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

Спосіб позапічної обробки сталі на установках типу "ківш-піч", що включає випуск розплаву з печі в ківш, подачу в ківш у процесі випуску розплаву розкислювачів, марганцевмісних матеріалів і шлакоутворюючих матеріалів і продувку розплаву ней 3 40648 4 зводить до підвищеної витрати дорогих фероспзасвоєння вапна і плавикового шпату відсутня молавів і легуючих матеріалів, а також вапна і плавижливість ефективного регулювання процесів шлакового шпату. коутворення і легування металу, а також розкисВиходячи з цього, у сучасній металургії присулення шлакового розплаву для формування тня актуальна потреба в композиціях для оптимірафіновочного шлаку, що значно впливає на загазації процесів виплавки сталі шляхом створення льні термодинамічні і теплообмінні процеси позаумов для прямого легування сталі, що будуть мати пічної обробки сталі на установках типу «ківш-піч». такі хімічний склад і властивості, при яких здійснюУ чорній металургії загальновідомі екзотермічється підвищення ступеня відновлення марганцю і, ні брикети, що містять як основу легуючий метал як наслідок, його засвоєння металом, а також мічи його сплав із залізом, відновлювач, окислювач, німізація агресивного впливу компонентів компофлюси та сполучне. Використання таких брикетів зиції на металургійне устаткування і підвищення дозволяє перенести легування сталі в ківш, зменякості одержуваних продуктів за рахунок більш шити втрати легуючого елемента, підвищити проефективного використання потенціалу елементів дуктивність агрегатів. взаємодіючих зі шлако-металевим розплавом. Недоліком цих брикетів є використання в їхній Крім того, для цілей зниження матеріальних висполуці здрібненого марганцевмісного феросплатрат на виробництво сталі кращим є використання ву, що робить їх досить коштовними як за рахунок однієї універсальної композиції, придатної для використання феросплаву, так і за рахунок наявздійснення прямого легування сталі марганцем і ності операції по підготовці марганцевмісного феоптимізації шлакового режиму виплавки для різних росплаву до брикетування. способів виробництва сталі. На сьогоднішній день відомі композиції і суміші Крім хімічного складу, підвищенню ефективнодля прямого легування сталі марганцем, що вклюсті легування сталі сприяє також спосіб подачі чають у себе компоненти: марганцевий агломерат, легуючої композиції. Найбільш розповсюдженим є алюміній металевий Аl, плавиковий шпат CaF2, попереднє брикетування композицій для легуваноксид кремнію SiO2, залізо Fe, вуглець С, сірку S, ня сталі. Якість брикету обумовлює ефективність фосфор Р, у широких межах вмісту компонентів, у процесу легування і також залежить від хімічного залежності від призначення композиції. Композиції складу композиції для легування сталі. Часто для представлені механічними сумішами компонентів, здешевлення таких брикетів до складу композиції що входять до їх складу та що знаходяться у видодатково вводять вапняк чи використовують комгляді дрібно дисперсної чи пилоподібної фракції. плексні сплави різних металів. Це у свою чергу Основним недоліком зазначених композицій і сприяє передчасному руйнуванню брикету, що у сумішей є відносно високий коефіцієнт безповоросвою чергу призводить до невиконання основного тних втрат матеріалу (у вигляді пилу і диму) при принципу, що забезпечує протікання хімічної реаквпровадженні в реакційну зону сталеплавильних ції відновлення марганцю - це постійний контакт агрегатів, що є наслідком взаємодії матеріалу матеріалів, що беруть у ній участь. Використання композицій з висхідними тепловими потоками від комплексних сплавів веде до додаткових витрат дзеркала шлакометалевого розплаву і газоелементів-відновлювачей в угар, а, отже, збільшує димових потоків у робочому просторі плавильних собівартість брикету. агрегатів. Це в значній мірі знижує цінність і ефекЯкість одержуваного кінцевого продукту при тивність застосовуваних композицій, є причиною реалізації різних способів виробництва сталі випідвищеної витрати композицій. Крім того, найчасзначається типом використовуваних феросплавів, тіше фракційна сполука матеріалів не забезпечує шлакоутворюючих