Спосіб позапічної обробки сталі на установках типу “ківш-піч”

1. Спосіб позапічної обробки сталі на установках типу «ківш-піч», що включає випуск розплаву з печі в ківш, подачу в ківш у процесі випуску розплаву шлакоутворюючих матеріалів, присадку вапна і продувку розплаву нейтральним газом, який 3 способі. Їх застосування для реалізації того чи іншого способу залежить від технологічних умов протікання процесу виплавки сталі. Крім того, використання зазначених матеріалів не дозволяє цілком використовувати рафінувальний потенціал шлакової фази, що і приводить до підвищеної витрати вапна і плавикового шпату. Якість одержуваного кінцевого продукту в різних процесах виробництва сталі визначається типом використовуваних шлакоутворюючих матеріалів, а також застосовуваних композицій для оптимізації шлакоутворюючого режиму виплавки сталі, їх складом і фізико-хімічними властивостями. У відомих способах позапічної обробки сталі на установках типу «ківш-піч» використовують такі шлакоутворюючі матеріали як вапно, плавиковий шпат і різні вуглецевмісні матеріали. Недоліками використання такого складу шлакоутворюючих матеріалів є те, що до моменту розплавлювання і засвоєння вапна і плавикового шпату відсутня можливість ефективного регулювання процесів шлакоутворення, а також розкислення шлакового розплаву для формування рафінувального шлаку, що значно впливає на загальні термодинамічні і теплообмінні процеси позапічної обробки сталі на установках типу «ківш-піч». Виходячи з цього, у сучасній металургії є актуальна потреба в композиціях для оптимізації шлакового режиму виплавки сталі, що будуть мати такий хімічний і фракційний склад, при якому мінімізується агресивний вплив компонентів композиції на металургійне обладнання, підвищується якість одержуваних продуктів за рахунок більш глибокого очищення розплаву заліза від небажаних домішок, а також забезпечується можливість ефективного регулювання процесів шлакоутворення. Відома композиція для оптимізації шлакового режиму виплавки сталі, що включає оксид алюмінію Аl2О3 [патент України №18705, 1997p.]. Крім оксиду алюмінію зазначена композиція включає плавиковий шпат CaF2, оксид кальцію (вапно) СаО, оксид кремнію SiO2, залізо Fe, вуглець С, сірку S, фосфор Р і оксид титана ТіО2. Основними недоліками зазначеної композиції є відносно високий вміст фосфору, що виключає можливість її використання при виробництві тугоплавких сплавів через «забруднення» сплаву фосфором. Суміш також не забезпечує високого ступеня витягу тугоплавких елементів. Крім того, суміш містить у собі велику кількість різних компонентів, що значно підвищує її вартість і складність її виготовлення і застосування. Відома композиція для оптимізації шлакового режиму виплавки сталі для позапічної обробки сталі в установках «ківш-піч», що включає оксид алюмінію Аl2О3 і оксиди лужноземельних металів K2O+Na2O [патент України №51019, 2001p.]. Композиція вводиться одночасно з вапном і плавиковим шпатом. При використанні цієї композиції до моменту розплавлювання і засвоєння вапна і плавикового шпату відсутня можливість ефективного регулювання процесів шлакоутворення, а також розкислення шлакового розплаву для швидкого формування рафінувального шлаку, що значно впливає 18175 4 на загальні термодинамічні і теплообмінні процеси позапічної обробки сталі на установках типу «ківшпіч». Найбільш близьким аналогом композиції, що заявляється, є композиція для оптимізації шлакового режиму виплавки сталі, що включає карбід кремнію SiC, металевий алюміній Аlmet і оксид алюмінію Аl2О3 [патент України №18995, 1997p.]. Крім того, зазначена композиція містить оксид кремнію SiO2. При використанні цієї композиції рівень в’язкості шлаку залишається досить високим, що у свою чергу приводить до погіршення умов плавлення композиції і зниженню ефективності шлакового режиму виплавки сталі. В основу корисної моделі поставлена задача створення способу позапічної обробки сталі на установках типу «ківш-піч», у якому за рахунок застосування композиції для оптимізації шлакового режиму позапічної обробки сталі буде забезпечена оптимізація хімічного складу рафінувального шлаку, а також будуть забезпечені підвищення рафінувального потенціалу розплавленої шлакової фази та зниження витрати вапна, електроенергії і витрат на позапічну обробку сталі. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб позапічної обробки сталі на установках типу «ківш-піч» включає випуск розплаву з печі в ківш, подачу в ківш у процесі випуску розплаву легуючих добавок, розкиснювачів, шлакоутворюючих матеріалів, присадку вапна і продувку розплаву нейтральним газом. Надалі, після доставки ковша з металом на установку для позапічної обробки сталі одночасно з присадкою вапна на дзеркало металу вручну (чи механізованим способом) здійснюють завантаження композиції для оптимізації шлакового режиму позапічної обробки сталі, що включає, мас.%: карбід кремнію SiC 5-15 оксиди лужноземельних металів K2O+Na2O 1-3 металевий алюміній Аlmet 15-30 металевий кремній Sіmet 5-15 оксид алюмінію Аl2О3 37-74 Присутній у композиції для оптимізації шлакового режиму виплавки сталі карбід кремнію SiC при розплавлюванні композиції взаємодіє з рідким залізом по реакції: SiCтв+[Fe] [Si][Fe]+[C][Fe], с асиміляцією кремнію і вуглецю розплавленим металом сталевої ванни. Зазначена особливість взаємодії карбіду кремнію впливає на механізм розподілу кисню між металевою і шлаковою фазами і регулює швидкість зневуглецювання металевої ванни, а також блокує процес переокислювання металу в період окислювання вуглецю. Наявність карбіду кремнію в композиції створює також достатній розкиснювальний ефект. Зниження вмісту карбіду кремнію в композиції нижче 5% недоцільно, оскільки на початку окисного періоду плавки спостерігається активізація окислювання заліза до FeO. Підвищення вмісту карбіду кремнію в композиції понад 15% також є недоцільним, оскільки це приводить до блокування процесу окислювання вуглецю. Це 5 може викликати необхідність введення додаткових окислювачів, приводить до перегріву сталевої ванни і негативно діє на футерівку печі, а також збільшує час виплавки сталі, що у свою чергу приводить до збільшення витрат на виробництво сталі. Металевий алюміній являє собою власне алюміній у технічно чистому виді. Алюміній розкислює рідкий розплав, тобто видаляє кисень, а наявність оксиду алюмінію сприяє як прискоренню засвоєння вапна, так і асиміляції неметалічних включень, що у свою чергу сприяє зниженню вмісту шкідливих домішок, наприклад сірки і кисню в сталі. За рахунок вибору різних співвідношень алюмінію та оксиду алюмінію можна регулювати процес шлакоутворення. Зниження вмісту алюмінію в композиції нижче 15% недоцільно, оскільки приводить до зниження рафінувальних властивостей шлаку, тобто до зниження здатності шлаку до очищення розплаву від небажаних або шкідливих домішок. Крім того, при вмісті металевого алюмінію менш ніж 15% не досягається істотного прискорення шлакоутворення через недостатнє надходження тепла реакції окислювання алюмінію в зону активного шлакоутворення. Підвищення вмісту алюмінію в суміші понад 30% також є недоцільним, оскільки приводить до протікання процесу шлакоутворення з піротехнічним ефектом, підвищення температури шлаку в реакційній зоні, що у свою чергу приводить до тимчасового уповільнення протікання основних сталеплавильних процесів і зниженню рафінувальної здатності шлакового розплаву. Вміст у композиції оксиду алюмінію менш ніж 37% не забезпечує зниження в’язкості шлаку до значень, при яких відбувається істотне прискорення шлакоутворення. При вмісті оксиду алюмінію понад 74% в’язкість шлаку не тільки не знижується, але навіть підвищується за рахунок насичення шлаку тугоплавким глиноземом (Аl2О3). Таким чином, включення до складу композиції для оптимізації шлакового режиму виплавки сталі металевого алюмінію Аlmet і оксиду алюмінію Аl2О3 у встановлених межах дозволяє забезпечити високу швидкість протікання реакцій шлакоутворення з одночасним підтримуванням рідкорухливості шлакового розплаву в умовах тривалого періоду часу і широкого діапазону температур процесів виплавки сталі, що дозволяє забезпечити ефективність металургійних процесів і знизити виробничі витрати. Металевий кремній Simet широко застосовується в металургії як одна з основних розкиснюючих і легуючих добавок. Металевий кремній - це кремній технічної чистоти (96-99% Si), що одержується у рудовідновних електропечах відновленням кварциту вуглецевими відновниками (деревне вугілля, нафтовий кокс і ін.). Присутність у суміші металевого кремнію Simet У зазначених межах дозволяє стабілізувати вплив на шлако-металевий розплав металевого алюмінію Almet, за рахунок чого підвищується загальний технологічний ефект від використання композиції. Зниження вмісту кремнію нижче 5% є недоцільним, тому що приводить до прискорення реакції окислювання металевого 18175 6 алюмінію Almet і зниження рафінувального потенціалу шлакової фази. Збільшення вмісту кремнію понад 15% є недоцільним, оскільки може привести до уповільнення реакції окислювання металевого алюмінію Аlmet і зниження рафінувального потенціалу шлакової фази. Для одержання рідкорухливого шлаку до складу композиції введені легкоплавкі компоненти: оксид натрію та оксид калію в кількості 1-3%мас. Зниження вмісту в композиції оксидів натрію і калію нижче 1% приводить до небажаного збільшення в’язкості шлаку, погіршенню умов плавлення композиції і зниженню ефективності шлакового режиму виплавки сталі. Введення в композицію більш 3% оксидів натрію і калію приводить до зниження температури розплаву в зоні реакції і зниженню ефективності його обробки шлакоутворюючими матеріалами, що містять композицію для оптимізації шлакового режиму виплавки сталі. Для виключення виникнення пожежонебезпечних ситуацій при виготовленні, збереженні і транспортуванні композиції необхідно, щоб її вологість не перевищувала 2%. Оптимальність зазначеного вище співвідношення компонентів у композиції була підтверджена багаторазовими експериментами, виконаними як у лабораторних, так і у виробничих умовах. Переважним є виконання композиції для оптимізації шлакового режиму виплавки сталі з наступним фракційним складом компонентів, %: 20,0мм і менше 90 більш 20,0мм решта Такий діапазон фракційних складів компонентів композиції пояснюється фізико-хімічними закономірностями ефективності їх використання і засвоєння при проведенні основних технологічних процесів виплавки сталі. Відхилення фракційного складу убік збільшення вмісту дрібнодисперсних часток недоцільно, тому що вимагає додаткових витрат, але не дає помітного ефекту. Збільшення вмісту великодисперсних часток приводить до збільшення часу наведення шлаку, тобто також є невиправданим.У цьому способі композиція для оптимізації шлакового режиму виплавки сталі є каталізатором процесів шлакоутворення та активатором хімічних компонентів шлакового розплаву, поєднує в собі властивості розріджувача і розкиснювача шлакової системи, за рахунок чого досягається прискорення процесів формування і підвищення активності рафінувального шлаку, а також його розкислення. Використання зазначеної композиції в даному способі забезпечує зниження витрати вапна, досягнення високої основності, ступеня розкисненності рафінувального шлаку і десульфурації сталі. Крім того, використання даної композиції забезпечує можливість виключення застосування для розрідження шлаку плавикового шлаку, що у свою чергу сприяє підвищенню стійкості футерівки сталерозливного ковша, як у бойовій зоні, так і в шлаковому поясі. Також використання композиції дозволяє знизити витрати кремнієвмісних феросплавів, скорочує час позапічної обробки за рахунок підвищення рафінувальної ефективності шлакової фази, підвищення ливарних і механічних властивостей сталі, скорочення питомої ви 7 18175 трати електроенергії на позапічну обробку, що у свою чергу дозволяє скоротити витрати на виробництво сталі.Експериментальне встановлено, що найбільш оптимальний ефект при позапечній обробці сталі на установках типу «ківш-піч» з використанням зазначеної композиції досягається при введенні композиції в кількості 1,5-3,0кг/т сталі при вологості не більш 2%.Реалізація способу позапічної обробки сталі на установках типу «ківш-піч» ілюструється наступним прикладом.Приклад. Позапічна обробка сталі на установках типу «ківшпіч».