способ обработки стали в ковше

Формула изобретения

Способ обработки стали в ковше, включающий выпуск стали из сталеплавильного агрегата в ковш, подачу в ковш в процессе выпуска стали шлаковой смеси, последующую подачу в ковш алюминиевой проволоки, продувку стали в ковше кислородом и нейтральным газом сверху через погружную фурму, отличающийся тем, что расход шлаковой смеси устанавливают по зависимости

G = К₁(S₁-S₂)М,

где G - расход шлаковой смеси, кг/т стали;

S₁ - содержание серы в стали, сливаемой в ковш из сталеплавильного агрегата, мас.%;

S₂ - необходимое содержание серы в стали после ее обработки в ковше, мас.%;

М - масса стали в ковше, т;

К₁ - эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности процесса обработки стали в ковше шлаковой смесью, равный 4,3 - 12,0, кг/т²%,

при этом в качестве шлаковой смеси используют твердую шлаковую смесь, состоящую, мас.%:

Известь - 50 - 90

Гранулированный алюминий - 1 - 30

Плавиковый шпат - Остальное

после подачи твердой шлаковой смеси в ковш подают алюминиевую проволоку и продувают сталь кислородом сверху в течение времени, определяемом по эмпирической зависимости

₁= K₂GQ₁Vq/Ft,

где ₁ - время продувки стали кислородом в ковше, мин;

Q₁ - расход кислорода, м³/тмин;

V - объем стали в ковше, м³;

q - расход алюминиевой проволоки, кг/т стали;

t - температура стали в ковше при начале обработки, ^oC;

F - площадь зеркала стали в ковше, м²;

К₂ - эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности взаимодействия твердой шлаковой смеси и стали в процессе ее продувки кислородом, равный 110 - 435, мин²т^3oC/кг²м⁴;

а после продувки кислородом сталь в ковше продувают нейтральным газом в течение времени, определяемом по зависимости

₂= K₃GQ₂,

где ₂ - время продувки стали нейтральным газом, мин;

Q₂ - расход нейтрального газа, м³/тмин;

К₃ - эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности усреднения объема стали в ковше по химсоставу и температуре, равный 76 - 330 т²мин²/кгм³.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к комплексной внепечной обработке металла в ковше для последующей непрерывной разливки стали.

Наиболее близким по технической сущности является способ обработки стали в ковше, включающий выпуск стали из сталеплавильного агрегата в ковш, подачу в ковш в процессе выпуска шлаковой смеси, последующую подачу в ковш алюминиевой проволоки, продувку стали в ковше кислородом и нейтральным газом сверху через погружную фурму. В качестве шлаковой смеси используют жидкий известково-глиноземистый шлак (См. Технология производства стали в современных конвертерных цехах. С.В. Колпаков и др. М., Машиностроение, 1991, с. 212).

Недостатком известного способа является низкая эффективность обработки стали в ковше, в том числе процесса десульфурации и нагрева стали. Это объясняется применением жидкого известково-глиноземистого шлака, а также нерегламентированными расходами алюминия, кислорода и шлака. В этих условиях жидкий известково-глиноземистый шлак имеет низкую сульфидную емкость. Нерегламентированные расходы алюминия и кислорода не позволяют поддерживать шлак в жидкоподвижном состоянии при оптимальной температуре, что снижает кинетику процесса десульфурации металла. Кроме того, нерегламентированная подача кислорода и алюминия не позволяет эффективно и полно протекать экзотермическим реакциям взаимодействия кислорода и алюминия.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в повышении степени десульфурации и нагрева стали.

Указанный технический эффект достигают тем, что способ обработки стали в ковше включает выпуск стали из сталеплавильного агрегата в ковш, подачу в ковш в процессе выпуска стали шлаковой смеси, последующую подачу в ковш алюминиевой проволоки, продувку стали в ковше кислородом и нейтральным газом сверху через погружную фурму.

