Способ выплавки ванадийсодержащей стали

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4952385/02 (22) 28.06.91 (46) 15.1 2.93 Бюл. Йа 45 — 46 (71) Нижнетагильский металлургический комбинат (72) Тяжельников В.В.; Семенков В.Е.; Гейнц Г.Е; Богородский АА.; Гоголев Б.Н.; Солнцев В П. (73) Нижнетагильский металлургический комбинат (54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩЕЙ СТАЛИ (57) Использование: в черной металлургии при выплавке микролегированных ванадием сталей. Сущ(19) RU (11) 2004596 С1 (51)5 СИС5 04 ность изобретения: в печь перед выпуском металла вводят конвертерные шлаки ванадиевого передела в соотношении к отходам производства графитизации электродов и вторичного алюминия 1: (0,46—

1,37): (0.42 — 1,75) соответственно. Общий расход вводимых материалов составляет 5,6 — 10,7 кг/т стали. Отношение количества ванадия, вводимого в печь с конвертерными шлаками ванадиевого передела, к количеству ванадия, вводимого в ковш с ванадийсодержащими сплавами, поддерживают в пределах 0,4 — 0,76. 2 табл.

2004596

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к выплавке микролегированных ванадием сталей.

Известен способ выплавки стали, где с целью снижения расхода ферросплавов, повышения ударной вязкости стали и качества отливаемых слитков в период предварительного раскисленил стали осуществляют глубинну.о продувку ванны природным газом с одновременной присадкой на печной шлак отходов производства графитации электродов (ОПГЭ), при этом суммарное количество углерода, вводимое с данными материалами, находится в пределах, определяемых соотношением jo С =- (3,8 — 6,3)10 /(% C), где Д С вЂ” содержание углерода в металле перед его раскислением, а отношение количества углерода, вводимого в ОПГЭ, к количеству углерода, вводимого с природным газом, находится в пределах 9,4 — 18,7, Данный способ выплавки позволяет микролегиравать сталь ванадием с учетом присадки в ковш ванадийсодержащих сплавов, Недостатком этого способа является повышенный угар металла за счет интенсивного его барботажа и эмульгирования со шлаком, а также выброса его B окислительную атмосферу печи совместно с пузырями восходящего газа. Кроме того, печной шлак, обработанный ОПГЭ, вспенивается, загустевает и в процессе выпуска плавки остается на откосах печи, а так>ке "замазывает" сталевыпускное отверстие, что приводит к повышению трудозатрат по очистке отверстия от застывшего шлака перед следующим его закрытием, В свою очередь заправка откосов печи магнезитом после выпуска плавки не способствует продлению службы наваренного огнеупорного слоя ванны печи, т.к, магнезит ложится на толстый слой оставшегося на откосах пористого загустевшего шлака и не контактирует с огнеугорами, а при последующей плавке полностью смывается и удаляется из печи с первичным шлаком. Кроме того, при данном способе Гликролег11рования стали ванадием, где ванадийсодержащие сплавы полностью присаживаются в ковш в процессе выпуска стали, отсутствуют условия для лучшего усвоения ванадия металлом, Известен способ выплавки стали, в том числе и микролегированной ванадием путем присадки ванадийсодержащих сплавов в ковш, с использованием шлака производства вторичного алюминия, который вводится в печь перед выпуском металла, Недостатком этого способа выплавки и микролегирования стали является снижение стойкости футеровки откосов ванны за счет увеличения на 20-25 C температуры шлака и его >кидкоподвижности в процессе окисления металлического алюминия, находящегося в составе алюмошлака. В свою очередь перегретый и жидкоподвижный шлак IIB способствует снижени1о угара MQталла. При этом также отсутствуют условия улучшения усвоения металлом ванадия.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является технология выплавки стали, опубликованная в статье "Использование отходов при выплавке колесобандажной стали" (Семенков В.Е„

