Спосіб киснево-конверторної виплавки сталі

1. Спосіб киснево-конверторної виплавки сталі, що включає завантаження металобрухту в конвертер, заливання рідкого чавуну, порційне присаджування в конвертор з розплавом шлакоутворюючої суміші, продувку киснем, який 3 18163 4 сиди лужноземельних металів К2О+Nа2О і оксид завантаження металобрухту в конвертер, залиалюмінію АІ2О3 [патент РФ №2252265, 2005р.]. вання рідкого чавуна, порціонну присадку в конвеКрім того, суміш додатково містить оксиди магнію, ртер з розплавом шлакоутворюючої суміші і прозаліза, міді, титана, марганцю. Кількість компонендувку киснем, при цьому в конвертер подають тів у шлакоутворюючій суміші складає, мас. %: шлакоутворюючу суміш наступного складу, мас. %: алюміній 5-83; металевий алюміній Аlmet 8-18 оксид алюмінію 2,5-75; оксид кремнію SiO2 2-6 оксид кальцію 0,5-10; оксиди лужноземельних металів оксид магнію не більш 8; K2O+Na2O 1-3 оксид заліза не більш 15; оксид кальцію СаО 10-55 оксид міді не більш 2; оксид алюмінію АІ2О3 18-53, оксид титана не більш 7; у кількості 15-25кг/т сталі при вологості не оксид марганне більш 12 і оксиди натрію і більш 2%. цю калію 5-7. Включення до складу шлакоутворюючої рафіОсновним недоліком описаної суміші є велика нувальної суміші оксиду кальцію обумовлене тим, кількість компонентів, що обумовлює складність що оксид кальцію є активним компонентом, який готування такої суміші. Крім того, високий вміст вступає у взаємодію з розчиненої в металі сіркою, алюмінію в суміші може привести до виникнення тим самим сприяє очищенню розплаву заліза від вибухонебезпечної ситуації як при виготовленні небажаних і шкідливих домішок. Крім того, оксид суміші, так і в процесі її застосування. кальцію при виплавці високолегованих, вуглецеВідомий спосіб киснево-конвертерної плавки, вих і конструкційних сталей виконує роль модифіщо включає завантаження металобрухту в конверкатора, який сприяє кристалізації структурних тер, заливання рідкого чавуна, порціонну присадку складових у здрібненій формі, що поліпшує мехав конвертер з розплавом шлакоутворюючої суміші нічні властивості металу. У присутності алюмінію [патент РФ №2228366, 2004р.]. Крім того, спосіб оксид кальцію також сприяє зниженню вмісту невключає порціонне присаджування марганцевміметалічних включень у сталі, наприклад її десущуючих оксидних матеріалів і вуглецевмісних мальфурації. Зниження вмісту оксиду кальцію в сутеріалів. У якості шлакоутворюючого матеріалу міші нижче 10% недоцільно, оскільки при цьому не використовують свіжеобпалене вапно. У якості забезпечується заданий ступінь десульфурації. марганцевміщуючих оксидних матеріалів викорисПідвищення вмісту оксиду кальцію в суміші понад товують кускову руду, концентрат, агломерат пе55% також є недоцільним, оскільки приведе до реважно фракційної сполуки 20-50мм, а в якості підвищення температури плавлення шлаку, що вуглецевмісних матеріалів застосовують кокс, вуутворюється, і зниженню його здатності до очигілля, карбід кремнію, карбід кальцію або їх сполущення розплаву заліза від небажаних і шкідливих чення. домішок. Включення оксиду кальцію (вапна) доНедоліком описаного способу є використання зволяє забезпечити десульфурацію, тобто видавеликої кількості різних компонентів, велика вилення сірки з розплаву заліза. При цьому сіра міцтрата марганцевих феросплавів на виробництво но зв'язується в