Способ производства трубной стали

 

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству трубных сталей, стойких против коррозии, в том числе в среде сероводорода. Сущность: способ включает выплавку металла в электропечи, отсечку окислительного шлака, выпуск нераскисленного расплава в ковш, рафинирование в процессе выпуска и доводки стали на установке печь-ковш введением в расплав алюминия в количестве 0,7-1,5 кг/т при выпуске 5-10% плавки; смеси извести, плавикового шпата, глинозема и кокса в соотношении (20-30):(2-6):(2-6): (1-2). Смесь вводят в течение выпуска плавки под струю металла в количестве 8-15 кг/т с поддержанием отношения продолжительности подачи смеси к длительности выпуска плавки в пределах 0,9-1,0 при перемешивании расплава продувкой аргоном. Затем вводят силикомарганец в смеси с алюминием, феррованадием или феррониобием в соотношении (30-60):(1-1,5):(2-12) в количестве 9-20 кг/т. После чего производят обработку металла кальцием в количестве 0,8-1,2 кг/т. Изобретение позволяет повысить коррозионную стойкость и хладостойкость стали.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к способу производства трубных сталей, стойких против коррозии в среде сероводорода.

Известен способ обработки стали в ковше, предусматривающий выпуск металла в ковш без шлака с одновременным вводом при выпуске смеси извести, плавикового шпата и глинозема, последующий ввод раскислителей и продувку аргоном.

(Авторское свидетельство СССР N 1523575 МКИ C 21 C 5/52, 1989 г.).

Согласно этому способу шлакообразующую смесь из извести, глинозема и плавикового шпата в соотношении (4-6) : (1,5-3,5) : (0,5-1,5) подают в ковш с интенсивностью 4-8 кг/т·мин. до выпуска 20 - 30% металла, а продувку расплава инертным газом начинают с началом ввода смеси, при этом удельный расход газа при подаче смеси равен 0,2 - 0,5 м куб./ч·т, а после подачи смеси 0,5 - 1,5 м куб./ч·т.

Недостатком этого способа является повышенная загрязненность стали сульфидными включениями и невозможность получения содержания серы в металле менее 0,005 мас.%.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ производства стали, включающий выплавку металла, отсечку окислительного шлака, выпуск нераскисленного расплава в ковш, рафинирование в процессе выпуска и доводки стали на установке печь-ковш введением в расплав алюминия, шлакообразующих и марганецсодержащих материалов и продувку аргоном.

(Авторское свидетельство СССР N 1768650, МКИ C 21 C 7/06, 1992 г.).

Согласно известному способу первую порцию алюминия в количестве 0,4 - 0,6 кг/т подают во время выпуска совместно со шлакообразующей смесью извести и плавикового шпата в соотношении 3:1 с расходом 1,6 - 3 кг/т стали. По окончании выпуска в струе аргона вводят марганцевый агломерат и вторую порцию алюминия, после чего подают остальное количество смеси извести и плавикового шпата, причем общий расход смеси составляет 4-6 кг/т стали. Подачу всех материалов после окончания выпуска ведут с одновременным электроподогревом.

Недостатком прототипа является значительная окисленность шлака в результате присадки марганцевого агломерата, высокий угар алюминия и, как следствие, повышенная загрязненность стали неметаллическими включениями, что обусловливает низкую коррозионную стойкость металла.

Настоящее изобретение направлено на повышение коррозионной стойкости и хладостойкости стали.

Для этого в способе производства трубной стали, включающем выплавку металла, отсечку окислительного шлака, выпуск нераскисленного расплава в ковш, рафинирование в процессе выпуска и доводки стали на установке печь-ковш введением в расплав алюминия, шлакообразующих и марганецсодержащих материалов и продувку аргоном, согласно изобретению при выпуске 5 - 10% плавки в ковш вводят алюминий в количестве 0,7 - 1,5 кг/т, в качестве шлакообразующих используют смесь извести, плавикового шпата и глинозема совместно с коксом, взятых в соотношении (20-30) : (2-6) : (2-6) : (1-2), которую вводят в течение выпуска плавки под струю металла в количестве 8 - 15 кг/т стали, поддерживая отношение продолжительности подачи смеси к длительности выпуска плавки в пределах 0,9 - 1,0, затем в качестве марганецсодержащих материалов вводят силикомарганец в смеси с алюминием и феррованадием или феррониобием в соотношении (30-60) : (1-1,5) : (2-12) в количестве 9 - 20 кг/т, после чего металл обрабатывают кальцием в количестве 0,8 - 1,2 кг/т стали.

