способ получения низкоуглеродистой спокойной стали

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СПОКОЙНОЙ СТАЛИ, включающий выплавку, выпуск из плавильного агрегата нераскисленного металла, предварительное раскисление алюминием в сталеразливочном ковше в процессе выпуска плавки, присадку ферросплавов, в том числе марганца и кремния, и продувку металла в ковше нейтральным газом после выпуска плавки, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных плавок при одновременном снижении расхода алюминия и равномерном его распределении по слиткам и по длине полос, расход алюминия для предварительного раскисления металла в ковше составляет 315 - 360 г/т, а окончательное раскисление производят в изложницах алюминием в количестве q_Al = a + 15 , где q_Al - расход алюминия, г/т; a - коэффициент, a = 180 - 220 г/т; - длительность продувки металла в ковше нейтральным газом, мин, причем алюминий присаживают равномерно в период наполнения от 0,5 до 0,75 высоты изложниц, а при отливке последнего слитка расход алюминия повышают на 15 - 25%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к раскислению низкоуглеродистой спокойной стали (0,08-0,22 мас.% С), разливаемой сверху в крупные слитки, и может быть использовано при производстве как спокойной, так и низколегированной стали.

Известен способ раскисления спокойной стали, при котором с целью повышения степени усвоения раскислителей при наполнении ковша на 1/10-1/6 высоты вводят разовой порцией 10-20% алюминия, затем в период наполнения ковша с 1/6 до 1/4 высоты равномерно вводят алюминий с интенсивностью 0,3-2 кг/т мин, а остальной алюминий вводят после присадки ферросплавов [1].

Недостаток указанного способа заключается в повышенном угаре алюминия, неравномерном его распределении по высоте ковша, следовательно, и по слиткам, т. е. отмеченные недостатки являются типичными для ковшевого варианта раскисления алюминием.

Наиболее близким к предложенному является выбранный в качестве прототипа способ раскисления низкоуглеродистой спокойной и низколегированной стали с содержанием 0,08-0,22 мас.% С, включающий выпуск нераскисленного металла, предварительное раскисление алюминием в ковше в процессе выпуска плавки (30-40% от общего расхода до наполнения 1/4 ковша), затем присадку ферросплавов, в том числе марганца, кремния и остального количества алюминия, а также продувку металла в ковше нейтральным газом после выпуска плавки [2].

Недостатком известного способа является повышенный угар алюминия при раскислении металла в процессе выпуска плавки, вследствие чего его расход составляет 1600 г/т при раскислении стали 09Г2 и 1500-2000 г/т при раскислении стали 10сп при гарантированном содержании алюминия не менее 0,02 мас.% (с.16; табл.9.1). Кроме того, необходимо отметить и нестабильный угар алюминия, а также дополнительное его окисление в процессе продувки нейтральным газом и разливки стали, особенно последних порций металла, что в конечном итоге предопределяет его нестабильное, а часто и пониженное (менее 0,02 мас.%) содержание как от плавки к плавке, так и по ходу разливки одной плавки.

Целью изобретения является повышение выхода годных плавок при одновременном снижении расхода алюминия и равномерном его распределении по слиткам и по длине полос.

Цель достигается тем, что при способе раскисления низкоуглеродистой спокойной стали, включающем выпуск нераскисленного металла, предварительное раскисление алюминием в ковше в процессе выпуска плавки, присадку ферросплавов, в том числе марганца и кремния, и продувку металла в ковше нейтральным газом после выпуска плавки, согласно изобретения, расход алюминия для предварительного раскисления металла в ковше снижают на 20-30% от минимального расхода, а окончательное раскисление производят в изложницах алюминием в количестве q_AL=a+15 , где q_Al - расход алюминия, г/т; а - коэффициент, равный 180-220 г/т; 15 - коэффициент, г/т мин; - длительность продувки металла в ковше нейтральным газом, мин; причем алюминий присаживают равномерно в период наполнения от 0,5 до 0,75 высоты изложниц, а при отливке последнего слитка расход алюминия повышают на 15-25%.

Сущность изобретения заключается в получении стабильного, причем в марочных пределах содержания алюминия как от плавки к плавке, так и по ходу разливки одной плавки и в снижении его расхода за счет переноса операции окончательного раскисления алюминием из сталеразливочного ковша в изложницу, причем окончательное раскисление металла в изложницах производится с учетом изменения содержания алюминия в стали как за период продувки металла в ковше нейтральным газом, так и за период разливки стали.

Проведенные исследования показали, что снижение расхода алюминия для предварительного раскисления металла в ковше на 20-30% не приводит к повышению содержания силикатных включений в стали и, как следствие, к повышению количества плавок, не выдержавших испытаний на холодный изгиб. При снижении расхода алюминия более чем на 30% от принятого содержания силикатных включений в стали увеличивается в среднем с 0,006 до 0,009 мас.%, что отрицательно сказывается на пластических свойствах готового листа. При снижении расхода алюминия менее чем на 20% содержание силикатных включений и механические свойства стали остаются на прежнем уровне, но при этом расход алюминия снижается в меньшей степени, что противоречит цели изобретения.