сульфід кальцію CaS і переходить сталі, а також недостатній ступінь десульфурації у шлак. Такий склад суміші дозволяє забезпечити сталі, що у свою чергу не дозволяє одержати готопідвищення активності оксиду кальцію, що сприяє вий продукт високої якості. поліпшенню якісних характеристик металу за раНайбільш близьким аналогом корисної моделі, хунок більш ефективного очищення його розплаву що заявляється, є шлакоутворююча рафінувальна від шкідливих домішок і неметалічних включень. суміш, що включає металевий алюміній Аlmet оксид Металевий алюміній являє собою власне алюмінію АІ2О3, оксид кремнію Sі2 і оксиди лужноалюміній у технічно чистому виді. Алюміній розкиземельних металів K2O+Na2O [патент України слює рідкий розплав заліза, тобто видаляє кисень, №50557, 2002p.]. Крім того, суміш містить оксид а наявність оксиду алюмінію сприяє асиміляції магнію. Кількість компонентів у шлакоутворюючій неметалічних включень, що у свою чергу сприяє рафінувальній суміші складає, мас. %: зниженню вмісту шкідливих домішок, наприклад алюміній Almet 20-30 сірки, кисню в розплаві заліза. За рахунок вибору оксид алюмінію АІ2О3 25-45 різних співвідношень алюмінію та оксиду алюмінію оксид калію К2О 0,5 можна регулювати процес шлакоутворення. Зниоксид натрію Na2O 0,5 ження вмісту алюмінію в суміші нижче 8% недоціоксид кремнію і магнію решта. льно, оскільки приводить до зниження здатності При використанні цієї суміші не можливо досясуміші до очищення розплаву від небажаних або гти глибокого ступеня десульфурації розплаву шкідливих домішок. Крім того, при вмісті металезаліза і видалення інших неметалічних включень і вого алюмінію менш ніж 8% не досягається істотнебажаних домішок. ного прискорення шлакоутворення через недостаВ основу корисної моделі поставлена задача тнє надходження тепла реакції окислювання створення способу киснево-конвертерної виплавки алюмінію в зону активного шлакоутворення. Підсталі, у якому за рахунок застосування шлаковищення вмісту алюмінію в суміші понад 18% таутворюючої рафінувальної суміші удосконаленого кож є недоцільним, оскільки приводить до протіскладу буде забезпечене підвищення ефективноскання процесу шлакоутворення з піротехнічним ті виплавки киснево-конверторної сталі. ефектом, що у свою чергу приводить до зниження Поставлена задача вирішується тим, що спорафінувальної здатності суміші. При вмісті в суміші сіб киснево-конвертерної виплавки сталі включає оксиду алюмінію менш ніж 18% не забезпечується 5 18163 6 зниження в'язкості шлаку до значень, при яких ≤20,0мм ≤90 відбувається істотне прискорення шлакоутворен>20,0мм решта. ня. При вмісті в суміші оксиду алюмінію понад 53% Такий фракційний склад компонентів суміші є відбувається збільшення в'язкості шлаку за рахуоптимальним з погляду фізико-хімічних закономірнок його насичення тугоплавким глиноземом ностей процесів їх засвоєння. Відхилення фрак(АІ2О3). Таким чином, включення до складу шлакоційного складу убік дрібнодисперсних часток неутворюючої рафінувальної суміші металевого доцільно, тому що вимагає додаткових витрат, але алюмінію Аlmet і оксиду алюмінію АІ2О3 дозволяє не дає помітного ефекту. Збільшення вмісту велизабезпечити прискорення процесу шлакоутворенкодисперсних часток приводить до збільшення ня, що у свою чергу дозволяє підвищити ефективчасу наведення шлаку, тобто також є невиправданість металургійних процесів і