Способ получения низкоуглеродистой спокойной стали

 

Изобретение может быть использовано в черной металлургии, в частности при получении низкоуглеродистой спокойной стали. Способ включает предварительное раскисление металла в сталеразливочном ковше в процессе выпуска плавки алюминием, ввод ферросплавов и легирование металла алюминием в изложницах. Расход алюминия для легирования металла в изложницах определяют по выражению q_Al=a+15τ , где a - коэффициент, равный 180 - 220 г/т; τ - длительность продувки металла в ковше нейтральным газом, мин; причем алюминий присаживают равномерно в период наполнения 0,5 - 0,75 высоты изложниц, а при отливке последнего слитка расход алюминия повышают на 15-25%. 3 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к раскислению низкоуглеродистой спокойной стали (0,08-0,22 мас.% С), разливаемой сверху в крупные слитки, и может быть использовано при производстве как спокойной, так и низколегированной стали.

Известен способ раскисления спокойной стали, при котором с целью повышения степени усвоения раскислителей при наполнении ковша на 1/10-1/6 высоты вводят разовой порцией 10-20% алюминия, затем в период наполнения ковша с 1/6 до 1/4 высоты равномерно вводят алюминий с интенсивностью 0,3-2 кг/т мин, а остальной алюминий вводят после присадки ферросплавов [1].

Недостаток указанного способа заключается в повышенном угаре алюминия, неравномерном его распределении по высоте ковша, следовательно, и по слиткам, т. е. отмеченные недостатки являются типичными для ковшевого варианта раскисления алюминием.

Наиболее близким к предложенному является выбранный в качестве прототипа способ раскисления низкоуглеродистой спокойной и низколегированной стали с содержанием 0,08-0,22 мас.% С, включающий выпуск нераскисленного металла, предварительное раскисление алюминием в ковше в процессе выпуска плавки (30-40% от общего расхода до наполнения 1/4 ковша), затем присадку ферросплавов, в том числе марганца, кремния и остального количества алюминия, а также продувку металла в ковше нейтральным газом после выпуска плавки [2].

Недостатком известного способа является повышенный угар алюминия при раскислении металла в процессе выпуска плавки, вследствие чего его расход составляет 1600 г/т при раскислении стали 09Г2 и 1500-2000 г/т при раскислении стали 10сп при гарантированном содержании алюминия не менее 0,02 мас.% (с.16; табл.9.1). Кроме того, необходимо отметить и нестабильный угар алюминия, а также дополнительное его окисление в процессе продувки нейтральным газом и разливки стали, особенно последних порций металла, что в конечном итоге предопределяет его нестабильное, а часто и пониженное (менее 0,02 мас.%) содержание как от плавки к плавке, так и по ходу разливки одной плавки.

Целью изобретения является повышение выхода годных плавок при одновременном снижении расхода алюминия и равномерном его распределении по слиткам и по длине полос.

Цель достигается тем, что при способе раскисления низкоуглеродистой спокойной стали, включающем выпуск нераскисленного металла, предварительное раскисление алюминием в ковше в процессе выпуска плавки, присадку ферросплавов, в том числе марганца и кремния, и продувку металла в ковше нейтральным газом после выпуска плавки, согласно изобретения, расход алюминия для предварительного раскисления металла в ковше снижают на 20-30% от минимального расхода, а окончательное раскисление производят в изложницах алюминием в количестве q_AL=a+15 τ, где q_Al - расход алюминия, г/т; а - коэффициент, равный 180-220 г/т; 15 - коэффициент, г/т мин; τ - длительность продувки металла в ковше нейтральным газом, мин; причем алюминий присаживают равномерно в период наполнения от 0,5 до 0,75 высоты изложниц, а при отливке последнего слитка расход алюминия повышают на 15-25%.