Как известно, в процессе продувки металла в сталеразливочном ковше нейтральным газом происходит непрерывное окисление алюминия за счет взаимодействия металла со шлаком, с атмосферой и т.д. Оптимальная продолжительность продувки с точки зрения усреднения температуры и химического состава металла и удаления неметаллических включений составляет в большегрузных ковшах от 3 до 6 мин. Однако при корректировке химического состава металла (ввод ферросплавов) или его охлаждении (охлаждение слябом, присадка сечки и т.д.) длительность продувки нейтральным газом возрастает до 8-10 мин. При этом естественно наблюдается повышенный угар алюминия, что приводит не только к значительному колебанию содержания алюминия в стали, но и к получению содержания алюминия менее 0,02 мас. % , т.е. к переводу плавок на менее ответственные заказы. Предлагаемый способ позволяет избежать указанных недостатков за счет присадки второй порции алюминия не в ковш, а в изложницу, причем с увеличением длительности продувки металла в ковше нейтральным газом расход алюминия повышается, что позволяет компенсировать его угар в ковше в процессе продувки нейтральным газом и получать стабильное содержание алюминия в готовой стали. Выражение для определения расхода алюминия, присаживаемого в изложницу, получено опытным путем в результате регрессионного анализа экспериментальных данных в зависимости от длительности продувки металла в ковше нейтральным газом, характеризующей содержание алюминия в металле в сталеразливочном ковше перед разливкой. При значении коэффициента а менее 180 г/т содержание алюминия в готовой стали может быть получено менее 0,02 мас.%, а при значении более 220 г/т наблюдается перерасход алюминия, что не согласуется с целью изобретения (примеры 8,10).

Проведенными исследованиями установлено, что содержание алюминия в последнем слитке ниже на 15-25 мас.%, чем в предыдущих слитках, и иногда оказывается менее 0,02 мас.%. Поэтому при отливке последнего слитка расход алюминия, присаживаемого в изложницу, необходимо увеличить на 15-25 мас.%, так как при повышении расхода менее чем на 15 мас.% не достигается стабильного содержания алюминия в последнем слитке (может быть и менее 0,02 мас.% ), как и не достигается при повышении расхода алюминия более чем на 25 мас. % . Кроме того, повышение количества присаживаемого в изложницу алюминия более чем на 25 мас.% приводит к его перерасходу.

В табл. 1 приведены данные по производству стали 10 сп при разливке в слитки весом 22,5 т, показывающие изменение содержания алюминия в стали по ходу разливки при вводе в изложницы алюминия в количестве 300 г/т, причем при отливке последнего слитка расход алюминия повышают на 10, 15, 20, 25 и 30% (соответственно N 1,2,3,4 и 5).

Момент ввода алюминия в изложницы в период наполнения от 0,5 до 0,75 ее высоты обусловлен следующими причинами. Во-первых, разливка стали с более низким содержанием алюминия (до момента ввода алюминия в изложницы) способствует снижению поглощения азота из атмосферы в среднем на 0,002 мас.%; во-вторых, снижению запороченности слитков пленкой (снижается объем зачистки слябов на 5-10%); в-третьих, достигается равномерное распределение алюминия по длине и ширине полосы, что подтверждается нижеприведенными данными (см. табл. 2).

Равномерный ввод алюминия обусловлен тем, что при вводе в спокойный металл особенно вторичного алюминия разовой порцией происходит заплеск металла на стенки изложниц, приводящий к образованию плен в средней части слитка, в то время как при равномерном вводе алюминия образования плен не наблюдается.

Из приведенных в таблице 3 данных видно, что наиболее высокие результаты достигаются при заявленных параметрах (примеры 2-4, 6,7).

Для оценки существенности заявленных параметров проведена серия опытных плавок с выходом поочередно каждого параметра за верхнее и нижнее значения. Кроме того, проведены плавки при нижнем, верхнем и среднем значениях заявленного параметра и в соответствии с аналогом и прототипом.

П р и м е р. Предлагаемый способ осуществлен при выплавке в 300-тонных конвертерах стали 10сп с гарантированным содержанием алюминия не менее 0,02 мас. % . Раскисление металла производят в сталеразливочном ковше в процессе выпуска плавки. По принятой технологии [2] количество алюминия для предварительного раскисления составляет 30-40% от общего расхода (1500-2000 г/т), т. е. в зависимости от содержания углерода перед выпуском от 450 до 800 г/т (прототип), в то время как при заявленном способе на 20-30% меньше от минимального расхода, т.е. 315-360 г/т. Затем в ковш присаживают силикомарганец и ферросилиций.

После выпуска плавки металл в ковше продувают нейтральным газом и при необходимости проводят корректировку содержания марганца и температуры металла, причем в зависимости от температуры длительность продувки нейтральным газом составляет от 3 до 8 мин.

Разливку стали производят сверху через стакан-коллектор диаметром 80 мм в слитки весом от 16,5 до 22,5 т. В период наполнения изложниц от 0,5 до 0,75 высоты равномерно присаживают алюминий в количестве от 225 до 340 г/т (в зависимости от продолжительности продувки металла в ковше нейтральным газом), а при отливке последнего слитка расход алюминия повышают на 15-25%.

Слитки прокатывают на горячекатаный лист толщиной 4-6 мм. Качество металла оценивают по результатам механических испытаний, содержанию алюминия по длине полос и по загрязненности неметаллическими включениями. При производстве стали по заявленной технологии загрязненность листа неметаллическими включениями несколько снижается (силикосульфидами с 2,4 до 2,2 балла, оксидами с 1,2 до 1,1 балла), при этом стабилизируется содержание алюминия в стали, что приводит к повышению пластических свойств листа (примеры 2-4, 6-7).

Таким образом, при производстве стали по предлагаемому способу сокращается расход алюминия, достигается его равномерное раскисление по слиткам и длине полос, повышается выход годных плавок по содержанию алюминия и, как следствие, выход годных плавок по механическим свойствам.