матеріалів, а також використопідвищення рафіновочного потенціалу розплавлевуваних композицій для оптимізації процесів виної шлакової фази і прискорення активізації ведуплавки сталі і шлакового режиму. чих хімічних компонентів шлакового розплаву, що Процес легування в сталеплавильному агреу свою чергу не забезпечує високої якості одержугаті чи в сталерозливному ковші організовують ваного продукту. таким чином, щоб забезпечити синхронізацію плаВідомий спосіб позапічної обробки сталі на влення вихідних компонентів реакції і самого проустановках типу «ківш-піч», описаний у патенті РФ цесу відновлення. Така синхронізація досягається № 2304623, що включає випуск розплаву з печі в строгими технологічними прийомами з викорисківш і подачу в ківш у процесі випуску розплаву танням вихідних матеріалів заданої фракції. У рерозкиснювачей, марганцевмісних матеріалів і зультаті процес відновлення марганцю лімітується шлакоутворюючих матеріалів. Марганцевмісний часом плавлення компонентів і швидкістю хімічної матеріал вводять безупинно разом з алюмінієм і реакції. При цьому швидкість відводу продуктів флюсом у вигляді попередньо грудкованого, терреакції з активної зони випереджає чи дорівнює мообробленого й офлюсованого сумішшю оксидів швидкості плавлення. алюмінію і кальцію матеріалу (найближчий анаУ відомих способах позапічної обробки сталі лог). на установках типу «ківш-піч» для легування сталі До недоліків описаного рішення можна віднесмарганцем найчастіше використовують подрібнені ти якісний і кількісний склад марганцевмісного маферомарганець чи феросилікомарганець, а для теріалу, призначеного для легування сталі. Марганаведення шлаку, що рафінує, використовують нцевмісний матеріал вводять у не брикетованому такі шлакоутворюючі матеріали як вапно, плавиковигляді, що сприяє низькому ступеню засвоєння вий шпат і різні вуглецевмісні матеріали. Недолімарганцю сталлю. Це у свою чергу знижує цінність ками використання такого складу допоміжних маі ефективність застосовуваного матеріалу, є притеріалів є те, що до моменту розплавлювання і чиною підвищеної його витрати. При використанні 5 40648 6 зазначеного марганцевмісного матеріалу ускладтві (виплавці) якого завжди існують додаткові нена можливість ефективного регулювання процевтрати елементів-відновників у чад, що знижує сів шлакоутворення і легування металу, а також економічну ефективність використання даної комрозкислення шлакового розплаву для формування позиції. рафіновочного шлаку, що значно впливає на загаВ основу корисної моделі поставлена задача льні термодинамічні і теплообмінні процеси позастворення способу позапічної обробки сталі на пічної обробки сталі на установках типу «ківш-піч». установках типу «ківш-піч», що включає випуск Аналогом корисної моделі, що заявляється, є розплаву з печі в ківш, подачу в ківш у процесі композиція для прямого легування сталі марганвипуску розплаву розкиснювачей, марганцевмісцем, описана в авторському свідоцтві СРСР них матеріалів і шлакоутворюючих матеріалів, і №771168, що включає оксидний марганцевмісний продувку розплаву нейтральним газом, при цьому матеріал, металевий кремній Simet, металевий в якості марганцевмісного матеріалу подають комалюміній Almet. Також композиція містить маргапозицію для прямого легування сталі марганцем нець, залізо, плавиковий шпат і сполучне. Крім при наступному співвідношенні компонентів комтого, відповідно до винаходу з метою підвищення позиції, мас. % ступеня засвоєння марганцю і здешевлення бриметалевий кремній Simet 5,0-12,0 кету, одержуваного з даної композиції, композиція металевий алюміній Almet 3,0-15,0 додатково містить вапняк, а алюміній, кремній, оксиди лужних металів (K2O+Na2O) 1,0-5,0 марганець і залізо введені у вигляді комплексного сплаву при наступному вмісті компонентів, мас. %: оксид алюмінію Аl2О3 3,0-15,0 оксиди (CaO+MgO+Fe2O3) 5,0-15,0, комплексний сплав алюмінію, кремнію, марганцю і заліза 42,5-48,0; марганець у вигляді оксидів решта, при цьому композицію піддають попередньому марганцева руда 31-38; брикетуванню. вапняк 7,0-12,0; Відсутність у складі композиції компонентів, плавиковий шпат 3,0-5,0; що при контакті композиції і