Способ выплавки стали

 

Изобретение относится к черной металлургии. Цель изобретения состоит в повышении ударной вязкости стали, снижении расхода ферросплавов и повышении качества отливаемых слитков. Глубинная продувка ванны природным газом с одновременной присадкой на шлак отходов производства графитации электродов при условии, что суммарное количество углерода, вводимого с данными материалами, находится в пределах, определяемых соотношением % C=(3,8-6,3) .10 -2/[% C], где [% C] - содержание углерода в металле перед его раскислением, а отношение количества углерода, вводимого с отходами производства графитации электродов, к количеству углерода, вводимого с природным газом, находится в пределах 9,4-18,7, обеспечивает глубокое раскисление металла и снижение газонасыщенности стали. 1 табл.

ОЭЮ

РЕОПУБЛИН (19) (И) А1 (5))5 С 21 С 5/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМ

ПРИ П(НТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4499523/27-02 (22) 01.11.88 (46) 30,09.90.,Бюл. Р 36 (71) Уральский научно-исследовательский институт черных металлов и Нижнетагильский металлургический, комбинат (72) В ° F.. Семенков, А.А. Дерябин, A.А, Богородский, Б.Н. Гоголев, В.В. Тяжельников и А.А. Фетисов (53) 669.183.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР.

Р 1041572, кл, С 2:1 С 5/28, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Р 908830, кл. С 21 С 5/04, 1982.

ТИ 102-СТ,N — 71-88. Газокислороп ная продувка металла, НТИК, 1988. (54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ (57) Изобретение относится к черной металлургии. Цель изобретения — повыИзобретение относится к черной металлургии и может быть использо.вано преимущественно в сталеплавиль; ном производстве.

Цель изобретения — снижение расхода ферросплавов, повышение ударной вязкости стали и качества отливаемых слитков.

Сущность способа выплавки стали заключается в том, что перед выпуском металла из сталеплавильного агрегата за счет загущения и раскисления шлака присаживаемыми на него отходамту производства графнтации электродов при одновременной продувке ванны с жидким металлом дополнитель2 шение ударной вязкости стали, снижение расхода ферросплавов и повышение качества отливаемых слитков. Глубинная продувка ванны природным rasoM с одновременной присадкой на шлак отходов производства графитации электродов при условии, что суммарное количество углерода, вводимого с данными материалами, находится в пределах, определяемых соотношением

Ж С = (3,8-6,3) 10 /ГУС j, где Е7, С содержание углерода в металле перед его раскислением, а отношение количества углерода, вводимого с отходами проиэводства графитации электродов, к количеству углерода, вводимого с природным газом, находится в пределах 9,4-18,7. обеспечивает глубокое раскисление металла и снижение гаэонасыщенности стали. 1 табл. ным раскислителем (природным гаэом) .и при введении количеств углерода с данными материалами в соотношениях, ограниченных укаэанными пределами, достигается более глубокое в сравнении с известными способами раскисление металла, что при дополнительном усреднении химического состава стали за счет барботажа ванны вдуваемым, газом позволяет снизить в металле содержание неметаллических вкл10чений и газов, равномерно распределить их оставшуюся часть в объеме металла и повысить, таким образом, ударную вязкость стали, снизить расход Аерросплавов и повысить качество отливаемых слитков.

1595921

Продувка металла и предварительное раскисление природным газом в количестве, обеспечивающем введение углерода в металл в укаэанных пределах, способствуют тому, что растворенный в металле кислород вступает в реакцию с водородом и углеродом природного газа.

Содержание углеводородов в природ- 10 ном газе достигает 95Х (СН„-метан)„

Метан при вводе его в металл при нагревании в условиях недостатка воздуха реформируется с выделением са о ,жистых частиц углерода СН„ С + 2Н, которые взаимодействуют с кислородом в металле.

