Способ получения марганецсодержащей стали

 

П ИСАНИЕ

Союз Советскик

Социалистическик

Республик

<н763475

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 101177 (21) 2542430/22-02 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 15.09,80. Бюллетень ¹ 34 (5!)М. Кл.

С 21.С 5/52

Государственный комитет

СССР па делам изобретений и открытий (53) УДК 669,187.2 (088.8) Дата опубликования описания 150980

Е. Э.Кацов, A,И.Лукутин, В. .,Салауз ин, Ю,Г.Самардуков, Б, Я. Валдаев, О, Е. Молчанов, Ю. А, Эатаков ай, Э. 13 ° Ткаченко, Р.М.Мыльников и В, А,Марышев (72) Авторы изобретения

Институт металлургии им А.А, Байкова AH СССР (71) Заявитель (5 4 ) СПОСОБ П ОЛУЧЕНИ Я МАРГАН ЕЦСОДЕ РЖАЩЕЙ

СТАЛИ

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способам получения низколегированных и легированных сталей с марганцем, Известен способ выплавки стали, 1содержащей марганец, характеризующийся введением марганца в окисленную ванну под окисленным шлаком, осущест-10 вляеьым после расплавления,обезуглероживания, дефосфорации и нагрева металла «(l ) °

Введение марганецсодержащих сплавов в иераскисленный металл, находящийся в контакте со шлаком с высоким содержанием окислов железа, приводит к некоторой потере марганца вследствие протекания процессов его распределения между металлом и шлаком, Известны также способы плавки, где для предотвращения потерь легирующих эа счет перехода их в шлак осу ществляют прием присадки окисла соответствующего элемента в шлак (2) 25 и (3).

Однако во всех этих способах отсутствует регламентированный .режим присадки окислов (по времени и количественным соотношениям) . 30

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является способ Выплавки маоганцовистой стали, согласно которому в конвертер заливают чугун, продувают его кислородом, нагревают и легируют марганцем, вводя последний в виде ферросплавов в ковш или в конвертер. Этот способ отличается тем, что, с целью сокращения угара марганца и улучшения условий службы футеровки, перед началом продувки кислородом в ванну вводят марганцевую руду в смеси с магнезитом из расчета получения в шлаке 20-30% окиси магния (4) . ,Недостатком известного способа яв ляется равняя присадка марганцевой руды — до начала кислородной продувки, в связи с чем весь период продувки, протекающий при 1550-1680 С, в шлаке поддерживается повышенное содержание эакиси марганца, что предопределяет агрессивность шлака по отношению к футеровке печи, Предусматриваемая для компенсации этого отрицательного воздействия одновременная присадка магнезита требует дополнительных затрат тепла на его расплавление, 763475

Кроме того, известный способ св яз ан с потерей марганца в виде его окислов при скачивании шлака и не регламентирует количественные соотношения состава шлака.

Целью изобретения является устране5 ние указанных недостатков, а именно,. сокращение угара марганца и улучшение условий службы футеровки, Поставленная цель достигается тем, что в известном способе производства марган ецсодержащей стали, включающем операции расплавления шихты, продувки газообразным кислородом, введения шлакообраэующих материалов, удаления шлака и легирования марганцем, операцию введения окислбв марганца осущест- 15 вляют после удаления шлака окислительного периода окислы марганца вводят в количестве 10-30% веса наводимого шлака, а после получения отношения содержания эакиси марганца в шла- 20 к е к произведению з адан ного содержания марганца в металле на содержание закиси железа в шлаке, равного 1,5 — 2,7 вводят марганецсодержащий сплав.

Кроме того, после введения окислов 25 марганца расплав вместе со шлаком сливают в ковш, в водят ма рганецсодержащий сплав.

