Спосіб виробництва сталі

Винахід відноситься до галузі чорної металургії, а саме до способів виробництва сталі. Відомо, що існує спосіб виробництва сталі, який містить в собі виплавку її в сталеплавильному агрегаті, введення легуючи х, випуск в ківш та розкислення алюмінієм [Авторское свидетельство СССР № 464624]. Цей спосіб має ряд суттєви х недоліків, не забезпечуючи необхідний рівень розкисленості металу перед введенням легуючих та піддержки його під час випуску, не перешкоджаючи вторинному окисленню металу та не забезпечуючи ефективного усунення із розплаву неметалевих включень. Найбільш близьким по технічній суті та досягаемому ефекту до заявленого є спосіб виробництва сталі, що містить в собі виплавку її в сталеплавильному агрегаті, випуск в ківш та розкислення алюмінієм в дві стадії - на першій стадії 40...55% мас. алюмінію вводять до наповнення ковшу під час випуску металу, а на другій стадії 45...60% мас. алюмінію вводять у повний ківш у вигляді алюмінієвого блоку [Патент України №33807 А, Бюл. №1, 2001р]. При використанні цього способу дещо підвищується загальний рівень ступеня засвоєння алюмінію, але він теж має ряд суттєви х недоліків. Насамперед, цей спосіб не забезпечує необхідний рівень розкисленості металу перед введенням легуючих, що призводить до їх підвищених витрат та утворенню великої кількості неметалевих включень. Відсутність регламентації в введенні алюмінію на другій стадії не дозволяє стабільно получати заданий рівень алюмінію в готовому металі. Також при використанні цього способу не забезпечується модифікування неметалевих включень, що призводить до погіршення якості металу та підвищеному браку й не дозволяє застосовувати цей спосіб при виробництві відповідальних марок сталі. В основу заявленого винаходу поставлена задача удосконалити спосіб виробництва сталі шляхом зміни режиму розкислення металу алюмінієм, вводячи одну його частку до присадки легуючи х і випуску металу, а іншу вже в повний ківш з регламентованою масовою швидкістю надходження алюмінію в рідкий метал в одиницю часу. Рішення цієї задачі дає змогу підтримувати рідкий метал в розкисленому стані під час введення легуючих та випуску металу, запобігаючи надмірному вигару елементів, вторинному окисленню та утворенню надмірної кількості неметалевих включень, а також забезпечити рівномірний розподіл алюмінію по об'єму металу на кінцевій стадії легування та розкислення. Все це разом призведе до зниження витрат легуючи х, зменшенню вмісту неметалевих включень, покращенню якості та зниженню браку металу. Суть винаходу полягає в тому, що в способі виробництва сталі, що містить виплавку її в сталеплавильному агрегаті з введенням легуючих, випуск в ківш та розкислення алюмінієм в дві стадії - до наповнення ковшу рідкою сталлю і в повний ківш, на першій стадії 45...75% алюмінію присаджують в сталеплавильний агрегат перед випуском і введенням легуючих, а на другій стадії 25...55% алюмінію вводять у повний ківш у вигляді дроту, причому масова швидкість надходження алюмінію в рідкий метал становить 100...300г/с. На першій стадії алюміній може присаджуватися у вигляді фероалюмінію з вмістом металевого алюмінію 25...50% мас. або у шлаковій суміші з вмістом металевого алюмінію 15...45% мас. На другій стадії алюміній може вводитися у вигляді порошкового дроту із заповненням сумішшю металевих алюмінію та кальцію при наступному співвідношенні між інгредієнтами, мас, %: алюміній 57...72 кальцій 28...43. Загальними з прототипом суттєвими ознаками є: - виплавка сталі в сталеплавильному агрегаті з введенням легуючи х; - випуск рідкого металу в ківш; - розкислення алюмінієм в дві стадії - до наповнення ковшу рідкою сталлю і в повний ківш Відрізняючими від прототипу суттєвими ознаками є: - на першій стадії 45...75% мас. алюмінію присаджують в сталеплавильний агрегат перед випуском і введенням легуючи х; - на другій стадії 25...55% мас. алюмінію вводять у повний ківш у вигляді дроту; - на другій стадії масова швидкість надходження алюмінію в рідкий метал становить 100...300г/с. Додатковими суттєвими ознаками є: - на першій стадії алюміній присаджують у вигляді фероалюмінію з вмістом металевого алюмінію 25...50% мас. або у шлаковій суміші з вмістом металевого алюмінію 15...45% мас. - на другій