Сущность изобретения заключается в получении стабильного, причем в марочных пределах содержания алюминия как от плавки к плавке, так и по ходу разливки одной плавки и в снижении его расхода за счет переноса операции окончательного раскисления алюминием из сталеразливочного ковша в изложницу, причем окончательное раскисление металла в изложницах производится с учетом изменения содержания алюминия в стали как за период продувки металла в ковше нейтральным газом, так и за период разливки стали.

Проведенные исследования показали, что снижение расхода алюминия для предварительного раскисления металла в ковше на 20-30% не приводит к повышению содержания силикатных включений в стали и, как следствие, к повышению количества плавок, не выдержавших испытаний на холодный изгиб. При снижении расхода алюминия более чем на 30% от принятого содержания силикатных включений в стали увеличивается в среднем с 0,006 до 0,009 мас.%, что отрицательно сказывается на пластических свойствах готового листа. При снижении расхода алюминия менее чем на 20% содержание силикатных включений и механические свойства стали остаются на прежнем уровне, но при этом расход алюминия снижается в меньшей степени, что противоречит цели изобретения.

Как известно, в процессе продувки металла в сталеразливочном ковше нейтральным газом происходит непрерывное окисление алюминия за счет взаимодействия металла со шлаком, с атмосферой и т.д. Оптимальная продолжительность продувки с точки зрения усреднения температуры и химического состава металла и удаления неметаллических включений составляет в большегрузных ковшах от 3 до 6 мин. Однако при корректировке химического состава металла (ввод ферросплавов) или его охлаждении (охлаждение слябом, присадка сечки и т.д.) длительность продувки нейтральным газом возрастает до 8-10 мин. При этом естественно наблюдается повышенный угар алюминия, что приводит не только к значительному колебанию содержания алюминия в стали, но и к получению содержания алюминия менее 0,02 мас. % , т.е. к переводу плавок на менее ответственные заказы. Предлагаемый способ позволяет избежать указанных недостатков за счет присадки второй порции алюминия не в ковш, а в изложницу, причем с увеличением длительности продувки металла в ковше нейтральным газом расход алюминия повышается, что позволяет компенсировать его угар в ковше в процессе продувки нейтральным газом и получать стабильное содержание алюминия в готовой стали. Выражение для определения расхода алюминия, присаживаемого в изложницу, получено опытным путем в результате регрессионного анализа экспериментальных данных в зависимости от длительности продувки металла в ковше нейтральным газом, характеризующей содержание алюминия в металле в сталеразливочном ковше перед разливкой. При значении коэффициента а менее 180 г/т содержание алюминия в готовой стали может быть получено менее 0,02 мас.%, а при значении более 220 г/т наблюдается перерасход алюминия, что не согласуется с целью изобретения (примеры 8,10).

Проведенными исследованиями установлено, что содержание алюминия в последнем слитке ниже на 15-25 мас.%, чем в предыдущих слитках, и иногда оказывается менее 0,02 мас.%. Поэтому при отливке последнего слитка расход алюминия, присаживаемого в изложницу, необходимо увеличить на 15-25 мас.%, так как при повышении расхода менее чем на 15 мас.% не достигается стабильного содержания алюминия в последнем слитке (может быть и менее 0,02 мас.% ), как и не достигается при повышении расхода алюминия более чем на 25 мас. % . Кроме того, повышение количества присаживаемого в изложницу алюминия более чем на 25 мас.% приводит к его перерасходу.

В табл. 1 приведены данные по производству стали 10 сп при разливке в слитки весом 22,5 т, показывающие изменение содержания алюминия в стали по ходу разливки при вводе в изложницы алюминия в количестве 300 г/т, причем при отливке последнего слитка расход алюминия повышают на 10, 15, 20, 25 и 30% (соответственно N 1,2,3,4 и 5).

Момент ввода алюминия в изложницы в период наполнения от 0,5 до 0,75 ее высоты обусловлен следующими причинами. Во-первых, разливка стали с более низким содержанием алюминия (до момента ввода алюминия в изложницы) способствует снижению поглощения азота из атмосферы в среднем на 0,002 мас.%; во-вторых, снижению запороченности слитков пленкой (снижается объем зачистки слябов на 5-10%); в-третьих, достигается равномерное распределение алюминия по длине и ширине полосы, что подтверждается нижеприведенными данными (см. табл. 2).

