Способ производства хромомарганцевой нержавеющей стали

Изобретение относится к черной металлургии. Способ включает расплавление в электродуговой печи шихты, содержащей отходы хромомарганцевой нержавеющей стали и металлический лом, продувку металлического расплава кислородом до получения необходимого содержания углерода, легирование металла марганцем путем восстановления его из окислительного шлака подаваемым кусковым алюминийсодержащим востановителем и путем подачи марганецсодержащего материала. В качестве марганецсодержащего материала используют термообработанный малофосфористый оксидный материал с содержанием марганца 40-55%, подаваемый совместно с известью. Кусковой алюминийсодержащий восстановитель подают после подачи марганецсодержащего материала в объем металлического расплава с расходом алюминия 3,2-3,3 кг на 1% марганца в готовой стали, причем в процессе легирования металлический расплав продувают нейтральным газом в пузырьковом режиме. Изобретение позволяет интенсифицировать массообменные процессы в зоне реакции, снижающие потери марганца, а также рафинировать металл от серы и фосфора. 1 табл.

 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к способам получения нержавеющей стали в сталеплавильных агрегатах.

Известен способ производства низкоуглеродистых нержавеющих сталей, включающий получение высоколегированного металлического расплава, окислительную продувку кислородом, введение силикомарганца перед началом рафинирования расплава от углерода при концентрации последнего в металле 0,25-0,12% в количестве, обеспечивающем содержание кремния и марганца на 0,5-5% выше требуемого по химическому составу, причем 8-10% вводимого силикомарганца присаживают на шлак в мелкодробленном виде (А.с. СССР №616292, кл. С 21 С 5/52, опубл. 25.07.1978 г.).

Продувка легированного до 15% марганцем металлического расплава кислородом, согласно известному способу, сопровождается переходом значительной части марганца в шлак, что неизбежно связано с потерями легирующего элемента. Введение силикомарганца в заключительной стадии продувки металла азотокислородной смесью после прохождения "критической" точки в процессе обезуглероживания хотя и снижает интенсивность окисления марганца, но не предотвращает ее полностью, что приводит к безвозвратным потерям марганца.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является технология производства хромомарганцевых нержавеющих сталей, включающая расплавление в электродуговой печи шихты, содержащей отходы хромомарганцевой нержавеющей стали и металлический лом, продувку металлического расплава кислородом до получения необходимого содержания углерода, подачу на поверхность окислительного шлака крупки ферросилиция ФС-45, порошка ферросилиция ФС-65, а также кускового и порошкообразного алюминия для раскисления шлака и легирования металла путем восстановления из окислительного шлака марганца, последующее легирование металлического расплава подачей марганецсодержащего материала в виде металлического и азотированного марганца (Совершенствование технологии и материальные балансы плавок хромомарганцевых нержавеющих сталей, К.П.Вербицкий, Е.И.Кадинов, В.М.Шифрин, Сборник "Металлургия и коксохимия", выпуск 74 "Электрометаллургия стали и ферросплавов", Киев, "Технiка", 1981, с.10-14).

Признаки ближайшего аналога, совпадающие с существенными признаками предлагаемого изобретения: расплавление в электродуговой печи шихты, содержащей отходы хромомарганцевой нержавеющей стали и металлический лом, продувка металлического расплава кислородом до получения необходимого содержания углерода, легирование металла марганцем путем восстановления его из окислительного шлака подаваемым кусковым алюминийсодержащим восстановителем и путем подачи марганецсодержащего материала.

При реализации известной технологии невозможно получить требуемый технический результат по следующим причинам.

Согласно известному способу часть марганца, вводимого в сталь, получают за счет восстановления его из окислительного шлака, образующегося в процессе продувки металлического расплава кислородом до получения требуемых значений углерода. При этом восстановление марганца из шлака после окончания продувки путем подачи в печь крупки ферросилиция ФС-45, порошка ферросилиция ФС-65, а также кускового и порошкообразного алюминия малоэффективно потому, что подачу всех раскислителей осуществляют на поверхность шлака, где значительная их часть сгорает от взаимодействия с кислородом атмосферы печи. Кроме того, массообменные процессы в объеме шлака в известной технологии невелики, поэтому процесс раскисления шлака носит диффузионный характер, длителен по времени и сопряжен с низкими показателями восстановления элементов из оксидов шлака. В результате раскисление шлака в известном способе не полное, в нем к концу плавки еще имеется некоторое количество оксидов железа, которое не только препятствует полному восстановлению марганца из шлака, но и приводит к последующему окислению металлического марганца, подаваемого в печь для получения заданного химического состава стали. Повышенная окисленность шлака препятствует процессу десульфурации, а малые значения массообменных процессов практически исключают процесс дефосфорации.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа производства хромомарганцевой нержавеющей стали путем рационального использования марганца и восстановителя.

