Спосіб прямого легування сталі

Винахід відноситься до галузі чорної металургії, і може бути використаний при виробництві сталі з використанням прийому прямого легування. У наш час у світовій практиці набувають впливу тенденції, спрямовані на поліпшення якості сталі, зокрема на виробництво сталі з низьким і наднизьким вмістом вуглецю, газів та шкідливих домішок, що вносить корективи у те хнології виплавки, які склалися, переважно, позапічної обробки - по доведенню сталі до необхідних параметрів перед її розливом. У зв'язку з цим підвищуються вимоги до попадання у заданий хімічний склад сталі при одночасному звуженні меж вмісту кожного елемента. Тому особливого значення набувають методи та технологічні способи, що забезпечують контрольований ступінь засвоєння легувальних та модифікуючих домішок сталлю. Враховуючи те, що у практиці сталеплавильного виробництва, що склалася, у сталеплавильних агрегатах виплавляють низьковуглецевий продукт, незалежно від марки сталі, що виробляється, який потім доводять до необхідних параметрів, на установках доведення сталі, виникає необхідність у розкисненні низьковуглецевого напівпродукту перед його легуванням. При цьому неминуче метал насичується неметалічними включеннями оксидними продуктами реакцій розкиснення, для модифікування або видалення яких потрібне проведення додаткових заходів, пов'язаних з витратами енергетичних та матеріальних засобів. Наступний етап позапічної обробки - легування сталі, також супроводжується утворенням деякої кількості неметалічних включень. Застосування для попереднього розкиснення сталі матеріалів, які не утворюють неметалічних включень, наприклад, коксу або вугілля, супроводжується великими тепловтратами, для компенсації яких потрібно перегрівати вуглецевий напівпродукт перед випуском, що призводить до зайвих витрат та погіршення якості сталі. Відомий спосіб легування сталі марганцем, що включає виплавку металу у сталеплавильному агрегаті, випуск металу в ківш, подачу легувальних матеріалів та продування інертним газом, при цьому після випуску металу в ківш на поверхню розплаву подають малофосфористий марганецьвмісний шлак феросплавного виробництва, відновник і вапно у кількості, що забезпечує основність шлаку в інтервалі 2,0-3,5 і додатково подають на поверхню ванни кисень протягом 3-30сек. [SU 1044641, кл. С21С7/00, 1983р.]. Використовуючи цей спосіб, одержати сталь високої якості не є можливим, тому що спільна подача оксидного матеріалу, який містить легувальний елемент - марганець, відновника і вапна у сталерозливальний ківш на поверхню вуглецевого напівпродукту після його випуску з сталеплавильного агрегату і подальше продування киснем утр удняють керування процесом легування сталі марганцем, перешкоджаючи тим самим забезпеченню високого ступеня засвоєння марганцю сталлю, а також не забезпечує високий ступінь десульфурації. Зниження вмісту сірки у сталі досягається при обробці десульфур уючими матеріалами після попереднього глибокого розкиснення металу, при цьому потрібний максимальний контакт десульфур уючи х матеріалів з металом, наприклад, що досягається шляхом інтенсивного їх перемішування. У відомому способі високоосновний шлак, що утворюється після прямого легування сталі марганцем, хоча і має певну сульфідну місткість, але через відсутність інтенсивного перемішування не забезпечує глибокої десульфурації сталі. Тому одержати при використанні відомого способу низький вміст сірки у сталі не є можливим. Подача на поверхню металу кисню призводить до підвищення його вмісту у металі при здійсненні прямого легування сталі марганцем, що збільшує витрату відновника, знижує засвоєння марганцю рідким металом, погіршує умови десульфурації, а також підвищує забруднення сталі оксидними та сульфідними неметалічними включеннями, тобто погіршує якість сталі. Спільна подача матеріалів у сталерозливальний ківш після закінчення випуску у нього вуглецевого напівпродукту призводить до зниження витягування легувального елемента - марганцю, що в сукупності з відсутністю можливості керування швидкістю процесу легування призводить до погіршення якості сталі. При виробництві сталі за відомим способом, знижується продуктивність сталеплавильного агрегату, в порівнянні з легуванням сталі феросплавами тому, що подачу всіх матеріалів у сталерозливальний ківш здійснюють після закінчення випуску в нього вуглецевого напівпродукту, а це призводить до подовження процесу легування через додаткову витрату часу на розплавлений матеріалів, що подаються. Марганець у малофосфористому марганецьвмісному шлаку феросплавного виробництва знаходиться у вигляді хімічно міцної сполуки МnSiO3. При витраті вапна у кількості, що забезпечує основність шлаку 2,0-3,5, яке подають у сталерозливальний ківш спільно з малофосфористим марганецьвмісним шлаком до початку відновлення марганцю, в шлаку утворюються нарівні з силікатами кальцію міцні сполуки з високою температурою плавлення - більше 1400°С, а також вільне вапно. І, хоча наявність вапна сприяє руйнуванню хімічних зв'язків у силікаті марганцю при його відновленні кремнієм, в шлаку утворюються тугоплавкі силікати кальцію Са 2SіO4 та Са3SіO5, що зумовлюють високу температуру плавлення шлаку, що призводить до підвищення його в'язкості, зменшенню ступеня витягування марганцю, підвищенню вмісту неметалічних включень та погіршенню якості сталі. Крім того, оксидний матеріал, що використовується у відомому способі, який містить легувальний матеріал марганець, дорого коштує і є енергоємним, тому що на його виробництво витрачають велику кількість електроенергії. Відомий спосіб виробництва сталі, який включає виплавку металу у сталеплавильному агрегаті, розкиснення, легування, одержання рідкого металу, який містить відновники - кремній та алюміній, введення в рідкий метал оксидної суміші, яка містить оксиди марганцю та кальцію при їх відношенні /МnxО у - 0,6-1,2, обробку рідкого металу у сталерозливальному ковші шлаком, який утворюється при відновленні марганцю розчиненими у металі кремнієм та алюмінієм, яку здійснюють витримкою рідкого металу під шлаком з основністю СаО/SіO2=0,7-1,8, причому з оксидною сумішшю в рідкий метал додатково вводять відновник, що містить кремній [RU, С1, №2096491, кл. С21С7/00, 1997р.]