брикетів, сформовасполучне 5,0-9,0. них з неї, з рідким металом і нагріванні дисоціюють Істотним недоліком використання цієї композ виділенням газоподібних продуктів і руйнують зиції є зниження технологічної цінності вихідного брикет на кілька шматків, забезпечує наступну матеріалу, необхідність додаткових витрат енергії схему фазового перетворення брикету: налипання на руйнування брикетів, сформованих з цієї комметалу на брикет - розм'якання брикету - розплавпозиції, що при контакті зі шлако-металевим розлювання брикету. Це дозволяє забезпечити триплавом піддаються поверхневій мінералізації з валий контакт часток оксидного марганцевмісного утворенням тугоплавких комплексів. При цьому, матеріалу і відновника. Оксидний марганцевмісний рівень в'язкості шлаку залишається досить висоматеріал і відновники знаходяться в безпосередким, що у свою чергу призводить до погіршення ньому контакті відразу після виготовлення компоумов плавлення композиції і зниженню ефективнозиції і формування з неї брикету. Після присадки в сті процесів виплавки сталі і шлакового режиму. ківш, завдяки фізичному теплу метала, компоненНедоліками композиції при використанні її для ти композиції розм'якають усередині сформованопрямого легування сталі марганцем також є низьго з неї брикету, і вже до початку його плавлення кий ступінь засвоєння марганцю сталлю, великий за рахунок численних і дуже розвитих контактів вміст алюмінатних неметалічних включень у сталі, компонентів усередині брикету починається віднододаткова витрата теплової енергії на дисоціацію влення марганцю, за рахунок цього частки відноввапняку, використання коштовних і дефіцитних ників практично не контактують з нерозкисненою матеріалів: плавиковий шпат і комплексний сплав сталлю. алюмінію, кремнію, марганцю і заліза. Оксидний марганцевмісний матеріал, що місНаявність у брикеті композиції вапняку, крім титься в композиції, підвищує прожарювання і міцдодаткових витрат теплової енергії на його дисоностні характеристики стали. Марганець разом з ціацію, призводить до передчасного руйнування тим є єдиним елементом, що дозволяє, зв'язуючи брикету за рахунок виділення з нього газоподібносірку, повністю усунути один з найбільш важливих го діоксиду вуглецю. У даному випадку відновники, дефектів сталі - краснолом. Експериментально що знаходяться в шматках брикету, і не розкиснеш встановлено, що введення в композицію оксидного сталь і шлак вступають у безпосередній контакт, марганцевмісного матеріалу в кількості від 34 до при цьому поверхня цього контакту набагато біль50% від маси всієї композиції дозволяє створити ша, ніж з оксидним марганцевмісним матеріалом, оптимальні умови для прямого легування сталі тому вірогідність вступу алюмінію в реакцію з акмарганцем, дозволяє здійснити ефективну оптимітивним киснем, розчиненим у сталі і шлаку, набазацію шлакового режиму процесу виплавки сталі, гато більша, ніж вірогідність проходження реакції що у свою чергу дозволить забезпечити високу відновлення марганцю. У зв'язку з цим значна часякість кінцевого продукту і зниження матеріальних тина відновників витрачається на розкислення витрат на здійснення металургійних процесів. сталі і шлаку. Це призводить до зменшення ступеУ більшість марок сталі марганцевмісні матеня відновлення марганцю і, як наслідок, його заріали вводяться разом із кремнієм. Подібне сполусвоєння сталлю і погіршенню його якості за рахучення марганцю і кремнію разом з підвищенням нок додаткового забруднення алюмінатними міцностних характеристик і усуненням шкідливого неметалічними включеннями, що важко видалявпливу сірки, завдяки утворенню легкоплавких ються з рідкого металу. Крім того, у даній компоевтектик із продуктів, що утворяться при розкисзиції міститься комплексний сплав, при виробниц 7 40648 8 мінієм, що забезпечує більш оптимальні умови ленні сталі, дозволяє одержувати метал більш їхнього видалення на поверхню металу в сталечистий за киснем і неметалічними включеннями. розливному ковші. Експериментально встановлено, що введення в Композиція для прямого легування сталі маркомпозицію металевого кремнію Simet у кількості ганцем піддається брикетуванню шляхом непрявід 5 до 