Ожидаемый технический результат - интенсификация масообменных процессов в зоне реакции, снижающих потери марганца, а также рафинирование металла от серы и фосфора.

Технический результат достигается тем, что в способе производства хромомарганцевой нержавеющей стали, включающем расплавление в электродуговой печи шихты, содержащей отходы хромомарганцевой нержавеющей стали и металлический лом, продувку металлического расплава кислородом до получения необходимого содержания углерода, легирование металла марганцем путем восстановления его из окислительного шлака подаваемым кусковым алюминийсодержащим восстановителем и путем подачи марганецсодержащего материала, по изобретению в качестве марганецсодержащего материала используют термообработанный малофосфористый оксидный материал с содержанием марганца 40-55%, подаваемый совместно с известью, а кусковый алюминийсодержащий восстановитель подают после подачи марганецсодержащего материала в объем металлического расплава с расходом алюминия 3,2-3,3 кг на 1% марганца в готовой стали, причем в процессе легирования металлический расплав продувают нейтральным газом в пузырьковом режиме.

В предлагаемом способе после окончания окислительного обезуглероживания для обеспечения высокой степени восстановления марганца из окислительного шлака на шлак подают смесь из термообработанного малофосфористого оксидного материала и извести, создавая в шлаке гетерогенную зону, которая располагается над жидким шлаковым расплавом, при этом материалы, входящие в ее состав, имеют плотность меньшую, чем плотность шлакового расплава. Вследствие равномерного распределения по всей поверхности шлакового расплава такой гетерогенной "подушки", а также подачи кускового алюминийсодержащего восстановителя в объем металла, поддерживают интенсивное взаимодействие оксидов шлакового расплава с подплавляющимся восстановителем - алюминием, обеспечивая одновременное плавление исходных компонентов и восстановление марганца из окислительного печного шлака и плавящегося марганецсодержащего оксидного материала, в результате чего происходит интенсификация массообменных процессов, что приводит к повышению степени извлечения марганца. Содержание в шлаке оксидов марганца и железа уменьшается, что способствует осуществлению процессов десульфурации и дефосфорации. Марганецсодержащий оксидный материал подают в термообработанном виде для обеспечения однородности химического состава и исключения гидратной влаги. Содержание марганца в оксидном материале равно 40-55%. При содержании марганца менее 40% повышается количество шлака в печи во время восстановительного процесса, что приводит к снижению производительности агрегата и уменьшению степени извлечения марганца, повышение содержания марганца более 55% также нецелесообразно потому, что повышается неоднородность химического состава оксидного материала, что приводит к снижению технологических показателей, а именно к непопаданию в требуемый химический состав по марганцу.

Выбранный расход алюминия 3,2-3,3 кг на 1% марганца в готовой стали обеспечивает интенсификацию массообменных процессов в течение всего времени прохождения восстановительной реакции потому, что такое количество алюминия способствует одновременному плавлению исходных компонентов реакции восстановления. Это приводит к обеспечению постоянного контакта реагентов, увеличению скорости восстановительного процесса и повышению степени восстановления марганца и железа из их оксидов. Снижение содержания оксидов железа и марганца в шлаке, повышение в нем содержания оксидов алюминия при одновременном интенсивном раскислении металлического расплава приводит к повышению значений коэффициентов распределения серы и фосфора и снижению их содержания в готовой стали. Уменьшение расхода алюминия менее 3,2 кг на 1% марганца в готовой стали приводит к снижению степени восстановления марганца из-за ухудшения условий, обеспечивающих одновременность плавления исходных компонентов реакции восстановления, снижению интенсивности массообменных процесов. При этом не полное раскисление металлического расплава, а также оставшиеся невосстановленными оксиды железа и марганца в шлаке приводят к снижению показателей коэффициентов распределения серы и фосфора и повышению их содержания в готовой стали. Повышение расхода алюминия более чем 3,3 кг на 1% марганца в готовой стали тоже нецелесообразно потому, что приводит к нерациональному расходу восстановителя, а, кроме того, снижает степень извлечения марганца из-за запаздывания расплавления марганецсодержащего оксидного материала, уменьшает интенсивность массообменных процессов. При этом снижаются значения коэффициентов распределения серы и фосфора, что приводит к повышению их содержания в готовой стали.

В течение всего процесса легирования металлический расплав продувают нейтральным газом для обеспечения интенсивных массообменных процессов, что приводит к повышению степени восстановления марганца.

