способ выплавки стали в конвертере

Формула изобретения

1. Способ выплавки стали в конвертере, включающий завалку в ванну металлического лома, заливку чугуна, продувку кислородом, присадку извести, обожженного доломита и ожелезненного известково-магнезиального флюса, отличающийся тем, что обожженный доломит и ожелезненный известково-магнезиальный флюс присаживают в ванну при их соотношении 0,1-9,0, при этом общее количество вводимых доломита и флюса равно 10-45 кг/т стали.

2. Способ выплавки стали в конвертере по п. 1, отличающийся тем, что обожженный доломит вводят в ванну при завалке шихты и по ходу продувки до начала интенсивного обезуглероживания, а ожелезненный известково-магнезиальный флюс вводят в это же время, а также за 1-3 мин до окончания продувки металла в количестве 2,0-10,0 кг/т стали.

3. Способ выплавки стали в конвертере по п. 1, отличающийся тем, что содержание оксидов магния в обожженном доломите и в ожелезненном известково-магнезиальном флюсе составляет одинаковую величину, равную 25-35%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, в частности к выплавке стали в кислородных конвертерах.

Известно использование обожженного доломита в кислородных конвертерах, которое сопровождается увеличением содержания в шлаках оксидов магния, оказывающих благоприятное воздействие на повышение стойкости футеровки конвертера [1].

Существенным недостатком использования обожженного доломита является снижение дефосфорации металла вследствие повышения вязкости шлакового расплава при повышенных в нем содержаний оксидов магния.

С целью увеличения дефосфорирующей способности шлакового расплава при использовании магнийсодержащих материалов применяется способ выплавки стали в конвертере, который является наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и заключается в том, что в качестве шлакообразующего материала используется ожелезненный известково-магнезиальный флюс [2], содержащий 45-60% СаО; 26-35% MgO и 5-15% FeO. Флюс в конвертер вводят в завалку и по ходу плавки до 8-й мин продувки.

Недостатком использования в начальный период конвертерной плавки ожелезненного известково-магнезиального флюса является увеличение насыщения металла азотом и водородом в процессе продувки металла и, как следствие, повышенное содержание этих газов в металле по окончании продувки.

Насыщение металлом азота в процессе продувки конвертерной плавки при условии использования ожелезненного известково-магнезиального флюса объясняется следующим. При продувке металла в конвертере кислородом в реакционной зоне развиваются температуры порядка 2000-2200^oС. При таких температурах происходит диссоциация азота и скорость поглощения азота металлом резко возрастает, если в контактирующей с металлом атмосфере имеется атомарный азот. Количество атомарного азота и, тем самым, насыщение металла азотом возрастает также и при низкой чистоте кислорода, в котором концентрация азота не должна превышать 1,0-1,3%.

В первые минуты продувки металла, когда в конвертере мало шлака, происходит интенсивное насыщение металла азотом из атмосферы и из кислородной струи. Вследствие низких температур в этот период продувки слабо развит процесс окисления углерода с образованием пузырей СО, являющихся главным источником удаления азота из металла. Ввод в конвертер ожелезненного известково-магнезиального флюса позволяет получать шлаки с повышенным содержанием оксидов железа. Учитывая, что оксиды железа медленно растворяют азот в шлаковой фазе, они препятствуют переходу азота из металла в атмосферу конвертера. В дальнейшем в процессе продувки плавки, вследствие интенсивного окисления углерода с образованием большого количества пузырей СО и снижением в шлаке оксидов железа, происходит удаление азота из металла. Однако повышенное содержание азота в металле сохраняется до конца продувки плавки.

Аналогичные процессы наблюдаются и при насыщении металла водородом в начальный период плавки, когда металл в конвертере еще слабо защищен шлаковым расплавом. В дальнейшем, по ходу продувки, увеличение количества шлака с повышенным содержанием оксидов железа в результате использования ожелезненного флюса приводит к тормозящему влиянию на удаление водорода из металла, так как оксиды железа не обладают большой сорбционной способностью по отношению к водороду. Скорость массопереноса водорода в окисленных шлаках существенно ниже по сравнению со скоростью их перемещения в металле.

Влияние оксидов железа в шлаковом расплаве на насыщение металла водородом можно проследить по следующим стехиометрическим уравнениям. Процесс растворения водорода в шлаке предшествует процессу его окисления 2FeO^-1+2Н₂= Fe_ж+Fe²⁺+4ОН^- и переходу водорода в металл: Fe²⁺+2ОН^-=Fе_ж+2[O]+2[Н].