При ведении процесса плавки происходит торможение процесса скис- 30 ления марганца и перехода его в шлак за счет смещения равновесия нижепри» веденной реакции в обратном направлении:

tMn) + (FeO) = $ (MnO) + (Fe) 3S (MnO)

К (Mn)(FeO)

В равновесных условиях в области температур около 1600 С, величина К о составляет 2, 3-2, 7, Однако, учитывая кинетические ограничения, факти- ческая величина отношения содержаний закиси марганца в шлаке к произведению концентрации марганца в металле и эакиси железа в шлаке, как прави- 45 ло, устанавливается порядка 1,5-2,7 при содержании закнси марганца в шлаке в пределах 10-30Ъ.

Способ производства марганецсодержащей стали состоит в следующем. 50

Шихту загружают в сталеплавильный агрегат, расплавляют, продувают газообразным кислородом, затем производят скачивание шлака и в ванну вводят материал, содержащий окислы марганца, к примеру марганцевую руду, конжен трат, отходы ферросплав ного производства и т.п., из расчета присадки окислов марганца в количестве, составляющем 10-30% веса наводимого вновь шлака, По заведении шлака содержание эакиси марганца составляет (эа счет исходного содержания ее в шлаке) 15-30%, причем величину отношения содержания эакиси марганца в шлаке к произведению задан-65 ного содержания марганца в металле на содеркание закисн железа в шлаке поддерживают в пределах 1,5-2,7.Далее осуществляют легирование стали марганцем по одному иэ следующих вариантов.

По первому .нз них после заведения шлака необходимого состава в ванну вводят марганецсодеркащий сплав, а затем проводят обычную доводку плавки. По другому варианту при наличии шлака необходимого состава плавку вместе с частью шлака выпускают в ковш, куда предварительно загружают или дают по ходу выпуска марганецсодеркащий сплав ° Затем сталь подвергают доводочным операциям рафинирования одним из методов внепечной обработки, например, продувке инертным газом через пористую форму в дне ковша или вакуумированию.

Способ пригоден для получения стали как без применения внепечных методов обработки, так и с их применени ем. В последнем случае целесообразно осуществлять легирование марганцем в ковше, выпуская из печи сталь вместе со шлаком при содержании закиси марганца в нем в вышеуказанных пределах с учетом расчетного содержания марганца в металле и конечного содержания закиси железа.В случае использования, к примеру, вакуумирования, вследствие реализации реакции вакуумного раскисления металла углеродом и. уменьшения содержания кислорода в расплав е, реакция (Ип) + (О) = (МпО) смещается влево, что влечет за собой пе реход марганца из шлака в металл. Содержание закиси марганца снижается при этом с 15-30 до 4-5%, а прирост концентрации марганца в металле составляет до 0,2Ъ. Кроме того, специфика окончательного раскисления и легирования вакуумируемого в ковше распл ва кремнием и алюминием, заключающаяся в одновременном раскислении этими компонентами металла и шлака, приводит к дополнительному восстановлению марганца из шлака и снижению содержания закиси марганца в шлаке до 2-3В. Включение в технологический цикл производства марганецсодержащей стали внепечиой вакуумной обработки позволяет практически исключить угар марганца и получать сталь со стабильно узкими пределами его содержания в готовом металле (+0,053), Пример 1. Выплавку стали с заданным содержанием марганца 1,51,7% ведут в электродуговой печи емкостью 100 т. Все операции расплавления и рафинирования осуществляют в соответствии со стандартной технологией, за исключением легирования стали марганцем.,Для этой цели перед заведением шлака восстановительного периода в печь ввоДят 300 кг марган763475

5 (0

20 цевой руды, а затем присаживают и расплавляют шпаковую смесь. В этот момент в металле содержание марганца составляет 0,11%, а состав шлака следующий,: СаО 44,3; S10< 12,7;

FeO - 6,3) МпО 16 4; Alga, 3,2у

МдО 16,7 затем в ванну присаживают и расплавляют 2 т 7 3%-ного ферромарганца, после чего содержание марганца s металле составляет 1,51з,, а

{ hhn0) величина М,. 0 - 1,73.Усвоение марганца иэ ферромарганца составляет на этом этапе 96%, в то время каК при ведении плавки без предварительной дачи марганцевой руды усвоение марганца не превышает 93%. После завершения доводки и раскисления стали содержание марганца в металле возрастает до 1,64Ú, т.е. происходит не только 100%-ное усвоение марганца из ферросплава, но и дополнительное его извлечение из шлака за счет присаженной ранее марганцевой руды в количестве, соответствующем