. Попереднє розкиснення та легування металу у відомому способі здійснюють у сталеплавильному агрегаті в присутності окиснювального шлаку і при високій окисненості металу. Це призводить не тільки до перевитрати розкиснювачів і легувальних, взаємодіючих з оксидами заліза в шлаку, але і до підвищеної забрудненості металу неметалічними включеннями, що важко видаляються - силікатами, алюмінатами та сульфідами марганцю та заліза. Подальшу обробку металу у сталерозливальному ковші за відомим способом проводять шляхом відновлення марганцю з його оксидів при введенні в ківш відновника, що містить кремній, наприклад феросиліцію. Процес відновлення марганцю проводять у дифузійному режимі, що неминуче вимагає додаткового часу на його протікання. Крім того, кількість силікатів, алюмінатів та сульфідів, що утворилася раніше у сталеплавильному агрегаті, поповнюється силікатами, що наново утворюються внаслідок відновлення марганцю. При відсутності засобів для глобуляризації цих включень, а також при наявності висококремнеземистого шлаку, що утворився на поверхні металу, відомий спосіб не забезпечує видалення неметалічних включень з об'єму металу в шлак, що призводить до підвищення забруднення металу оксидними та сульфідними включеннями та погіршенню його якості. У відомому способі створюються несприятливі умови для відновлення марганцю тому, що введення в рідкий метал оксидної суміші, в якій баластна домішка (СаО) становить від 1/2 до 2/3 загальної кількості суміші призводить до погіршення умов її плавлення, підвищення часу та збільшення витрати тепла на її плавлення, що особливо важливо при використанні як відновника, що подається спільно з оксидною сумішшю, матеріалу із зниженою, наприклад, в порівнянні з алюмінієм, активністю - кремнію. Використання відновника, що містить кремній, пов'язано з можливістю локальних перегрівів суміші з відновником, а, отже, до його випливання на поверхню шлакового розплаву та інтенсивної взаємодії з киснем атмосфери. Незважаючи на те, що втрати відновника, що містить кремній, в газову фазу такі малі, що ними можна знехтувати, оксиди кремнію, які утворюються внаслідок реакції відновлення марганцю, погіршують термодинамічні умови відновлення марганцю, що призводить до підвищеної витрати кальційвмісних оксидів (вапна) і збільшення витрати енергії на підігрівання оксидної суміші. При цьому термічність оксидної суміші навіть в сукупності із заздалегідь введеними в рідкий метал алюмінієм та кремнієм не забезпечують самовільне протікання процесу відновлення, а додаткова витрата відновника, що містить кремній, яка компенсується у вигляді хімічного тепла, призводить до погіршення показників відновлення марганцю внаслідок підвищення частки SiO2 в шлаку. В основу винаходу покладена задача удосконалення способу прямого легування сталі шляхом оптимізації технологічного процесу. Очікуваний технічний результат - створення сприятливих фізико-хімічних та температурних умов, що забезпечують синхронність плавлення матеріалів, що подаються, і процесу відновлення, що призводить до підвищення засвоєння металом легувальних елементів, зниженню забруднення сталі неметалічними включеннями та підвищенню її якості. Технічний результат досягається тим, що у способі прямого легування сталі, який включає виплавку металу у сталеплавильному агрегаті, легування сталі марганцем шляхом відновлення його з оксидів при подачі матеріалу, який містить оксиди марганцю і відновника та їх взаємодії, за винаходом відновлення марганцю з оксидів здійснюють з відновленням інших легувальних елементів з матеріалу, який містить неметалічні сполуки цих елементів, що подається на поверхню рідкого металу, і/або з відновленням марганцю з матеріалу, що подається, який містить інші неметалічні сполуки марганцю, причому відновник починають вводити при досягненні висоти шару матеріалу, що подається, який містить неметалічні сполуки легувальних елементів, яка дорівнює 0,1-0,15 від загальної висоти шару, при цьому підтримують температуру процесу відновлення, яка дорівнює температурі плавлення суміші матеріалу, що подається, і відновника, забезпечують постійний контакт розплавленої частини відновника та розплавленої частини матеріалу, що подається, який містить неметалічні сполуки легувальних елементів, причому відновник подають у кількості, що забезпечує необхідну термічність суміші матеріалу, що подається, і відновника. Доцільно як матеріал, який містить неметалічні сполуки легувальних елементів, використовувати оксиди або карбонати легувальних елементів або їх поєднання. Доцільно як відновник використовувати алюмінійвмісний, або кремнійвмісний, або вуглецьвмісний матеріал, або матеріал, який містить групу лужноземельних металів або їх поєднання. Доцільно подачу матеріалу, який містить неметалічні сполуки легувальних елементів, здійснювати безперервно або порційно з порцією не менше 0,1 від загальної витрати. Доцільно при здійсненні процесу прямого легування сталі у сталеплавильному агрегаті в нього додатково подавати шлакоутворюючі, а вуглецьвмісний матеріал, що використовується як відновник, вводити у кількості, вибраній з співвідношення матеріалу, який містить неметалічні сполуки легувальних елементів, до шлакоутворюючих та вуглецьвмісного матеріалу, яке дорівнює 1:(0,18-0,20):(0,10-0,12), відповідно, після досягнення температури рідкого металу, яка перевищує температуру випуск у на величину, яка визначається з виразу Dt=33[Мn], де: Dt - величина перевищення температури випуску, °С; [Мn] - кількість відновленого марганцю мас.