Спосіб рафінування металу

Изобретение относится к черной металлур гии, в частности к производству ста ли в кислородных конвертерах. Известен способ производства стали в кон верте ре [1] п утем продувки газообразным кислородом вы сокой чистоты (не менее 99,5%), позво ляющий избе жать поглоще ние металлом азота, со держащего ся в га зообразном кислороде. Недостатком данного способа является его дороговизна, т.к. в начальный период продувки (в области сверхкритического содержания углерода в металле), когда условия для насыще ния металла азотом отсутствуют, используется дорогостоящий га зообразный кислород высокой степени чистоты. Наиболее близким по технической сущности к достигаемому техническому результату к заявляемому реше нию является способ рафи нирования стали газообразным кислородом с переменным содержанием азота [2], выбранный в качестве прототипа. Способ заключается в том, что при рафинировании металла газообразным кислородом, содержащим азот в диапазоне (0,001–20%) продувку ведут так, что в области сверхкрити ческого содержания углерода в металле кислород содержит больше азота, а при снижении содержания углерода снижают содержание азота в га зообразном кислороде. Однако при использова нии газообразного кислорода пониженной чисто ты возрастает скорость адсорбции азота в металл, которая определяется, прежде всего, со держанием азота в газообразном кислороде. При постоянстве скорости десорбции азота из металла с пузырьками СО, зависящей от содержания углерода в металле, общая скорость удаления азота из металла, которая является результа том взаимодействия этих двух процессов (адсорбции и десорбции), снижается. Так как удаление азота из металла происходит преимущественно в начальный период продувки (в области сверхкритического содержания углерода в металле), основным недостатком данного способа является невозможность получения низкоазотистой стали при переработке чугуна с высоким содержанием азота. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа рафинирования стали газообразным кислородом с переменным содержанием азота [2] путем присадки в сталеплавильный агрегат в период продувки, соответствующий области свер хкрити ческого содержания углерода в металле, углеродсодержащего материала в количестве, обеспечивающем повыше ние скорости десорбции. Это позволит даже при переработке чугуна с высоким содержанием азота получить низкоазотистую сталь с одновременным снижением затрат на ее производство. Поставленная задача решается тем, что в способе рафи нирования металла газообразным кислородом, содержащим примесь в количестве, определяемом протеканием реакции обезуглероживания в расплаве согласно изобретению в период продувки, соответствующий области сверхкритического содержания углерода в металле, в расплав вводят углеродсодержащий мате риал, удельный расход которого определяют исходя из содержания углерода в чугуне [C]чуг. и углеродсодержащем материале [C] в соответствии с формулой: [(5,0 - 5,5) - [С]чуг . ]1000 Q= [С] , где величины [C]чуг и [C] выражены в %, а удельный расход углеродсодержащего материала – в кг/т металлошихты. Скорость удаления азота из металла во время продувки газообразным кислородом зависит от соотноше ния скоростей адсорбции и десорбции азота [3]. Скорость адсорбции азота в металле зависит, прежде всего, от концентрации азота в газообразном кислороде. Десорбция азота из металла происходит преимущественно путем его уда ления с пузырьками СО и определяется содержанием углерода в металле. Известно также [3], что уда ление азота из металла происхо дит в начальный период продувки в области свер хк рити ческого со держания углерода в металле, где равновесная концентрация в системе “Газообразный кислород – ме талл” ни же факти ческой концентрации азота в ме талле. По мере снижения содержания углерода в металле равновесная концентрация азота повышается и при некото ром крити ческом содержании углерода в металле она сравнивается с факти ческим содержанием азота в металле. При дальнейшей продувке содержание азота в ме талле определяется процессами поглощения азота из га зообразного кислорода и ли бо не изменяется (при использовании газообразного кислорода чистотой не менее 99,8%), либо возрастает (при использовании газообразного кислорода меньшей чистоты) [3]. При осуществлении присадки в конвертер углеродсодержаще го материала в начальный период продувки, соответствующий области сверхкритического содержания углерода, согласно заявляемому решению повышается содержание углерода в металле, при этом значительно возрастает количество пузырьков СО, образующи хся при окислении углерода металла, возрастает скорость десорбции азота из металла с пузырьками СО. Поэтому даже при использовании в начальный период продувки газообразного кислорода пониженной чистоты (т.е. при высокой скорости адсорбции азота металлом) скорость удаления азота из металла в данный период остается доста точно высокой, что позволяет перерабатывать чугун да же с высоким содержанием азота. Положительным побочным эффектом присадки углеродсодержащего мате риала согласно заявляемому решению является увеличение теплосодержания металла, что позволяет перерабаты вать большее количество металлолома. Для обеспечения ощути мого уве личения скорости десорбции азота из металла удельный расход присаживаемого углеродсодержащего мате риала должен нахо диться в определенных пределах. Исследования, проведенные на опытно-промышленных плавках, показали, что удельный расход углеродсодержащих материалов зави сит от содержания углерода в чугуне и самом углеродсодержащем материале и должен определяться следующим соотношением: [(5,0 - 5,5) - [С]чуг . ]1000 [С] Q= , где содержание углерода в чугуне [C]чуг. и углесодержащем материале [C] выражены в процента х, а удельный расход присаживаемого углеродсодержаще го материала Q – в кг/тон ну металлоши хты. Данные проведенных исследований приведены в таблице. При присадке углеродсодержащего материала в количествах, больших, чем в заявляемом соотношении, начинают появляться негативные последствия применяемой технологии (повыше ние содержания серы в металле и повышение температуры металла на повалке). Если удельный расход углеродсодержащего мате риала меньше указанного, то при использовании чугуна с высоким содержанием азота получение низкоазотистой стали затруднительно ввиду не достаточной скорости уда ления азота из металла в начальный период продувки. Пример. Сталь марки Зпс выплавляют в 160-тонном конвертере. В завалку используют 40 т усредненного металлолома и 120 т чугуна. Содержание азота в чугуне – 0,0124%, в углероде – 4,13%. До 7-й мин продувку ведут газообразным кислородом технологической чистоты (92%), после 7-й мин и до окончания продувку ве дут га зообразным кислородом технической чистоты 99,5%. На 5-й мин продувки в конвертер присаживают антрацит марки АС с содержанием углерода 75% в количестве 2 т. По заверше нии продувки отбирают пробу металла и подвергают ее анализу. Содержание в металле азота по результатам анализа составило 0,0070%, содержание серы – 0,039%. Данное техническое реше ние практически осуществимо и соответствует критерию "промышленная применимость", что подтверждается результатом опытных плавок (таблица) и приведенным примером. Содержание азота в металле на повалке в зависимости от удельного расхода присаживаемого углеродсодержащего материала* МаркаКоличество Марка Содерж ание Содерж ание в СтехиометрическийСодерж аниеСодерж ание стали случаев углеродсодержащего чугуне, % коэффициент углерода в азота в серы на материала углеродсодержащемуглерода азота металле на повалке, % материале, % повалке, % Зпс 3 5 6 5 3 Антрацит марки АС -“-“-“ * Чистота кислорода: 75 4,05 4,12 0,0115 0,0121 4,5 0,092 0,080 0,035 0,037 -“-“-“ 4,13 4,10 4,15 0,0125 0,0124 0,0112 5,0 5,5 6,0 0,068 0,061 0,071 0,038 0,040 0,045 до 7-й мин продувки – 92% после 7-й мин – 99,5%. Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03