0,07% веса металла. Без предварительной присадки ИпО прирост составляет

0,02-0,03% °

Пример 2, Выплавку стали с заданным содержанием марганца 0,91,2Ъ ведут в электродуговой печи емкостью 100 т. Все операции расплавления и рафинирования осуществляют в соответствии со стандартной технологией, эа исключением легировання с2али марганцем. для этой цели после скачивания шлака окислительного периода в печь ввоцят 220 кг марганцевого концентрата, а затем присаживают и,расПлавляют шлаковую смесь. В этот момент остаточное содержание марганца в металле составляет 0,08Ъ, а состав шлака следующий, Ъ: СаО

46,3) S10 . 9,4; FeO 6,8; NnO . 15,7 A tt13 2,9; NgO 19,6. Затем плавку выпускают в ковш, где находится 1,2 т 73%-ного ферромарганца, после чего содержание марганца в металле составляет 0,94%, а величина

Nn0)

2,46. Усвоение марганца

° - фее иэ ферромарганца составляет на этом этапе 97,8% (прн действующей технологии 95В) После этого ковш с металлом помещают в вакуумную камеру и проводят в течение 8 мин обработку,,достигнув остаточного давления 1,2 мй. В .процессе обработки под вакуумом расплав продувают азотом через порнстую фурму в днище ковша. По завершении обработки содержание марганца в металле возрастает до 1,07 %, т.е. помимо 100Ъ усвоения марганца иэ ферромарганца обеспечено дополнительвое извлечение марганца из шлака за счет присаменного ранее марганцевого концентрата в количестве, соответствующем 0,11% веса металла, 30

Без предварительной присадки марган цевой руды прирост составляет 0,03-

0,04%.

Оценку ожидаемого технико-экономического эффекта осуществляют по конкретным показателям плавок, описанных в «ачестве примеров осуществления способа.

Из данных следует, что при выплавке стали с содержанием марганца 1,01,5%,экономия ферромарганца составляет около 1,3 кг/т стали. Общий экономический эффект (Э) складывается из следчкиаих показателей: где Я„ - стоимость ферромарганца (принимаем в среднем 2,5 руб/к г);

О „- стоимость марганцевой руды (принимаем.в среднем 0,5 руб/кг);

1,3 — средняя экономия ферромарганца, кг/т стали;

2,6 — средний расход марганцевой руды, кг/т стали;

V — годовой объем производства марганецсодержащей стали (принимаем равным 200 тыс. т) .

Тогда Э = (1,3 2,5 — 2,6 ° 0,5) х 200000 = 390000 руб/год.

Формула изобретения

1. Способ получения марганецсодержащей стали, заключающийся в расплавлении шихты, присадке окислов марганца в шлак, продувке расплава кислородом, последующем легировании марганцем, раскислении и рафинировании расплава, отличающийся тем, что, с целью сокращения угара марганца н уменьшения вредного воздействия на огнеупорную футеровку печи, после удаления шлака окислительного периода в ванну присаживают окислы марганца в количестве 10-ЗОВ от веса наводимого шлака, а после получения отношения содержания закиси марганца в шлаке к произведению заданного содержания марганца в металле на содержание закиси железа в шлаке, равного

1,5-2,7 вводят марганецсодержащий сплав .

2, Способ по ц.l, о т л и ч а юшийся тем, что после введения окислов марганца расплав вместе со шлаком сливают в ковш, куда вводят марганецсодержащий сплав.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Явойский В.И. Теорий процессов производства стали, М., Металлургия, 1967, с.513.

2. Авторское свидетельство СССР

В 285013, кл. С 21 С 5/52, 1970.

3. Авторское свидетельство СССР

9 325256, кл. С 21 С 5/52, 1972.

4, Авторское свидетельство СССР

9 227733222244 кл, С 21 С 5/52 1970 (прототип) .