%; 33 - емпіричний коефіцієнт, і видалення з сталеплавильного агрегату окиснювального шлаку. Доцільно при легуванні сталі у сталеплавильному агрегаті матеріал, який містить неметалічні сполуки легувальних елементів, шлакоутворюючі та вуглецьвмісний матеріал подавати порційно, причому маса кожної порції, яка складається з усіх матеріалів, що подаються, становить 0,01-0,02 від маси рідкого металу. Доцільно при здійсненні процесу прямого легування сталі у сталерозливальному ковші в нього заздалегідь додатково подавати вуглецьвмісний матеріал, як відновник, що вводиться, використати алюміній, додатково в процесі легування подавати шлакоутворюючі у вигляді вапна при наступному співвідношенні компонентів в %: матеріали, які містять неметалічні сполуки легувальних елементів, 56-65; алюміній 12-16; вуглецьвмісний матеріал 5-7; вапно - решта. Доцільно при легуванні сталі хромом у сталерозливальному ковші як неметалічні сполуки інших елементів використати оксиди хрому, які потрібно подавати в ківш під час випуску рідкого металу, при цьому для збільшення вмісту марганцю та хрому у го товій сталі на кожні 0,1мас.% оксиди хрому подавати з витратою, вибраною з відношення, вмісту марганцю до вмісту хрому в матеріалі, який містить неметалічні сполуки цих елементів, яке дорівнює 1,1-1,2, а алюміній, який вводиться як відновник, доцільно подавати спільно з карбідом кальцію в співвідношенні 1:(2,9-3,2). Доцільно при легуванні сталі хромом у сталерозливальному ковші як матеріал, який містить оксиди хрому, використати конвертерний шлак виробництва середньовуглецевого ферохрому. В основу способу, що пропонується, покладена ідея реалізації принципу, згідно з яким пониження температури в зоні реакції сприяє збільшенню константи рівноваги реакції і, отже, підвищує повноту її протікання, для чого в способі, що пропонується, створені наступні умови: 1. Мінімальна температура процесу прямого легування в зоні реакції відновлення легувальних елементів при мінімальній в'язкості шлаку, що утворюється, з високою його сорбційною здатністю по відношенню до оксидних продуктів реакції відновлення - оксидів активних елементів, що входять до складу відновника. 2. Постійна наявність в зоні реакції протягом всього процесу відновлення вихідних компонентів реакції матеріалу, який містить оксид марганцю та неметалічні сполуки інших легувальних елементів і/або який містить інші неметалічні сполуки марганцю та відновника. 3. Ефективне відведення із зони реакції її продуктів - відновленого легувального елемента в об'єм металу, а також оксидів активних елементів відновника, що утворюються, у шлакову фаз у. Оскільки легувальні елементи розчинні в рідкому залізі, а наприклад марганець необмежено розчинний в рідкому залізі, то поглинання рідким металом мікрочастинок марганцю, що відновлюються, відбувається миттєво, а конвективні потоки, що завжди мають місце в об'ємі рідкого металу, відносять збагачені відновленим елементом шари в об'єм рідкого металу, усереднюючи хімічний склад по легувальному елементу - марганцю. Інші легувальні елементи, що відновлюються, в присутності мікрочастинок відновленого марганцю також інтенсивно розчиняються в об'ємі металу тому, що відновлення їх відбувається в рідкофазному режимі і, отже, відсутні перешкоди до їх розчинення у рідкому металі. Відновник вводять у кількості, що забезпечує необхідну термічність суміші матеріалу, що подається, який містить оксиди марганцю, неметалічні сполуки інших легувальних елементів і/або який містить інші неметалічні сполуки марганцю, і відновника. Для самовільного протікання реакції відновлення елементів з їх оксидів та карбонатів необхідний певний запас потенційного тепла конкретної суміші матеріалу, який містить неметалічні сполуки легувальних елементів, і відновника, який би забезпечував не тільки плавлення вихідних матеріалів, відновлення легувальних елементів, але і ефективне розділення металевої та шлакової фаз, які утворюються. При прямому легуванні сталі з використанням матеріалів, які містять неметалічні сполуки легувальних елементів у вигляді оксидів та карбонатів легувальних елементів, і відновника створюються сприятливі теплові умови процесу відновлення, оскільки нарівні з теплом екзотермічних реакцій відновлення додатковими джерелами тепла є рідкий метал, внутрішні поверхні сталеплавильного агрегату та інш. У цьому випадку, нарівні з подачею в зону реакції певної кількості тепла, забезпечуються такі умови, при яких виключене займання високоактивних елементів - відновників і видалення їх у газову фазу. Тому термічність кожної конкретної суміші підбирають дослідним шляхом з урахуванням забезпечення самовільного протікання реакції відновлення при мінімізації втрат відновника. При введенні відновника спочатку відбувається налипання на його поверхню шлаку та металу. Але, оскільки температура плавлення відновника нижче температури металу та шлаку, то відбувається плавлення відновника, що супроводжується проривом налиплої кірочки, що і забезпечує постійний контакт розплавленої частини відновника, яка утворюється з гомогенною складовою плавких легувальних матеріалів, що постійно підтримується за рахунок тепла екзотермічних реакцій відновлення легувальних елементів. Таким чином, забезпечується синхронність плавлення матеріалів, що подаються, і процесі відновлення легувальних елементів. Спосіб прямого легування сталі здійснюють таким чином: У сталеплавильний агрегат, наприклад кисневий конвертер, шахтн у дуго ву піч або інш. подають рідкий чавун, потім шлакоутворюючі матеріали (вапно, доломіт, плавиковий шпат), після чого розплав продувають киснем. Після видалення окиснювального шлаку на поверхню рідкого металу подають матеріал, який містить оксиди марганцю, неметалічні сполуки інших