Способ производства низкоуглеродистой стали

Авторы патента:

ЛИПУХИН ЮРИЙ ВИКТОРОВИЧ

МОЛЧАНОВ ОЛЕГ ЕВГЕНЬЕВИЧ

БУЛАНКИН ВЛАДИМИР ЕРМОЛАЕВИЧ

ГАВРИЛЕНКО ЮРИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

ЗАЙЦЕВ ЮРИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

ИВАНОВ БОРИС СЕРГЕЕВИЧ

ii>998517

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИИ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 04.09.81 (21) 3335806/22-02 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51)NL. Кл..

С21 CG/52 V

С 21 С 7/10

Гееударствевкна квматет дв делан каваретеввй и вткрнтий (53) УДК669.18. .27 (088.8) Опубликовано 23.02.83. Бюллетень М 7

Дата опубликования описания 25.02.83 (72) Авторы изобретения

Ю.В.Лнпухнн, О.Е.Молчанов, В.Е.Буланкин, Ю.В.Гаврнленко, Ю.В.Зайцев н Б.С.Иванов

Череповецкий ордена Ленина н ордена Трудового Красного

Знамени металлургический завод им. 50-летия СССР (71) Заявитель .

3 (Б4) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ИИЗКОУГЛЕРОДИС 4 Г . ".".: *

СТАЛИ

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам производства стали, например, электротехнической нестареющей, технически чистого железа с содержанием углерода . 0,001-0,020% н серы 0,001 -0,015% с использованием вакуумнровання.

Известен способ производства низкоуглеродистой стали с применением окнслнтельного вакуумнровання н обработки металла аргоном, согласно которому после вакуумного обезуглерожнвання, раскнслення н доводки химического составе металл нз реакционного ковша переливают в сталеразлнвочный ковш, оборудованный пористой вставкой, через сталеразлнвочные стаканы большого диаметра с отсечением окнслительного шлака, затем на шлак задают активную десульфурнрующую смесь в количестве 2-3% от гв массы металла, перемешивают образующийся шлак с металлом аргоном. Степень десульфурацнн при атом методе составляет 30-50% н зависит, в основ2 ном, от раскнсленностн металла н времени обработки аргоном (1 ).

Однако при таком способе обезуглеро жнвання н десульфурацнн необходим достатЬчно высокий перегрев металла для проведения процесса, что приводит к переокислению металла, повышенному расходу ферросплавов.

Кроме того, для осуществления извесь ного способа требуется дополнительное сложное оборудование цля внепечной обработки.

Известен также способ десульфурацнн с использованием ковшевого вакуумирьвання по методу ASEA - SKF. При использовании этого способа на установках ковшевого вакуумнровання с принудительным перемешиваннем н дополнительным дуговым подогревом. металла:до н (нлн) после вакуумировання возможно осуществление десульфурации стали (y *=95-98%)

5 после дегаэации, раскисления и легнровання 2 3.

3 998517 4 ванне расплава в вакууме ведут под шлаком с соотношением в нем окиси кальция и закиси железа, равным 2-4, при содержании окиси кальция не менее 40%, а после обезуглероживания на шлак присаживают алюминий в количестве 1,1252,5 кг HEl 1 кг кислорода системы металл - шлак, причем продувку аргоном под вакуумом после присадки алюминия ведут в течение времени, превышающего в 1,5-5 раз время обезуглероживания.

Вводом извести в ковш или печь в конце окислительного периода достигает1 С,а0 ся соотношение - вЂ” вЂ” =2-4 при СаО)

Fe0

340 4, при котором FeO имеет наивысшую химическую активность и обезуглероживающую способность, Вводом алюминия в соотношении

1,125-2,5 кг алюминия ра 1 кг кислорода системы металл - шлак достигается практически полное восстановление железа и других легковосстановимых окислов (а также частично Б 02) из шлака, раскисление и легирова ние металла и пере вод шлака из известково-железистого в известково-глинозем исты й.

Нижний предел 1,125 кг расхода алюминия указан для вакуумирования в ковшах с основной футеровкой, при применении которых практически не происходит взаимодействия футеровки ковша со шлаком и расплавом.

При применении ковшей с шамотной футеровкой требуется дополнительный расход алюминия сверх количества на связывание кислорода системы металлшлак необходимый на восстановление окислов, поступающих из футеровки ковша.

Для получения практически одинаковой раскисленности расплава- и десульфурирующей способности шлака требуется в случае применения с шамотной футеровкой увеличить расход алюминия в два раза, т.е. 2,5 кг алюминия на 1 кг кислорода системы металл вЂ” шлак. При этом алюминий предотвращает окисление кремния и понижение, тем самым, основности шлака. Десульфурирующая способность шлака резко возрастает, а сероемкость такого шлака, характеризующего эту способность, увеличивается во много раз и составляет

Однако, этот процесс также требует специального дорогостоящего оборудова- ния, Известен также процесс по способу

Бп КР V AD, который используют не только для вакуумного обезуглероживания, но и для десульфурации металла.