12% від маси всієї композиції дозволяє мого об'ємного обтиснення без використання дозабезпечити високу ефективність проведення продаткових сполучних матеріалів. Одержувані цим цесу легування сталі, що у свою чергу забезпечує способом брикети композиції можуть мати прямовисоку якість кінцевого продукту, дозволяє скорокутну, округлу чи іншу форму з близькими розмітити кількість використовуваної композиції для рами в усіх напрямках. прямого легування сталі, що у свою чергу дозвоУ цьому способі брикети з композиції для прялить скоротити виробничі витрати. мого легування сталі марганцем є каталізатором Металевий алюміній являє собою власне процесів шлакоутворення й активатором хімічних алюміній у технічно чистому вигляді. Алюміній розкомпонентів шлакового розплаву, поєднують у собі киснює рідкий розплав заліза, тобто видаляє кивластивості розріджувача і розкиснювача шлакової сень, а наявність оксиду алюмінію сприяє асимісистеми, за рахунок чого досягається прискорення ляції неметалічних включень, що у свою чергу процесів формування і підвищення відбудовного і сприяє зниженню вмісту шкідливих домішок, нарафіновочного потенціалу технологічного шлаку, а приклад сірки, кисню в розплаві заліза. За рахунок також його розкислення, створюються оптимальні вибору різних співвідношень алюмінію й оксиду умови для прямого легування сталі марганцем. алюмінію можна регулювати процес шлакоутвоВикористання зазначеної композиції в даному спорення. Експериментально встановлено, що оптисобі забезпечує зниження витрати чистого маргамальним є введення в композицію металевого нцю, алюмофлюсу, досягнення високої основності, алюмінію від 6 до 15% загальної маси композиції. ступеня розкисненості рафінувального шлаку і Саме така кількість алюмінію дозволяє запобігти десульфації сталі. Крім того, використання даної зниженню здатності композиції до очищення розкомпозиції забезпечує можливість виключення плаву від небажаних чи шкідливих домішок, дозастосування для розрідження шлаку плавикового зволяє забезпечити оптимальні умови шлакоутвошпату, що у свою чергу сприяє підвищенню стійкорення, а також сприяє створенню оптимальних сті футерівки сталерозливного ковша, як у бойовій умов для протікання процесу легування сталі. Так зоні, так і в шлаковому поясі. Також використання само експериментально було встановлено, що композиції дозволяє знизити витрату кремнієвмісоптимальним є введення оксиду алюмінію в комних і марганцевмісних феросплавів, скорочує час позицію в кількості від 5 до 15% від загальної маси позапічної обробки за рахунок підвищення рафінукомпозиції, що дозволяє забезпечувати зниження вальної ефективності шлакової фази, підвищення в'язкості шлаку до значень, при яких відбувається ливарних і механічних властивостей сталі, скороістотне прискорення шлакоутворення, а також зачення питомої витрати електроенергії на позапічну побігти насичення шлаку тугоплавким глиноземом обробку, що у свою чергу дозволяє скоротити ви(Аl2О3). Таким чином, включення до складу компотрати на виробництво сталі. зиції для прямого легування сталі марганцем меПриклад одержання композиції з її наступним талевого алюмінію Almet і оксиду алюмінію Аl2О3 дозволяє забезпечити прискорення процесу шлабрикетуванням, а також вплив зміни кількісного коутворення, що у свою чергу дозволяє підвищити вмісту компонентів композиції для прямого легуефективність металургійних процесів і знизити вання сталі марганцем на якість сталі ілюструєтьвиробничі витрати. ся наступними прикладами. Для одержання рідкоактивного шлаку до склаПриклад 1. Отримання композиції для прямого ду суміші введені легкоплавкі компоненти: оксид легування сталі марганцем з її наступним брикетунатрію и оксид калію в кількості 1-5мас. %. Експеванням. риментально встановлено, що введення в компоКомпоненти композиції: оксиди марганцю, казицію легкоплавких компонентів у кількості, зазнарбід кремнію SiC, оксиди (СаО+MgO+Fe2O3), оксид ченій вище, дозволяє запобігти небажаного кремнію SiO2, металевий Simet, металевий алюмізбільшення в'язкості шлаку, погіршення умов планій Almet і оксид алюмінію Аl2О3, при цьому комповлення суміші і підвищення часу обробки розплаву зиція