Содержание водорода в металле определяется интенсивностью двух одновременно протекающих процессов: раст- 20 ворением газов и удалением их с пузырями окиси углерода. Образующийся при разложении углеводородов, подаваемых в металл с природным газом, водород частично окисляется кислоро- 25 дом, содержащимся в металле, образуя при рескислении пары Н О. При прохождении Н О через слой металла возможен переход водорода в металл Н О „ ? Н)+

+ (О, Кроме того, возможно и непосредственное растворение водорода в металле Н - 21Н J, а в зоне разложе2г ния углеводородов Н Л 1. Вместе с тем одновременно идут процессы удаления водорода вследствие дегазирующего воздействия пузырей CO. В свя-З5 зи с описанными условиями насьш ение металла водородом зависит от интенсивности и времени продувки его природным газом.

Присадка в печь на шлак отходов производства графитации электродов (ОЛГЭ), содержащих 20-б07. С и свьппе

151 Я С, способствует эагущению верхнего слоя шлака повышает его вязУ

45 кость, при этом происходит также диффузионное раскисление стали, Печной шлак в период продувки ванны. с металлом природным газом становится слегка пенистым и вязким, что обеспечивает полное покрытие им

50 зеркала металла. При этом резко ухудшаются условия передачи. кислорода, водорода и азота из газовой фазы рабочего пространства сталеплавильного. агрегата. в шлак и далее в металл.>5

Присадка на шлак ОПГЭ в количестве, обеспечивающем введение углерода на шлак для диффузионного раскисления стали в указанных пределах и соотношениях, дополнительно загущает шлак и создает более надежные условия для исключения насыщения металла водородом и кислородом, а также способствует глубокому раскислению металла, Глубина раскисления стали тесно связана с остаточным содержанием углерода перед раскислением металла. При низких содержаниях углерода в металле содержание общего кислорода высокое, т.е. находится в обратной зависимости. Поскольку в данном способе раскисление стали при вводе ОПГЭ и природного газа происходит в основном за счет углерода, то для повышения глубины раскисления стали существенное значение имеет остаточное содержание углерода в металле перед. его раскислением.

Лри введении ОПГЭ на шлак одновременно с продувкой ванны с металлом природным газом происходит перемешивание металла и шлака, что способствует эамешиванию в шлак ОПГЭ и взаимодействию ОПГЭ со шлаком в условиях развитой поверхности вспененного шлака. Как-следствие, скорость раскисления шлака резко возрастает.

Удаление кислорода иэ металла за счет продувки его природным газом, содержащим такие восстановительные элементы, как углерод и водород, с одновременой присадкой на шлак ОПГЭ, способствующих загущению шлака, повышению его вязкости и дополнительйому диффузионному раскислению стали, обеспечивает глубокое раскисление металла, что предопределяет в дальнейшем повьппение ударной вязкости стали, Оно происходит как эа счет снижения содержания кислорода в стали, способствующего снижению содержания неметаллических включений в стали, так и за счет перераспределения в оставшихся неметаллическнх включениях доли хрупкоразрущенных и пластичных оксидных включений в сторону увеличения первых и снижения последних.

Снижение концентрации кислорода перед окончательным раскислением при прочих равных условиях приводит к более глубокому раскисленню и образованию продуктов раскисления, преимущественно из элементов с высоким сродством к кислороду, которые после прокатки образуют строчки хрупкораэрушенных включений. Превышение доли таких вклю1595921

40 в металл

55 чений над пластичными или даже исключение последних приводит к повьппению ударной вязкости стали.

Кроме того, более глубокое раскис-. ление стали, а также самого шлака способствует снижению угара вводимых в металл ферросплавов и, как следст вие, их расхода на раскисление, а также снижает такой дефект отливяемых слитков, как подкорковый газовый пузырь, что способствует повышению их качества. Качество отливаемых слитков может быть оценено после их прокатки на заготовки или изделия с последующей рассортировкой последних по дефекту "газовый пузырь".