Тяжельников В.B., Богородский А,А, и др, Сталь, 1990, N 5,,с,24-26). Микролегирование стали ванадием традиционным способом путем присадки в ковш ванадийсодер>кащих сплавов с использованием

20 пятого варианта выплавки стали из опубllIlKoDBIII- технологии, где в печь перед выпуском плавки одновременно вводят

ОПГЭ и отходы производства вторичного алюминия (ОПВА), отвечает всем требованиям, предъявляемым к прототипу для заявляемого изобретения, Недостатком этой технологии при расходе ОПГЗ 1,23 — l,42 кг/т и ОПВА 0,290,36 кг/т стали является низкая глубина

30 предварительного раскисленил металла в печи, что способствует повышенноГлу угару металла, высокая температура шлака, способствующая интенсивному износу и снижению стойкости футеровки откосов ванны печи, При этом снижение угара ферросплаВоВ происходит эа счет введения их только в ковш, При использовании данной технологии микролегирования улучшения усвоения ванадия металлом не происходит, Целью изобретения явл. ется снижение угара металла и ферросплавов, повышение усвоения металлом ванадия и стойкости футеровки сталеплавильного агрегата.

Это достигается тем, что при выплавке

45 ванадийсодержащей стали в сталеплавильном агрегате, включающей1 загрузку шихты, ее прогрев, введение чугуна, плавление шихты, скачивание шлака, загрузку отходов производства графитизации электродов и

50 отходов производства вторичного алюминия, выпуск металла в ковш, раскислэние и микролегирование стали ванадийсодержащими сплавами, в печь перед выпуском металла дополнительно вводят конвертерные шлаки ванадиевого передела(КШВП) в сооТ ношении к отходам производства графитизации электродом и вторичного алюминия 1

:(0,46 — 1,37):(0,42-1,75) соответственно, Г1ри этом общий расход вводимых материалов равен 5,6-10,7 кг/т стали, а отношение ко2004596 личества ванадия, вводимого в печь с конвертерными шлаками ванадиевого передела, к количеству ванадия, вводимого в ковш с ванадийсодержащими сплавами, поддерживают в пределах 0,4-0,76, Сущность предлагаемого способа выплавки ванадийсодержащей стали заключается в том, что присадка в печь перед выпуском вышеуказанных ванадий, углерод- и алюминийсодержащих материалов в заявленных расходных количествах и пропорциях обеспечивает максимально благоприятные шлаковые состав и режим после расплавления этих материалов, а также более эффективное диффузионное предварительное раскисление стали, позволяющие снизить угар металла и ферросплавов, улучшить усвоение металлом ванадия и повысить срок службы футеровки сталеплавильного агрегата.

Присадка в печь перед выпуском плавки только одного КШВП Нижнетагильского металлургического комбината (НТМК), содержащего 16 — 20 Ч20ь, позволяет частично насыщать металл ванадием, однако в присутствии окислительной атмосферы печи и окисленного печного шлака это насыщение малоэффективно и не оправдывает затрат.

Для лучшего усвоения ванадия требуются дополнительные приемы, в частности по снятию окисленности печного шлака и по возможности изоляции расплавленного ванадийсодержащего шлака от окислительной атмосферы печи, Кроме того, введение в печь только одного КШВП НТМК не оказывает никакого положительного эффекта по снижению износа футеровки сталеплавильного агрегата.

Присадка в печь только ОПГЭ, содержащих до 60 SiC и 40 С, способствует диффузионному раскислению печного шлака, снижению его окисленности, а также загущению верхнего его слоя. При взаимодействии ОПГЭ с окислами железа в шлаке появляется значительное количество твердых окислов и продуктов взаимодействия (SlС) + 3(Fe0) =- (3102) + 3(Fe) + (СО) (С) + (FeO) = (Fe) + (СО)

Присадка ОПГЭ в печь теоретически способствует снижению угара железа, а в дальнейшем и ферросплавов, однако из-зэ загущения при этом печного шлака и, как следствие, низкой скорости диффузионного раскисления стали заметного снижения угара металла и ферросплавов не происходит.

