Спосіб виготовлення нержавіючої сталі групи феритних сталей alsi 4хх

1. Спосіб виготовлення нержавіючої сталі групи феритних сталей AISI 4хх з рідкого чавуну і твердих матеріалів, які містять ферохром, який включає виготовлення рідкого чавуну в доменній печі (1), попередню обробку його, що включає десульфурацію, дефосфорацію і десиліконізацію (ДДД-обробка), подачу рідкого чавун у без шлаку в конвертер (4) аргоно-кисневого рафінування (АКР), в якому його нагрівають, рафінують, легують і розкислюють, при цьому заключне коректування і доведення одержаного в конвертері сталевого розплаву здійснюють в ковші (5), який відрізняє ться тим, що: - ДДД-обробку здійснюють при максимально низькій температурі на рівні приблизно 1150 ºС у відповідно обладнаній металургійній установці (2), - в конвертері АКР (4) здійснюють нагрівання, рафінування, легування і розкислення рідкого чавуну при високій інтенсивності дуття через бічні фурми і верхню фурму конвертера, - рафінування розплаву здійснюють після нагрівання і скачування шлаку за допомогою вдування кисню через верхню фурму на поверхню розплаву і вдування суміші кисню і інертного газу, через бічні фурми, причому співвідношення кисню і інертного газу змінюють під час процесу продування, при цьому спочатку суміш збагачують киснем, а під час 2 (19) 1 3 82964 4 - розрахунок кінцевих кількостей матеріалів і калькуляцію присадок матеріалів на всіх етапах обробки для регулювання температури і складу сталі, - прогнозування для розрахунку схеми здійснення процесу АКР, що включає процес АКР повністю з дійсним станом плавки на початку обробки і до випускання, при цьому відповідно до звичайного часу обробки на основі заданих практичних даних планується обробка конкретної плавки з необхідними етапами обробки і відбором проб, - використання динамічної моделі для розрахунку балансів вуглецю, кисню і балансу енергії, також необхідної в процесі інтенсивності дуття. 9. Спосіб за п. 8, який відрізняється тим, що за допомогою моделі процесу АКР забезпечують: - розрахунок плавки із забезпеченням оптимізації собівартості вибором легувальних компонентів і сортів брухту, - керування цільовою температурою, - забезпечення високої продуктивності, - мінімізацію витрати відновників. Винахід належить до способу виготовлення нержавіючої сталі групи феритних сталей AISI 4хх, зокрема з групи сталей AISI 430 з рідкого чавуну і твердих матеріалів з ферохромом. Застосування конвертера АКР для виго товлення високолегованих сталей відоме давно. Так в документі [WO 02/075003] описаний спосіб контролю, заснований на безперервному аналізі відхідного газу в комбінації з обчислювальним пристроєм і динамічною моделлю, за допомогою яких здійснюється керування інтенсивністю продування киснем і інертним газом, а також присадкою матеріалів. З документа [EP 1310573 А2] відомий спосіб виготовлення металевого розплаву, зокрема окислювального рафінування металевого розплаву для виготовлення наприклад легованої нержавіючої сталі або високолегованої сталі в конвертері АКР, при цьому спосіб підтримується обчислювальною технікою з реалізованою моделлю процесу і з керуванням металургійними установками, причому модель процесу описує спосіб застосовно щонайменше до одного змінюваного параметра процесу з урахуванням дійсної величини, встановленої величини і кінцевої величини. На прикладі описане проходження процесу при виготовленні сталі типу AISI 304. Нержавіючі сталі групи феритних сталей по AISI 4 хх звичайно виготовляються на базі брухту подібного типу в електродуговій печі, і потім піддаються легуванню і зневуглецьовуванню в конвертері АКР. Для того , щоб забезпечити застосування в даному процесі чавуну передбачено, що заздалегідь оброблений в сталеплавильному цеху чавун поза піччю, в ковші, змішується з ломом і легувальними компонентами і потім подається в конвертер. Виходячи з вказаного