знизити виробничі ним. витрати. У цьому способі шлакоутворююча суміш заНаявність у суміші оксиду кремнію SiO2 у забезпечує ефективне формування технологічного значених межах сприятливо позначається на рашлаку на початку кисневої продувки металевої фінувальній здатності шлаку. Підвищення вмісту ванни, помітне зниження викидів і виносу шлакооксиду кремнію в суміші понад 6% приводить до металевої емульсії і зниження витрат на виробнизбільшення в'язкості шлаку і до зниження його рацтво сталі киснево-конвертерною плавкою при фінувальної здатності. значному підвищенні якісних характеристик метаДля підвищення рідкорухливості шлаку до лу. складу суміші введені легкоплавкі компоненти: Експериментальнo встановлено, що найбільш оксид натрію та оксид калію в кількості 1-3мас.%. оптимальний ефект при реалізації способу з викоЗниження вмісту в суміші оксидів натрію і калію ристанням зазначеної шлакоутворюючої суміші нижче 1% приводить до небажаного збільшення досягається при витраті суміші 15-25кг/т сталі. в'язкості шлаку, погіршенню умов плавлення суміПереважно, суміш готують попередньо шляші і підвищенню часу обробки розплаву заліза. хом гомогенізації кожного компонента за фракційВведення в суміш більш ніж 3% оксидів натрію і ним складом і перемішування компонентів між калію приводить до зниження температури розпсобою. За рахунок цього відбувається підвищення лаву в зоні реакції і зниженню ефективності його реактивної здатності шлакоутворюючої суміші в обробки шлакоутворюючою рафінувальною суміпроцесі нагрівання, розплавлювання і взаємодії шшю. компонентів суміші з металевим розплавом. Слід зазначити, що основний практичний Ефективність шлакоутворюючої суміші у проефект від використання шлакоутворюючої суміші цесі киснево-конверторної виплавки сталі ілюструтакого складу полягає в підвищенні технологічної ється наступними прикладами. цінності вапна, що входить до складу суміші, тобто Приклади 1-25. Позапічна обробка сталі на оксиду кальцію СаО, при десульфурації металу, установці «ківш-піч». що забезпечується високим розріджувальним Для визначення оптимального складу шлаковпливом на частки вапна оксиду алюмінію, а також утворюючої суміші було проведено серію експеоксидів натрію і калію. риментів у процесі позапічної обробки сталі на Для виключення виникнення пожежонебезпечустановці«ківш-піч». Вважається, що склад шланих ситуацій при виготовленні, збереженні і транскоутворюючої суміші, який виявився найбільш портуванні суміші необхідно, щоб її вологість не ефективним у цьому процесі, є універсальним і перевищувала 2%. Крім того, при вологості суміші буде оптимальним і ефективним також і у інших більш ніж 2% механічна міцність сформованих з металургійних процесах, що спрямовані на цільову неї брикетів зменшується і вони легко руйнуються нормалізацію складу металургійного продукту. в процесі збереження, транспортування та заванШлакоутворюючу суміш приготували шляхом таження. роздільного попереднього зневоднювання до воПереважним є підготовка компонентів суміші, логості нижче 2% (при необхідності) і здрібнюванпри якій кожен компонент має однорідний фракня металевого алюмінію Almet, оксиду кремнію ційний склад. Для цього компоненти суміші піддаSiO2, суміші оксидів лужноземельних металів ють попередньому здрібнюванню до одержання K2O+Na2O (1:1), оксиду кальцію СаО і оксиду алюосновної фракції розміром