%. В зону расположения электродного боя перед завалкой металлической части шихты через рабочее окно вводят кислородную трубку диаметром один дюйм под углом 10° к поверхности ванны, через трубку спустя 1015 мин после включения печи подают кислород с интенсивностью 0,05 м /т-мин. После проплавления 1/3 части шихты интенсивность подачи кислорода увеличивают до 0,1 м /т-мин„ а после проплавления 2/3 части металла интенсивность подачи кислорода через трубку доводят до 0,3 мин. После проплавления всего металла подкачивают шлак плавления до минимального количества его в печи и вводят кислород через водоохлаждаемую фурму. Проводят окислительный период, затем проводят восстановительный период плавки и выпускают металл в ковш. Пример2.С целью интенсификации процесса расплавления шихты Ъри выплавке Ст. 10ХСНД перед ее завалкой на подину печи дополнительно с помощью ленточной бросковОЙ машины присаживают материалы в следующем количестве, кг/т: Железная руда8 Известь6 Плавиковый шпат2 Кусковой кокс6 Кроме кускового кокса присаживают чугун до 4,0% от массы садки с учетом того, чтобы по расплавлении первых порций металла содержание углерода было в 1,5 раза выше расчетного, т.е. примерно 0,75% или 1,0 т чугуна. В зону расположения указанных материалов перед завалкой ишхты через рабочее окно вводится кислородная трубка диаметром 3/4 дюйма, через которую спустя 10- 15 мин после включения печи подается кислороД с интенсивностью 0,05 м /т-мин под . углом 30° к поверхности ванны. После проплавления 1/3 части шихты интенсивность подачи кислорода увеличивают до 0,1 м/т-мин, а после проплавления 2/3 части металла интенсивность подачи кислорода через металлическую трубку доводят до 0,3 м /т-мин. Паc.ie проплавлсния всего металла подкачивают гш1аки прогшавлсния до минимального количества eio в печи и вводят кислород через подоохлаждаемую .фурму. Проводят окислительный период, затем проводят восстановительный период плавки и выпускают металл в ковш.

П р и м е р 3. Для более интенсивного проведения процесса расплавления при выплавке Ст. 12ХНЗА перед завалкой на подину печи дополнительно с помощью ленточной бросковой машины присаживают материалы п следующем количестве, кг/т;

Железная руда8

Известь6

11лапикоиый шпат2

Электродный бой в кусках от 5 до 50 м Кроме электродного боя присаживаются тугун до б/г от массы садки с учетом того, чтобы по расплавлении мет;итла содержание углерода fjiMio в 1,3 раза выше расчетного, т.е. примерно около 9,8, т.е. 1,5 т чугуна.

В зону расположения указанных материалов перед завалкой шихты через рабочее окно вводится кислородная трубка диаметром 1 дюйм, через которую спустя 10 15 мин, поеле включения печи подается кислород с интенсивностью 0,05 мин под углом 50° к поверхпорти ванны. После проплавки 1/3 части шихты интенсивность подачи кислорода увеличивают до 0,1 м /т-мин, а после проплавления 2/3 части металла интенсивность подачи кислорода через металлическую трубку доводят до 0,3 м-/т- мин. После проплавления всего металла подкачивают шлак плавления до минимального количества его в печи

и вводят кислород через водоохлаждаемую фурму. Проводят окислительный период, затем проводят восстановительный период плавки и выпускают металл в ковш.

В результате проведения опытных плавок

по описанной в примерах техиолотии были получены содержания азота, приведенные в таблице.

Примечание. Числитель - опытные плавки, Знаменатель - обычные плавки

Снижение содержания азота в стали после выпуска из цуговон печи позволяет в дальнейшем переделе, т.е. после электрошлакового переплава трещиночувствительных конструкционных марок стали, снизить брак по трещинам электрошлакоиых слитков.

Применение предлагаемого изобретения при выплавке трепшпочувствительных конструкционных марок стали в дуговых печах высокой удельной мощности позволит экономить за счет снижения брака по трещинам 27 руб. на 1 т производимой стали.

Формула изобретения Способ Г1р п«нодства ста;1И, включающий завалку шихты, плавление, окисление и рафинирование металла в печи и ковше, о тличающийся тем, что, с целью они жения содержания азота в готовой стали и увеличения выхода годного, до начала завалки шихты и в подвалку вводят углеродсодержашие материалы в количестве, превышающем расчетное содержание углерода в 1,11,5 раза, а затем вводят кислород с момента образования лунки жидкого металла под углом 10-50° к поверхности расплавления от 0,05 до 0.3 - мин, причем после проплавления 1/3 части шихты интенсивность подачи кислорода увеличивают до 0,1 . мин, а после проплавления 2/3 части шихты интенсивсивность ввода кислорода увеличивают до 0,3 мин. по известному способу. в 993752010 Источники информации,.ческим шлаком. Бюллсгеиь ЦНИИЧМ, N 14. принятые во внимаиие при экспертизе1971, с. 40-42. . Чуйко И. И. и др. Продувка аргоном2. Известие ВУЗов. М., 1978, N 1 ковше стали ШХ15, обработанной синтети-с. 13-16.