По этой же причине отсутствует и условия улучшение усвоения металлом ванадия, Кроме того, загустевший шлак способствует большему износу футеровки откосов ванны и выпускного отверстия, т.к. оставаясь по10

15 металлом ванадия и повышению стойкости футеровки сталеплавильного агрегата, От20

45

55

40 сле выпуска плавки на откосах печи, он препятствует эффективной заправке откосов магнезитом, а "замазывая" выпускное отверстие, вызывает дополнительные трудозатраты на его очистку и необходимость преждевременного ремонта его футеровки.

Присадка в печь ОПВА способствует разжижению и повышению температуры печного шлака эа счет присутствия в вводимом шлаке корольков алюминия, магния и хлоридов щелочных металлов. Это в свою очередь не способствует снижению угара металла и ферросплавов. лучшему усвоению дельная присадка в печь ОПВА напротив даже способствует рефосфорации металла, что ухудшает его качество.

Таким образом, при использовании в отдельности каждого из технических приемов в процессе выплавки ванадийсодержащей стали цель изобретения не достигается, а реализуется она лишь при совместном использовании заявленных материалов при соблюдении количества и пропорций их расхода. Одновременное использование эаявляемых материалов при соблюдении расхода позволяет за счет разности объемных весов и физико-химических свойств присаживаемых материалов создать более благоприятные условия для перехода ванадия из шлака в металл, снижения угара металла и ферросплавов и повышения стойкости футеровки сталеплавильного агрегата.

При введении в печь ОПВА, в котором находится 37-56 от объема корольков алюминия, материал эа счет большего объемного веса в сравнении с печным шлаком ложится на металл и, расплавляясь, повышает температуру и жидкотекучесть шлака на границе металл — шлак, снижает окисленность печного шлака на этой границе и способствует лучшему переходу ванадия из расплавленного КШВП в металл.

При введении в печь ОПГЭ материал из-за более продолжительного растворения и малого объемного веса (1,952,2 г/смз) всплывает и замешивается на поверхности печного шлака. Это способствует дополнительному снятию окисленности печного шлака, загущает его поверхностный слой, снижает жидкоподвижность, образуя тем самым изоляцию среднего и нижнего активных слоев печного шлака от окислительной атмосферы печного пространства. Эти условия способствуют лучшему усвоению металлом ванадия. снижению угара металла и износа футеровки

2004596 сталеплавильного агрегата по высоте шлакового слоя, Способ выплавки оанадийсодержащей стали с использованием в заявляемых количествах и пропорциях указанных материалов способствует образованию разницы в температурном режиме, жидкоподоижности и составе печного шлака в различных его слоях по высоте, обеспечивал тем самым максимально благоприятные условия для снижения угара металла, лучшего усвоения металлом ванадия, а также для повышения стойкости футеровки сталеплаоильного агрегата, При соотношении количества вводимых н печь КШВП, ОПГЭ и ОПВА, большем, чем

1,37:1,75, печной шлак становится слишком пористым и вязким на большей части высоты шлакового покрова, что снижает эффективность насыщения металла нанадием, а металл в свою очередь загрязняется включениями глинозема, что отрицательно сказывается на качестве металла, При соотношении количества вводимых н печь КШВП, ОПГЭ и ОПВА, меньшем, чем

1;0,46;0,42, температура шлака снижается, а металл остается недостаточно раскисленным, что не способствует снижению угара металла и более эффективному восстановлению ванадия из шлака, При общем расходе вводимых в печь о укаэанных соотношениях материалов, меньшем, чем 5,6 кг/т стали, количество поступающего с материалами углерода, кремния и алюминия становится недостаточным для снятия окисленности шлака и эффективного насыщения металла ванадием, а количество оводимого КШБП не обеспечивает экономической целесообразности использования данного способа выплавки ванадиеоой стали, При общем расходе вводимых в печь в указанных соотношениях материалов больше, чем 10,7 кг/т стали, в печи образуется больший объем как общего, так и вязкого шлака, препятствующий необходимой теплопередаче от шлака к металлу и снижающий эффект перехода ванадия из шлака в металл.