рівня техніки задачею винаходу є застосування технології АКР для виготовлення нержавіючої сталі групи феритних сталей AISI 4 хх, зокрема сталі типу AISI 430, з безпосередньою подачею чавуну і подальшим легуванням в конвертері. Поставлена задача виготовлення нержавіючої сталі вказаного типу вирішується за допомогою відмітних ознак п.1 формули винаходу, які характеризують наступні, послідовно виконувані етапи способу: - виготовлення рідкого чавун у в доменній печі, ДДД-обробка чавуну і подача в конвертер АКР рідкого чавун у без шлаку, - рідкий чавун в конвертері АКР піддають нагріванню, рафінуванню/легуванню і подальшому розкисненню, - заключне коректування і доведення обробленого стального розплаву в рідкому стані, при цьому обробка рідкого чавуну в конвертері АКР включає: - нагрівання чавуну, що надійшов в конвертер АКР після ДДД-обробки, з низькою температурою на рівні приблизно 115O°C за допомогою окислення кремнію при подачі ззовні феросиліцію, або альтернативно шляхом окислення алюмінію, - установлення відповідної інтенсивності вдування кисню для запобігання викидам металу з конвертера, - установлення основності шлаку по закінченні нагрівання і перед присадкою легувальних компонентів, для забезпечення відповідної в'язкості шлаку для спрощеного видалення шлаку з конвертера, - скачування шлаку перед здійсненням зневуглецьовування розплаву за допомогою високоефективного вдування кисню зверху. Відома технологія АКР згідно з винаходом застосовується для рафінування вуглецевої рідкої сталі при виготовленні теплостійкої і кислотостійкої сталі з високим вмістом хрому. Спосіб реалізовується у варіанті, при якому кисень і інертний газ (газ, що не вступає в реакцію) спільно вдуваються через форму у ванну і додатково кисень і інертний газ за допомогою продувальної фурми зверху подаються на поверхню розплаву. Мета обробки полягає в тому, щоб протягом оптимального проміжку часу закінчити поточне плавлення, із забезпеченням потрібної температури випускання і потрібного хімічного складу, а також мінімізувати втрати хрому. Спосіб, згідно з винаходом, за допомогою моделі процесу забезпечує обробку розплаву на установці АКР. При цьому в моделі реалізовані функції спостереження, прогнозування і керування способом обробки, за рахунок чого забезпечується приведення плавки/розплаву в задані кондиції. З урахуванням застосовуваної технології і за допомогою моделі процесу розраховуються задані значення для керування вдуванням кисню і присадками матеріалів для одержання цільових значень складу і температури сталі, при цьому розрахунок засновується на поточному стані процесу і враховує одержані з більш ранніх практичних даних обмеження і правила. 5 82964 На основі визначеної раніше на базі практичних результатів схеми продування і з урахуванням необхідного для зневуглецьовування і окислення інших елементів кількості кисню керують швидкістю витікання і сумішшю газів (кисень і аргон/азот), які вдуваються за допомогою фурм, розташованих під поверхнею розплаву, і через фурму, розташовану над розплавом, а також встановлюють момент перемикання з подачі азоту на подачу аргону для забезпечення прийнятних вмістів азоту в сталі. Далі модель процесу встановлює кількість шлакотвірних компонентів, охолоджувального брухту і легувальних компонентів, а також момент початку присадки легувальних компонентів і їх швидкість завантаження. Далі описане виготовлення, згідно з винаходом, нержавіючої сталі гр упи сталей по AISI 4 хх, зокрема сталі типу AISI430. Технологія одержання сталей AISI 4хх з обробкою за схемою ДДД і з використанням конвертера АКР на базі рідкого чавуну і присадки матеріалів з FeCr поділяється на три основні етапи: - попередня обробка рідкого чавуну в доменній печі, - нагрівання, рафінування і легування рідкого чавун у в конвертері АКР, - заключне коректування і доведення в рідкому стані. На