менш ніж 20мм, після мінію АІ2О3 до одержання такого фракційного чого компоненти дозують і перемішують між соскладу кожного компонента, у якому кількість часбою. Така підготовка шлакоутворюючої рафінуваток розміром менш ніж 20мм була не менш 90%. льної суміші дозволяє підвищити її реактивну здаПісля цього приготували шлакоутворюючу суміш тність у процесі нагрівання, розплавлювання і 25 різних складів, зазначених у Таблиці 1, кожну з взаємодії з розплавом заліза. Крім того, однорідякий розфасували в поліетиленові мішки, зручні ний фракційний склад компонентів і їх попереднє для завантаження в установку «ківш-піч». перемішування сприяє підвищенню активності як Сталь марки AISI8620 піддали позапічній декожного окремого її компонента, так і сумарної сульфурації в 130-тонному ковші на установці активності компонентів у порівнянні з показниками, «ківш-піч». Після випуску металу з електропечі що досягаються при роздільному використанні ківш установили на сталевіз і подали на установку компонентів шлакоутворюючої рафінувальної су«ківш-піч». На поверхню розплаву послідовно приміші. саджували розфасовану в поліетиленові мішки Переважним є виконання шлакоутворюючої шлакоутворюючу суміш, одночасно продували рафінувальної суміші з наступним фракційним метал аргоном через дві пористі пробки в днищі складом компонентів, %: ковша. На всіх плавках шлакоутворюючу суміш 7 18163 8 вводили в кількості (10±0,2)кг/т сталі. звичайними лабораторними методами. Отримані Наприкінці кожної плавки вимірювали ступінь результати приведені нижче в Таблиці 1. десульфурації мелалу і масову частку сірки в сталі Таблиця 1 Склад шлакоутворюючої рафінувальної суміші для позапічної обробки сталі в установці «ківш-піч» і показники десульфурації металу Приклад № 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. Масова частка компонентів шлакооб Металев. Аl2О3 K2O+Na2O алюміній 7,0 82,1 0,9 8,0 79,0 1,0 16,0 43,0 2,0 18,0 18,0 3,0 19,0 10,0 4,0 7,0 82,1 0,9 9,0 78,0 1,0 15,0 44,0 2,0 18,0 22,0 3,0 19,0 10,0 3,4 7,0 82,1 0,9 8,0 79,0 1,0 15,0 44,0 2,0 18,0 18,0 3,0 19,0 10,0 3,8 7,0 82,1 0,9 8,0 79,0 1,0 16,0 53,0 2,0 18,0 18,0 3,0 20,0 9,0 3,4 7,0 82,1 0,9 8,0 79,0 1,0 16,0 43,0 2,0 18,0 18,0 3,0 19,0 10,0 3,6 разующей суміші, % SiO2 1,0 2,0 4,0 6,0 7,0 1,0 2,0 4,0 6,0 6,8 1,0 2,0 4,0 6,0 7,0 1,0 2,0 4,0 6,0 6,6 1,6 2,0 4,0 6,0 6,3 Аналіз отриманих даних показує, що прийнятний ступінь десульфурації металу (не нижче 46,0%) при припустимій масовій частці сірки в металі після обробки (не більш 0,018%) був досягнутий в плавках 3, 4, 8, 9, 13, 14, 18, 19, 23 і 24, при яких застосовувалися шлакоутворюючі суміші, співвідношення компонентів у яких витримувалось в оптимальних межах. У плавках 1, 2, 5, 6, 7, 10, 11, 12, 15, 16, 17, 20, 21, 22 і 25 застосовувалися інші шлакоутворюючі суміші, співвідношення компонентів у яких виходило за оптимальні межі та у цих плавках спостерігалися як підвищений вміст сірки в металі, так і недостатня ступінь його десульфурації. Приклад 26. Киснево-конверторна виплавка сталі. Приготували шлакоутворюючу рафінувальну суміш, як описано в Прикладах 1 - 25 з наступним складом, мас. %: Оксид кальцію СаО 9,0 10,0 35,0 55,0 60,0 9,0 10,0 35,0 55,0 58,0 9,0 10,0 35,0 55,0 61,0 9,0 10,0 35,0 55,0 60,0 9,0 10,0 35,0 55,0 59,0 Ступінь десульфурації металу, % (чисельник) і масова частка сірки в сталі після її