легувальних елементів і/або який містить інші неметалічні сполуки марганцю. Як матеріал, який містить неметалічні сполуки марганцю, використовують марганцеву руду, концентрат, агломерат, шлаки феросплавного виробництва та інш. Як неметалічні сполуки інших легувальних елементів можуть бути використані групи лужноземельних металів і інш., які містять оксиди легувальних елементів, наприклад ніобію, титану, молібдену, хрому та інш., або карбонати легувальних елементів, наприклад оксикарбонітрид титану, карбонати ніобію; або їх поєднання. Подачу матеріалу, який містить неметалічні сполуки легувальних елементів, здійснюють безперервно або порційно, з порцією не менше 0,1 від загальної витрати, в залежності від заданого хімічного складу сталі. Порційна подача матеріалу, який містить неметалічні сполуки легувальних елементів, зумовлена необхідністю забезпечення синхронності плавлення матеріалу, що подається, і відновлення з нього легувальних елементів. Зменшення порції матеріалів, що подаються, менше 0,1 від загальної витрати погіршує процес плавлення матеріалів тому, що відбувається їх обшлаковування, яке призводить до подовження часу плавлення, нераціонального використання відновника та зниження показників засвоєння рідким металом відновлених з матеріалу, який містить сполуки легувальних елементів. При досягненні висоти шару матеріалу, що подається, який містить неметалічні сполуки легувальних елементів, яка дорівнює 0,1-0,15 від загальної висоти шару, починають вводити відновник і продовжують його введення в процесі подальшої подачі матеріалу. Як відновник використовують алюмінійвмісний або кремнійвмісний, або вуглецьвмісний матеріал, або груп у лужноземельних металів, або їх поєднання. В залежності від вибраного відновника, його фракційний склад може змінюватися від 1,0-3,0мм до 20-50мм і більше. Відновник вводять у кількості, що забезпечує необхідну термічність суміші матеріалу, що подається, і відновника. Подача матеріалу, який містить оксиди марганцю, неметалічні сполуки інших легувальних елементів і/або який містить інші неметалічні сполуки марганцю, зумовлена необхідністю забезпечення температури плавлення матеріалу нижче температури рідкого металу. Це дозволяє при утворенні гомогенної складової плавкого матеріалу і своєчасному введенні відновника організувати інтенсивний початок процесу відновлення і забезпечити синхронність процесів плавлення матеріалів, що подаються, і відновлення легувальних елементів, що призводить до підвищення засвоєння металом легувальних елементів, зниженню забруднення сталі неметалічними включеннями та підвищенню якості сталі. При цьому ефективне використання відновника забезпечується при одночасному плавленні матеріалу, який містить неметалічні сполуки легувальних елементів, і відновника. Це сприяє інтенсивному протіканню рідкофазної реакції відновлення легувальних елементів. Введення відновника в процесі подачі матеріалу, який містить неметалічні сполуки легувальних елементів, забезпечує ранній початок відновного процесу і постійний контакт розплавленої частини відновника з гомогенною складовою, що утворюється, плавкого матеріалу, який містить неметалічні сполуки легувальних елементів, синхронність плавлення матеріалів, що вводяться, і відновного процесу, що перешкоджає переведенню процесу відновлення у дифузійний режим, що супроводжується низькими швидкістю та повнотою процесу відновлення, підвищеною витратою відновника, забрудненням металу неметалічними включеннями та погіршенням якості сталі. Введення відновника доцільно починати при досягненні висоти шару легувального матеріалу, що подається, яка дорівнює 0,1-0,15 від загальної його висоти тому, що температура плавлення відновника нижче температури плавлення матеріалу, який містить неметалічні сполуки легувальних елементів. При введенні відновника раніше, ніж буде досягнута висота шар у матеріалу, що дорівнює 0,1 від загальної висоти шару, матеріал не встигне підплавитися з утворенням гомогенної фази і, отже, відновник, що розплавляється, не зможе брати участь в реакції відновлення, що призведе до його нераціонального використання. Введення відновника при досягненні висоти шару матеріалу, який містить сполуки легувальних елементів, більше 0,15 від загальної висоти шару, також недоцільне, тому що інтенсивне утворення гомогенної фази легувального матеріалу, який подається, порушує синхронність плавлення легувальних матеріалів та відновного процесу, що призводить до зниження засвоєння рідким металом легувальних елементів, забруднення металу неметалічними включеннями та погіршенню якості сталі. Відновлення легувальних елементів проводять при температурі плавлення матеріалу, який містить оксид марганцю, неметалічні сполуки інших легувальних елементів і/або який містить інші неметалічні сполуки марганцю. Це зумовлене тим, що при наявності гомогенної складової плавких легувальних матеріалів, і розплавленої частини відновника повнота відновлення підвищується при мінімізації температури, що сприяє підвищенню засвоєння металом легувальних елементів, зниженню забруднення сталі неметалічними включеннями та підвищенню якості сталі. Підвищення температури вище температури плавлення згаданого матеріалу згідно зі способом, що пропонується, не відбувається тому, що процес відновлення практично закінчується із закінченням плавлення матеріалу, що подається. Забезпечення постійного контакту розплавленої частини відновника з гомогенною складовою плавкого матеріалу, який містить неметалічні сполуки легувальних елементів, згідно зі способом, що пропонується, необхідно для підтримки високої швидкості та повноти процесу відновлення. При здійсненні процесу прямого легування сталі у сталеплавильному агрегаті, наприклад, в конвертері, після закінчення рафінувального періоду продування і досягнення температури рідкого металу, що перевищує температуру випуску, проводять видалення окиснювального шлаку. Додаткове підігрівання рідкого металу зумовлене необхідністю зниження в'язкості окиснювального шлаку перед його скачуванням, а також компенсації тепловтрат, які виникають внаслідок ендотермічної реакції карботермічного відновлення легувальних елементів з матеріалу, який містить неметалічні сполуки легувальних елементів. Величину перевищення температури рідкого металу над регламентованою для кожної конкретної марки сталі температурою випуску металу визначають з виразу Dt=33[Мn ], де: Dt - величина перевищення температури випуску, °С; [Мn] - кількість відновленого марганцю, мас.