Спосіб одержання нержавіючої сталі

1. Спосіб одержання нержавіючої сталі, що включає виплавку попередньо легованого хромом високовуглецевого розплаву (напівпродукту) в електросталеплавильному агрегаті, випуск напівпродукту в проміжний заливний ківш, заливку напівпродукту в конвертер газокисневого рафінування з донним дуттям, доведення остаточного вмісту хрому в розплаві до значення в готовій сталі шляхом уведення в розплав хромовмісного компонента, зневуглецювання напівпродукту в два періоди шляхом його продування киснем та/або газокисневими сумішами до досягнення в кінці кожного з U 2 (19) 1 3 Недоліком відомого способу є високі енергетичні витрати і низький ступінь крізного витягання хрому. У відомому способі одержання нержавіючої сталі як хромовмісного компонент при доведенні остаточного вмісту хрому в розплаві напівпродукту до значень відповідних готовій сталі, використовують вуглецевий ферохром, який має високу температуру плавлення. При уведені ферохрому в розплав різко знижується температура розплаву. Це приводить до порушення теплового балансу системи метал - шлак і погіршенню термодинамічних і кінетичних умов окислення вуглецю. Процес окислення вуглецю в напівпродукті сповільнюється і відповідно зростає інтенсивність окислення хрому в розплаві. Це, у свою чергу, приводить до формування гетерогенного в'язкого шлаку, що має високу температуру плавлення і в'язкість. При цьому із напівпродукту в шлак переходить до 3-3,5% хрому, а вміст оксидів хрому в шлаку складає до 30%. Відновлення хрому із шлаку потребує значних теплових витрат і використання додаткової кількості розкислювачів для відновлення хрому на наступних операціях плавки, що приводить до збільшення енергетичних витрат на виробництво кінцевого продукту. Крім того, при тепловому балансі, що установився, системи метал-шлак в конвертері для забезпечення оптимальних умов окислення вуглецю в напівпродукті потрібна підвищена витрата кисню, що також веде до підвищених енергетичних витрат. Крім того, використання як хромовмісного компонента вуглецевого ферохрому підвищує вміст вуглецю в розплаві і збільшує час і кількість використовуваного кисню. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу одержання нержавіючої сталі шляхом використання нових компонентів і здійснення нових технологічних режимів проведення процесу зневуглецювання напівпродукту, які сприяють оптимізації теплового балансу і кінетики окислювально-відновних процесів в розплаві, що забезпечує зниження енергетичних витрат на одержання готового продукту та підвищення ступеню крізного витягання хрому. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі, що включає виплавку попередньо легованого хромом високо вуглецевого розплаву (напівпродукту) в електросталеплавильному агрегаті, випуск напівпродукту в проміжний заливний ківш, заливку напівпродукту в конвертер газокисневого рафінування (ГКР) з донним дуттям, доведення остаточного вмісту хрому в розплаві до значення в готовій сталі шляхом уведення в розплав хромовмісного компонента, зневуглецювання напівпродукту в два періоди шляхом його продування киснем та/або газокисневими сумішами до досягнення в кінці кожного з періодів певного вмісту вуглецю, при якому по ходу продування регулюють питому витрату кисню і газокисневої суміші і тривалість дуття, наступне уведення в розплав розкислювачів при одночасному продуванні його інертним газом, новим згідно з технічним рішення, є те, що продування розплаву киснем в першому періоді зневуглецювання проводять в три етапи, перший з яких здійснюють до уведення хромовмісних 49559 4 окисних матеріалів в напівпродукт при питомій витраті кисню 0,8-1,1м3/т хв. протягом 3-5 хвилин, а другий етап проводять після уведення хромвмісних окисних матеріалів при питомій витраті кисню 3 рівному 0,7-0,75м /т хв. протягом 5-7 хвилин., а третій етап проводять при питомій витраті кисню рівному 0,8-1,1м3/т хв. протягом 10-15 хвилин, при цьому як хромовмісний компонент в процесі доведення сталі до марочного складу використовують хромовмісні окисні матеріали. Новим є також те, що як хромовмісні окисні матеріали використовують хромисту руду або хромовмісні відходи феросплавного і сталеплавильного виробництв. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак і технічним результатом, що досягається, полягає в наступному. При використанні хромовмісних окисних матеріалів як компонент для делегування напівпродукту хромом до вмісту в готовій сталі завдяки високому вмісту вуглецю в розплаві (0,8-1,5%) створюються сприятливі термодинамічні умови для ефективного відновлення оксидів хрому при температурі процесу 1600-1680 С. Позитивний тепловий баланс в системі метал-шлак в конвертері ГКР забезпечується за рахунок екзотермічної реакції взаємодії магнезійної складової окисних матеріалів (вміст MgO наприклад, в хромистій руді складає до 20%) і оксиду кремнію шлакової фази. Тепло, що виділяється, сприяє додатковому нагріву системи метал-шлак, що забезпечує формування гомогенного рідкорухомого шлаку. У такому шлаку пригнічуються процеси активного переходу хрому з металевої фази в шлакову фазу; відповідно, зменшується ступінь окислення хрому, а також знижується витрата кисню при зневуглецюванні напівпродукту, зменшуються тривалість процесу відновлення хрому з шлакової фази на наступних періодах обробки напівпродукту, витрата аргону і дорогих розкислювачів. Все це забезпечує зниження енергетичних витрат на виробництво готової продукції. На першому етапі зневуглецювання за рахунок більш низького вмісту хрому і більш високої температури розплаву (через відсутність добавок ферохрому) розплав нагрівається до температури 1650 С. Після уведення хромистої руди знижується витрата кисню, при цьому температура розплаву не знижується за рахунок екзотермічної реакції з оксидами кремнію шлакової фази і використання додаткового кисню оксидів хрому і заліза хромистої руди. Потім через 5-7 хвилин розплав нагрівається до 1650 С і при цій температурі при утворених термодинамічних умовах відбувається окислення вуглецю, а не хрому, що сприяє підвищенню ступеня крізного витягання хрому в розплав. Крім того, проведення процесу продування розплаву в першому окислювальному періоді в три етапи дозволяє диференційовано скорегувати оптимальну витрату кисню залежно від термодинамічних і фізико-хімічних параметрів розплаву (температури, основності шлаку, хімічного складу стали та інших). Спосіб одержання нержавіючої сталі здійснюється таким чином. 5 49559 Проводять виплавку попередньо легованого хромом розплаву (напівпродукту) розплавленням в дуговій електричній печі відходів легованих сталей і сплавів, близьких по хімічному складу з маркою сталі, що виплавляється і вуглецевих сталей, а також легуючих добавок (сплави хрому, нікель і його сплави та інші). По закінченню процесу розплавлення шихти для усереднювання хімічного складу і досягнення необхідної температури проводять продування ванни киснем із загальною витратою 0,36м3/т сталі протягом 5-10 хвилин Далі для відновлення окисленого хрому зі шлакової фази вводять в розплав розкислювачі, наприклад, феросиліцій і вуглецевмісні алюмокремнієві розкислювачі. Після досягнення необхідної температури (1650-1670 С) і відповідного хімічного складу в Сr2О3 45,0 55,0 SiO2 н.б. 6,0 MgO 15,0 20,0 Кількість досаджуваної хромистої руди розраховують по відомих методиках залежно від початкового вмісту хрому в напівпродукті, ступеня окисленності металу, вмісту вуглецю і температури розплаву і остаточного вмісту хрому в готовій марки сталі. Другий етап першого періоду зневуглецювання проводять при зниженій витраті кисню, який складає 0,7-0,75м3/т хв. протягом 5-7 хвилин. Потім переходять до третього етапу зневуглецювання при питомій витраті кисню 0,8-1,1м3/т хв. протягом 10-15 хвилин до одержання вмісту вуглецю в напівпродукті в межах 0,19-0,22%. Після закінчення першого окислювального періоду здійснюють контроль хімічного складу напівпродукту. На другому періоді зневуглецювання продування напівпродукту здійснюють сумішшю кисню і інертного газу (аргону або азоту) при загальних витратах 0,64-1,1м3/т хв. Співвідношення кисню і інертного газу змінюють по ходу продування залежно від вмісту вуглецю в розплаві і розраховують за відомою методикою. Продування газокисневою сумішшю здійснюють до досягнення вмісту вуглецю в розплаві 0,01-0,09% (мас.). Потім приступають до відновлення хрому зі шлакової фази (відновний період) шляхом уведення в розплав суміші розкислювачів, наприклад феросиліцію, плавикового шпату і вапна. Одночасно розплав продувають інертним газом (аргоном або азотом) при загальних витратах 0,450,76м3/т хв. Час продування вибирають із розрахунку максимального ступеня витягання хрому зі шлакової фази. Далі проводять (у разі потреби) корегування хімічного складу готової сталі, а також температури розплаву. Готову сталь випускають в розливний ківш. Приклад. Нержавіючу сталь марки 03X18Н10 виплавляли дуплекс-процесом в 50-тонній відкритій дуговій печі з продуванням через фурми в 60-тонному конвертері газокисневого рафінування (ГКР). Для одержання напівпродукту в дугову піч завантажували шихту, що складається з 70% відходів нер 6 напівпродукті (вміст хрому на 2-3% нижче