Сущность данного способа заключается в следующем.

Металл в ковше обрабатывают шлакообразующей смесью из извести, плавикового шпата и глинозема совместно с коксом в соотношении (20-30) : (2-6) : (2-6) : (1-2), в количестве 8 - 15 кг/т стали и раскисляют алюминием в количестве 0,7 - 1,5 кг/т.

Количество алюминия, шлакообразующей смеси и соотношение материалов были установлены по результатам опытных плавок с целью создания условий для одновременного рафинирования металла от серы и кислорода и получения легкоплавких соединений неметаллических включений, которые эффективно удаляются из стали.

Присадка алюминия в меньшем количестве не обеспечивает необходимой степени раскисленности стали для существенного удаления серы из металла, а большее количество алюминия нецелесообразно из-за его перерасхода без повышения эффективности десульфурации.

Присадка смеси в количестве менее 8 кг/т стали снижает степень удаления серы из расплава. Увеличение количества смеси более 15 кг/т - нецелесообразно из-за ее перерасхода без улучшения технических показателей.

Введением в смесь кокса достигается снижение окисленности металла и повышение активности серы в зоне растворения кокса, а также создаются условия для удаления образующихся сульфидов за счет выделения газообразной окиси углерода непосредственно в зоне реакции. Помимо этого снижается угар алюминия и загрязнение металла включениями Al₂O₃. Меньшая чем 1 доля кокса в смеси не обеспечивает эффективную десульфурацию металла, а большая чем 2 - приводит к заметному науглераживанию стали, что недопустимо при производстве низкоуглеродистых марок стали.

Снижение доли извести в смеси менее 20 не позволяет получить шлак необходимой основности, что ухудшает десульфурацию стали, а увеличение доли извести более 30 приводит к образованию вязких шлаков и требует применения большого количества разжижителей, что неэкономично.

Содержание доли плавикового шпата менее 2 не разжижает образующийся шлак до технически необходимой жидкоподвижности, а более 6 - экономически и технологически неоправдано.

Отклонение от указанных пределов содержания глинозема в смеси ухудшает ассимиляцию оксидных включений шлаком, что повышает загрязненность стали неметаллическими включениями.

Алюминий присаживают при выпуске 5 - 10% плавки, а шлакообразующую смесь вводят в течение выпуска плавки под струю металла, поддерживая отношение продолжительности подачи смеси к длительности выпуска плавки в пределах 0,9 - 1,0.

Раняя присадка алюминия в начале выпуска плавки в сочетании с регулированным вводом смеси под струю металла в течение выпуска плавки создает условия для наиболее полного использования десульфурирующего и восстановительного потенциала смеси, снижения количества оксидных включений за счет постоянного обновления формирующегося шлака поступающими порциями смеси и предварительного раскисления металла углеродом смеси.

Отклонение от указанных пределов порядка ввода алюминия и шлакообразующей смеси снижает эффективность раскисления и десульфурации металла.

В заявляемом способе производства стали предлагается в качестве марганецсодержащего материала использовать силикомарганец. При этом ввод силикомарганца в металл осуществляют в смеси с алюминием и феррованадием или феррониобием в соотношении (30-60) : (1-1,5) : (2-12) в количестве 9 - 20 кг/т стали.

Указанные пределы количества смеси и содержания силикомарганца, феррованадия или феррониобия в ней обеспечивают получение стали необходимого состава. Путем совместной присадки указанных материалов и алюминия достигается эффект комплексного раскисления металла и обеспечивается высокий уровень усвоения элементов.

Присадка меньшего количества алюминия приводит к повышенному агару ванадия и ниобия. Повышение доли алюминия отрицательно сказывается на себестоимости стали вследствие перерасхода алюминия без улучшения технологических показателей.

Путем обработки металла кальцием в количестве 0,8 - 1,2 кг/т стали достигается формирование неметаллических включений благоприятной формы, что обеспечивает высокое сопротивление стали сероводородному растрескиванию. Присадка меньшего количества кальция не обеспечивает формирование сульфидов округлой формы, что снижает коррозионную стойкость металла. Увеличение количества кальция ведет к его перерасходу без улучшения технико-экономических показателей.

Пример 1. Выплавляли сталь марки 13ГФА.