После обработки металла ОПГЭ .и продувки природным газом металл выпускают иэ агрегата в ковш, где производят его окончательное раскисление с учетом попядания по химическому составу в заданную марку стали, Цель предлагаемого технического решения реализуется только при вы- плавке стали в заявляемых параметрах.

Пределы изменения параметров предлагаемого способа выплавки стали обусловлены следующим, Суммарное ко-. личество углерода, вводимое природным газом и ОПГЭ, находится в преде(3,8 - 6,3) 10 лях Х С, roe f7. С)содержание углерода в металле перед его раскислением, обусловлено достижением необходимой глубины раскисления стали, наиболее эффективным перемешивянием ванны с металлом без заметного его наводоряживяния и достаточным для очищения металла от неметаллических включений и перераспределения оставшихся в сторону повьш ения доли хрупкорязрушенных и снижения доли пластичных включений, Все это в итоге приводит к повьппению ударной вязкости стали, снижению ее газонясыщенности, угара элементов, а следовательно, снижению расхода ферросплавов и брака слитков.по дефекту "подкорковый газовый пузырь", Отношение количества углерода, вводимого с .ОПГЭ, к количеству углерода, вводимого с природным газом, в пределах 9,4-18,7, как показали проведенные исследования, обусловли- . вает степень раскисления углеродом металла и шлака, загущения шлака присаживаемыми ОПГЭ, интенсивность продувки метялла природным газом, 5

1О

15 0

При суммарном количестве углерода, вводимого с природным газом, и ОПГЭ меньше нижнего предела, т.е. Х ; (3,8 10-< ванна плохо успокаивается ,Х С так кяк при таком низком отношении, а следовательно, и малом количестве суммарно вводимого с материалами уг- . лерода количество растворенного в стали кислорода остается высоким, что способствует повьппению ее окисленности, повьппению угара ферросплавов и дефектов отливаемых слитков по подкорковому газовому пузырю. Причем это справедливо и для высокои для низкоуглеродистых сталей, так как в высокоуглеродистых сталях зя счет повышения знаменателя данного отношения результат, т,е, количество внесенного с материалами суммарного углерода, становится меньше.

Однако в стали в связи с высоким содержанием углерода будет и меньшее количество растворенного кислорода, на удаление которого требуется и меньшее суммарное количество вводимого углерода, В случае же раскисления низкоуглеродистой стали, где содержание растворенного кислорода в металле увеличивается с понижением содержания углерода, результат данного отношения повьппается, что указывает ня то, что с повьш ением кислорода в стали требуется также повьш ение количества вносимого с материалами суммарного углерода. Таким образом, числитель данного отношения для любых углеродсодержящих спокойных марок сталей является предельным по нижнему уровню для достижения цели изобретения.

6,3. 10

В случае I С ) и в щляк вводится количество углерода, позволяющее глубоко раскислить металл, однако при этом вместе с повишенным суммарным расходом углерода, вносимого с материалами, вносится также повьппенное количество самих материалов. Это приводит к черезмерным зягущению шлака ОПГЭ и интенсивности на начальное глубокое ряскисление стали. В дальнейшем происходит заметное насыщение металла водородом, черезмерная продувка приводит к выбросу металла и образованию открытых поверхностей зеркала металла, я следовательно, его насыщению кислородом

1595921 из окислительной атмосферы рабочего пространства new; Как следствие, металл насыщается кислородом и. водородом, а цель изобретения не достигается.

При отношении количества углерода, вводимого с ОПГЭ, к количеству углерода, вводимого с природным газом, менее 9,А количество вводимого ОПГЭ становштся недостаточным для загу щения шлака. Шлак при этом достаточно жидкоподвижен и мало раскислен, что совместно с окислительной атмосферой печи способствует окислению металла. Кроме того, снижение резуль-тата отношений вносимого количества углерода с ОПГЭ с природным газом соответствует повышению роли последнего, что приводит к насыщению метал- 20 ла водородом, а следовательно, к охрупчиванию стали. При этом ударная вязкость стали понижается и цель .,изобретения не достигается.