Процесс заключается в том, что после вакуумирования плавки, крышку с ковша снимают и на зеркало металла подают 16 флюсы для получения известково-глиноземистого шлака. Затем крышку устанавливают вновь, газы откачивают, включают нагрев металла электродугой и осуществляют продувку стали аргоном с 15 целью перемешивания. При атом процессе для десульфурации стали требуется около

1 ч. Для достижения содержания. серы в металле 0,006% необходим ковш с основной футеровкой (3 .

2О

Однако этот процесс как и процесс

A5EA - 5KF также требует длительного времени обработки и дорогостоящего оборудования.

Наиболее близким к предлагаемому 25 по технической сущности и достигаемому результату является способ производства низкоуглеродистой стали, включающий выплавку в печи, присадку шлакообразуюших материалов в печь и ковш, вакуумное щ обезуглероживание в ковше, последующее раскисление и легирование под вакуумом, кремний-кальций- и алюминийсодержащими материалами, продувку аргоном в процессе вакуумирования (4 j.

-- Недостатком известного способа является практически полное отсутствие десульфурации металла, так как образующиеся при раскислении шлаки имеют низкую основность (менее 1,0) и поэтому обладают низкой десульфурирующей способностью. Это приводит к невозможности производства марок стали с содержанием серы менее 0,010%.

11елью изобретения является снижение

45 содержания серы после вакуумного обезуглероживания, снижение содержания неметаллических включений и повышение качества металла.

Поставленная цель достигается тем, 50 что согласно способу получения низкоуглеродистой стали, включающему выплавку в печи, присадку шлакообразующих материалов в печь и ковш, вакуумное обезуглероживание в ковше, последующее раскисление и легирование под вакуумом кремний-, кальций- и алюминийсодержащими материалами, продувку аргоном в процессе вакуумирования, обезуглерожи 1/2

=9З, 02

s р !г 2 где С вЂ” параметр сероемкости шлака; .. (%5)- содержание серы в шлаке;. 9985

S р ир - парциальное давление кислорода

О и серы в газовой фазе.

Для полного использования десупьфурирующей способности шлака необходимо ак-.

5 тивное перемешивание шпака и метапла.

Это достигается тем, что ведут интенсивную продувку расплава в ковше аргоном. в течение времени в 1,5-5 раз превышающую время обезуглероживания. Нижний предел (1,5 раза) применяется при отношении = 4, например для шлака

Со 0

FeO с содержанием СаО = 45%, и УеО = ll12%; верхний предел .(в 5 раз) при отСа0 ношении =2, например для шлака с

° FeQ содержанием СаО = 40-50% и Fe0 =-2025%, так как при меньшей окисленности системы металл -- шлак требуется большее время на обезуглероживание, и от-. носительно меньшее время на десульфурацию, в противоположность этому, при большей окисленности требуется меньшее время на обезуглероживание и более д длительное время для обеспечения взаимодействия реагирующих фаз шлак вЂ” метапл.

Степень десульфурации расплава при обработке под получаемым шлаком состава, .%: S О2 3-5; Я 2О ЗЗ-37; FeO 0,3- зо

0,7; СаО 42,0-,55,0; М® 6,0-8,2; МпО

0,01-0,2; Р2О 0,001-0,022; 5 0,550,65, составляет 60-80%.

За счет экзотермических реакций окисления алкминия развивается значительный тепловой эффект (увеличение температуры металла на 50-70 С), позволяющий компенсировать потери теппа, пошедшие на обезуглероживание расплава в вакууме. ао

Пример. В дуговую 100-тонную печь загружают металпошихту, флюсы и окислители (железорудные материалы).

Плавление шихты интенсифицируют при-. .менением газокислородных горелок. После ! расплавления шихты металл продувают кислородом при одновременном нагреве ванны дугами до получения содержания углерода 0,035-0,065% и температуры

1680-1700 С.

При достижении заданного содержания углерода окислительный шлак подкачива.ют, оставляя его Ь печи 0,5-1,5% от веса металла. После этого производят выпуск металла и шлака в ковш с нагретой до 1000 С футеровкой, в который предвао Ы рительно загружено извести 1,0-1,5,, плавикового шпата 0,3-0,5% каждого от веса плавки.

17 4

Ковш с металлом устанавливают в вакуумную камеру, производят отбор шпака на химический анализ, замеряют температуру металла и топщину шлакового слоя (40 мм толщины шлака прибпиэитепьно соответствуют 1 т).

Шлак в ковше имеет следующий химический состав (с небольшими отклонениями от плавки к плавке), %: S Og 16„1„

АР2 Оз 8,2; FeO 19;8; СаО 45,6; Мф

7,4; МпО 3,8; Р20 0,63; S 0,080

Определяют вес шлака и корректируют весовое соотношение углерода и киспорода в системе металл - шлак с учетом содержания углерода в металле и окислов железа, марганца, фосфоре и кремния в шлаке.