стадії алюміній вводять у вигляді порошкового дроту із заповненням сумішшю металевих алюмінію та кальцію при наступному співвідношенні між інгредієнтами, мас, %: алюміній 57...72 кальцій 28...43. Наведені вище ознаки є необхідними й достатніми для всіх випадків, на які розповсюджується область застосування винаходу. Між суттєвими ознаками і технічним результатом - зниженням витрат легуючих, зменшенням вмісту неметалевих включень, покращенням якості та зниженням браку металу - існує причинно-наслідковий зв'язок, який пояснюється наступним чином. Введення 45...75% мас. алюмінію (від необхідної кількості для виробництва сталі) перед присадкою легуючих та випуском металу в ківш дозволяє суттєво знизити вміст кисню в рідкому металі та стабілізувати його на достатньо низькому рівні, що забезпечує високий ступінь засвоєння легуючи х елементів та перешкоджає вторинному окисленню металу під час випуску. Основна маса неметалевих включень, що утворилися під час розкислення на першій стадії, спливають під час випуску, а нові не встигають утворюватися за рахунок підтримання металу в розкисленому стані. Якщо кількість алюмінію, що вводиться на першій стадії буде меншою ніж 45% мас. від загальної кількості для виробництва сталі, то не забезпечуватиметься достатній рівень розкисленості металу. В разі ж коли кількість алюмінію, що вводиться на першій стадії буде більшою ніж 75% мас. від загальної кількості для виробництва сталі, не забезпечуватиметься необхідний вміст алюмінію в готовому металі з урахуванням його введення на другій стадії. Після наповнення ковша й передачі його на установку доводки на другій стадії розкислення 25...55% мас. алюмінію вводять у повний ківш у вигляді дроту для забезпечення необхідного вмісту алюмінію в готовому металі, причому масова швидкість надходження алюмінію в рідкий метал повинна становити 100...300г/с. В разі, коли не будуть витримуватися наведені параметри введення, алюмінію в локальному місці об'єму рідкого металу буде або недостатньо, або занадто, що призведе до перенасичення локального об'єму розплаву алюмінієм, він не буде встигати розчинятися й все це викличе підвищений вигар алюмінію та утворення додаткових неметалевих включень. На першій стадії алюміній може присаджуватися у вигляді фероалюмінію з вмістом металевого алюмінію 25...50% мас. або у шлаковій суміші з вмістом металевого алюмінію 15...45% мас. Вміст алюмінію у фероалюмінії обумовлений досяганням оптимальної щільності феросплаву (5,5...6,5г/см 3), при якій він одразу після присадки занурюється вглибину рідкого розплаву, де відбувається розчинення алюмінію з найбільшою ефективністю. Вміст алюмінію у шлаковій суміші обумовлений досягненням у суміші поверхневого натягу подібного до поверхневого натягу покровного шлаку (близько 1000ерг/см 2), що прискорить розчинення суміші в шлаку й перехід алюмінію в метал також з найбільшою ефективністю. На другій стадії алюміній може вводитися у вигляді порошкового дроту із заповненням сумішшю металевих алюмінію та кальцію при наступному співвідношенні між інгредієнтами, мас, %: алюміній 57...72 кальцій 28...43. Використання алюмінію в суміші з кальцієм у зазначеному співвідношенні дає змогу одночасно проводити процеси розкислення, легування сталі алюмінієм та модифікування неметалевих включень кальцієм, підвищивши таким чином ефективність використання алюмінію та кальцію, покращити якість сталі й знизити брак металу. По мірі входженні дроту зі вказаним співвідношенням між алюмінієм та кальцієм в рідку сталь в середині дроту утворюється міцна сполука алюмінію з кальцієм, внаслідок чого знижується активність та пружність пари кальцію й підвищується температура його випаровування з розплаву. Після розплавлення сталевої оболонки в об'єм металу вивільняється рідкий алюмокальцієвий сплав, кальцій та алюміній розчиняються в рідкому металі, забезпечуючи повну модифікацію неметалевих включень та необхідний вміст алюмінію в сталі. Відхилення в відношенні між вмістом алюмінію та кальцію в суміші викличе неузгодженість в процесах легування та модифікування металу й призведе з одного боку до того, що не буде відбува тися легування металу алюмінієм, а з іншого боку не буде відбуватися повне модифікування всіх неметалевих включень, бо при необхідному