додатково включає оксиди лужних металів заліза, а також сприяє підвищенню ефективності (K2O+Na2O) піддали попередньому здрібнюванню, процесу легування сталі. нормалізували вологість компонентів і класифікації Оксид алюмінію (Аl2О3), що міститься в компопо фракціях для одержання наступного фракзиції, двоокис кремнію (SiO2), що завжди міститься ційнoго складу компонент, %: в оксидних марганцевмісних матеріалах, і той, що менше 3,0мм ³90 виникає в результаті відновлення марганцю крембільше 3,0мм £10. нієм, у сукупності із СаО утворюють трикомпоненПотім композицію піддають непрямому об'ємтний шлак системи CaO-Al2O3-SiO2 зі значно менному обтисненню без використання сполучних шою (1500°С). 40)´(30-50)мм відповідно. Такий шлак, у присутності оксидів лугоземельних Таким чином, композиція для прямого легуметалів (K2O+Na2O) для забезпечення його рідковання сталі марганцем і брикети з зазначеної комрухомості, після утворення знаходиться в безпопозиції забезпечують оптимальний хімічний склад і середньому контакті з алюмінатами, що виникають підвищення відновлювального та рафінувального і під час відновлення марганцю з його оксидів алюпотенціалу шлакової фази за рахунок прискорення 9 40648 10 активізації ведучих хімічних компонентів шлаковопри цьому вміст компонентів у брикетах відповідав го розплаву, а також більш швидкого формування співвідношенню, що заявляється. Розмір брикету активної шлакової фази з заданими властивостяскладав 20´30´40мм і був виготовлений з компоми і мінімальними втратами вихідного матеріалу у нентів фракцією 0-3мм. вигляді пилу і диму, створюють оптимальні умови До і після введення матеріалів на установці для прямого легування сталі марганцем. позапічної обробки "ківш-піч" відбирали проби меПриклад 2. Позапічна обробка сталі на устаталу на хімічний аналіз і здійснювали виміри темновках типу «ківш-піч». ператури металу. Після позапічної обробки сталь Здійснювали випуск напівпродукту сталі марки розливали в злитки масою 5,6 тонн сифонним споСт3СП зі сталеплавильної печі в ківш, подачу в собом. Від отриманих сортових заготівель відрізаківш у процесі випуску розплаву розкиснювачей, ли темплети для визначення балу неметалічних марганцевмісних матеріалів і шлакоутворюючих включень за ДСТ 1778-70. матеріалів, і продувку розплаву нейтральним гаПри легуванні сталі марганцем з використання зом. При цьому, після доставки ковша з металом феромарганцю марки Фмн78, що здійснювалося на установку для позапічної обробки сталі "ківшдля порівняння з прямим легуванням сталі маргапіч" одночасно з присадкою вапна на дзеркало нцем композицією, що заявляється, були отримані металу механізованим способом здійснювали понаступні показники (таблиця 1). дачу 300кг композиції, що заявляється, у вигляді брикетів для прямого легування сталі марганцем, Таблиця 1 Тип композиції Феромарганець ФМн78 Композиція, що заявляється Кількість до- Ступінь засво- Падіння тем- Бал неметалічслідних пла- єння марганцю, ператури ме- них включень, % вок, шт. од. тала, °С 33 94,7 4 3,0-3,5 28 99,8 3 2,5-3,0 Як випливає з показників, приведених у таблиці 1, застосування для прямого легування сталі марганцем композиції, що заявляється, дозволяє збільшити ступінь засвоєння марганцю (+5,1%), знизити забруднення металу неметалічними домішками до 2,5-3,0 бали, знизити втрати температури металу в середньому на 1°С, а тривалість обробки на 2 хвилини. З прикладу видно, що брикет, що заявляється, може бути застосований у промисловому виробництві сталі з використанням існуючого металургійного устаткування. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Тривалість обробки, хв. 44 42 Таким чином, композиція для прямого легування сталі марганцем за рахунок свого оптимізованого хімічного складу дозволяє забезпечити підвищення ефективності при позапічній обробці сталі на установках типу «ківш-піч» і якісних характеристик металів, оптимізацію шлакового режиму процесу виплавки сталі, створення оптимальних умов для прямого легування сталі марганцем, а також дозволяє забезпечити зниження матеріальних витрат на здійснення металургійних процесів. Підписне Тираж 28 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