Способ производства микролегированной ванадием стали

 

Изобретение относится к черной металлургии и предназначено для использования при выплавке и раскисления легированной ванадием стали. В способе производства микролегированной ванадием стали, предусматривающем выпуск металла в ковш, ввод раскислителей, ванадийсодержащего материала для микролегирования ванадием и окончательную доводку металла, в качестве раскислителей используют материалы, обладающие большим, чем у марганца, сродством к кислороду, которые в количестве 30-50% необходимых на плавку вводят в процессе выпуска металла в ковш. Остальное их количество вводят на ванадийсодержащий материал в дробленом или гранулированном виде. Количество ванадийсодержащего материала определяют в зависимости от химического состава и заданной концентрации ванадия в готовой стали. Окончательную доводку металла производят до получения соотношения концентраций ванадия и фосфора в шлаке и металле в интервале 4-100. В качестве ванадийсодержащего материала можно использовать ванадиевый конвертерный шлак дуплекс- и монопроцессов, первичный мартеновский шлак как в твердом, так и в жидком состоянии. Изобретение позволяет производить микролегиранную ванадием сталь без применения ванадиевых сплавов и лигатур, увеличить сквозной коэффициент извлечения ванадия и повысить качество металла. 2 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к черной металлургии и предназначено для использования при выплавке и раскислении легированной ванадием стали.

Известен способ выплавки углеродистой стали, по которому сталь раскисляют и микролегулируют в ковше жидким ванадиевым чугуном, в котором предварительно растворяют 20 - 60% силикокальция и 10 - 90% ферромарганца, а остальное количество силикокальция и ферромарганца вводят в ковш под струю металла (авторское свидетельство 539081, кл. C 21 c, 7/06, 1976).

Однако этот способ ряд имеет существенных недостатков: организационные трудности по дозировке и заливке ванадиевого чугуна в ковш; необходимость большого перегрева стали в сталеплавильном агрегате (увеличивается расход топлива, кислорода, повышается угар металла, расплав насыщается газами), так как чугун имеет температуру примерно на 300^oC ниже, чем сталь; в ванадиевом чугуне содержится повышенное содержание фосфора (0,06%) и серы (0,04%), которые переходят в сталь.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является "Способ раскисления, модифицирования конвертерной и мартеновской стали", включающий выпуск металла в ковш, ввод раскислителей, ванадийсодержащего металла для микролегирования ванадием и окончательную доводку металла (патент RU N 1753705, кл. C 21 C 7/06 1994).

К существенным недостаткам способа можно отнести то, что в качестве ванадийсодержащего материала используется кислый конвертерный шлак дуплекс-процесса в твердом состоянии. Применение такого шлака из-за высокой окисленности (FeO более 35%) приводит к существенному переходу раскислителей и дополнительным потерям тепла на его расплавление. При выпуске перегретого металла происходит насыщение его газами и загрязнение экзогенными неметаллическими включениями.

Задача изобретения - разработка способа производства микролегированной ванадием стали без использования ванадиевых сплавов и лигатур.

Техническим результатом является повышение сквозного извлечения ванадия в готовую сталь, снижение расхода ферросплавов, улучшение качества стали и снижение энергозатрат.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства микролегированной ванадием стали, предусматривающем выпуск металла в ковш, ввод раскислителей, ванадийсодержащего материала для микролегирования ванадием и окончательную доводку металла, по изобретению в качестве раскислителей используют материалы, обладающие большим, чем у марганца сродством к кислороду, которые в количестве 30-50% необходимых на плавку вводят в процессе выпуска металла в ковш. Остальное количество раскислителей вводят на ванадийсодержащий материал. Количество ванадийсодержащего материала определяют в зависимости от химического состава и заданной концентрации ванадия в готовой стали, а окончательную доводку металла производят до получения соотношения концентраций ванадия и фосфора в шлаке и металле в интервале 4-100.

По изобретению в качестве ванадийсодержащего материала используют ванадиевый конвертный шлак дуплекс- и монопроцессов и первичный мартеновский шлак как в твердом, так и в жидком состоянии. Раскислители, вводимые на ванадийсодержащий материал, используют в дробленом или гранулированном виде.