вмісту алюмінию, кальцію в металі буде недостатньо. Таким чином, щоб знизити витрати легуючи х, зменшити вміст неметалевих включень, покращити якість та знизити брак металу, необхідно здійснювати виплавку сталі в сталеплавильному агрегаті з введенням легуючи х, вип ускати її в ківш та розкисляти алюмінієм в дві стадії - до наповнення ковша рідкою сталлю перед введенням легуючих і випуском металу і в повний ківш у вигляді дроту з наведеними параметрами введення та регламентованою масовою швидкістю надходження алюмінію на другій стадії в рідкий метал в одиницю часу. На одному з металургійних підприємств в сталеплавильному цеху (СПЦ) проведено випробування запропонованого способу. В дуговій електропечі виплавляють сталь 20ГЛ, перед введенням легуючих відбирають пробу металу для визначення вмісту алюмінію, кремнію та марганцю, потім вводять 60кг фероалюмінію (30% Аl), витрати алюмінію складають 0,6кг/т (62,5% від необхідної кількості для виробництва сталі). Через деякий час вводять легуючі - 200кг феросиліцію (45%Si) та 500кг феромарганцю (70% Μn), випускають рідку сталь в 30-тонний ківш, після наповнення ковшу відбирають ще одну пробу металу для визначення вмісту алюмінію, а також кремнію та марганцю та передають ківш на постановочне місце трайбапарату для введення дроту. На цьому місці дріт діаметром 13мм із заповненням сумішшю металевих алюмінію та кальцію (алюміній 108г/м, кальцій 48г/м, співвідношення між алюмінієм та кальцієм, мас% 69,3:30,7) за допомогою трайбапарату вводять в ківш з рідкою сталлю. Проведено 10 плавок сталі 20ГЛ з використанням заявляємої технології. Вміст алюмінію перед введенням легуючих у всі х випадках становив 0,001%, кремнію - 0,01%, марганцю - 0,15%. Після наповнення ковшу у всі х випадках вміст алюмінію становив 0,016% (в рідкому металі вміст алюмінію повинен становити 0,035...0,045%), кремнію 0,28%, марганцю 1,30%. Ступінь засвоєння алюмінію склав 25%, ступінь засвоєння кремнію склав 90%, витрати феросиліцію 6,67кг/т, ступінь засвоєння марганцю склав 90%, витрати феромарганцю 16,67кг/т. На другій стадії розкислення в повний ківш вводять 100м дроту, швидкість надходження дроту в розплав у всіх випадках складала 2,0м/с, масова швидкість надходження алюмінію в рідкий метал - 216г/с. На др угій стадії розкислення витрати алюмінію склали 0,36кг/т (37,5% від необхідної кількості для виробництва сталі), сумарні витрати алюмінію на виробництво сталі склали 0,96кг/т. Процес обробки сталі перебігав спокійно, без викидів та барботажу, дріт стабільно входив на необхідну глибину. В готовому металі вміст алюмінію становив 0,041% (розбіг значень - 0,038...0,043%), ступінь засвоєння алюмінію склав 70%, витрати дроту становили -1,11 кг/т, кількість неметалевих включень в сталі становила 0,02%, всі вони були повністю модифіковані, метал був розлитий без браку. В умовах цього ж підприємства проведені 10 плавок сталі 20ГЛ з використанням технології способупрототипу. В дуговій електропечі виплавляли сталь 20ГЛ, перед введенням легуючих відбирали пробу металу для визначення вмісту алюмінію, кремнію та марганцю, через деякий час вводять легуючі - 200кг феросиліцію (45% Si) та 500кг феромарганцю (70% Μn), випускають рідку сталь в 30-тонний ківш. Під час випуску на першій стадії розкислення 50% алюмінію (0,48кг/т) вводять до наповнення ковша. Після наповнення ковшу у всіх випадках вміст алюмінію становив 0,010% (в рідкому металі вміст алюмінію повинен становити 0,035...0,045%), кремнію 0,22%, марганцю 1,10%. Ступінь засвоєння алюмінію склав 15%. Ступінь засвоєння кремнію склав 70%, для досягнення такого ж вмісту кремнію, як і в заявленому способі витрати феросиліцію будуть складати 8,57кг/т (на 1,90кг/т більше). Ступінь засвоєння марганцю склав 72,8%, для досягнення такого ж вмісту марганцю, як і в заявленому способі витрати феромарганцю будуть складати 20,61кг/т (на 3,94кг/т більше). На другій стадії розкислення в повний ківш вводять 50% алюмінію (0,48 кг/т) у вигляді алюмінієвого блоку. В го товому металі вміст алюмінію становив 0,025% (розбіг значень -0,018...0,043%). Ступінь засвоєння алюмінію склав 41,7%, кількість неметалевих включень в сталі становила 0,045%, неметалеві включення були модифіковані не повністю, метал був розлитий з браком 5кг/т.