Спосіб рафінування сталі

Реферат: Винахід належить до чорної металургії. Спосіб рафінування сталі включає подачу в сталерозливний ківш із сталеплавильного агрегату порції рідкого шлаку, потім додавання розкислювача і після витримки не менше 1 хвилини випуск металу, причому при наповненні ковша на 1/4-1/3 його висоти починають присадку порції твердої шлакоутворюючої суміші з вапна і плавикового шпату із співвідношенням компонентів СаО:CaF2=(3-4):1. Технічний результат: зменшення вмісту шкідливих домішок в сталі: сірки приблизно на 25 % та фосфору на 10 %, зниження внутрішніх і зовнішніх дефектів литої заготівки в 1,5 разу. UA 102945 C2 (12) UA 102945 C2 UA 102945 C2 5 10 15 20 25 Винахід може бути використаний в чорній металургії при виробництві конвертерної, електропічної і мартенівської сталі, а також сталі, що виплавляється методами спецелектрометалургії, з метою поліпшення якості металу шляхом рафінування від шкідливих домішок - фосфору і сірки. Відомий спосіб рафінування сталі шлаковими сумішами, що завантажуються на дно футерованого ковша, відповідно до якого, після приготування гомогенізованого шлаку через нього пропускали метал із сталеплавильного агрегату з метою рафінування від сірки [1]. Недоліками способу є: 1. Необхідність попередньої підготовки рідкого шлаку за рахунок тепла спеціальних домішок (наприклад, алюмінію і селітри), яка робиться в сталерозливному ковші перед випуском металу із сталеплавильного агрегату, що небезпечно, і пов'язано з втратами часу при позапічній обробці і розливанні сталі на машинах безперервного лиття заготівок (МБЛЗ). 2. Для вирішення екологічних питань, пов'язаних з димовиділенням і утворенням шкідливих газів в процесі приготування рідкого шлаку, потрібно створити ділянку для приготування шлаку, організація якої є досить складною в умовах діючого цеху, а також спеціальне очисне устаткування. 3. Нестабільність швидкості горіння суміші при утворенні рідкого шлаку, що призводить до інтенсивного виділення тепла, димових газів і локального зносу футерівки. Найбільш близьким рішенням до винаходу, що заявляется, по технічній суті є спосіб рафінування металу, що включає присаджування на днище сталерозливного ковша ефективного розкислювача та злив порції кінцевого шлаку із сталеплавильного агрегату в сталерозливний ківш перед випуском металу [2]. Недоліками відомого способу є: 1. Відновлення, разом з видаленням сірки, фосфору з шлакової фази в металеву в результаті алюмотермічної реакції 3(P 2 O5 )  10 Al  5( Al2 O3 )  6 P  H 30 35 40 45 50 55 60 , (1) що погіршує якість сталі [3]. 2. Присаджування матеріалів на днище ковша, що порушує вимоги техніки безпеки в частині необхідності подання під випуск плавки з агрегату "незабрудненого" ковша і створює небезпеку аварійної ситуації. 3. Крім того, організація приготування гомогенного рафінуючого шлаку шляхом розкислювання алюмінієм або матеріалами, що містять алюміній, призводить до оплавлення і додаткового зносу футерівки сталерозливного ковша [2] в результаті розвитку екзотермічних алюмотермічних процесів відновлення оксидів шлаку, що супроводжуються виділенням тепла у великій кількості. Дослідження в промислових умовах при виробництві сталі марок 3 сп, 09Г2С, 14Г2, 17Г1СУ та ін. показали, що розкислювання кінцевого конвертерного шлаку алюмінієм викликає протікання алюмотермічних реакцій відновлення марганцю і заліза з оксиду марганцю (МnО) і оксиду заліза (FeO), причому вміст оксиду марганцю (МnО) в шлаку знижується в 4,5, оксиду заліза (FeO) - в 6,5 разу, а вміст оксиду алюмінію (Аl2О3) зростає в 20 разів. При цьому застосування алюмінію для розкислювання шлаку з витратою до 1 кг/т сталі забезпечує збільшення виходу рідкого металу на 0,23 %, у тому числі за рахунок відновлення заліза на 0,18 %, і марганцю - на 0,05 %. Одночасно розвивається