Обезуглероживание проводят до достижения давления в..вакуумной камере 0,52,0. мм рт.ст. с одновременной продувкой аргоном, со скоростью снижения содержания углерода в металле 0,008%/мин и температуры. 5-8 С/мин, по которым рассчитывают время обеэугпероживания.

При достижении содержания углерода в металле менее 0,010% в металл вводят алюминий в количестве 1,125-2,5 кг на 1 кг кислорода, находящегося в сио-. теме металл вЂ” шлак.

Расчетное содержание кислорода в системе металл - шлак определяют по формуле

2;5

Q гд =-- вЂ” +0, 2 - + p"к" Z С1,„, (ГеО+Мп О+ Р20 +0,6 5 О2)

100

- 1 330 (I.c )„-o,o l) (1) где QK 0 - общее количество кислорода

КГ я в системе металл - шлак,кг, (С) вЂ” содержание углерода в металле после кислородной продувки, %; с ш„- вес шлака, кг; (+М" О 2О5,6 5i О2 - сумма ное содержание окиспов в шлаке, %.

Необходимое количество алюминиярассчитывают по формуле

AQKt-= 1,125 вЂ” 2.5 . ЯкгО ° (2) где Q O вЂ” суммарное количество кискг г порода в системе металл - шлак, рассчитанное по формуле (1).

В зависимости от суммарного содержания легковосстановимых:окислов в шлаке (в основном FeO) рассчитывают продолжительность обработки аргоном под вакуумом после ввода алюминия.

7 9985

Через 8-10 мин после ввода алюминия в металл под вакуумом (из бункеров на крышке вакуумной камеры) вводят ферросплавы для легирования стали, после чего продолжают обработку аргоном до получения заданных химического состава н температуры металла перед разливкofi.

Способ производства легированной кремнием и агпоминием электротехничес кой стали позволяет получить литой металл с более низким содержанием углерода, азота и серы по сравнению с известным, увеличить выход годйого по электро сталеплавильному цеху, сократить длительность плавки на 32 мин, снизить расход ферросплавов и раскислителей.

Затраты в связи с освоением новой технологии связана с эксплуатацией установки УВС-130, т.е. необходимость при- 20 менения более дорогих огнеупоров для футеровки ковшей под вакуумную обработку, а также дополнительного расхода аргона и шлакообразующих при рафинировании, 25

Для вакуумирования стали применяют ковши оборудованные шиберными затворами, футерованные более дорогостоящими и качественными огнеупорами, расходы на которые составляют 3,4-2.руб/т ста- щ ли, затраты на обычный сталеразливочный ковш составляют 1,56 руб/т стали.

При производстве стали по предлагаемой технологии исключается операция перелива из ковша в ковш. 35

В результате увеличение затрат на содержание ковша под вакуумную обработку составляет 0,30 руб/т.

Выплавка стали по предлагаемой тех.нологии обеспечивает снижение расхода 40 ферросплавов, раскислителей и добавочных материалов, экономический эффект (Э ) при этом составляет 5,1 8 руб/т.

Экономия от сокращения продолжительнотИ плавки (Э ) на 32 мин, что составля«4 ет 12% от общей продолжительности плавки, уменьшает расходы по переделу за счет условно-постоянной части на 1,26 руб/т.

В целом экономический эффект (Э) фр рассчитывается по формуле

Способ производства низкоуглеродистой стали, включающий выплавку в печи, присадку шлакообразующих материалов в печь и ковш, вакуумное обезуглероживание в ковше, последующее раскисление и легирование под вакуумом кремний-, кальций- и алюминийсодержащими материалами, продувку аргоном в процессе вакуумирования, отличающийся тем, что, с целью снижения содержания серы после вакуумного обезуглероживания снижения содержания неметаллических вклкъчений и повышения качества металла, обезуглероживание расплава в вакууме ведут под шлаком с соотношением в нем окиси кальция и закиси железа, равным

2-4, при содержании окиси кальция не менее 40%, а после обезуглероживания на шлак присаживают алюминий в количестве 1,125-2,5 кг на 1 кг кислорода о системы металл - шлак, причем продувку аргоном под вакуумом после присадки алюминия ведут в течение времени, превышающего в 1,5-5 раз время обезуглерожива ния .. (3) Э=Э,+= >-3-(С+КК) В, где С - эксплуатационные затраты на

УВС, руб/т;

17 8

К» удельные капитальные затраты на

УВС, py6/т;

Е вЂ” нормативный коэффициент эффек» тнвности капитальных вложений;

В - фактический объем производства,т.

Таким образом, суммарный годовой эффект от применения предлагаемой технологии составит по формуле (3), при объеме производства 100 тыс.т 480000 руб °

Формула изобретения

Источники информации, принятые во вннмание при экспертизе

1. Морозов А. Н. и др. Внепечное вакуумирование стали. М., Металлургия, 1975, с. 95-97.

2. Эксплуатация установки "АЯЕАвЂ”

СКФ" для внепечного рафинирования стали на заводе Клайдедейл фирмы БСК.