До конца продувки плавки удаление водорода происходит в меньшей степени, чем удаление азота, поэтому ввод в конвертер ожелезненного известково-магнезиального флюса в начальный период плавки приводит к повышенным содержаниям газов (азот и водород) в стали. Повышенное содержание газов в стали в процессе ее разливки определяют степень развития дефектов в слитке, прокате и многие свойства готовых изделий.

Технический результат: снижение газов (азота и водорода) в стали, полученной в конвертерной плавке с использованием ожелезненного известково-магнезиального флюса.

Технический результат достигается тем, что в известном способе выплавки стали в конвертер вводят металлический лом, производят заливку чугуна, продувку металла кислородом, присадку извести, обожженного доломита и ожелезненного известково-магнезиального флюса, причем отношение количеств вводимых в конвертер обожженного доломита и ожелезненного известково-магнезиального флюса составляет 0,1-9,0, при общем количестве вводимых доломита и флюса 10-45 кг/т стали. Обожженный доломит вводится в конвертер в период завалки шихты и по ходу плавки до начала периода интенсивного обезуглероживания, а ожелезненный известково-магнезиальный флюс - в эти же периоды плавки, а также за 1-3 мин до окончания продувки металла в количестве 2,0-10,0 кг/т стали. Содержание оксидов магния в обожженном доломите и в ожелезненном известково-магнезиальном флюсе должно составлять одинаковую величину 25-35%.

Сущность способа заключается в том, чтобы, не снижая высокого содержания оксидов магния в шлаке, благоприятно влияющим на стойкость футеровки конвертера, получать удовлетворительную десульфурацию с одновременным удалением газов из продуваемого кислородом металла. Достигается этот процесс тем, что наряду с присадкой ожелезненного известково-магнезиального флюса используется обожженный доломит, имеющий более высокое содержание (на 8-10%) оксидов кальция. Получение в начальный период продувки металла шлаков с большим количеством оксидов кальция, как следует из формулы С_н=К_н*(а_CаO)^1/n, водородопроницаемость шлаков увеличивается, и, тем самым, ускоряется удаление водорода из металла.

Повышение основности шлаков в начале продувки способствует также удалению из металла и азота, хотя, в общем случае, азот представляет собой значительно менее опасный элемент по сравнению с водородом.

Присадка в конвертер в конце продувки за 1-3 мин до ее окончания ожелезненного известково-магнезиального флюса в количестве 2,0-10,0 кг/т стали понижает пенистость конечных шлаков, снижает их вязкость и, тем самым, способствует удалению водорода и азота из металла на конечной стадии продувки.

Для того чтобы сохранить высокое содержание в шлаках оксидов магния, порядка 8-12%, при изменении соотношения 0,1-9,0 между вводимыми количествами обожженного доломита и ожелезненного известково-магнезиального флюса, содержание в них оксидов магния должно составлять одинаковую величину 25-35%.

Если соотношение между обожженным доломитом и ожелезненным известково-магнезиальным флюсом составит величину менее 0,1, то образование в первичном шлаке низкого содержания оксидов кальция и высокого содержания оксидов железа будет способствовать повышению концентрации газов в металле.

При соотношении между количеством присаженных в конвертер обожженного доломита и ожелезненного известково-магнезиального флюса более 9,0, несмотря на снижение по окончании продувки в металле газов, снизится дефосфорация металла, так как увеличится вязкость шлакового расплава в результате повышенного количества вводимого обожженного доломита.

Если общее количество используемых в конвертерной плавке обожженного доломита и флюса составит величину менее 10 кг/т годной стали, то, в результате малого количества вводимых с этими материалами оксидов кальция, будет понижена основность шлака и, тем самым, ухудшится дефосфорация металла. В случае присадок в конвертер доломита и флюса при общем количестве более 45 кг/т годной стали в шлаковом расплаве окажется значительное содержание оксидов магния, приводящее к повышенной вязкости шлака, которая оказывает негативное влияние на удаление фосфора из металла в процессе продувки плавки.

Обычно магний- и кальцийсодержащие материалы используют в конвертерной плавке по их прямому назначению, т.е. за счет повышения в шлаковом расплаве оксидов магния повышается стойкость огнеупоров, а за счет увеличения оксидов кальция повышается основность шлака, способствующая, совместно с повышением оксидов железа, дефосфорации металла. Поэтому снижение содержания водорода и азота в металле по окончании продувки при применении предлагаемого технического решения, предусматривающее ввод в конвертер обожженного доломита и флюса, определяет неочевидность заявляемого способа выплавки стали.