за нижню межу ніж в готовій сталі, а вуглецю 0,8-1,5%, при цьому, вміст хрому і вуглецю в напівпродукті залежить від марки сталі, що виплавляється), напівпродукт виливають в переливний ківш, з якого основна частина шлаку віддаляється, а потім його разом із залишками шлаку заливають в конвертер ГКР з донним дуттям для одержання готової сталі. Після цього переходять до першого періоду зневуглецювання напівпродукту в конвертері ГКР, на першому етапі якого здійснюють продування киснем протягом 3-5 хвилин при загальній витраті кисню 0,8-1,1м3/т хв. Далі для доведення остаточного вмісту хрому в розплаві до значень потрібних в готовій сталі в напівпродукт вводять хромовмісний легуючий компонент, наприклад хромисту руду такого хімічного складу % мас.: Аl2О3 10,0 15,0 Fе2О3 12,0 15,0 жавіючої сталі, 8% відходів вуглецевої сталі, 10% вуглецевого ферохрому, решта - нелеговані металеві відходи. Загальна вага садіння склала 55т. Після плавлення метал продували киснем при витраті 0,38м3/т мин., тривалість продування склала 10хв. У рідкий розплав уводили розкислювач 45% феросиліцій у кількості 1,3т. Перед випуском з печі напівпродукт містив, % (мас.): С - 1,2; Cr 16,0; Ni - 10,0; Si - 0,25; S - 0,040; P - 0,035; Fe решта. Температура розплаву 1650 С, вміст Сr2О3 в шлаку 6,5%. Далі напівпродукт зливали в переливний ківш, з якого заливали в конвертер газокисневого рафінування (ГКР) для зневуглецювання розплаву і одержання готової сталі. Температура після заливки в конвертер складала 1550 С. На першому періоді зневуглецювання здійснювали продування киснем при витраті 0,8м3/г хв. протягом 5хв. Потім в розплав уводили в хромисту руду в кількості 3,5т. Хімічний склад руди такий, % (мас.): Сr2О3 - 50,0; SiO2 - 5,0; MgO - 20,0; Аl2О3 13,0; Fе2O3 - 14,0. Одночасно продували розплав киснем при витраті 0,7м3/т хв. протягом 5 хвилин. Потім при витраті кисню 0,85м/т хв. розплав продували протягом 15 хвилин. Тривалість першого окислювального періоду склала 20 хвилин. Вміст вуглецю в розплаві складав 0,20%. У другому періоді окислювального рафінування продування здійснювали сумішшю кисню і аргону з загальною витратою 0,70м3/т хв. Співвідношення кисню і аргону змінювали по ходу продування за програмою від O2:Аr=3:1 до O2:Аr=1:10. Вміст вуглецю в кінці другого періоду складав 0,015%. Тривалість другого періоду 24 хвилин. У третьому періоді рафінування (відновному) розплав продували аргоном з загальною витратою 0,64м3/т хв. Через 3 хвилини після початку відновного періоду в конвертер досаджали 2,8 тонни феросиліцію (ФС65). Одержана нержавіюча сталь наступного хімічного складу, % (мас.): С - 0,025; Cr - 18,2; Ni 10,05; Si - 0,45; S - 0,020; P - 0,035; Fe - решта. 7 49559 Було виконано чотири плавки різних марок нержавіючої сталі з різним вмістом хрому і вуглецю, наприклад - 03Х18Н10, 03Х17Н13М2, 08Х18Н10Т, 08Х17Н13М2Т, а також нержавіючої сталі 03Х18Н10 за відомим способом що обрано за прототип. 8 Технологічні режими проведення першого окислювального періоду, а саме витрата кисню, витрата хромистої руди і відповідні технікоекономічні показники (енергетичні витрати, витрата розкислювачів і крізне витягання хрому) надані в таблиці: Таблиця № п/п 1 2 3 4 5 Марка сталі 03Х18Н10 03Х17Н13М2 08Х18Н10Т 08Х17Н13М2 Т 03Х18Н10 за прототипом Хім. склад напів- Питома ви- Витрата Витрата роз- Енергетичні Крізне витяпродукту % трата кисню хромистої кислювача витрати (в гання хрому (мас.) (І період) руди (ФС65), Ill- умовних оди% м3/т хв. т період кг/т ницях)* С Cr 1,3 16,0 23 3,5 89 50,5 0,95 1,2 15,3 21 3,2 92 52,0 0,96 1,4 15,0 26 4,3 91 40,0 0,93 1,1 15,2 20 4,8 90 42,0 0,94 1,1 16,5 27 87 54,5 1* *- енергетичні витрати за прототипом умовно прийняті за одиницю. Як видно з таблиці енергетичні витрати при виробництві нержавіючої сталі способом, який заявляється (для всіх марок сталей, що виплавляються) складає 0,93-0,96 від витрат за прототипом. Якщо порівняти витрати на виплавку сталі 03Х18Н10, що одержана заявленим способом та способом - прототипом, то цей показник знижено на 5%, а ступінь засвоєння хрому збільшена на 2%. Таким чином, заявлений спосіб є економічно Комп’ютерна верстка А. Крижанівський вигідним і дозволяє заощадити витрату кисню і феросиліцію, а також замінити енергоємний матеріал - ферохром на низько енергоємні хромовмісні окисні матеріали. Виробництво нержавіючої сталі за технічним рішенням, що заявляється, здійснюють на стандартному обладнанні вітчизняного виробництва, при використанні відомих матеріалів, що підтверджує його промислову придатність. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601