Спосіб зневуглецювання високолегованого розплаву

Спосіб зневуглецювання високолегованого розплаву, який включає продувку розплаву у три стадії на першій стадії киснем з захисним газом, на другій - аргонокисневою сумішкою з захисним Винахід відноситься до галузі виробництва низьковуглецевих, особливонизьковуглецевих нержавіючих, кислотостійких, жароміцних та тому подібних сталей і може бути використаний при їх виробництві дуплекс-процесом плавильний агрегат- газокисневий конвертер Відомий спосіб зневуглецювання високолегованого розплаву в умовах донної або придонної продувки металу газовою сумішкою, яка складається з аргону або іншого нейтрального газу та кисню (AC SU №379633, МКВ С 21С 5/52, 1971 р) Згідно відомому способу з початку продувки на протязі 0,6 - 0,9 и терміну вміст кисню в суміші послідовно знижується з 10 - 70% до нуля Цей спосіб виробництва низьковуглецевої сталі вимагає або невисоких вихідних концентрацій вуглецю, що знижує технологічні можливості процесу, або значних витрат дорогокоштовного аргону в початковий період продувки для захисту вогнетривкої футерівки реактора від надмірного руйнування Останнє є не тільки не потрібним для умов зневуглецювання розплаву в цей період, але й приводить до збільшення тривалості окислювального періоду плавки В результаті сталь, яку отримано відомим способом має високу собівартість за рахунок підвищених витрат аргону та низької СТІЙКОСТІ вогнетривкої футеровки (35 - 40 плавок) При цьому, за рахунок тривалого окислювального періоду плавки знижується продуктивність газом до досягнення вмісту аргону в дутті 55 - 65% та вуглецю в розплаві 0,09 - 0,11%, на третій аргонокисневою сумішкою до кінцевого вмісту вуглецю в розплаві, який відрізняється тим, що на першій стадії продувку ведуть до досягнення вмісту вуглецю в розплаві 0,30 - 0,35%, а другу стадію проводять, починаючи з вмісту вуглецю в розплаві 0,30 - 0,35% і до досягнення його вмісту в розплаві 0,17 - 0,19%, з вмістом аргону в дутті 10%, після цього вміст аргону в дутті підвищують у ВІДПОВІДНОСТІ з режимом другої стадії процесу Найбільш близьким по технічній суті та досягаемому результату є спосіб зневуглецювання високолегованого розплаву згідно з AC SU №786340 від 11 05 75р МКВ С 21С 5/28, який узято в якості прототипу У відомому способі зниження собівартості сталі за рахунок підвищення СТІЙКОСТІ футеровки та зменьшення витрат аргону досягається шляхом проведення процесу зневуглецювання високолегованого розплаву в газокисневому реакторі з використанням аргонокисневої суміші з захисним газом втри стадії На першій стадії процесу зневуглецювання від початкових концентрацій і до вмісту вуглецю в розплаві 0,20 - 0,25% продувку ведуть з захисним газом (природним) По мірі подальшого зневуглецювання, на другій стадії, в залежності від ХІМІЧНОГО складу та температури розплаву кисень частково замінюється аргоном і продувка проводиться аргонокисневою сумішкою з захисним газом до досягнення вмісту аргону в дутті 55 - 65% та вуглецю в розплаві 0,09 - 0,11% На третій стадії продувку ведуть аргонокисневою сумішкою до кінцевого вмісту вуглецю в розплаві При цьому продувка високолегованої ванни киснем з захисним газом (природним) на першій стадії окислювального періоду, а газовими сумішками з аргоном на його заключних стадіях, о ю 00 48509 дозволяє знизити витрати дорогокоштовного аргону на 50% та надійно захистити футеровку від руйнування СТІЙКІСТЬ футеровки збільшується до 100 плавок За рахунок сприятливих термодинамічних умов зневуглецювання розплаву проходить зі значною швидкістю, що забезпечує високу продуктивність процесу Однак швидкість окислення вуглецю на першій стадії продувки нерівномірна При досягненні вмісту вуглецю в розплаві 0,35-0,30% відбувається зниження швидкості окислення вуглецю, тобто зменшується утворення СО, яке забезпечує ефективний масопереніс в металевій ванні здійснюючи роботу перемішування Створюються умови для загасання процесу зневуглецювання - чим менше утворюється СО, тим гірше процес масопереносу, атому ще менше утворюється СО, тобто збільшується швидкість загасання процесу Погіршуються умови використання кисню дуття на окислення вуглецю Збільшується та частина підведеного в розплав кисню яка витрачається на окислення хрому, причому, чим більша швидкість загасання, тим більше швидкість окислення хрому Таким чином, основним недоліком відомого способу є підвищений угар хрому, що, в свою чергу, значно знижує ефективність зневуглецювання високолегованого розчину В основу винаходу поставлено задачу в способі зневуглецювання високолегованого розплаву шляхом інтенсифікації масообмінних процесів у розплаві знизити угар хрому і тим самим підвищити ефективність зневуглецювання високолегованого розплаву Поставлена задача вирішується тим, що в способі зневуглецювання високолегованого розплаву, який вміщує продувку розплаву у три стадії на першій стадії - киснем з захисним газом, на другій - аргонокисневою сумішкою з захисним газом до отримання вмісту аргону в дутті 55-65% та вуглецю 0,09-0,11%, на третій - аргонокисневою сумішкою до кінцевого вмісту вуглецю в