Способ внепечной обработки стали

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к внепечной обработке стали. Способ включает наведение высокоосновного шлака, раскисление стали, продувку аргоном металла и ввод кальцийсодержащих материалов в два этапа на установке печь-ковш. Перед вводом кальцийсодержащих материалов на первом этапе производят замер толщины шлака. Измеряют окисленность металла и определяют содержание кремния в металле. Далее производят первый этап ввода кальцийсодержащих материалов с расходом, определяемым в зависимости от содержания кремния в металле, окисленности металла и толщины шлака. Затем производят доводку металла по химическому составу и температуре. Далее производят второй этап ввода кальцийсодержащих материалов с расходом, определяемым в зависимости от содержания серы, кремния и алюминия в металле. Использование изобретения позволяет получать металл требуемой окисленности.

 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к внепечной обработке стали.

Известен способ внепечной обработки стали, включающий наведение высокоосновного шлака, раскисление стали алюминием, продувку расплава металла аргоном и ввод в металл кальцийсодержащих материалов в виде порошковой проволоки (см. описание патента RU 2102498, кл. С21С 7/00, опубл. 20.01.1998).

К недостаткам известного способа следует отнести наличие свободного растворенного кислорода и, соответственно, вводимый кальций будет в первую очередь расходоваться на раскисление металла, а затем на десульфурацию. Кроме того, при определенных соотношениях кальция, алюминия и серы в расплаве могут образовываться твердые неметаллические включения, которые ухудшают разливаемость стали, а степень модифицирования неметаллических включений является недостаточной.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ внепечной обработки стали, включающий наведение высокоосновного шлака, раскисление стали алюминием, продувку аргоном расплава металла и ввод в него в два этапа в виде порошковой проволоки кальцийсодержащих материалов, на первом этапе количество вводимых кальцийсодержащих материалов в пересчете на усвоенный металлом кальций определяется по следующему соотношению: М_Са=(1,5...2,5)*[ΔS], а на втором этапе - по следующему соотношению: М_Са=(0,3...0,7)*[A1] (RU 2145640, кл. С21С 7/00, опубл. 20.02.2000).

Известный способ не обеспечивает получение требуемого технического результата по следующим причинам.

Сталь, полученная известным способом, имеет недостаточную степень десульфурации, не позволяет получать металл требуемого уровня по содержанию неметаллических включений, реализация способа приводит к снижению выхода годного металла.

Найденный в известном способе технологический прием ввода кальцийсодержащих материалов в два приема не учитывает свободный кислород перед вводом первой порции кальцийсодержащих материалов в металле, таким образом, первая порция кальцийсодержащих материалов идет на раскисление металла и не обеспечивает протекания реакции десульфурации металла в необходимом объеме. Ввод второй порции не учитывает содержание серы в металле.

В то же время на обоих этапах ввода кальцийсодержащих материалов не учитывается содержание кремния в металле, кремний повышает растворимость кальция в жидком металле, что приводит к неэффективному использованию кальцийсодержащих материалов, увеличивается себестоимость стали.

Кроме того, область применения данного изобретения сужается, так как металл, содержащий 0,020-0,040% алюминия разливают только «закрытой струей».

Признаки ближайшего аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: наведение высокоосновного шлака, раскисление стали алюминием, продувка аргоном расплава металла, ввод в два этапа кальцийсодержащих материалов.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа внепечной обработки стали путем регламентации технологических приемов.

Ожидаемый технический результат - получение оптимального содержания кислорода в металле, увеличение степени десульфурации металла, формирование в металле неметаллических включений, легко удаляемых в процессе внепечной обработки, что обеспечивает возможность разливки металла с оптимальной скоростью, предотвращает зарастание отверстий разливочных стаканов, улучшает качество стали и повышает выход годного.

Технический результат достигается тем, что в способе внепечной обработки стали, включающем наведение высокоосновного шлака, раскисление металла алюминием, продувку его аргоном и ввод в него кальцийсодержащих материалов в два этапа, по изобретению ввод кальцийсодержащих материалов в два этапа осуществляют на установке печь-ковш, при этом перед вводом кальцийсодержащих материалов на первом этапе производят замер толщины шлака, измеряют окисленность металла и определяют содержание кремния в металле, после чего производят первый этап ввода кальцийсодержащих материалов с расходом, определяемым из выражения:

Q_Са=-4,172×Si-0,0152×О_пр+0,106×h_шл-2,16, где

Q_Са - расход кальция, кг;

Si - содержание кремния в пробе металла перед отдачей кальция, %;

О_пр - окисленность металла по приходу металла на установку печь-ковш;

h_шл - толщина шлака, мм.

4,172, 0,0152, 0,106, 2,16 - эмпирические коэффициенты, полученные опытным путем,

затем производят доводку металла по химическому составу и температуре, определяют содержание серы, кремния, алюминия в металле, после чего производят второй этап ввода кальцийсодержащих материалов с расходом, определяемым из выражения

Q_Са=297,17×S+6,94×Si+2040×Al-0,857, где

Q_Са - расход кальция, кг;

S - содержание серы в пробе металла перед отдачей кальция, %;

Si - содержание кремния в пробе металла перед отдачей кальция, %;

Al - содержание алюминия в пробе металла перед отдачей кальция, %;

297,17; 6,94; 2040; 0,857 - эмпирические коэффициенты, полученные опытным путем.

Сущность заявляемого технического решения заключается во вводе кальцийсодержащих материалов на первом этапе в зависимости от толщины шлака, окисленности металла перед вводом кальцийсодержащих материалов и содержания кремния, а на втором этапе в зависимости от содержания алюминия, серы и кремния.

