Способ химического нагрева стали

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к внепечной обработке стали. Способ химического нагрева стали предусматривает ввод алюминия в металл, продувку кислородом через погружаемую в металл фурму и последующую продувку инертным газом, а после достижения заданной температуры обработку металла кальцием. Для определения расхода кальция используют зависимость: Q_Ca=441,2-0,00057×Q_O2-0,96Q_A1-9,06 (Окисл. перед - Окисл. отд), где Q_Ca - расход кальция, кг; Q_O2 - расход кислорода на химический нагрев, м³; Q_Al - расход алюминия на химический нагрев, кг; Окисл. перед, Окисл. отд - окисленность металла перед присадкой кальция и требуемый уровень окисленности для разливки металла; 441,2; 0,00057; 0,96; 9,06 - эмпирические коэффициенты, полученные опытным путем. Изобретение обеспечивает получение оптимального содержания кислорода при достижении заданной температуры нагрева металла, формирование легко удаляемых неметаллических включений, улучшение разливаемости стали на сортовых МНЛЗ, повышение выхода годного.

 

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

Известен способ обработки стали в ковше (RU, 2154678, МПК С21С 7/00, опубл. 20.08.2000), включающий подачу в ковш алюминия в виде проволоки и последующую продувку металла в ковше сверху кислородом через погружаемую фурму, алюминий предварительно вводят в ковш до начала продувки кислородом с расходом, определяемым по зависимости:

P=K₁×М/[Al]×Т, где

Р - расход алюминия, кг/т стали в ковше;

Т - температура стали в ковше, °С;

М - масса стали в ковше, т;

[Al] - содержание алюминия в стали перед ее обработкой в ковше, мас.%;

К₁ - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-механические закономерности экзотермических окислительных реакций, равный 0,007-0,56 кг × % × °С/т², а после ввода предварительной порции алюминия его продолжают подавать и одновременно сталь в ковше продувают кислородом с расходом, определяемым по зависимости:

Q=К₂×q×Δt×M, где

Q - расход кислорода, м³/мин×т стали в ковше;

q - расход алюминия, равный 50-180 кг/мин;

Δt - необходимое повышение температуры стали в ковше, °С;

К₂ - эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности окисления алюминия, равный (0,05-4,0)×10^-6, м³/кг×т, °С.

К недостаткам известного способа следует отнести одинаковые расходы кислорода и алюминия для всех марок стали, что снижает тепловой эффект окисления алюминия и увеличивает окисление других примесей и железа и ведет к повышенному расходу кислорода и алюминия. Ограничивает длительность и максимальную температуру нагрева и ухудшает чистоту металла по загрязненности неметаллическими включениями.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ химического нагрева стали (RU, 2186126, Кл. С21С 7/00, опубл. 27.07.2002), включающий ввод алюминия в металл, продувку кислородом через погружаемую в металл фурму и последующую продувку инертным газом, когда расход алюминия для химического нагрева определяют из выражения:

G_Al=0,624[С]-2,867[Si]-0,448[Mn]+0,042Т, где

G_Al - расход алюминия для химического нагрева стали, кг/т;

[С], [Si], [Mn] - содержание кремния, марганца и углерода соответственно в пробе металла перед проведением химического нагрева, %;

Т - необходимая температура нагрева металла, °С;

0,624; 2,867; 0,448; 0,042 - эмпирические коэффициенты, полученные опытным путем.

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

Сталь, полученная известным способом, имеет низкое качество, низкий выход годного, реализация способа приводит к увеличению содержания оксидов и низкой стойкости сталеразливочных ковшей.

Найденный в известном способе технологический прием проведения химического нагрева стали приводит к образованию большого количества алюминатов, которые во время разливки на сортовых машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) оседают на стенках разливочных стаканов. Эти оксиды алюминия образуют соединения в виде глинозема. При разливке стали эти соединения, вступая в реакцию с материалом футеровки сталеразливочного ковша и разливочного стакана, образуют тугоплавкие соединения, в результате чего снижается стойкость футеровки ковша, происходит зарастание отверстия в разливочном стакане и нарушается процесс разливки, что приводит к зарастанию отверстий разливочных стаканов, увеличивая аварийность при разливке, ухудшению качества стали и уменьшению выхода годного.

Кроме того, область применения данного изобретения сужается, так как из-за возможного зарастания сталеразливочных стаканов позволяет разливать металл только в изложницы.

Признаки ближайшего аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: ввод алюминия в металл, продувка кислородом через погружаемую в металл фурму, продувка инертным газом.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа химического нагрева стали путем дополнительной обработки стали после проведения химического нагрева, введением кальция.

Ожидаемый технический результат - получение оптимального содержания кислорода при достижении заказываемой температуры нагрева металла, формирование в металле неметаллических включений (по количеству включений и их морфологии), легко удаляемых в процессе внепечной обработки после проведения химического нагрева стали, улучшение качества стали и повышение выхода годного.