розплаві, згідно винаходу на першій стадії продувку ведуть до досягнення вмісту вуглецю в розплаві 0,300,35%, а другу стадію починають з вмісту вуглецю в розплаві 0,30-0,35% і до досягнення його вмісту в розплаві 0,17-0,19% проводять з вмістом аргону в дутті 10%, після чого вміст аргону в дутті збільшується у ВІДПОВІДНОСТІ з режимами другої Необхідність в активізації процесу масообміну в металевій ванні настає на першій стадії при ВМІСТІ вуглецю в розплаві 0,30-0,35% Для поліпшення масообмінних процесів у розчину та підтримки динаміки зневуглецювання на постійному рівні необхідно забезпечити активне перемішування металевої ванни для підтримки швидкості окислення вуглецю на рівні, який би гарантував мінімальну швидкість окислення хрому Для цього на другій стадії, при ВМІСТІ вуглецю в розплаві 0,30 - 0,35% в кисневе дуття додають аргон відразу в КІЛЬКОСТІ 10% В загальному виді енергія, яка передається газом рідині, може бути представлена виразом N = N1+N2+N3+N4 де, N-i, N2, N3, N4 - питомі потужності перемішування за рахунок таких факторів, ВІДПОВІДНО Ni розширення пузирків внаслідок зменшення статичного тиску при спливанні, N2 - виштовхуюча (архімедова) сила, N3 - зміна тиску нейтрального газу при витіканні його в метал, N4 - теплове розширення нейтрального газу на зрізі сопла Як свідчать розрахунки та подальші досліди, холодний нейтральний газ, який попадає в розчин в КІЛЬКОСТІ 10% (об'ємних), розширяючись та спливаючи, забезпечує необхідне та достатнє поліпшення масообмінних процесів При цьому, у порівнянні з прототипом різко поліпшується динаміка окислення вуглецю, розплав швидко досягає вмісту вуглецю 0,170,19% без збільшення угару хрому Кисень, який підводиться в розплав, активно бере участь в окисленні вуглецю, а КІЛЬКІСТЬ окисленного хрому, в порівнянні з прототипом, різко зменшується Таким чином, сукупність суттєвих ознак запропонованого винаходу дозволяє за рахунок інтенсифікації обмінних процесів, в порівнянні з прототипом, знизити угар хрому та поліпшити техніко-економічні показники процесу В результаті поширеного пошуку по патентній та науково-технічній літературі по ВІДПОВІДНИМ рубрікам МІЖ та УДК сукупність суттєвих ознак, які повністю або частково збігаються з заявленими та дозволяють вирішувати поставлену винахідницьку задачу, не було знайдено в жодному з технічних рішень Як висновок, запропонований винахід відповідає критерію "новизна" Із відомого рівня техніки сукупність ознак запропонованого технічного рішення з очевидністю не витікає Як висновок, запропонований винахід відповідає критерію "винахідницький рівень" Запропонований спосіб зневуглецювання високолегованого розплаву пройшов випробування в умовах наближених до промислових на 1,0 т конверторі ГКР (Акт додається) Передбачається його впровадження на декількох металургійних підприємствах України ВІДПОВІДНО, запропонований винахід відповідає критерію "промислова застосовність" Це підтверджується прикладом конкретної реалізації на 1,0т конвертері ГКР, який обладнано трьома донними дуттєвими пристроями Результати окислювального періоду проведених плавок зведено в таблиці 1 Витрати газів на всіх стадіях продувки складали 1 м3/г за хвилину 48509 Таблиця Результати окислювального періоду проведених плавок Характеристика сплаву після продувки О2+ %Аг [С]% в КІНЦІ 1 2 3 4 5 6 7 продувк и О2+СН4 % 0,21 0,39 0,35 0,31 0,31 0,32 0,28 Угар хрому на І стадії продувки ДСг, % Використання кисню на зневуглецюва ння, % Температура розплаву в 3,28 1,85 1,82 1,86 1,82 1,87 2,31 50,0 65,0 65,0 64,8 64,9 65,1 61,8 1760 1640 1680 1680 1670 1670 1705 КІНЦІ 1-ГО [С] % ДСг, % Використа ння О 2 на зневуглець овування Темпера тура ,°С Загальний угар хрому % — 0,18 0,18 0,17 0,21 0,15 0,18 — 0,23 0,24 0,25 0,23 0,41 0,22 — 68,0 68,0 68,5 68,1 63,7 67,9 — 1650 1680 1690 1670 1690 1715 3,28 2,08 2,06 2,11 2,05 2,28 2,53 перюду,°С Вихідний напівпродукт містить 18% хрому, 10% нікелю, 1,5% вуглецю при температурі 1570°С Аналіз результатів дозволяє зробити висновок, що проведення продувки на першій стадії до досягнення вуглецю в розплаві 0,30 0,35 (пл №3-6) угар хрому складає 1,82-1,87% (в прототипі - 3,28%) Подальший перехід на другу стадію дещо збільшує цей показник до 2,052,28% (пл №3 - 6) Більш ранній перехід до другої стадії (пл №2) - при досягененні вуглецю в розплаві 0,39% не забезпечує необхідної температури розплаву для переходу до подальших стадій продувки, що вимагає підвищених витрат аргону для успішного завершення процесу ПІЗНІЙ перехід на другу стадію (пл №7) при досягнені вуглецю в розплаві 0,28%, приводить до різкого підвищення угару хрому - на першій стадії - 2,31%, та сумарний показник 2,55% При цьому температура розплаву в КІНЦІ першої стадії буде лишково висока, що погіршує умови експлуатації вогнетривкої футеровки Таким чином, сукупність суттєвих ознак запропонованого способу дозволяє в порівнянні з прототипом знизити на 30,5 - 37,5% (відносних) угар хрому і підвищити тим самим технікоекономічні показники процесу зневуглецювання високолегованого розплаву ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71