В 150-т дуговой печи с эркерным выпуском осуществляли расплавление шихты, проведение окислительного периода и нагрев металла. Полупродукт из печи выпускали без шлака в ковш, установленный на сталевозе, оборудованном весами. После выпуска 10 т (6,7%) металла вводили 150 кг (1 кг/т) алюминия и начинали присадку шлакообразующей смеси, содержащей 1150 кг извести, 150 кг плавикового шпата, 150 кг глинозема и 50 кг кокса (соотношение компонентов 23: 3:3:1). Присадку смеси завершили при выпуске 145 т металла. Общий расход смеси составил 1500 кг (10 кг/т стали). Далее металл передавали на установку печь-ковш для доводки по химсоставу и температуре. Внепечную обработку осуществляли при постоянном перемешивании металла путем продувки аргоном через две пористых пробки. На установке печь-ковш присаживали смесь в количестве 17,33 кг/т, содержащую 2200 кг силикомарганца, 40 кг алюминия, 360 кг феррованадия (соотношение компонентов 55:1:9). За 10 минут до отправки на разливку металл обрабатывали кальцием в количестве 1 кг/т стали путем ввода порошковой проволоки через трайбаппарат.

Пример 2. Выплавляли сталь марки 20Б.

После выпуска 7,5 т (5%) металла вводили 120 кг алюминия (0,8 кг/т) и начинали присадку шлакообразующей смеси, содержащей 1055 кг извести, 105 кг плавикового шпата, 105 кг глинозема и 85 кг кокса (соотношение компонентов 25:2,5:2,5:2). Присадку смеси завершили при выпуске 145 т металла. Общий расход смеси составил 1350 кг (9 кг/т стали). В ходе внепечной обработки присаживали смесь в количестве 9 кг/т, содержащую 1230 кг силикомарганца, 40 кг алюминия, 80 кг феррониобия (соотношение компонентов 30,75:1:2). За 10 минут до отправки на разливку металл обрабатывали кальцием в количестве 0,8 кг/т.

Пример 3. Выплавляли сталь марки 06Х1.

После выпуска 7,5 т (5%) металла вводили 225 кг алюминия (1,5 кг/т) и начинали присадку шлакообразующей смеси, содержащей 1400 кг извести, 250 кг плавикового шпата, 200 кг глинозема и 50 кг кокса (соотношение компонентов 28: 5:4:1). Присадку смеси завершили при выпуске 148 т металла. Общий расход смеси составил 1900 кг (12,67 кг/т стали). В ходе внепечной обработки присаживали смесь в количестве 10 кг/т, содержащую 1200 кг силикомарганца, 40 кг алюминия, 260 кг феррованадия (соотношение компонентов 30:1:6,5). За 8 минут до отправки на разливку металл обрабатывали кальцием в количестве 1,2 кг/т.

Трубы, изготовленные из непрерывнолитой заготовки сталей марок 06Х1, 13ГФА, 20Ф, 20Б, 22ГФ, выплавленной в соответствии с данным способом, обладают повышенными характеристиками по хладостойкости и коррозионной стойкости к различным видам коррозии, а также не подвержены образованию "блистерингов" (водородному растрескиванию), что обеспечивает увеличение срока службы трубопроводов, применяемых для добычи и транспортировки нефти и газа.

Температура перехода металла в хрупкое состояние указанных марок сталей находится в диапазоне температур от минус 40^oC и ниже. Скорость общей коррозии составляет не более 0,3 мм/год, а пороговое напряжение, определяемое по методике NACE, составляет не менее 0,8 от минимально допустимого предела текучести в зависимости от конкретной марки стали.

Формула изобретения

Способ производства трубной стали, включающий выплавку металла в электропечи, отсечку окислительного шлака, выпуск нераскисленного расплава в ковш, рафинирование в процессе выпуска и доводки стали на установке печь-ковш введением в расплав алюминия, шлакообразующих и марганецсодержащих материалов и продувку аргоном, отличающийся тем, что при выпуске 5-10% плавки в ковш вводят алюминий в количестве 0,7-1,5 кг/т, в качестве шлакообразующих используют смесь извести, плавикового шпата, глинозема и кокса, взятых в соотношении (20-30) : (2-6) : (2-6) :(1-2), которую вводят под струю металла в количестве 8-15 кг/т стали, поддерживая отношение продолжительности подачи смеси к длительности выпуска плавки в пределах 0,9-1,0, затем в качестве марганецсодержащих материалов вводят силикомарганец в смеси с алюминием и феррованадием или феррониобием в соотношении (30-60) : (1-1,5) : (2-12) в количестве 9-20 кг/т, после чего металл обрабатывают кальцием в количестве 0,8-1,2 кг/т.

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 17.11.2006

Извещение опубликовано: 20.01.2008        БИ: 02/2008

---