Здійснюють випуск розплаву з печі в ківш, після чого здійснюють подачу в ківш у процесі випуску розплаву шлакоутворюючих матеріалів. Надалі, після доставки ковша з металом на установку для позапічної обробки сталі одночасно з присадкою вапна на дзеркало металу вручну (чи механізованим способом) здійснюють завантаження композиції для оптимізації шлакового режиму 8 позапічної обробки сталі в кількості 1,5-3,0кг/т сталі. При цьому зазначена композиція включає, мас. %: карбід кремнію SiC 8 оксиди лужноземельних металів K2O+Na2O 1,7 металевий алюміній Аlmet 22 металевий кремній Simet 5,8 оксид алюмінію Аl2О3 62,5 Компоненти композиції, що завантажується, мають наступний фракційний склад: 20,0мм і менше 92,5% більш 20,0мм решта Після повного розплавлювання всіх компонентів шлакової суміші здійснюються подальші коригувальні заходи згідно встановленої технології позапічної обробки сталі на установках типу «ківш-піч».Кількість композиції, що подається, варіювали з розрахунку 1,5-3,0кг/т сталі. Таблиця 1 Показники використання композиції для позапічної обробки сталі на установці типу «ківш-піч» (чисельник без використання композиції / знаменник з використанням композиції) Витрати композиції, кг/т сталі Витрати вапна, кг/т сталі -/2,12 -/1,95 -/2,25 -/2,45 -/2,15 -/2,56 -/2,97 -/3,00 -/2.0 -/1,48 -/2,46 -/1,52 -/1,54 -/2,26 -/1,74 -/2,23 -/1,55 -/2,45 -/2,15 -/2,46 -/1,52 -/1,45 -/2,15 -/1,56 14,8/11,6 12,2/11,8 15,6/10,5 14,2/11,5 13,0/11,0 14,2/10,8 13,4/10,2 12,8/9,8 14,8/11,3 13,5/10,7 14,3/9,5 14,6/10,6 15,9/10,6 14,4/9,5 13,4/10,5 14,7/10,6 12,6/10,7 13,4/9,6 14,7/10,5 15,5/10,8 16,6/13,1 14,5/12,9 13,8/12,4 14,7/12,8 Витрати плавикового шпату, кг/т сталі 0,12/0,15/0,20/0,18/0,11/0,16/0,24/0,24/0,24/0,15/0,12/0,11/0,14/0,15/0,10/0,25/0,16/0,11/0,14/0,15/0,24/0,16/0,17/0,24/ Основність шлаку 2,55/2,62 2,62/2,66 2,48/2,68 2,56/2,78 2,64/2,65 2,64/2,82 2,53/2,78 2,55/2,8 2,65/2,64 2,75/2,65 2,67/2,65 2,66/2,66 2,51/2,75 2,52/2,56 2,64/2,74 2,67/2,66 2,68/2,87 2,61/2,75 2,55/2,64 2,67/2,78 2,65/2,67 2,63/2,68 2,68/2,75 2,65/2,85 Аналіз отриманих даних показує (див. табл.), що при використанні композиції в складі шлакоутворюючих матеріалів для позапічної обробки сталі на установці типу «ківш-піч» досягається значне, у порівнянні з традиційними шлакоутворюючими сумішами, збільшення ступеня десульфурації металу. Використання в складі шлакоутворюючих матеріалів заявленої композиції, за інших рівних умов позапічної обробки сталі на установці типу «ківш-піч», сприятливо впливає на Швидкість нагрівання металу, С/хв 3,72/3,70 3,68/3,75 3,85/4,15 3,95/4,25 3,15/3,45 3,75/3,70 3,85/3,65 3,90/3,60 3,95/3,45 3,10/3,70 3,15/3,85 3,85/3,95 3,75/3,45 3,85/3,10 3,70/3,45 3,15/4,10 3,20/3,70 3,95/3,85 3,75/4,15 3,70/3,75 3,85/3,85 3,15/3,70 3,20/4,15 3,95/3,85 Швидкість десульфур ації, %х104 /хв 4,25/5,21 4,18/5,16 3,95/5,10 4,15/5,23 4,14/5,02 4,23/5,12 4,25/5,23 4,18/5,22 4,12/5,21 4,08/5,32 4,16/5,24 4,16/5,10 4,16/5,13 4,08/5,10 4,12/5,20 4,13/5,21 4,20/5,24 4,19/5,23 4,21/5,25 4,18/5,24 4,06/5,21 4,09/5,23 4,21/5,12 4,06/5,32 Масова частка в шлаку Fe+Mn, % 2,8/1,8 2,0/1,9 3,1/1,9 2,8/1,5 2,6/1,5 2.7/1,6 2,8/1,5 2,9/1,5 2,5/1,5 2,9/1,4 2,7/1,5 2,8/1,9 2,5/1,2 2,8/1,6 2,7/1,1 2,6/1,5 2,7/1,0 2,5/1,1 2,9/1,9 3,1/1,2 2,0/1,5 2,8/1,4 3,2/1.9 2,8/1,2 Тривалість позапічної обробки, хв 45/36 47/38 52/36 50/40 45/35 46/48 46/36 45/35 52/35 48/45 50/48 51/46 52/46 50/45 48/46 50/45 48/47 46/45 45/39 44/35 48/40 50/46 48/41 50/40 зниження масової частки сірки в металі, що, при виконанні усіх вимог щодо параметрів композиції і оптимальній її витраті в межах, що заявляються, забезпечує виключення застосування плавикового шпату, скорочення тривалості обробки, поліпшення якості сталі і зниження витрат на виробництво сталі. При цьому найбільш помітно ефект застосування композиції виявляється при завантаженні приблизно 1,5-3,0кг/т сталі.Таким чином, корисна модель, що заявляється, за рахунок використання 9 18175 композиції для оптимізації шлакового режиму виплавки сталі з оптимально підібраним складом компонентів має оптимальний хімічний склад рафінувального шлаку, високий рафінувальний по Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 10 тенціал розплавленої шлакової фази, а також при реалізації корисної моделі забезпечується зниження витрати вапна, електроенергії і витрат на позапічну обробку сталі. 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