При отношении количества углерода, 25 вводимого с ОПГЭ, к количеству углерода, вводимого с природным газом, более 18,7 превалирующее действие оказывает ОПГЭ, черезмерно загущающие шлак. При этом создаются условия 30 наводораживания стали под изолирующим слоем шлака, а вялая продувка не способствует эффективному раскислению стали углеродом и барботажу метялля я тякже удалению неметалли ческих включений из металла..Как следствие, цель изобретения не достигается. Вводимое количество углерода с материалами и соотношение его введения на шлак и в металл принято с учетом- достижения глубокого раскисления металла и успокоения ванны с металлом на период до выпуска стали из печи.

Положительный эффект при использо- 45 ванин способа выплавки стали достигается за счет более глубокого раскисления металла, снижения угара ферросплавов, загрязненности стали неметаллическими включениями а также газонасыщенности стали. Присадка в агрегат ОПГЭ, позволяющих дополнительно раскислять металл и заменять на них часть расходуемых ферросплавов, а также продувка металла восстановитель55 ным природным газом позволяют повысить ударную вязкость стали, снизить расход ферросплавов и повысить качество бтливаемых слитков. Это приводит

6 15

В связи с достаточно глубоким раскислением металла, а следовательно, снижением угара ферросплавов за счет обработки металла восстановительным природным газом и ОПГЭ стало возможным часть присаживаемых ферросплавов перенести из печи в ковш, сократить их расход. Предварительно раскисленный металл выпускали иэ печи в два ковша емкостью 150 т каждый.

Показатели выплавки опытных плаВоК приведены в таблице, где за базовый объект в качестве прототипа предк снижению себестоимости выплавляемой стали и повышению ее качества.

Пример, В соответствии с предлагаемыми параметрами выплавляли среднеуглеродистую колесную сталь в ЗОО-тонной основной мартеновской печи. Выплавку осуществляли скрапрудным процессом с продувкой ванны смесью кислорода и природного газа, подаваемой через две погружаемые в жидкий металл газокислородные фурмы с внутрисопловым смешением, Завалку печи, прогрев шихты, заливку чугуна, плавление, спуск шлака, полировку и доводку плавки осуществляли в соответствии с принятой технологией.

Продувку ванны с металлом как на плавке, проводимой по обычной технологии и принятой за прототип, так и на опытных вариантах выплавки стали по предлагаемому способу в период плавления и доводки осуществляли смесью природного газа и кислорода, расход которых составлял соответственно 6,0 нмэ/(т,ч) и 12,0 нм /(т.ч), Р период предварительного раскисления в ванну с металлом погружали две газокислородные наклонные фурмы, через которые подавали только природный газ. тля сня- тия избыточного давления в рабочем пространстве печи заслонку среднего завалочного окна наполовину приоткрывали. Одновременно с подачей природного газа на шлак присаживяли ОПГЭ, которые имеют следующую характеристику:

Массовая доля углерода, l 20-60

Массовая доля карбида кремния, X ) 15

Размер частиц, мм 0-40

Массовая доля кусков свыше 30 мм, X

Массовая доля примесей (бой огнеупоров и др.),7. 3

1595921

10 ставлены параметры выплавки колесной стали по принятой технологии (колесная сталь ГОСТ 10791-. 81 содержит, мас.%: С 0,55-0,65; Мп 0,50-0,90 °

Si 0,20-0,42; Р < 0,036 (S с 0,040).

Здесь также представлены результаты разбраковки готовых изделий — колес из металла опытных и сравнительных плавок по дефекту "газовый пузырь".

Колеса, произведенные из слитков, менее пораженных дефектом "газовый

Tt пузырь, т.е. из металла менее газонасыщенного и более глубокого раскисленного, имеют меньшую отбраковку.