%; 33 - емпіричний коефіцієнт. Після підігрівання рідкого металу до необхідного значення температури проводять видалення окиснювального шлаку, зводячи до мінімуму процеси ресульфурації та рефосфорації металу у сталеплавильному агрегаті при його подальшій обробці. Потім у сталеплавильний агрегат порційно, з масою кожної порції 0,01-0,02 від маси рідкого металу, подають матеріал, який містить неметалічні сполуки легувальних елементів, а також шлакоутворюючі у вигляді вапна та вуглецьвмісний матеріал як відновник. Як матеріал, який містить неметалічні сполуки легувальних елементів, використовують гр удкову р уду, концентрат, агломерат, переважно фракційного складу 20-50мм, як шлакоутворюючі використовують свіжовипалене вапно, а вуглецьвмісний матеріал, що вводиться як відновник, подають у вигляді коксу, вугілля, карбіду кремнію, карбіду кальцію або їх сполучень. Вуглецьвмісний матеріал вводять у кількості, вибраній з співвідношення матеріалу, що подається, який містить неметалічні сполуки легувальних матеріалів, до шлакоутворюючих і до вуглецьвмісного матеріалу, яке дорівнює 1:(0,180,20):(0,10-0,12). Це співвідношення зумовлене необхідністю забезпечення безперервності процесу прямого легування сталі. При підвищенні витрати шлакоутворюючи х і вуглецьвмісного матеріалу зменшується кількість матеріалу, який містить неметалічні сполуки легувальних елементів, що подається у сталеплавильний агрегат, знижується засвоєння рідким металом легувального елемента, підвищується гетерогенність шлаку, погіршуються теплові та масообмінні процеси, що призводить до зниження показників якості сталі через підвищений вміст неметалічних включень. При співвідношенні матеріалів, що подаються, менше 1:(0,180,20):(0,10-0,12) знижується надходження у сталеплавильний агрегат оксидів СаО, погіршуються фізико-хімічні умови відновного процесу, знижується ступінь засвоєння рідким металом відновлених легувальних елементів, що призводить до погіршення якості сталі. Матеріал, що подається на поверхню рідкого металу, який містить неметалічні сполуки легувальних елементів, наприклад, марганцю, і вапно плавляться і відбуваються хімічні реакції взаємодії вуглецювідновника з киснем двофазної системи шлак-метал, наприклад: (FеО)+С=[Fе]+СО (1), (МnО)+С=[Мn]+СО (2), [О]+С=СО (3). Газоподібним продуктом всіх трьох реакцій є монооксид вуглецю, який барботує шлак, інтенсифікуючи його рафінуючу здатність і верхні шари металу, сприяючи енергійному поглинанню основним металом відновлених елементів. Ендотермічний характер реакцій взаємодії вуглецю з киснем, який знаходиться у металі і шлаку, не є перешкодою до їх протікання, в зв'язку з тим, що перед початком процесу прямого легування метал заздалегідь підігрівають вище температури випуску, в залежності від необхідної кількості відновленого елемента, наприклад, марганцю. Маса кожної порції матеріалу, що подається, яка дорівнює 0,01-0,02 від маси рідкого металу, зумовлена необхідністю забезпечення рівномірності протікання процесу відновлення. Зменшення маси порції до величини менше 0,01 від маси рідкого металу погіршує тепловий режим процесу відновлення, погіршуючи при цьому також і масообмінний процес через зменшення кількості газоподібного монооксиду вуглецю, що утворюється в процесі розкиснення рідкого металу і відновлення легувальних елементів вуглецем, барботуючим шлак і поверхневий шар рідкого металу, що призводить до зниження повноти відновлення легувального елемента, а також до погіршення рафінувального процесу і знижує показники якості готового металу через збільшення вмісту неметалічних включень. Збільшення маси порції суміші більше, ніж 0,02 від маси рідкого металу також недоцільне тому, що порушуються теплообмінні процеси, що призводить до погіршення процесу шлакоутворення через великі домішки шлакоутворюючих матеріалів, які входять до складу матеріалу, що подається, які призводять до загущення шлаку, підвищення його гетерогенності, зниження показників витягування легувальних елементів, а також до погіршення рафінувального процесу, що призводить до підвищення у металі неметалічних включень та погіршення якості сталі. Внаслідок проведеного процесу прямого легування з сталеплавильного агрегату випускають метал з низькою окисненістю. Це призводить до того, що процес доведення металу до заданого хімічного складу, в зв'язку з малою і прогнозованою кількістю розчиненого у металі кисню, стає регламентованим. При цьому різко скорочується кількість ітерацій з попадання у вузькі межі хімічного складу для будь-якого з легувальних або модифікуючих елементів. При здійсненні процесу прямого легування у сталерозливальному ковші заздалегідь на початку випуску рідкого металу з сталеплавильного агрегату у сталерозливальний ківш подають вуглецьвмісний матеріал, а потім подають матеріал, який містить неметалічні сполуки легувальних елементів, відновник у вигляді алюмінію та шлакоутворюючі у вигляді вапна, при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: матеріали, які містять неметалічні сполуки легувальних елементів 56-65; алюміній - 12-16; вуглецьвмісний матеріал 5-7; вапно - решта. Подача у сталерозливальний ківш вуглецьвмісного матеріалу у вигляді коксу або вугілля у кількості 57мас.