способ производства стали

Формула изобретения

Способ производства стали, включающий выплавку стали в сталеплавильном агрегате, выпуск ее в ковш и раскисление углеродом и кремнием, отличающийся тем, что углерод и кремний используют для раскисления одновременно, причем кремний и 65-99% углерода от общего количества на раскисление используют в виде сплава - карбида кремния, а соотношение между углеродом и кремнием в раскислителе составляет величину 0,44...0,85.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к способам производства стали.

Известен способ производства стали, включающий выплавку стали в сталеплавильном агрегате, выпуск ее в ковш и раскисление алюминием [1]. Этот способ не обеспечивает необходимую степень окисленности металла при первичном раскислении, что приводит к повышенному расходу как самого дорогостоящего раскислителя, так и других легирующих элементов, и к повышенным затратам при дальнейшем проведении процесса производства стали. При использовании этого способа образуется большое количество крупных и мелкодисперсных алюминатных неметаллических включений, которые с трудом удаляются из расплава, требуются дополнительные существенные затраты на их модифицирование. К тому же этот способ нельзя использовать при производстве сталей с низким содержанием алюминия.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому является способ производства стали, включающий выплавку стали в сталеплавильном агрегате, выпуск ее в ковш и раскисление углеродом и кремнием [2]. При использовании этого способа не образуются алюминатные неметаллические включения и не требуются дополнительные затраты на их модифицирование и удаление из расплава. Этот способ можно использовать при производстве сталей с низким содержанием алюминия, но ввиду того, что не установлено соотношение между углеродом и кремнием при раскислении и регламентация ввода раскисляющих элементов, он также не обеспечивает необходимую степень окисленности металла, что приводит к повышенным затратам при внепечной обработке стали и обеспечении требуемого уровня механических и физико-химических характеристик металла.

Задача, решаемая изобретением, состоит в усовершенствовании способа производства стали путем изменения режима раскисления стали углеродом и кремнием, используя для раскисления углерод и кремний одновременно, при этом кремний и 65...99% углерода от общего количества на раскисление используются в виде сплава - карбида кремния и устанавливается оптимальное определенное соотношение между углеродом и кремнием в раскислителе.

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого способа производства стали, состоит в обеспечении низкой степени окисленности металла при раскислении, снижении загрязненности стали неметаллическими включениями, улучшении разливаемости и качества металла, снижении угара легирующих элементов и их расхода, снижении брака и в целом затрат на производство стали.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в известном способе производства стали, включающем выплавку стали в сталеплавильном агрегате, выпуск ее в ковш и раскисление углеродом и кремнием, углерод и кремний используют для раскисления одновременно, причем кремний и 65...99% углерода от общего количества на раскисление используют в виде сплава - карбида кремния, а соотношение между углеродом и кремнием в раскислителе составляет величину 0,44...0,85.

Приведенные выше существенные признаки являются необходимыми и достаточными для всех случаев, на которые распространяется область применения изобретения.

Между существенными признаками и техническим результатом - обеспечении низкой степени окисленности металла при раскислении, снижении загрязненности стали неметаллическими включениями, улучшении разливаемости и качества металла, снижении угара легирующих элементов и их расхода, снижении брака и в целом затрат на производство стали - существует причинно-следственная связь, которая объясняется следующим образом. Известно, что и кремний и углерод являются раскисляющими элементами и снижают окисленность металла. Но, как было установлено проведенными исследованиями, использование этих элементов в отдельности позволяет снизить окисленность расплавленного металла максимум до величины 50 ppm. При использовании для раскисления углерода и кремния одновременно, но не в смеси, окисленность удается снизить до 30 ppm, при раскислении смесью углерода и кремния окисленность расплавленного металла снижается до величины 20 ppm. При использовании же основного количества углерода (65...99% от общего количества на раскисление) и кремния в виде сплава - карбида кремния при раскислении металла углеродом и кремнием резко повышаются коэффициенты активности этих элементов в жидком расплаве при взаимодействии с кислородом и окисленность расплавленного металла удается снизить до 5 ppm и ниже, что резко снижает загрязненность стали неметаллическими включениями и затраты на производство стали. Проведенными исследованиями было установлено, что для получения наибольшего раскисляющего эффекта содержание углерода в раскислителе должно быть выше, чем по стехиометрическому соотношению в сплаве карбида кремния, а соотношение между углеродом и кремнием в раскислителе должно составлять величину 0,44...0,85. Если это соотношение не будет выдерживаться в любую сторону, то один из элементов (если соотношение меньше чем 0,44 - кремний, если соотношение больше чем 0,85 - углерод) будет расходоваться неэффективно, так как их взаимное влияние на увеличение коэффициентов активности будет значительно снижено. Наименьшие затраты при раскислении достигаются при использовании в качестве кремнийсодержащего материала недефицитного и недорогостоящего карбида кремния, в котором кремний находится в виде сплава с углеродом, и для обеспечения необходимого соотношения между углеродом и кремнием нужна лишь незначительная корректировка содержания углерода.

Таким образом, чтобы обеспечить низкую степень окисленности металла при раскислении, снизить загрязненность стали неметаллическими включениями, улучшить разливаемость и качество металла, снизить угар легирующих элементов и их расход, снизить брак и в целом затраты на производство стали, углерод и кремний должны использоваться для раскисления одновременно, причем кремний и 65...99% углерода от общего количества на раскисление - в виде сплава - карбида кремния, а соотношение между углеродом и кремнием в раскислителе должно составлять величину 0,44...0,85.

Заявленный способ используется следующим образом.

В дуговой электросталеплавильной печи выплавляют сталь 60, выпускают ее в 100-тонный ковш и производят раскисление материалом, содержащим карбид кремния и углерод с соотношением между углеродом и кремнием 0,57. В материале - раскислителе содержится 88% карбида кремния (в соответствии со стехиометрическим соотношением это составит 61,6% кремния и 26,4% углерода) и дополнительно 9% углерода, остальное - примеси. 74,5% углерода от общего количества на раскисление находится в виде сплава - карбида кремния. Расход материала составляет 1,0 кг/т стали. Перед отдачей металла на установку ковш-печь производят замер активности кислорода в металле прибором "Multi Lab Celox". Проведено 10 плавок указанной марки стали. Окисленность металла составляла в среднем 3 ppm (разбег - 1,5...6 ppm), содержание неметаллических включений в стали составило 0,008%, степень усвоения легирующих элементов (марганец) - 95%, брак - 0,005 т/т.

В этой же дуговой электросталеплавильной печи выплавлены 10 плавок стали 60 по способу-прототипу. Жидкую сталь выпускали в ковш и раскисляли углеродом и кремнием (ферросилицием). Расход углерода составлял 0,2 кг/т, кремния - 0,8 кг/т. Окисленность металла составляла в среднем 25 ppm (разбег - 15...36 ppm), содержание неметаллических включений в стали составило 0,018%, степень усвоения легирующих элементов (марганец) - 82%, брак - 0,015 т/т.

Источники информации:

1. Авт. свид. СССР №464624.

2. Эндерс В.В. и др. Оптимизация технологии внепечной обработки высокоуглеродистой качественной стали с целью снижения оксидных неметаллических включений. // Труды седьмого конгресса сталеплавильщиков (г. Магнитогорск, 15-17 октября 2002 г.). - М.: - Черметинформация. - 2003. - С.435-438 (прототип).