Сущность изобретения основана на прямом легировании стали ванадием из оксидов ванадийсодержащих материалов путем их восстановления раскислителями, обладающими большим, чем у марганца, сродством к кислороду. Это обусловлено тем, что восстановлению должны подвергаться только оксиды железа и ванадия из ванадийсодержащих материалов. В качестве таких восстановителей могут использоваться кремниевые, алюминиевые и кальциевые сплавы и лигатуры.

По изобретению предусмотрено раскислители в количестве 30-50% от необходимых на плавку вводить в процессе выпуска металла в ковш. При вводе менее 30% необходимых на плавку раскислителей окисленность металла будет высокой, что может приводить к получению этих элементов в готовой стали ниже марочного состава. При вводе более 30% необходимых на плавку раскислителей элементы-раскислители растворяют в металле и не срабатывают как восстановители ванадийсодержащих материалов.

Остальное количество раскислителей вводят на ванадийсодержащий материал в дробленом или гранулированном виде, что способствует полноте протекания реакций восстановления оксидов из ванадийсодержащих материалов.

В качестве ванадийсодержащего материала используют ванадиевый конвертерный шлак дуплекс- и монопроцессов и первичный мартеновский шлак как в твердом, так и в жидком состоянии. Эти материалы имеют широкий диапазон концентраций оксидов железа, ванадия, кальция, кремния, фосфора и существенно различаются по индексу основности.

Предусмотренное по изобретению регулирование состава шлака и металла по приведенным соотношениям в процессе окончательной доводки позволяет использовать такие материалы для производства микролегированной ванадием стали.

Окончательная доводка металла может производиться любым известным способом, например на установке печь-ковш, установке доводки по металлу, на стендах для продувки газами и порошками и др. На всех стадиях доводки металла по изобретению предусматривается корректировка температуры металла, введение шлакообразующих и иных материалов для регулирования концентраций ванадия и фосфора в металле и шлаке.

Количество ванадийсодержащего материала определяют в зависимости от его химического состава и заданной концентрации ванадия и фосфора в готовой стали с учетом их фактического восстановления и получения соотношения концентраций ванадия и фосфора в шлаке и металле в интервале 4-100. При получении таких соотношений концентраций ванадия и фосфора в шлаке и металле при окончательной доводке металла обеспечивается содержание ванадия в стали в пределах 0,02 - 0,05% при содержании фосфора в стали не более 0,045%. В случае отклонений соотношений концентраций ванадия и фосфора в шлаке и металле за пределы указанных интервалов производится корректировка концентраций компонентов в шлаке путем соответствующих присадок. В качестве присадок можно использовать известь, плавиковый шпат, шлаки, бой футеровки и др. материалы, количество которых одновременно с получением требуемых соотношений концентраций должно обеспечивать достижение индекса основности шлака не менее 2,0.

Опыты проводились на металлургическом комплексе, оснащенном кислородными конвертерами емкостью 160 т, стендами для продувки металла нейтральным газом и установками для внепечной обработки металла типа "печь-ковш".

Пример 1. В результате продувки ванадиевого чугуна в кислородном конвертере монопроцессом получили металл с температурой 1640^oC следующего химического состава, мас.%: C 0,07; Si сл; Mn 0,07; V 0,0006; P и S 0,025 и ванадийсодержащий шлак, мас.%: FeO_общ 25,3; CaO 42,6; SiO₂ 12,5; V₂O₅ 7,9; TiO₂ 3,0; MnO 5,5; MgO 5,2; P 0,28.

При выпуске плавки при наполнении ковша на 1/5-2/3 его высоты ввели весь необходимый на плавку ферромарганец (1200 кг), часть ферросилиция (360 кг) и алюминия (25 кг), что составило 40% от необходимых их расходов на плавку.

После выпуска металла на его поверхность слили 2000 кг ванадийсодержащего шлака из расчета получения 0,05% ванадия в готовой стали с коэффициентом его восстановления, равным 80%.

На поверхность шлака загрузки остальное количество дробленного до фракции 40 мм 65% ферросилиция и гранулированного до фракции 10 мм алюминия, что составило 540 и 39 кг соответственно.

Окончательную доводку металла для усреднения химического состава и температуры производили в ковше путем продувки аргоном через пористую пробку в течение 5 мин с интенсивностью 150 л/мин.