Расход шлаковой смеси устанавливают по зависимости:

G = K₁(S₁ - S₂)M;

где G - расход шлаковой смеси, кг/т стали;

S₁ - содержание серы в стали, сливаемой в ковш из сталеплавильного агрегата, мас.%;

S₂ - необходимое содержание серы в стали после ее обработки, мас.%;

M - масса стали в ковше, т;

K₁ - эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности обработки стали в ковше шлаковой смесью, равный 4,3 - 12,0 кг/т²%.

после чего в ковш подают алюминиевую проволоку и продувают сталь кислородом сверху в течение времени, определяемого по эмпирической зависимости:

₁ = K₂GQ₁Vq/Ft,

где ₁ - время продувки стали кислородом в ковше, мин;

Q₁ - расход кислорода, м³/тмин;

V - объем стали в ковше, м³;

q - расход алюминиевой проволоки, кг/т стали;

t - температура стали в ковше при начале ее обработки, град^oC;

F - площадь зеркала стали в ковше, м²;

K₂ - эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности взаимодействия шлаковой смеси и стали в процессе ее продувки кислородом, равный 110 - 435 мин²т^3oC/кг²м⁴.

После продувки кислородом сталь в ковше продувают нейтральным газом в течение времени, определяемого по зависимости

₂ = K₃GQ₂,

где ₂ - время продувки стали нейтральным газом, мин;

Q₂ - расход нейтрального газа, м³/тмин;

K₃ - эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности усреднения объема стали в ковше по химсоставу и температуре, равный 76 - 330 т²мин²/кгм³.

В качестве шлаковой смеси используют твердую шлаковую смесь, состоящую, мас.%:

Известь - 50 - 90

Гранулированный алюминий - 1 - 30

Плавиковый шпат - Остальное

Повышение степени десульфурации и нагрева стали будет происходить вследствие использования твердой шлаковой смеси заявляемого состава, а также необходимых расходных и временных параметров обработки стали в ковше в оптимальных пределах. В этих условиях наличие в шлаковой смеси гранул алюминия предопределяет образование легкоплавкой эвтектики Al₂O₃. При этом обеспечивается быстрый перевод извести в жидкое состояние вследствие образования и присутствия в расплаве Al₂O₃. Регламентированные подачи алюминия и кислорода при внепечной обработке стали позволяет поддержать шлак в жидкоподвижном активном состоянии при оптимальной температуре, что также повышает рафинирующую способность шлака.

Диапазон значений эмпирического коэффициента K₁ в пределах 0,3 - 12,0 объясняется физико-химическими закономерностями взаимодействия твердой шлаковой смеси и стали в процессе ее выпуска из сталеплавильного агрегата. При больших значениях не будет происходить десульфурация стали в необходимых пределах. При меньших значениях будет происходить перерасход шлаковой смеси без дальнейшего снижения содержания серы в стали.

Указанный диапазон устанавливают в зависимости от разницы между необходимым содержанием серы в стали после ее обработки и содержанием серы в стали, выпускаемой из сталеплавильного агрегата, а также емкости ковша.

Диапазон значений эмпирического коэффициента K₂ в пределах 110 - 435 объясняется физико-химическими закономерностями процесса десульфурации стали при ее обработке в ковше под слоем шлака. При меньших значениях будет увеличиваться время продувки стали кислородом и подачи алюминиевой проволоки сверх допустимых значений. При больших значениях расход кислорода будет ниже необходимых значений.

Указанный диапазон устанавливают в зависимости от величины необходимого содержания серы в готовой стали и емкости ковша.

Диапазон значений эмпирического коэффициента K₃ в пределах 76 - 330 объясняется газодинамическими закономерностями перемешивания стали в ковше при помощи нейтрального газа, а также усреднения стали по химсоставу и температуре. При меньших значениях время продувки стали нейтральным газом будет выше допустимых значений. При больших значениях время продувки стали нейтральным газом будет недостаточным.