При отношении количества ванадия, воодимого в печь с КШВП, к количеству ванадия, вводимого в ковш с ванадийсодержащими сплавами, не менее 0,40 использованием КШВП является экономически нецелесообразным из-за неокупаемости затрат на проведение операций микролегирования металла ванадием н печь, При отношении количества ванадия, вводимого н печь с КШВП, к количеству ванадия, вводимого в ковш с оанадийсодержа5

50 щими сплавами, более 0,75 также экономически нецелесообразно, т,к. большему количеству усвоенного ванадия металлом о печи соответствует и большее количество образующегося печного шлака, после выпуска которого в ковше из-за сних<ения температуры происходит обратное перераспределение ванадия из металла о шлак, н том числе и ванадия, внесенного о металл с ферросплавами.

Б предлагаемом способе выплавки нанадийсодержащей стали цель достигается лишь при одновременном ос,ществлении отличительных признаков. Отклонения хотя бы одного из отличительных признаков от заявляемых пределов изменения параметрон при реализации способа выплавки ванадийсодержащей стали Ilå позволяют достигнуть цели заявляемого изобретения либо не оыянляет дополнительного преимущества.

Положительный эффект от использования предлагаемого способа выплавки ванадийсодержащей стали достигается за счет более глубокого диффузионного раскисления металла и формирования состава шлака и его температурного режима, OGpcIIG÷èâàющих сни>кение угара металла и ферросплавоо и более эффективное усвоение металлом ванадия, а также повышение стойкости футеровки сталеплавильного агрегата. Это позволяет снизить себестоимость оыплавляемой оанадийсодер. .<ащей стали за счет увеличения Lû><îäà годного металла, снижения расхода ванадийсодержащих ферросплавов и повышения межремонтного срока службы сталепланильного агрегата.

Пример. На НТМК по предлагаемому способу о 150-т основной мартеновской печи выплавки банда>кную сталь, микролегированную ванадием. Выплавку осуществляли скрап-рудным процессо, Завалку печи, прогрев шихты, заливку чугуна, плавпение, спуск шлака, полирош<у и доводку плавок осуществляли в соответствии с действующей на комбинате технологической инструкцией ТИ 102-CT, M-16-81 на выплавку стали о мартене вских печах и технологической инструкцией ТИ 102-СТ.M-111-89 на выпланку и разливку колесной и бандажной стали.

Для определения степени износа футеровки сталеплавильного агрегата изготовили и использовали магнезитовые стержни длиной 300 мм и диаметром 35 мм, ныточив их из магнезитооых кирпичей. Стержни устанавливали вместо термопары на штанге постоянного замера температуры жидкого металла в печи и погру>кали н жидкий расплан перед присадкой в печь КШВП, ОПГЭ

2004596

30

55 и ОПВА с таким расчетом, чтобы нижняя часть стержня находилась в жидком металле, а верхняя — в печном шлаке, Через 10 мин после присадки материалов разделывали выпускное отверстие, плавку выпускали, а по оставшемуся магнезитовому стержню с учетом изменения его первоначального

Обьема и массы, разницу которых затем пересчитывали в потери, выраженных в г/100 г магнезита, судили а степени износа футеравки сталеплавильного агрегата, После определения в жидком металле в период доводки плавки углерода, марганца, фосфора и серы, при заданном маркой стали количестве углерода в печь вводили KLUBll, ОПГЭ и ОПВА в заданных количествах и соотнов!ении, Для более эффективного использования этих материалов перед их присядкой в печь мульдой через переднее завалочное окно предварительна скачивали печной шлак в количестве 1/4 — 1/3 его объема.