% від загальної витрати матеріалів, що подаються в ківш, забезпечує розкиснення металу до необхідних величин вмісту кисню у го товій сталі. Крім того, поєднання процесу розкиснення та легування з випуском металу у сталерозливальний ківш знижує час легування, зменшуючи, при цьому цикл плавки. Зменшення вмісту вуглецьвмісного матеріалу в складі матеріалів, які подаються в ківш, не призводить до необхідного рівня розкиснення, а підвищення його кількості більше 7мас.% призводить до охолоджування металу в ковші, оскільки тепла екзотермічної реакції відновлення недостатньо для компенсації тепловтрат від протікання ендотермічної реакції взаємодії вуглецю з киснем металу. Подача матеріалу, який містить неметалічні сполуки легувальних елементів, у кількості 56-65мас.% забезпечує одержання заданої концентрації легувальних елементів в сталі. Подача матеріалу, який містить неметалічні сполуки легувальних елементів, у кількості менше 56мас.% призводить до підвищеної витрати відновника - алюмінію, витрати його на додаткове розкиснення металу з утворенням алюмінатних неметалічних включень, які тяжко видалити, що призводить до погіршення процесу розливу сталі та її якості. Перевищення витрати цього матеріалу більше 65мас.% зв'язане з низьким ступенем витягування з нього легувальних елементів. Витрата алюмінію у кількості 12-16мас.% забезпечує високий ступінь витягування легувальних елементів, а через знижену, в порівнянні з металом температуру в зоні реакції, практично виключає утворення забруднюючих атмосферу цеху газоподібних продуктів реакції АlO та АІ2 О. Оксид алюмінію АІ2О 3, що утворюється внаслідок реакції, зв'язується в сполуки, які легко видаляються, з СаО. Процес прямого легування сталі хромом здійснюють таким чином. У сталерозливальний ківш подають матеріал, який містить неметалічні сполуки інших елементів у вигляді оксидів хрому, спільно з оксидами марганцю та іншими неметалічними сполуками марганцю, під час випуску рідкого металу з сталеплавильного агрегату. Оскільки оксиди хрому мають високу температуру плавлення, то наявність у матеріалі, що подається, оксидів марганцю та інших неметалічних сполук марганцю, сприяє поліпшенню теплового балансу та фізикохімічних умов відновлення легувальних елементів, внаслідок зниження температури плавлення матеріалу, що подається. Спільне введення цих компонентів у сталерозливальний ківш під час випуску металу зумовлене необхідністю прискорення плавлення тугоплавкого компонента, який містить оксиди хрому, що поліпшує гомогенізацію шлакової фази і процес відновлення легувальних елементів. Витрата оксидів для підвищення вмісту у готовій сталі на кожні 0,1мас.% Мn та Сr, вибраний з відношення вмісту марганцю до вмісту хрому в матеріалі, що подається, який містить неметалічні сполуки цих елементів, яке дорівнює 1,1-1,2, забезпечує оптимальне (близько 90%) витягування легувальних елементів - хрому та марганцю у метал, що сприяє підвищенню хімічної однорідності сталі, зниженню рівня окисненості металу, зменшенню кількості неметалічних включень та підвищує якість сталі. Відношення вмісту марганцю до хрому у матеріалі, що подається, менше 1,1 погіршує технологічні параметри процесу відновлення хрому та марганцю в зв'язку з погіршенням кінетичних умов відновного процесу через підвищену в'язкість рідкої фази, що утворюється внаслідок плавлення оксидних матеріалів, і високої гетерогенності шлаку, що утворився. Це призводить до зниження показників витягування легувальних елементів з їх оксидів, зменшення сорбційної здатності шлаку по відношенню до неметалічних включень, підвищення забруднення металу неметалічними включеннями. Відношення вмісту марганцю до хрому у матеріалі, що подається, більше 1,2 призводить до розбавлення шлаку матеріалом, який містить оксиди хрому, зниженню абсолютної кількості матеріалів, які містять неметалічні сполуки марганцю, а, значить, і до зниження засвоєння металом марганцю та хрому, що призводить до низької хімічної однорідності легувальних елементів - марганцю та хрому в об'ємі металу та погіршенню якості сталі. У сталерозливальний ківш вводять як відновник алюміній, який подають спільно з карбідом кальцію, в співвідношенні 1:(2,9-3,2). Подача цих матеріалів у вибраному співвідношенні зумовлена необхідністю оптимізації теплового та кінетичного режимів відновлення легувальних елементів - хрому та марганцю з відповідного матеріалу, що має різну температуру плавлення. У результаті підвищується засвоєння рідким металом легувальних елементів з матеріалу, що подається, за рахунок забезпечення позитивного теплового балансу при одночасно протікаючих ендотермічних реакціях взаємодії вуглецю карбіду кальцію з киснем плавкого матеріалу, а також екзотермічної реакції взаємодії алюмінію з киснем з матеріалу та киснем, розчиненим у металі. Крім того, відбувається екзотермічна реакція взаємодії кальцію, що міститься в карбіді кальцію, з киснем та сіркою, розчиненими у металі з утворенням відповідно СаО та СаS. Це також сприяє стабілізації теплового балансу в процесі відновлення. Взаємодія вуглецю карбіду кальцію з киснем супроводжується утворенням пухирців монооксиду вуглецю, які, барботуючи шлаковий розплав, підвищують асимілюючу здатність шлаку по відношенню до неметалічних включень, знижуючи при цьому їх вміст у металі та підвищуючи якість сталі. Кальцій, що входить до складу карбіду кальцію, будучи не тільки ефективним розкиснювачем та десульфуратором, сприяє також глобуляризації алюмінатів, що утворюються у поверхневому шарі металу внаслідок розкиснення металу алюмінієм, в сукупності з процесом відновлення легувальних елементів з їх оксидів. Глобуляризовані алюмінати активно асимілюються покривним шлаком, що сприяє зниженню вмісту неметалічних включень та підвищенню якості сталі. Частина кальцію, що вводиться в