обробки, % 10,2/0,026 18,3/0,027 56,5/0,018 46,3/0,012 38,4/0,020 9,5/0,028 20,2/0,025 51,8/0,015 58,6/0,010 43,4/0,027 8,7/0,029 14,3/0,028 57,8/0,011 61,3/0,010 43,3/0,026 9,8/0,027 21,5/0,024 55,2/0,018 58,4/0,014 35,6/0,020 11,6/0,030 18,4/0,026 50,6/0,014 56,4/0,012 45,7/0,018 металевий алюміній Аlmet 14 оксид кремнію SiO2 4 оксиди лужноземельних металів K2O+Na2O 2 оксид кальцію СаО 35 оксид алюмінію АІ2О3 45 У 160-тонний конвертер завантажили металобрухт, залили рідкий чавун і почали продувку киснем. На початку продувки в конвертер вводили попередньо підготовлену шлакоутворюючу рафінувальну суміш у кількості від 15 до 25кг/т сталі. Суміш вводили в поліетиленових мішках або, після попереднього брикетування, у виді брикетів. По ходу плавки контролювали основні параметри процесу, що порівнювали з аналогічними показниками, отриманими раніше на плавках, у яких не застосовувалася така шлакоутворююча рафінувальна суміш. Отримані результати приведені нижче в Таблиці 2. 9 18163 10 Таблиця 2 Показники використання шлакоутворюючої рафінувальної суміші у киснево-конверторній плавці (чисельник без присаджування суміші / знаменник із присаджуванням суміші) Темп-ра пова- Тривалість Масова частка Масова частка Масова частка СаО в шлаку, SiO2 y шлаку, лки, °С продувки, хв вуглецю, % сірі, % фосфору, % % % 1612/1605 20/18 0,045/0,052 0,047/0,044 0,015/0,012 48,3/48,9 19,4/18,9 1610/1605 21/19 0,042/0,058 0,042/0,042 0,014/0,011 47,5/48,1 19,2/19,1 1611/1606 20/19 0,044/0,058 0,041/0,040 0,016/0,012 46,7/48,2 18,9/18,5 1612/1609 19/18 0,043/0,052 0,044/0,040 0,015/0,011 47,9/48,3 19,1/18,7 1615/1611 20/19 0,045/0,056 0,042/0,039 0,014/0,010 48,7/48,9 19,2/18,8 1614/1610 21/18 0,044/0,055 0,044/0,041 0,013/0,011 46,9/48,2 18,8/18,5 1610/1608 20/18 0,042/0,053 0,046/0,043 0,016/0,013 46,4/48,6 18,9/18,4 1612/1609 21/19 0,041/0,051 0,043/0,040 0,015/0,012 47,7/48,7 19,2/18,7 1616/1611 20/18 0,040/0,055 0,046/0,042 0,014/0,010 46,6/48,5 19,1/18,8 1612/1608 20/18 0,045/0,054 0,042/0,038 0,015/0,013 48,7/48,8 19,9/19,2 1610/1605 21/19 0,043/0,053 0,041/0,039 0,016/0,014 48,8/48,9 18,7/18,5 1613/1606 19/18 0,042/0,054 0,040/0,037 0,012/0,010 48,7/48,8 18,8/18,3 1611/1606 20/18 0,044/0,056 0,042/0,039 0,013/0,011 47,9/48,2 19,4/19,3 1612/1609 21/19 0,045/0,051 0,044/0,041 0,015/0,013 46,4/48,4 19,2/18,9 1610/1605 20/18 0,046/0,054 0,041/0,037 0,014/0,011 48,6/48,6 18,9/18,5 1613/1606 20/18 0,045/0,052 0,042/0,039 0,016/0,012 48,5/48,5 19,8/19,5 Аналіз отриманих даних показує, що при використанні шлакоутворюючої рафінувальної суміші для наведення технологічного шлаку в кисневому конверторі по ходу виплавки сталі досягається скорочення тривалості перших операцій, поліпшення показників по вмісту вуглецю, сірки і фосфору в сталі, а також якісних показників шлаку, що Комп’ютерна верстка Л. Купенко Основність шлаку 2,48/2,58 2,47/2,52 2,47/2,61 2,51/2,58 2,53/2,60 2,49/2,61 2,45/2,64 2,48/2,60 2,44/2,58 2,45/2,54 2,61/2,64 2,59/2,67 2,47/2,49 2,42/2,56 2,57/2,63 2,45/2,48 забезпечує скорочення тривалості плавки в кисневому конверторі і поліпшення якості сталі. Таким чином, корисна модель, що заявляється дозволяє підвищити ефективність кисневоконверторної виплавки сталі, за рахунок використання шлакоутворюючої суміші з оптимально підібраним складом компонентів. 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