Сопоставление заявляемого способа выплавки стали со способом, выбранным за прототип, показывает, что заявляемый способ выплавки стали в конвертере, при котором ожелезненный известково-магнезиальный флюс и обожженный доломит используются при определенном соотношении между собой, наряду с улучшением дефосфорации металла и повышения стойкости футеровки конвертера, позволяет снизить газонасыщенность металла по окончании продувки. Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критерию "новизна".

Анализ патентов и научно-технической информации не выявил использования новых существенных признаков, используемых в предлагаемом решении, по их функциональному назначению. Следовательно, предлагаемое изобретение способствует критерию "изобретательский уровень".

Параметры предлагаемого способа выплавки стали в конвертере установлены экспериментальным путем. Плавки проводили по способу прототипу и по предлагаемой технологии в конвертере емкостью 400 кг.

В конвертер заливали чугун состава, (%): 3,9-4,3 С; 0,5-0,54 Si; 0,2-0,31 Mn; 0,06-0,07 Р; 0,02-0,027 S. Температура чугуна составляла 1430-1450^oС. Расход чугуна составил 390 кг; лома 10 кг; извести 5 кг. Часть плавок выплавляли с использованием ожелезненного известково-магнезиального флюса без применения обожженного доломита. Флюс в количестве 6 кг вводили в завалку конвертера и по ходу плавки до момента интенсивного выгорания углерода. На другой части плавок в завалку конвертера и по ходу продувки до начала интенсивного выгорания углерода вводили флюс и обожженный доломит при различном соотношении количеств между ними. За 1-3 мин по окончании продувки плавки присаживали флюс в количестве 0,8-4,0 кг. Содержание оксидов магния в обожженном доломите составляло 32,3%, а в ожелезненном известково-магнезиальном флюсе 32,4%. Металл продували до содержания углерода 0,04-0,09%. Температура металла после продувки составляла 1650-1730^oС. Футеровка конвертера состояла из смолодоломитовых огнеупоров.

Полученные данные представлены в таблице, из которой видно, что использование в конвертерной плавке доломита и известково-магнезиального флюса при общем количестве, равном количеству вводимого одного флюса, но при меняющихся соотношениях между собой от 0,1 до 9,0, приводит к меньшим содержаниям в металле азота и водорода, в сравнении с присадками флюса.

Если соотношение между вводимыми в конвертер доломитом и флюсом составит величину менее 0,1 (опыт 2), то в шлаковом расплаве повышается содержание окислов железа, в результате чего концентрация водорода и азота в металле увеличивается до значений, превышающих концентрацию этих газов при использовании одного флюса (опыт 1).

При использовании доломита и флюса в соотношении более 0,9 (плавка 5) в металле по окончании продувки содержание фосфора оказалось выше, чем при использовании одного флюса (опыт 1), так как в конвертере образовались густые, гетерогенные шлаки в результате присадок повышенного количества обожженного доломита. Также получаются густые с высокой вязкостью шлаки и при присадках доломита и флюса в суммарном количестве более 45 кг/т стали (опыт 9), что привело к более высокому содержанию фосфора в металле по окончании продувки, в сравнении с плавкой, на которой использовался один флюс (опыт 1). При присадках в суммарном количестве доломита и флюса менее чем 10 кг/т стали, вследствие снижения основности шлакового расплава, в металле увеличилось содержание водорода, азота и фосфора (опыт 6).

При использовании флюса в конце продувки плавки, согласно заявляемому способу выплавки стали, содержание азота и водорода в металле, а также содержание фосфора было ниже, чем при использовании способа, взятого за прототип (опыт 10).

Таким образом, при рассмотрении плавок, выплавленных с использованием предлагаемого способа в условиях заявляемых параметров, видно, что способ позволяет снизить содержание в металле азота и водорода без ухудшения процессов дефосфорации металла в процессе его продувки.

Источники информации

1. Использование обожженного доломита в шихте кислородных конвертеров на заводе фирмы COSIPA (Бразилия). АВМ37. Cong. аnu., Rio de Janeiro, jul., 1982. Vol.2. 493-514.

2. Патент РФ 2164952 от 10.04.2001 "Способ выплавки стали в конвертере".