ківш, взаємодіє з сульфідами, що утворилися у металі, як правило, виду МnS та FеS, змінюючи їх морфологію з утворенням простих сульфідів (СаS) і складних сульфідів марганцю та кремнію, пасивованих кальцієм, що призводить до зменшення кількості сульфідних неметалічних включень і зниженню вмісту сірки у металі, поліпшуючи якість сталі. Підвищення частки карбіду кальцію більше 3,2 призводить до зниження технологічних показників процесу відновлення і процесу рафінування металу від сірки внаслідок погіршення теплового режиму, а також підвищення гетерогенності шлаку, зниження його сорбційної здатності по відношенню до неметалічних включень, підвищення хімічної неоднорідності металу по легувальних елементах - хрому та марганцю та погіршенню якості сталі. Зменшення частки карбіду кальцію до величини менше 2,9 призводить до підвищення температури в зоні відновного процесу, можливому випливанню розплавленого алюмінію на поверхню шлакового і розплаву, взаємодії алюмінію з киснем атмосфери з утворенням газоподібних оксидів неповного окиснення алюмінію АlO і АІ2О та їх доокиснення у газовій фазі. Це призводить до зміни теплового балансу, погіршення технологічних показників процесу відновлення легувальних елементів з їх оксидів та рафінування металу від сірки кальцієм, погіршення екологічної обстановки в цеху. При зміні запропонованого співвідношення компонентів відновника погіршуються кінетичні умови процесів відновлення та рафінування металу через підвищення гетерогенності шлаку, зниження інтенсивності його перемішування пухирцями монооксиду вуглецю, що знижує асимілюючу здатність шлаку по відношенню до неметалічних включень і підвищує забруднення металу неметалічними включеннями. Все це призводить до зниження хімічної однорідності сталі за вмістом легувальних елементів, погіршенню десульфурації, підвищенню вмісту у металі неметалічних включень та зниженню якості сталі. Запропонований варіант здійснення способу, що пропонується, не виключає інші варіанти в обсязі формули винаходу і може бути реалізований у будь-якому агрегаті з рідким металом, наприклад в мартенівській печі, сталерозливальному ковші, печі-ковші та т.д. Приклад 1 Спосіб прямого легування сталі марганцем та хромом здійснювали в 250-тонному конвертері. У конвертер подавали рідкий чавун наступного хімічного складу, мас.%: С - 4,42; Sі - 0,82; S - 0,020; Р - 0,095, залізо решта, і шлакоутворюючі матеріали. Як такі використали вапно наступного хімічного складу, мас.%: СаО - 92,0; МgO - 6,5; інші побічні домішки (і.п.д.) - решта. Як матеріал, що містить оксиди марганцю та інші неметалічні сполуки марганцю, використали матеріал, в якому сумарний вміст марганцю у перерахунку на елемент складав 44,6мас.%. Як матеріал, який містить неметалічні сполуки інших легувальних елементів, використали оксид хрому, що містить 70,81мас.%: Сr2О3. Як відновник використали алюмінійвмісний та вуглецьвмісний матеріали. Як алюмінійвмісний матеріал був узятий відсів шлаку алюмінієвого виробництва наступного хімічного складу, мас.%: Аlметал - 44,8; і.п.д. - решта, як вуглецьвмісний матеріал було узяте вугілля наступного хімічного складу, мас.%: С - 85,9; S - 0,47; і.п.д. решта. Після подачі в конвертер рідкого чавуна та шлакоутворюючих матеріалів метал продували киснем з витратою 940Нм 3/хв. протягом 8 хвилин і видаляли окиснювальний шлак. Після цього в конвертер на поверхню рідкого металу безперервно подавали матеріал, який містить оксиди марганцю та інші неметалічні сполуки марганцю, з витратою 14,0кг/т (3500кг) і матеріал, який містить оксид хрому, з витратою 12кг/т (3000кг) фракцією 10-20мм кожного. При досягненні висоти шару матеріалів, що подаються, яка дорівнює 0,1-0,15 загальної його висоти, вводили відновник: відсів шлаку алюмінієвого виробництва фракцією 20-30мм з витратою 1785кг і вугілля фракцією 10-20мм з витратою 465кг, забезпечуючи необхідну термічність суміші матеріалів, що подаються. Відновлення легувальних елементів проводили при температурі плавлення суміші матеріалів, що подаються, забезпечуючи постійний контакт розплавленої частини відновника та розплавленої частини матеріалів, що подаються, протягом всього процесу відновлення. Для одержання сталі необхідного хімічного складу необхідні легувальні домішки (мідь та нікель) подавали в конвертер, а розкиснювач феросиліцій - в ківш. Готову сталь розливали у злитки масою 12,5 тонн, які прокачували на лист то вщиною 10-20мм і проводили металографічні дослідження. Одержали сталь наступного хімічного складу, мас.%: С - 0,11; Sі - 0,24; Мn - 0,57; S - 0,010; Р - 0,007; Аl 0,025; Сr - 0,60; Ni - 0,70; Сu - 0,46; Fе - решта. При цьому засвоєння рідким металом марганцю склало - 92,7%, а засвоєння хрому - 89,8%. Забруднення сталі неметалічними включеннями (в балах) склало: оксиди - 1,4; сульфіди - 1,2; силікати - 1,3. Приклад 2 ( порівняльний) за відомим способом (RU, 2096491) Плавку проводили у 250-тонному конвертері з розкисненням та легуванням металу в конвертері. Випущений з конвертера метал без шлаку при температурі 1690°С містив у своєму складі алюміній та кремній. Під час випуску одночасно в ківш подавали суміш марганцевої руди (Мn=48,0%, SiO2=3,5%, Fе=3,4%, СаО=1,5%, АІ2O 3=2,5%, Р=0,05%) і вапна (СаО=90%) при співвідношенні СаО:Мn xО у=1:1, вуглецевий ферохром марки ФХ-650 і феросиліцій марки ФС - 65. Нікель та мідь для одержання сталі необхідного хімічного складу, як і при здійсненні способу, що пропонується, подавали в конвертер. Після витримки протягом 10хв. приосновності шлаку після витримки СаO/SіO2=1,3, одержали сталь наступного хімічного складу, мас.