процес рефосфорації в результаті алюмотермічного відновлення фосфору з оксиду фосфору. Вміст фосфору в конвертерній сталі при цьому збільшується на 0,002-0,004 %, причому зростання температури сприяє збільшенню рефосфорації. Задача винаходу - поліпшення рафінування сталі, попередження переходу фосфору з шлакової фази в метал при збереженні ступеня рафінування металу, з одночасним зниженням руйнівної дії на футерівку сталерозливного ковша і усунення порушення вимог техніки безпеки внаслідок подання "незабруднених" ковшів під випуск плавки. Вказана задача вирішується тим, що у відомому способі рафінування металу кінцевим шлаком, що включає введення на дно ковша розкислювача (алюмінію) і злив металу, згідно з винаходом, спочатку із сталеплавильного агрегату в сталерозливний ківш зливають порцію рідкого шлаку, потім досаджують розкислювач і, після витримки не менш 1 хвилини, починають випуск металу, причому при наповненні ковша на 1/4-1/3 його висоти починають присадку порції твердої шлакоутворюючої суміші з вапна і плавикового шпату із співвідношенням компонентів Cao:CaF2=(34):1. При цьому алюмотермічні процеси відновлення металів з оксидів шлаку, що протікають екзотермічно, підіймають температуру розплаву до 2000-2200 °C і призводять до оплавлення і руйнування вогнетривкої футерівки сталерозливних ковшів. За наявності на дні ковша рідкого 1 UA 102945 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 кінцевого сталеплавильного шлаку тепловий удар екзотермічних реакцій, що утворюється в результаті алюмотермічного відновлення оксидів, гаситься шаром шлаку на днищі ковша. Стійкість вогнетривкої футерівки сталерозливного ковша при цьому зростає приблизно на порядок. Присадка в сталерозливний ківш твердої шлакоутворюючої суміші з вапна і плавикового шпату сприяє охолодженню металу, що випускається із сталеплавильного агрегату, і порції кінцевого шлаку на днищі ковша. Гомогенний шлак, що сформувався в ковші, з підвищеним вмістом (СаО) є рафінувальним і при проходженні через нього струменю металу за рахунок збільшення реакційної поверхні в результаті взаємного емульгування металевої і шлакової фаз сприяє зміщенню процесу дефосфорації металу у напрямку зниження концентрації фосфору в металі. Результати розрахунків фосфатної і сульфідної ємності рафінувального шлаку, що сформувався, підтверджують можливість збільшення міри рафінування сталі по вмісту фосфору і сірки до 20-40 мас. % кожного елемента. Застосування запропонованого технологічного прийому рафінування сталі, окрім можливості поліпшення якості металу в результаті зменшення вмісту шкідливих домішок - сірки і фосфору, дозволить збільшити стійкість і термін експлуатації вогнетривкої футерівки сталерозливних ковшів в результаті зниження інтенсивності теплової дії алюмотермічних реакцій відновлення оксидів шлаку, а також зменшити витрату феросплавів і легуючих матеріалів при виробництві сталі за рахунок додаткової розкислюючої дії гомогенного рафінувального шлаку. Варіанти використання пропонованої технології і досягнення поставленої задачі були реалізовані в умовах киснево-конвертерного цеху з великовантажними конвертерами, великовантажними сталерозливними ковшами, пристроями позапічної обробки металу, МБЛЗ. Приклад. При виплавці сталі 3 сп в конвертері місткістю 350 т здійснювали продування 3 металу технічно чистим киснем з витратою 800-1200 м / хв. через 5-соплову фурму з водяним охолодженням. Як шихтові матеріали використовували металевий лом і рідкий передільний чавун, як матеріали, що флюсують, - вапно і плавиковий шпат. Завантаження і присадка матеріалів в конвертер, а також дуттєвий і шлаковий режими конвертерної плавки, здійснювалися в порядку, передбаченому діючою технологічною інструкцією. Після закінчення продування на повалці конвертера відбирали проби металу