Равномерный ввод алюминия обусловлен тем, что при вводе в спокойный металл особенно вторичного алюминия разовой порцией происходит заплеск металла на стенки изложниц, приводящий к образованию плен в средней части слитка, в то время как при равномерном вводе алюминия образования плен не наблюдается.

Из приведенных в таблице 3 данных видно, что наиболее высокие результаты достигаются при заявленных параметрах (примеры 2-4, 6,7).

Для оценки существенности заявленных параметров проведена серия опытных плавок с выходом поочередно каждого параметра за верхнее и нижнее значения. Кроме того, проведены плавки при нижнем, верхнем и среднем значениях заявленного параметра и в соответствии с аналогом и прототипом.

П р и м е р. Предлагаемый способ осуществлен при выплавке в 300-тонных конвертерах стали 10сп с гарантированным содержанием алюминия не менее 0,02 мас. % . Раскисление металла производят в сталеразливочном ковше в процессе выпуска плавки. По принятой технологии [2] количество алюминия для предварительного раскисления составляет 30-40% от общего расхода (1500-2000 г/т), т. е. в зависимости от содержания углерода перед выпуском от 450 до 800 г/т (прототип), в то время как при заявленном способе на 20-30% меньше от минимального расхода, т.е. 315-360 г/т. Затем в ковш присаживают силикомарганец и ферросилиций.

После выпуска плавки металл в ковше продувают нейтральным газом и при необходимости проводят корректировку содержания марганца и температуры металла, причем в зависимости от температуры длительность продувки нейтральным газом составляет от 3 до 8 мин.

Разливку стали производят сверху через стакан-коллектор диаметром 80 мм в слитки весом от 16,5 до 22,5 т. В период наполнения изложниц от 0,5 до 0,75 высоты равномерно присаживают алюминий в количестве от 225 до 340 г/т (в зависимости от продолжительности продувки металла в ковше нейтральным газом), а при отливке последнего слитка расход алюминия повышают на 15-25%.

Слитки прокатывают на горячекатаный лист толщиной 4-6 мм. Качество металла оценивают по результатам механических испытаний, содержанию алюминия по длине полос и по загрязненности неметаллическими включениями. При производстве стали по заявленной технологии загрязненность листа неметаллическими включениями несколько снижается (силикосульфидами с 2,4 до 2,2 балла, оксидами с 1,2 до 1,1 балла), при этом стабилизируется содержание алюминия в стали, что приводит к повышению пластических свойств листа (примеры 2-4, 6-7).

Таким образом, при производстве стали по предлагаемому способу сокращается расход алюминия, достигается его равномерное раскисление по слиткам и длине полос, повышается выход годных плавок по содержанию алюминия и, как следствие, выход годных плавок по механическим свойствам.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СПОКОЙНОЙ СТАЛИ, включающий выплавку, выпуск из плавильного агрегата нераскисленного металла, предварительное раскисление алюминием в сталеразливочном ковше в процессе выпуска плавки, присадку ферросплавов, в том числе марганца и кремния, и продувку металла в ковше нейтральным газом после выпуска плавки, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных плавок при одновременном снижении расхода алюминия и равномерном его распределении по слиткам и по длине полос, расход алюминия для предварительного раскисления металла в ковше составляет 315 - 360 г/т, а окончательное раскисление производят в изложницах алюминием в количестве q_Al = a + 15τ , где q_Al - расход алюминия, г/т; a - коэффициент, a = 180 - 220 г/т; τ - длительность продувки металла в ковше нейтральным газом, мин, причем алюминий присаживают равномерно в период наполнения от 0,5 до 0,75 высоты изложниц, а при отливке последнего слитка расход алюминия повышают на 15 - 25%.