В процессе выплавки стал!л испог!ьзовали материалы следующего состава. КШВП

НТМК в соответствии с технологической инструкцией ТИ 102-СТ, KK-66-89 на производство ванадиевого шлака в конвертерах отвечал требаванлям ТУ 14-.11-178-86 на шлак ванадиевый и соответствовал марке

ШВд-1,,мас.%: Ч О5 18,0; SIO2 «20,0;

Р = 0,07; СаО 3,0; МЛО 12,0; металловкл!ачения = 15,0.

ОП ГЗ производства Челябинского электрометаллургического комбината имели следующий состав. Мас,%: С 55-60; SION 29—

31; SiC 17,5; Р0,015 — 0,04; S0,,51 — 0,53.

ОПВА производства Сухоло>кского завода "Вторцветмет" имели следу!ощил состав, мас.%; Al 37,1; Mg 1,98; А120з 6,6; М90

0,94; Ге 0,88; Si 1,17; (К, Na) С! 7,8.

Феррованадий содержал 40% ванадия, остальное железо и примеси, В ковше металл окончательно раскисляли силикомарганцем, содержащим 72% марганца, 17% кремния, остальное железо и примеси, а также 45% ферросилицием, содержащим 45% кремния, остальное железо и примеси. На всех опытных плавках использовали указанные материалы и ферросплавы от одной партии каждого, что гарантировало одинаковый состав их на всех опытных плавках. Шихтовку материалов на все опытные плавки осуществляли по действующей технологии идентично, исходя из расчета получения 160 т жидкого металла без учета ега угара. Выход годного жидкого металла на каждой плавке определяли путем подсчета количества отлитых в изложницы слитков, масса которых 3,39 т, и дапалнительг!ОГО пэвеш иван!1я недолив ков и скардавин после их извлечения соответственна из изло>книц и ковшей. После определения выхода жидкого металла подсчитывали его угар по отношению к зашихтовянным 160 т.

Ванядийсодержашую бяндажну!а сталь

Выплавляли в соответствии i требаван(1ями двух технических успав!1й ня производство бандяжел повышенной прочности, Хими !еский состав {fnac. /:) бандажной стали, приведен в табл.1. г(имически!1 састяв Готовой стали Определяли ня спектраль!!Ом приборе "Паливак", Показатели отдельных Опьiòí=jx плавок, характе!ризу!Ощ!1х предf! jj clef ;biA с!!Особ Bb! плавки ванадийсадержащей стали па предельным г1яряметрям. приведены в табл.2.

За базовый об1 ект приняли технологи!а выплавки ванадийсодержащей стали длч бандажей в тех >ке мартеновских печах

НТМК по вышеуказанным технологическим и н ст р у к ц и я f 1, Представленные в табл. 2 результаты показывают, чта в плавках 1 и 5 с исг ользаванием предлагаемого способа выплавки

Вянядиисадержящеи стали и Г!Яоямет!>ям!1, выходящими зя пределы Ограничений, угар металла и феррасп !явоэ., усвоение металлам ванадия. а также износ футеравки с =1леплавильнога агрегата находятся на уровне зна !ений для стадии базового способа, а содер>какие ванадия в готовой стали находится f3 fjfn:Yl!Q! преде!1ьна1 {!>,02%) !1 верхнем запредел!:ном {0,20%) количествах, когда положительный эффект легирования любой стали ванадием уже сказывается.