%: С - 0,15; Мn - 0,51; Sі - 0,27; Аl - 0,003; Сr - 0,54; Ni - 0,72 Сu - 0,55; S - 0,017; Р - 0,015; Fе решта. Засвоєння рідким металом марганцю склало - 71,2%, а засвоєння хрому - 67,8%, забруднення сталі неметалічними включеннями (в балах) склало: оксиди - 3,5; сульфіди - 2,8; силікати - 2,0. Використання способу, що пропонується, забезпечує високий ступінь засвоєння легувальних елементів і знижує забруднення сталі неметалічними включеннями. Приклад 3 Виплавку сталі проводили у 160-тонному конвертері. Згідно з технологічним завданням - плавку необхідно випускати при температурі 1630°С, із вмістом вуглецю 0,03-0,05%, марганцю - 0,55%. У конвертер заливали чавун у кількості 146т. Температура чавуна, що заливається, 1410°С, хімічний склад, мас.%: С - 4,2; Sі - 0,85; Мn - 0,57; S - 0,016; Р - 0,021. Потім продували розплав киснем з витратою 120Нм 3/хв. протягом 22хв. до досягнення температури розплаву, що перевищує температуру випуску згідно з технологічним завданням на величину, яку визначали з виразу: Dt=33[Мn], де: Dt - величина перевищення температури випуску, °С; [Мn] кількість відновленого марганцю з матеріалів, які містять неметалічні сполуки марганцю, %; 33 - емпіричний коефіцієнт. Кількість [Мn] у виразі Dt=33[Мn] визначали виходячи з технологічного завдання на плавку. У даному прикладі вміст марганцю перед випуском повинен бути 0,55%, при вмісті вуглецю 0,03-0,05%. При такому вмісті вуглецю в кінці продування вміст марганцю звичайно становить 0,05-0,07% (приймали значення 0,05%). Визначали величину [Мn], яка дорівнює 0,55-0,05=0,5%. Далі визначали величину Dt згідно з виразом Dt=33[Мn], яка становила 16,5°С. Тому продування проводили до одержання температури розплаву 1647°С. Потім з конвертера видалили окиснювальний шлак, після чого ввели суміш, що складається з оксидів марганцю та матеріалу, який містить інші неметалічні сполуки марганцю, вапно і як вуглецьвмісний відновник кокс, що вводиться у кількості, вибраній з співвідношення 1:(0,18-0,20):(0,10-0,12) відповідно, при цьому маса кожної порції, яка складається з всіх матеріалів, що подаються, становила 0,01-0,02 маси рідкого металу. Температура рідкого металу після закінчення процесу прямого легування перед випуском становила 1630°С. Хімічний склад металу перед випуском, мас. %: С - 0,05; Мn - 0,54; Р - 0,006; S - 0,005. У таблиці 1 наведені технологічні параметри способу та одержані результати. Випущений у сталерозливальний ківш рідкий метал характеризується низькими показниками окисненості, а також низьким вмістом сірки та фосфору, що призвело до невисокого забруднення сталі неметалічними включеннями і сприяло підвищенню якості готового металу. Засвоєння рідким металом марганцю склало81,7%. Приклад 4 Здійснювали виплавку сталі хімічного складу, мас.%: С - 0,09-0,12; Мn - 0,40-0,65; Sі - 0,17-0,34; 8 - 0,20; Р - 0,20. Одержаний у сталеплавильному агрегаті рідкий метал випускали нерозкисненим у сталерозливальний ківш місткістю 5т. Під час випуску рідкого металу у сталерозливальний ківш подавали вуглецьвмісний матеріал у вигляді коксу, потім подавали матеріал, який містить оксиди марганцю і матеріал, який містить інші неметалічні сполуки марганцю, сумарний вміст марганцю в яких у перерахунку на елемент становив 44мас.%, алюміній як відновник і вапно, причому матеріали у ківш вводили при співвідношенні компонентів, що заявляється. Метал розливали на 1-тонні злитки. До і після введення матеріалів у ківш відбирали проби металу на хімічний аналіз. Від прокату, одержаного із злитків, відбирали проби для визначення бала неметалічних включень. Сталь, одержана з використанням способу прямого легування, що пропонується, забезпечує високий ступінь засвоєння металом легувального елемента - марганцю - 95,4% і низьке забруднення неметалічними включеннями. Приклад 5 Плавки за способом прямого легування сталі хромом, що пропонується проводили в 100-тонній електросталеплавильній печі. Таблиця1 № плавки 1 2 3 Витрата, кг/т Мn xО у СаО С 10,0 10,0 10,0 Співвідношення 1,8 1,0 1:0,18:0,10 1,9 1,1 1:0,19:0,11 2,0 1,2 1:0,20:0,12 Маса, кг 150 220 300 Вміст елементів, мас.% Неметалічні включення, бал Кисень Сірка Фосфор Оксиди Сульфіди Силікати 0.004 0,004 0,005 0,004 0,004 0,005 0,005 0,005 0,006 1,0 1,0 1,0 0,5 0,5 1,0 0,5 0,5 0,5 При температурі 1650°С з печі випускали у сталерозливальний ківш рідкий метал, під час випуску подавали в нього матеріал, який містить неметалічні сполуки легувального елемента - хрому. Як такий використали конвертерний шлак виробництва середньовуглецевого ферохрому, вміст хрому в якому у перерахунку на елемент склав мас.% - 48,44, у кількості 1200кг і матеріали, які містять оксиди марганцю та інші неметалічні сполуки марганцю, сумарний вміст марганцю в яких у перерахунку на елемент становив 44мас.%, у кількості 1400кг. У сталерозливальний ківш також подавали 370кг вторинного алюмінію марки АВ86 і 1100кг карбіду кальцію, узятих в співвідношенні 1:3. Готову сталь розливали на злитки масою 12,5т, які прокатували на лист товщиною 10-20мм і проводили металографічні дослідження. Одержана сталь мала наступний хімічний склад, мас.%: С - 0,11; Sі - 0,17; Мn - 0,54; S - 0,006; Р - 0,007; Аl - 0,023; Сr - 0,61; Ni - 0,70; Сu - 0,53; Fе - решта. Склади матеріалів, що вводяться в ківш, і результати випробувань одержаних сталей наведені у таблиці 2. Таблиця № плавки Склад матеріалів, мас. % Матеріал, який містить неметалічні сполуки легувальних елементів Кокс Алюміній Вапно Ступінь витягування марганцю, % Ступінь десульфуризації, % Максимальний бал неметалічних включень: оксиди рядкові оксиди крапкові сульфіди 1 2 3 56,0 5,0 12,0 27,0 96,8 64,2 60,0 6,0 14,0 20,0 97,5 58,4 65,0 7,0 16,0 12,0 98,0 61,0 1,9 1,4 2,3 1,8 1,6 2,5 1,7 1,5 2,4 При цьому засвоєння рідким металом хрому становило 91,2%, засвоєння марганцю - 93,2%. Використання способу прямого легування сталі, що пропонується, при заявлених витратах оксиду хрому забезпечує високу хімічну однорідність сталі по ведучих легувальних елементах, високий ступінь десульфурації, низьку забрудненість сталі неметалічними включеннями.