і здійснювали вимір його температури. Потім, не чекаючи результатів аналізу проб металу, нахилом конвертера через льотку наливали в заздалегідь підготовлений під випуск сталерозливний ківш порцію кінцевого конвертерного шлаку в кількості 3-7 т. Після підйому конвертера у вертикальне положення в ківш досаджували вторинний алюміній АВ 87 в кількості 150 кг. Після закінчення витримки кінцевого шлаку в ковші протягом 2 хвилин, під час якої відбувалося алюмотермічне відновлення металів з їх оксидів, змінюючи хімічний склад шлаку у напрямку додання рафінуючих властивостей, починали випуск низьковуглецевого напівпродукту з конвертера в сталерозливний ківш. Після наповнення ковша металом на 1/4-1/3 висоти з витратних бункерів за допомогою системи механізованого подання сипких матеріалів досаджували тверду шлакоутворюючу суміш з вапна СаО і плавикового шпату CaF2, приготовлену у відділенні підготовки сипких матеріалів та феросплавів в співвідношенні компонентів (34):1. Після цього в метал досаджували феросплави, що містять Si і Мn, і розкислювач (Аl) в порядку і кількості, передбачених діючою технологією. Після закінчення випуску сталі з конвертера сталерозливний ківш передавали на пристрій доведення металу, де робили передбачені технологією операції по позапічній обробці сталі продуванням аргону і коригування хімічного складу сталі по вмісту Si, Mn, Al, С, і далі - на МБЛЗ. Провішування і дозування досаджуваних в сталерозливний ківш сипких матеріалів здійснювали за допомогою бункерних вагів - дозаторів системи механізованої подачі матеріалів в ківш, чим забезпечували досить точне визначення маси досаджуваного матеріалу. За запропонованою технологією здійснили 26 плавок вуглецевої (3 сп) і низьколегованої (09Г2С) сталі. Весь метал відвантажений за призначенням. Результати досліджених і порівняльних плавок приведені в таблиці. З матеріалів, наведених в таблиці, витікає, що запропонований спосіб рафінування металу дозволяє поліпшити рафінування вуглецевої і низьколегованої сталі від шкідливих домішок, підвищує стійкість вогнетривкої футерівки сталерозливного ковша і покращує якість металопродукції. 60 2 UA 102945 C2 Таблиця Результати досліджених плавок за пропонованою технологією в зіставленні з порівняльними плавками за звичайною технологією Одержані результати Одиниця № п/п Найменування показника вимірювання Порівняльні плавки Дослідні плавки 1 2 3 4 5 1 Кількість плавок Шт. 26 26 Середня стійкість футерівки 2 Плавок 10 14 сталерозливного ковша 3 Вміст шлаку: % 0,8-1,5 23,1-41,8 (Аl2Оз) 15-19 2-7 (FeO) 0,90-1,15 0,24-0,61 (Р2О5) 5,1-9,8 2,9-6,1 (МnО) 0,13-0,20 0,16-0,22 (S) 4 Вміст сірки в сталі % 0,026 0,019 5 Вміст фосфору в сталі % 0,024 0,022 Відсортування прокату по 6 внутрішніх і поверхневих % 1,1 0,7 дефектах 5 10 Джерела інформації: 1. Крупман Л.И., Сочнев А.Е., Деточка В.И. и др. Рафинирование стали в ковше самоплавкими шлаковыми смесями. В кн.: Современные проблемы качества стали. М., Металлургия, 1970.- С.244-246. 2. Авторское свидетельство СССР № 954438. Способ рафинирования металла. Опубл. 30.08.82. Бюл. № 32. 3. Мельник С.Г., Носоченко О.В., Харахулах B.C. и др. Внепечная обработка конвертерной стали. - Сталь, 1993. - № 7. - С. 22-26. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 Спосіб рафінування сталі, який включає подачу в сталерозливний ківш розкислювача, шлаку і металу, який відрізняється тим, що із сталеплавильного агрегату в сталерозливний ківш зливають порцію рідкого шлаку, потім досаджують розкислювач і після витримки не менше 1 хвилини починають випуск металу, причому при наповненні ковша на 1/4-1/3 його висоти починають присадку порції твердої шлакоутворюючої суміші з вапна і плавикового шпату із співвідношенням компонентів СаО:CaF2=(3-4):1. 20 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3