После продувки аргоном получили металл с температурой 1590^oC следующего химического состава, мас. %: C 0,18; Si 0,30; Mn 0,37; V 0,045; P 0,038; S 0,025 и шлак мас.%: FeO_общ 6,3; CaO 41,6; SiO₂ 20,5; V₂O₅ 2,9; TiO₂ 3,5; MnO 10,5; MgO 5,0; Al₂O₃ 9,7; P 0,18.

Соотношение концентраций ванадия и фосфора в шлаке и металле равны 64,4 и 4,7 соответственно, т.е. находятся в требуемом интервале 4-100.

Пример 2. В результате продувки ванадиевого чугуна в кислородном конвертере монопроцессом получили металл с температурой 1645^oC следующего химического состава, мас.%: C 0,06; Si сл.; Mn 0,06; V 0,007; P 0,023 и S 0,028.

В процессе выпуска плавки при наполнении ковша на 1/5 - 2/3 его высоты ввели весь необходимый на плавку ферромарганец (1200 кг), часть ферросилиция (450 кг) и алюминия (32 кг), что составило 50% от необходимых их расходов на плавку.

После выпуска металла на его поверхность загрузки 1000 кг первичного мартеновского ванадийсодержащего шлака следующего химического состава, мас.%: Fe_общ 40,8; CaO 8,4; SiO₂ 21,5; V₂O₅ 14,5; TiO₂ 3,0; MnO 9,5; MgO 3,2; P 0,12 из расчета получения 0,05% ванадия в готовой стали с коэффициентом его восстановления, равным 95%. Конвертерный шлак в ковш не сливался. На шлак загрузили 1800 кг извести для получения в конце доводки основности шлака с индексом 2,1.

Одновременно на поверхность шлака загрузили остальное количество дробленного до фракции 40 мм 65% ферросилиция и гранулированного до фракции 10 мм алюминия, что составило 450 и 32 кг соответственно.

Окончательную доводку металла для получения заданного химического состава и температуры производили на установке печь-ковш.

После обработки на установке печь-ковш получили металл с температурой 1595^oC следующего химического состава, мас.%: C 0,20; SiO 0,32; Mn 0,40; V 0,05; P 0,022 и S 0,020 и шлак, мас.%: FeO_общ - 3,1; CaO - 48,4; SiO₂ - 22,8; V₂O₅ - 2,1; TiO₂ - 3,0; MnO - 9,5; MgO - 3,5; Al₂O₃ - 8,4; P - 0,09.

Соотношение концентраций ванадия и фосфора в шлаке и металле равны 42,0 и 4,1 соответственно, т.е. находятся в требуемом интервале 4-100.

Использование изобретения позволяет производить микролегированную ванадием сталь, сократить потери легирующих элементов за счет повышения их усвоения металлом из шлака при окончательной доводке, позволяет отказаться от использования при легировании от ванадиевых сплавов и применять для этой цели ранее не используемые ванадийсодержащие шлаки. Предусмотренные по изобретению режимы обработки металла позволяют получать более стабильные результаты по составу металла, сократить процесс окончательной доводки металла, увеличить сквозной коэффициент извлечения ванадия, повысить качество металла за счет дополнительной ассимиляции неметаллических включений и десульфурации металла и расширить сортамент выплавляемых марок сталей.

Формула изобретения

\\\1 1. Способ производства микролегированной ванадием стали, включающий выпуск металла в ковш, ввод раскислителей, ванадийсодержащего материала для микролегирования ванадием и окончательную доводку металла, отличающийся тем, что в качестве раскислителей используют материалы, обладающие большим, чем у марганца, сродством к кислороду, которые в количестве 30 - 50% от необходимых на плавку вводят в процессе выпуска металла в ковш, а остальное количество - на ванадийсодержащий материал, количество которого определяют в зависимости от химического состава и заданной концентрации ванадия в готовой стали, а окончательную доводку металла производят до получения отношения концентраций ванадия и фосфора в шлаке и металле в интервале 4 - 100. \\\2 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ванадийсодержащего материала используют ванадиевый конвертерный шлак дуплекс- и монопроцессов и первичный мартеновский шлак. \\\2 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что раскислители, вводимые на ванадийсодержащий материал, используют в дробленом или гранулированном виде.