Попадающий в сталеразливочный ковш печной шлак из-за высокого содержания в нем окислов железа не может быть раскислен подаваемым в ковш алюминием. Поэтому согласно законам термодинамики окисленность металла и шлака самопроизвольно будет стремиться к равновесию, т.е. содержание кислорода в металле возрастет, что приведет к снижению степени десульфурации, увеличению содержания неметаллических включений, снижению выхода годного.

При введении кальцийсодержащих материалов в жидкий металл кальций испаряется и его пары проходят через расплав, вступая в реакции с растворенными в металле кислородом и серой.

При вводе кальция в металл он испаряется и в виде пузырьков всплывает на поверхность жидкого металла. На первом этапе ввода кальцийсодержащих материалов основным является процесс раскисления металла, это обеспечивается протеканием следующей гетерогенной реакции: - реакция на поверхности пузырей и продукты раскисления металла прилипают к ним. При раскислении металла (снижении активности металла до минимальных значений) протекание реакции 1 прекращается и оставшийся кальций обеспечивает протекание следующей реакции: .

Таким образом, на первом этапе кальцийсодержащие материалы вводятся для раскисления металла и частично для десульфурации. Кальций, а также продукты раскисления практически полностью удаляются в процессе продувки, так как кальций обладает низкой растворимостью в стали.

Вторая порция кальцийсодержащих материалов вводится перед отдачей металла на разливку, за счет низкой активности кислорода кальций реагирует с серой и выделяется в виде сульфидов кальция. Также кальций реагирует с алюминием и продуктами первичного раскисления с образованием жидких алюминатов кальция, что улучшает условия разливаемости металла. Таким образом, результатом ввода второй порции кальцийсодержащих материалов является уменьшение включений глинозема и сульфидов марганца. Введение в металл кальция позволяет изменить морфологию образующих неметаллических включений, переводя ее из "опасных" в более благоприятную, глобулярную, и очистить границы зерен от карбонитридов.

На обоих этапах ввода необходимо учитывать содержание кремния в металле, так как кремний повышает растворимость кальция в жидком металле.

Данный способ иллюстрируется следующим примером. Выплавленную в сталеплавильном агрегате сталь марки 3сп на выпуске раскислили ферромарганцем (1.2 т), ферросилицием (0.7 т) и чушковым алюминием (0.15 т). Для наведения высокоосновного шлака провели присадку свежеобожженной извести (1 т). Во время выпуска металл в сталеразливочном ковше обрабатывали аргоном через пористые пробки.

По приходу металла на установку "печь-ковш" производится замер толщины шлака, толщина которого составила 110 мм. Затем металл продувается аргоном через пористые пробки со средним расходом 360 л/мин. После 3-5 мин усреднительной продувки производится измерение окисленности металла, которая составляет 57 ppm, и отбор первой пробы металла. Содержание кремния в первой пробе 0,12%. Тогда первая порция кальция составляет:

Q_Са=-4,172×0,12-0,0152×57+0,106×110-2,16=8,14 кг

В качестве кальцийсодержащих материалов используется силикокальциевая порошковая проволока. Требуемое количество силикокальциевой порошковой проволоки (с учетом степени усвоения и наполнения) составляет:

Q_SiCa=Q_Ca/0,05=8,14/0,05=162,8 кг

После ввода порошковой проволоки металл продувается аргоном, производится доводка металла по химическому составу и температуре.

За 5-10 мин до отдачи плавки на МНЛЗ отобрали пробу металла для определения химического состава. Химический состав: 0,177% кремния, 0,027% серы и 0,002% алюминия. Далее ввели вторую порцию кальцийсодержащих материалов с расходом, определенным из формулы:

Q_Са=297,17×0,027+6,94×0,177+2040×0,002-0,857=12,47

Требуемое количество силикокальциевой порошковой проволоки (с учетом степени усвоения и наполнения) составляет:

Q_SiCa=Q_Ca/0,05=12,47/0,05=249,4 кг

затем металл в течение 2-3 мин обработали аргоном и передали для разливки на сортовую машину непрерывного литья заготовок.

Двухстадийный ввод кальцийсодержащих материалов позволяет получать металл требуемой окисленности, обеспечить требуемое качество непрерывнолитых сортовых заготовок, получать металл с "неопасными" неметаллическими включениями.

Способ внепечной обработки стали, включающий наведение высокоосновного шлака, раскисление металла алюминием, продувку его аргоном и ввод в него кальцийсодержащих материалов в два этапа, отличающийся тем, что ввод кальцийсодержащих материалов в два этапа осуществляют на установке печь-ковш, при этом перед вводом кальцийсодержащих материалов на первом этапе производят замер толщины шлака, измеряют окисленность металла и определяют содержание кремния в металле, после чего производят первый этап ввода кальцийсодержащих материалов с расходом, определяемым по выражению:

Q_Ca=-4,172·Si-0,0152·О_пр.+0,106·h_шл.-2,16,

где Q_Са - расход кальция, кг;

Si - содержание кремния в металле, %;

О_пр. - окисленность металла;

h_шл. - толщина шлака, мм;

4,172; 0,0152; 0,106; 2,16 - эмпирические коэффициенты, полученные опытным путем,

затем производят доводку металла по химическому составу и температуре, определяют содержание серы, кремния, алюминия в металле, после чего производят второй этап ввода кальцийсодержащих материалов с расходом, определяемым из выражения:

Q_Ca=297,17·S+6,94·Si+2040·Al-0,857,

где Q_Са - расход кальция, кг;

S - содержание серы в металле, %;

Si - содержание кремния в металле, %;

Al - содержание алюминия в металле, %;

297,17; 6,94; 2040; 0,857 - эмпирические коэффициенты, полученные опытным путем.