фіг.1 показаний приклад лінії для здійснення способу виготовлення високолегованої сталі AISI 430. Рідкий чавун після випускання з доменної печі 1 спочатку піддається обробці за схемою ДДД (Дефосфорація, Десиліконізація, Десульфурація) у відповідно обладнаній металургійній установці 2. Потім може здійснюватися підігрівання рідкого чавун у на установці піч-ківш 3. Після цього оброблений і нагрітий розплав подають в конвертер 4 АКР. У ньому здійснюється рафінування і легування рідкого чавуну з додатковою подачею зворотного брухту, охолоджувального брухту і FeCr60 (ФХ з 60% Cr). Після обробки в конвертері АКР стальний розплав зливають в ливарний ківш 5 для заключного коректування і доведення, і потім передають на розливну машину 6 (розливна машина окремо не показана). Перед подачею рідкого чавуну в конвертер 4 АКР завантажують шлакотвірні матеріали, такі як вапно і доломіт, для забезпечення необхідної основності шлаку. Після заливання безшлакового рідкого чавуну, який надійшов від установки 2 обробки за схемою ДДД і від печі-ковша 3 конвертер 4 АКР нахиляють в положення відбору проб і здійснюють вимірювання температури. Після цього конвертер 4 АКР встановлюють у вертикальне положення і в залежності від температури здійснюють екзотермічну обробку. Підвищення температури забезпечується присадками ФС і/або алюмінію. Далі спосіб згідно з винаходом описується на етапі обробки стального розплаву в конвертері 4 АКР. Процес обробки в конвертері 4 АКР поділяється на три основних етапи, а саме а) нагрівання рідкого металу, b) рафінування і с) відновлення. 6 На фіг.2 показана загальна послідовність етапів способу. Показані виміряні і технологічні показники, здійснювані етапи обробки, зазделегідь задані цільові значення, а також керування окремими етапами. Нагрівання рідкого металу в конвертері 4 АКР звичайно здійснюється за допомогою кремнію. Високий екзотермічний ефект даного елемента при реакції з киснем забезпечує швидке досягнення цільової температури з високою точністю. Реакція протікає, як показано нижче: (Si)+2(O)=(SiO2), ентальпія на 1кг кремнію становить 6,44кВт-год. Як альтернатива може також застосовуватися алюміній: 2(Аl)+3(О)=(АІ2 О3), ентальпія на 1кг алюмінію становить 7,36кВт-год. Цільова температура при нагріванні повинна встановлюватися в залежності від подальшого введення енергії, в тому числі від процесу зневуглецьовування і від окислення металу, а також враховува ти тепловитрати і подальше введення матеріалів, які містять легувальні елементи. Проходження процесу загалом схоже з першим етапом продування в традиційному основному киснево-конвертерному процесі. Параметрами, які визначають на даному етапі якість спінювання і витікання шлаку, є вміст вуглецю, наявність шлакотвірних матеріалів, висока інтенсивність подачі кисню і висота фурми над розплавом. Правильно вибрана висота фурми і інтенсивність, з якою кисень вдується через верхню фурму (інтенсивність подачі кисню) запобігають викидам шлаку і забезпечують стійкий характер нагрівання. Баланс тепла для даного етапу загалом може бути представлений як: необхідна кількість тепла = надходження тепла від окислення Si/Al (охолоджувальний ефект шлакотвірних матеріалів + втрати тепла). На фіг.3 представлені необхідні параметри нагрівання чавуну при вазі плавки 70000кг і основності 1,8 з урахуванням температурних умов в конвертері. Після етапу нагрівання конвертер 4 АКР нахиляється і здійснюється скачування шлаку. Дана операція є необхідною для ефективного рафінування металу. Значні кількості шлаку перешкоджають впливу кисню, що вдується, і дегазації металу відхідними газами. При скачуванні шлаку вимірюють температуру сталі і відбирають пробу. Подальше рафінування металу здійснюється за допомогою вдування кисню через верхню фурму на поверхню металу і перемішування розплаву сумішшю кисню і інертного газу (азот або аргон), яка вдується через бічні фурми. Співвідношення кисню і інертного газу змінюється під час процесу продування, при цьому спочатку суміш збагачена киснем. Подібна технологія надійно забезпечує одержання низького вмісту вуглецю, який є необхідною початковою умовою здійснення процесу АКР з мінімальним окисленням хрому. Альтернативно може застосовуватися технологія BKP (VOD Vacuum Oxygen Decarburization) в так званій TRIPLEX-схемі. 