Технический результат достигается тем, что в способе химического нагрева стали, включающем ввод алюминия в металл, продувку его кислородом через погружную фурму и последующую продувку инертным газом, согласно изобретению после достижения металлом заданной температуры разливки его дополнительно обрабатывают кальцием, расход которого определяют из выражения:

Q_Ca=441,2-0,00057×Q_O2-0,96Q_Al-9,06 (Окисл. перед - Окисл. отд), где

Q_Са - расход кальция, кг;

Q_O2 - расход кислорода на химический нагрев, м³;

Q_Al - расход алюминия на химический нагрев, кг;

Окисл. перед, Окисл. отд - окисленность металла перед отдачей кальция и требуемый уровень окисленности для разливки металла;

441,2; 0,00057; 0,96; 9,06 - эмпирические коэффициенты, полученные опытным путем.

Сущность заявляемого технического решения заключается во вводе кальция после достижения заказанной для разливки температуры металла с учетом израсходованного алюминия и кислорода на проведение химического нагрева металла, а также показателей окисленности металла, необходимой для разливки и перед присадкой кальция.

Необходимость получения окисленности металла перед разливкой связана, прежде всего, с образованием в металле легко удаляемых неметаллических включений и сокращением их числа. Введение кальцийсодержащих материалов перед отдачей металла на разливку позволяет кальцию реагировать с алюминием, растворенным в металле, и продуктами первичного раскисления с образованием жидких алюминатов кальция, что улучшает условия разливаемости металла. Таким образом, введение в металл кальция позволяет изменить морфологию неметаллических включений с типа СаО×6Al₂О₃ на тип СаО×2Al₂О₃ и улучшить разливаемость металла.

Расход кальция в зависимости от количества израсходованного алюминия и кислорода на проведение химического нагрева металла позволяет изменить количество и морфологию неметаллических включений, получить необходимый уровень окисленности металла перед разливкой.

Пример

После выпуска плавки (Ст3сп) сталеразливочный ковш установили на сталевоз и, переместили под крышку агрегата доводки стали и измерили массу ковша с металлом. К продувочным устройствам ковша (две пробки) присоединили аргонные шланги. Включили подачу аргона с расходом 260 л/мин на каждую пробку. Визуально оценили интенсивность перемешивания металла. Расход аргона должен обеспечивать интенсивное перемешивание металла, но без его выплесков из ковша. Через 2 мин усреднительной продувки произвели измерение окисленности, температуры и отобрали пробу металла.

Температура металла составили 1553°С, окисленность 52 ppm. В пробе металла углерода содержится 0,15%, кремния 0,16 и марганца 0,35%. Заказанная температура металла для разливки составила 1605°С.

Металл необходимо нагреть на 52°С. На металл присадили вторичный чушковый алюминий в количестве 60 кг, фурму для химического нагрева установили на уровне около 300 мм от поверхности расплава и включили подачу кислорода с интенсивностью 340 м³/час. После погружения нижнего торца фурмы до уровня металла подачу кислорода увеличили до 2350 м³/час.

После ввода 375 м³ кислорода произвели снижение его расхода до 350 м³/мин и фурму извлекли из металла. При выходе фурмы выше поверхности расплава подачу кислорода прекратили полностью.

После извлечения кислородной фурмы произвели усреднение химического состава и температуры металла продувкой аргоном в течение 1 мин, после чего произвели измерение температуры металла и отобрали пробу металла для определения его химического состава.

Температура металла составила 1603°С, окисленность 72 ppm, требуемая окисленность металла перед отдачей на разливку должна быть не более 40 ppm. Для снижения окисленности металла в металл ввели порошковую проволоку с наполнителем из силикокальция с расходом, определяемым из выражения:

Q_Са=441,2-0,00057×375-0,96×60-9,06(72-40)=36 кг.

При данном способе химического нагрева стали получается оптимальное содержание кислорода при достижении заказываемой температуры нагрева металла, в металле формируются неметаллические включения, легко удаляемые в процессе внепечной обработки после проведения химического нагрева стали, улучшается разливаемость стали на сортовых МНЛЗ, повышается выход годного.

Способ химического нагрева стали, включающий ввод алюминия в металл, продувку кислородом через погружаемую в металл фурму и последующую продувку инертным газом, отличающийся тем, что после достижения металлом заданной температуры, его дополнительно обрабатывают кальцием, расход которого определяют из выражения:

Q_Ca=441,2-0,00057×Q_O2-0,96Q_Al-9,06 (О кисл. перед - О кисл. отд),

где Q_Ca - расход кальция, кг;

Q_O2 - расход кислорода на химический нагрев, м³;

Q_Al - расход алюминия на химический нагрев, кг;

О кисл. перед и О кисл. отд - окисленность металла перед присадкой кальция и требуемый уровень окисленности для разливки металла;

441,2; 0,00057; 0,96; 9,06 - эмпирические коэффициенты, полученные опытным путем.