Представленные в таблице .Результаты показывают, что в первой и пятой .плавках с использованием предлагаемого способа выплавки стали и параметрами, выходящими за пределы ограничений, поставленная цель по снижению расхода ферросплавов, повышению ударной вязкости и повышению качества отливаемых слитков, выраженного в качестве готовых колес, не дости- 25 гаются. Имеет место также повышение содержания водорода в металле, что способствует охрупчиванию стали и снижению ее ударной вязкости, однако более низкое в сравнении с базовым вариантом содержание кислорода в стали позволяет сохранить показатель ударной вязкости на прежнем с базовым вариантом уровне.

Наиболее приемлемыми для достижения поставленной цели являются параметры. выплавки стали по предлагаемому способу по вариантам 2-4, в свя.-зи с чем параметры выплавки по вари антам 2 и 4 приняты как предельные и

40 ограничительные в предлагаемом способе.

Предлагаемый способ выплввки стали обеспечивает повышение ударной вязкости стали на 0,08-0,22 МДж/мг, снижение расхода 45%-ного ферросилиция на 1,0-1,7 .кг/т и .силикомарганцана 0,67-1,33 кг/т стали. Снижение брака колес с дефектом "газовый пуII зырь за счет повышения качества отливаемых слитков составляет Oj190,45%, Формула и з обре т е н и я

Способ выплавки стали в сталеплавильном агрегате, включающий доводку, продувку ванны смесью природного газа и кислорода, предварительное раскисление, выпуск металла в ковш и окончательное раскисление, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью снижения расхода ферросплавов, повышения ударной вязкости стали и качества отливаемых слитков, в период предварительного раскисления стали осуществляют глубинную продувку ванны природным газом с одновременной присадкой на шлак отходов производства графитации электродов, при этом суммарное количество углерода, вводимого с данными материалами, находится в пределах, определяемых соотноше(3. 8- б 3) -10 -г нием % С = <%, где C% С3ЕX С,7 содержание углерода в металле перед его раскислением, а отношение количества углерода, вводимого с отходами производства графитации электродов, к количеству углерода, вводимого с природным газом, находится в пределах 9,4-18,7 °

1595921

«СО СОЗОЪ О вл олсо

» » Э

O OOOO I

С33 о

СООО«03

03 »ЪЕ 0С

» c

Ооооо

03 гс

ОС 3 003

СО ООЪ ОГо о

О УЪ 03 .0 С33 м с\ с ъ с\ съ

0Ъ м

М 333

М 00 О

О О Л

I омо

С33 Ъ Т

3О

O c3d

3 О м с ъ 33Ъ с Ъ ом

0 м

С Ъ С Ъ 3 3 3 Ъ с33 nЮмiО м с ъ г-с3onл

С 3 С 3 С 3 С 3 С 3

3 cd

C 0(»

ОР ОО

a! .(03 СЪЛМ

0Ъ О ссс 333 3С3

OOOO O

О В СО С3 лг-ооо с оооос

С3

3 с

Е о

Ф

J»

С С CCc

»ос о Р

;С IC Э

00 И К 0С

0Ъ С В О

00 ОГ

03 ОЛВО. ) 0Ъ СО В СО СО

03 В -0 0Ъ ооо

33

О с

cd 34

Ъс

3 х c(»

V Р,ОС»

О О, CC d3

C33 V К 0С о «лOn ов оо о осооо

СС .0 М Л О

01 В С Ъ СО О

3 !

33000 3\3

С 3 ГЪ "0 С3 .О

»Ъ 0Ъ О М М 0Ъ»Ъ О ОО

O OOOO О

» о

О

3с3

3 о к

v х

Ъ4

I о о К

3 3 о

v о

М

Е СЧМ-00Ъ

Р

33

° с

03-Х 33 х

Я х Ф Ф f g

Ь= о

Ф с( ф v

3d

5 Ф

d3 ск I" (о о х и о

6 и к к о

О л о

ЪХ о

6 и

Й о

z о

03 о к

Р

v к с

Р с

С3 к о