7 82964 Протягом продування загальна кількість кисню постійно розподіляється між продувальною фурмою, що знаходиться зверху, і бічними фурмами. Після етапу рафінування здійснюється обробка, яка передбачає відновлення шлаку, при цьому також відбувається відновлення хрому зі шлаку. Після присадки матеріалів, що містять кремній, наприклад феросиліцію або алюмінію, в рідкий метал і після достатнього перемішування метал має по суті бажаний кінцевий або квазіхімічний склад, при цьому в ньому ще міститься сірка. Внаслідок високого вмісту сірки в легувальних присадках, а також в шлакотвірних матеріалах обробку високолегованої сталі закінчують окремим етапом десульфурації. Ефективність такої обробки значно залежить від глибини розкиснення рідкого металу, що забезпечується присадкою алюмінію. Після обробки здійснюється випускання плавки зі шлаком, що залишився, в ківш 5. Процес рафінування високолегованої сталі планується, відстежується і регулюється, згідно з винаходом, на основі моделі АКР для забезпечення одержання розплаву із заданим хімічним складом і температурою. Істотні переваги, які дає модель АКР, полягають в наступному: Розрахунок плавки із забезпеченням оптимізації собівартості вибором легувальних компонентів і сортів бр ухту. Керування цільовою температурою. Забезпечення високої продуктивності за допомогою керування процесом. Мінімізація витрати відновників. Під час обробки дійсний стан розплаву/плавки спостерігається через доступні циклічні і початкові введені параметри, які визначаються на основі базової системи автоматизації. При введенні матеріалів їх вплив на вагу і склад сталі і шлаку, а також на температуру сталі враховується за допомогою специфічних параметрів впливу матеріалу і елементів. Дійсні склади сталі і шлаку по кожному окремому елементу за 8 даються на основі даних лабораторного аналізу і вимірювань в момент відбору проби з урахуванням присадок і втрат. Основні частини металургійної моделі АКР включають в себе розрахунок кінцевих кількостей матеріалів, прогнозування на основі розрахунку і динамічне моделювання. При розрахунку кінцевих кількостей матеріалів в принципі підсумовуються присадки матеріалів на всіх етапах обробки для регулювання температури і складу сталі. При прогнозуванні розраховується схема здійснення процесу АКР. Вона включає процес АКР повністю з дійсним станом плавки на початку обробки і закінчується випусканням. Відповідно до звичайного часу обробки на основі заданих практичних даних планується обробка конкретної плавки з необхідними етапами обробки і відбором проб. Динамічна модель розраховує баланси вуглецю, кисню і баланс енергії, а також необхідну в процесі інтенсивність дуття. На основі початкових параметрів плавки в процесі обробки розраховуються концентрації вуглецю, кисню і інших компонентів ванни рідкої сталі, а також температура. На фіг.4 і 5 показані суттєві компоненти металургійної моделі АКР розділені в групи розрахунку матеріалів (фіг. 4) і енергетичного і матеріального балансів (фіг.5). На цих зображеннях окремо показано, відповідно, які параметри з бази даних і які параметри процесу вводять в модель, і які результати розрахунку по моделі виходять. Перелік посилальних позицій 1 Доменна піч 2 ПРИСТРІЙ для обробки ДДД 3 ПІЧ-КІВШ 4 КОНВЕРТЕР АКР 5 КІВШ 6 РОЗЛИВНА машина. 9 82964 10 11 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 82964 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601