Указанный диапазон устанавливают в зависимости от емкости ковша.

Диапазон величин содержания компонентов в твердой шлаковой смеси в заявляемых пределах объясняется физико-химическими закономерностями десульфурации стали. При меньших и больших значениях не будет обеспечиваться необходимая эффективность удаления серы из стали. При больших значениях будет происходить перерасход твердой шлаковой смеси.

Указанные диапазоны устанавливают в зависимости от содержания серы в стали, выпускаемой из сталеплавильного агрегата, и емкости ковша.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого способа с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Ниже дан вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения.

Способ обработки стали в ковше осуществляют следующим образом.

Пример. В процессе обработки сталь с химическим составом, мас.%: C = 0,02 - 0,30; Si = 0,02 - 1,0; Mn = 0,10 - 2,0; Al = 0,02 - 0,10; S = 0,010 - 0,035 выпускают из конвертера в ковш. В процессе выпуска в ковш подают твердую шлаковую смесь. После наполнения металлом ковш подают на установку доводки металла, где в ковш подают алюминиевую проволоку при помощи трайбаппарата диаметром 8 - 12 мм со скоростью 5 - 10 м/с и одновременно продувают кислородом сверху через погружную фурму. После продувки кислородом сталь в ковше продувают нейтральным газом, например аргоном.

Расход шлаковой смеси устанавливают по зависимости:

G = K₁(S₁ - S₂)M,

где G - расход шлаковой смеси, кг/т стали;

S₁ - содержание серы в стали, сливаемой в ковш из сталеплавильного агрегата, мас.%;

S₂ - необходимое содержание серы в стали после ее обработки в ковше, мас.%;

M - масса стали в ковше, т;

T - температура стали в конверте перед выпуском, ^oC;

K₁ - эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности процесса обработки стали в ковше шлаковой смесью, равный 4,3 - 12,0 кг/т²%.

Затем в ковш подают алюминиевую проволоку и продувают сталь кислородом сверху в течение времени, определяемого по зависимости:

₁ = K₂GQ₁Vq/Ft,

где ₁ - время продувки стали кислородом в ковше, мин;

Q₁ - расход кислорода, м³/тмин;

V - объем стали в ковше, м³;

q - расход алюминиевой проволоки, кг/т стали;

t - температура стали в ковше при начале обработки, град.C;

F - площадь зеркала стали в ковше, м²;

K₂ - эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности взаимодействия шлаковой смеси и стали в процессе ее продувки кислородом, равный 110 - 435 мин²т^3oC/кг²м⁴.

После продувки кислородом сталь в ковше продувают нейтральным газом в течение времени, определяемого по зависимости

₂ = K₃GQ₂,

где ₂ - время продувки стали нейтральным газом, мин;

Q₂ - расход нейтрального газа, м³/тмин;

K₃ - эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности усреднения объема стали в ковше по химсоставу и температуре, равный 76 - 330 т²мин²/кг/м³.

В качестве шлаковой смеси используют твердую шлаковую смесь, состоящую, мас.%:

Известь - 50 - 90

Гранулированный алюминий - 1 - 30

Плавиковый шпат - остальное.

При подаче алюминия и кислорода в сталь протекают окислительные экзотермические реакции взаимодействия кислорода и алюминия. Эти реакции протекают с большим выделением тепла, что позволяет нагреть металл и шлак до оптимальных температур, повысить жидкотекучесть и активность шлака. При этих условиях повышаются кинетические процессы десульфурации стали.

В таблице приведены примеры осуществления способа с различными технологическими параметрами.

В первом и пятом примерах не обеспечивается необходимое низкое содержание серы в обработанной стали и ее нагрев.

В оптимальных примерах 2 - 4 обеспечивается необходимая десульфурация стали при одновременном ее нагреве.

Применение изобретения позволяет повысить выход годной стали для непрерывной разливки по химсоставу и температуре на 60 - 70%.