Таким образом осуществляется реализация механизма совмещения плавления исходных компонентов реакции и восстановительного процесса в результате обеспечения принудительного нахождения плавящегося восстановителя - алюминия в зоне реакции и за счет предотвращения всплывания его на поверхность шлака, а также интенсификации массообменных процессов, что приводит к повышению полноты использования восстановителя в результате практически полного исключения его взаимодействия с кислородом атмосферы и повышению степени извлечения марганца.

Пример.

Производство хромомарганцевой нержавеющей стали марки 10Х14АГ15 по предлагаемому способу и способу ближайшего аналога проводили в 40-тонной основной дуговой печи с использованием в завалке до 30% отходов стали марки 10Х14АГ15 и продувки металлического расплава кислородом. При производстве стали по предлагаемому способу после получения 0,1% углерода в металлическом расплаве, на поверхность шлакового расплава загружали смесь, состоящую из термообработанной марганцевой руды химического состава, мас.%: Mn - 50; SiO₂ - 10; Р - 0,02; фракции 30 мм в количестве 7400 кг на плавку и извести фракции 20 мм, содержащей в своем составе 95,7% СаО в количестве 1280 кг на плавку, с равномерным распределением смеси по поверхности шлакового расплава, а в объем металлического расплава подавали кусковой вторичный алюминий с массой куска, равной 7,5 кг, расход которого изменяли от 3,2 до 3,3 кг на 1% марганца в готовой стали в пересчете на чистый алюминий. В течение всего процесса легирования металлический расплав продували аргоном в пузырьковом режиме. В результате содержание марганца в стали перед выпуском составило 11,3%. Доводку стали до заданного химического состава проводили в сталеразливочном ковше путем присадки в ковш во время выпуска соответствующих легирующих материалов и на установке по внепечной обработке стали согласно требованиям технологической инструкции. При этом расход азотированного марганца составил 1500 кг. Суммарная степень извлечения марганца из окислительного шлака и марганецсодержащего материала равна 96,8%.

В плавке, проводимой по технологии ближайшего аналога восстановление марганца из окислительного шлака проводили путем подачи на поверхность шлакового расплава крупки ферросилиция марки ФС-45, алюминиевого сплава марки АК 19, кускового алюминия, порошков ферросилиция марки ФС-65 и алюминия в количестве 300 кг, 118 кг, 123 кг, 87 кг, 25 кг, соответственно. В качестве марганецсодержащих легирующих материалов использовали металлический и азотированный марганец, суммарный расход которых на плавку составил 5700 кг. В результате суммарная степень извлечения марганца из окислительного шлака и усвоения из марганцевых сплавов равна 86,4%.

Технологические параметры плавок (№№1-3 - предлагаемый способ, №4 - ближайший аналог) и полученные результаты представлены в таблице.

Как видно из результатов, представленных в таблице, содержание серы и фосфора в стали, выплавленной по предлагаемому способу, ниже, чем в стали, выплавленной по способу ближайшего аналога, при этом удельный расход алюминия в предлагаемом способе ниже, чем в известном. Показатель полезного использования легирующего элемента в предлагаемом способе также выше, чем в известном.

Таблица
Технологические параметры плавки	Полученные результаты
№ п/п	Химический состав мараганцевой руды, мас.%	Расход алюминия на 1% Mn в готовой стали, кг	Химический состав стали, мас.%
	Mn	SiO2	Р	Mn	S	Р
1	40	9,0	0,015	3,2	15,0	0,004	0,007
2	50	9,3	0,017	3,3	15,05	0,005	0,005
3	55	10,0	0,020	3,25	15,1	0,005	0,003
4				5,48	15,0	0,016	0,018

Способ производства хромомарганцевой нержавеющей стали, включающий расплавление в электродуговой печи шихты, содержащей отходы хромомарганцевой нержавеющей стали и металлический лом, продувку металлического расплава кислородом до получения необходимого содержания углерода, легирование металла марганцем путем восстановления его из окислительного шлака подаваемым кусковым алюминийсодержащим востановителем и путем подачи марганецсодержащего материала, отличающийся тем, что в качестве марганецсодержащего материала используют термообработанный малофосфористый оксидный материал с содержанием марганца 40-55%, подаваемый совместно с известью, а кусковой алюминийсодержащий восстановитель подают после подачи марганецсодержащего материала в объем металлического расплава с расходом алюминия 3,2-3,3 кг на 1% марганца в готовой стали, причем в процессе легирования металлический расплав продувают нейтральным газом в пузырьковом режиме.