Оптимальными и (>ля ются f1ÿðàìåòpû плавок 2, 3 и 4, где получены лу-!шие канечные результаты в сравнении с базовым абьектом, катарыс и приняты зя основу в отличительной части формулы изобретения, Использование предлагаемого способа выплавки вянадийсадержащей стали обеспечивает в сравнении с известным способам снижение угара, я следовательно, и увеличение ги-!хада годного металла на 1,3—

1,8%, снижение расхода ферросплавов кремния ня 3,6 — 4,1% и марганца на 1,5 /,, улучшение усвоения металлом ванадия на

3 — 5% и переход его в металл в виде твердого раствора, я так:ке карбидов и повышение стойкости футеравки сталеплавильнага агрегата за счет снижения ее износа на 1,2%.

Сумма полученных положительных результатов обеспечивает положительный зффек! выряженный в снижении себестоимости вянадийсодержащей стали, выплавленной по предлагаемому способу, 12

2004596

Таблица 1 таблица 2 !

П иса ка s ковш кг/т стали

Мате иалы, и исаживаемые в печь. кг/т стали

Общее количество материалов

Плавка

45ф FeSI

КШВП:ОПГЭ:ОПВА

SIMn

ОПВА

ОПГЭ

КШВП. FeV

1:1,40:1,80

1;1,37:1,75

1:0,75:1

1:0,46:0;42

1:0,43:0.39

9,00

8,66

8,07

8,33

8,66

9.33

5,33

5,20

5,00

5,20

5, 33

5,40

2,18

2,38

2,73

2,39

2.40

0,36

1,69

1,86

2,04

2.62

2 65

1.42

1,21

1,36

2,73

5,69

6.15

5,1

5,6

7,5

10,7

11,2

1,78

0,39

0,47

1,53

3,60

4,07

" 5,00

2

4

Базовый объект и ототип

Продолжение табл, 2.

Со е жание в готовой стали

Выход жидкого металла,т

Износ футеровки, г/100 г магнезита

Отношение количеств ванадия, вводимого в печь и в ковш

Количество ванадия, вводимого в ковш с FeV, кгlт стали

Количество ванадия, вводимого в печь с

Kl1I8Ï. кгlт стали

Плавка

Угар элементов (относительный). $

1Мп)/Ума (SIj/Ys<

Я/Утобщ

Угар металла, 1

0,02/11

0,03/9

0,08/6

0,19/7

0,21/8

G,17/12

150,6/6,3

152,0/5,4

153.1/4,6

152,7/4,9

150,9/6,1

150,0/6,7

0,31/20,5

0,31/18,4

0,30/16,7

0,30/18,9

0,30/21,0

0,31/22,5

0,74/9,2

0,72/8,1

0,69/6.9

0,71/6,7

0,72/8,1

0,76/9,6

0,122

0,137

0.275

0,574

0.620

0,78

0,76

0,45

0,40

0,38

0,156

0,188

0,612

1.440

1.628

2,0

7,6

6,9

5.6

68

7.4

8,1

2

4

Базовый объект п отатип

Формула изобретения

Соста вител ь Л. Ш арапова

Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Редактор А.Купрякова

Заказ 3380

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩЕЙ СТАЛИ, включающий загруз ку шихты, ее прогрев, введение чугуна, плавление шихты, скачивание шлака, загрузку отходов производства графитизации электродов и отходов производства вторичного .алюминия, выпуск металла в ковш, раскисление и микролегирование стали ванадийсодержащими сплавами, отличающийся тем, что, с целью снижения угара металла и ферросплавов, повышение усвоения металлом ванадия и стойкости футеровки сталеплавильного агрегата, в печь перед выпуском металла дополни20 тельно вводят конвертерные шлаки вана.диевого передела в соотношении к .отходам производства графитизации электродов и. вторичного алюминия 1:(0,46

1,37):(0,42 - 1,75) соответственно, при этом общий расход вводимых материалов равен

5,6- 10,7 кг/г стали, а отношение количества ванадия, вводимого в печь с конвертерными шлаками ванадиевого передела, к количеству ванадия, вводимого в ковш с ванадийсодержащими сплавами, поддерживают в пределах 0,4 - 0,76.