способ раскисления стали в ковше

Формула изобретения

1. Способ раскисления стали в ковше, включающий ввод в струю расплава в процессе его слива из технологического агрегата в ковш гранулированного или кускового раскислителя, имеющего плотность ниже плотности расплава в ковше, отличающийся тем, что раскислитель в струю расплава вводят импульсом концентрированного высокоскоростного потока, обеспечивающим проникновение раскислителя непосредственно вовнутрь расплава.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что раскислитель вводят в струю расплава, сливаемого в ковш из технологического агрегата, с помощью дробеструйной установки.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве раскислителя используют гранулированный или кусковой алюминий с размером гранул или кусков 0,5-12 мм.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что алюминий вводят в струю расплава, сливаемого в ковш из технологического агрегата, с помощью дробеструйной установки.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что место внедрения алюминия в струю устанавливают в зависимости от его фракционного состава, при этом чем мельче размер гранул, тем ближе место внедрения потока в струю к поверхности расплава в заполняемом ковше.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к технологическим приемам производства высококачественной низкоуглеродистой стали.

Неизменным и особенно важным процессом, используемым при производстве высококачественных сталей, является процесс раскисления или удаления из подготовленного к разливке расплава избыточного кислорода.

Повышенное или не соответствующее существующим требованиям содержание кислорода в затвердевшем металле предопределяет продолжение процессов окисления в нем остаточного углерода с выделением газообразной окиси углерода, вплоть до окончания кристаллизации слитка. При этом в готовой продукции образуется газовая пористость, нарушающая ее качественные показатели и плотность.

Наиболее широко используемым в сталеплавильном производстве методом раскисления является метод осаждения. Особенность этого метода состоит в переводе кислорода из раствора в виде закиси железа в неметаллические соединения с элементами, которые имеют больше, чем железо, сродство с кислородом и меньше, чем закись железа, и растворимы в металле. При этом образующиеся продукты окисления выделяются из металла в шлак в твердом или жидком состоянии.

В практике производства специализированных сталей осаждающее раскисление производят в ковше или непосредственно на установке внепечной обработки. Наряду с алюминием, иногда в качестве раскислителей и модификаторов при производстве стали, используется кремний, марганец магний, барий, кальций, комплексные сплавы, алюминий и другие.

Наиболее распространенным приемом ввода алюминия является прием ввода алюминия в ковш в виде кусков или в чушках или соизмеримых с ними кусках. При таком вводе материала раскислителя степень усвоения полезного элемента раскислителя расплавом находится на крайне низком уровне (например, для алюминия 5-20%) и отличается крайней нестабильностью. Сам метод ввода требует значительных затрат ручного труда.

Для уменьшения угара раскислителей применяются методы ввода раскислителей в ковш в измельченном кусковом или гранулированном виде.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ раскисления стали в ковше, включающий ввод в расплав в процессе его слива из технологического агрегата в ковш гранулированного или кускового раскислителя, имеющего плотность ниже плотности расплава в ковше (Ю.Ф.Вяткин, В.А.Вихревчук, В.Ф.Поляков и др. Ресурсосберегающая технология раскисления стали алюминием в ковше. Бюллетень "Черметинформация", №6 1990, с.53-55).

Однако известный способ имеет следующие недостатки: вводимый измельченный раскислитель подается на зеркало расплава или поверхность струи металла при выпуске, вследствие чего большая его часть сгорает за счет кислорода воздуха, не успевая растворяться в металле, что приводит к потерям раскислителя и понижает качество металла.

Задача изобретения - разработать технологию раскисления, позволяющую повысить качество металла, снизить потери материала.

Ожидаемый технический результат - снижение угара раскислителя, повышение стабильности его усвоения, повышение качества металла.

Технический результат достигается тем, что в известном способе раскисления стали в ковше, включающем ввод в расплав в процессе его слива из технологического агрегата в ковш гранулированного или кускового раскислителя, имеющего плотность ниже плотности расплава в ковше, по изобретению раскислитель в расплав вводят концентрированным высокоскоростным потоком с импульсом, обеспечивающим проникновение раскислителя непосредственно внутрь расплава.

Возможны другие варианты осуществления способа раскисления, предусматривающие, что

- раскислитель вводят в струю расплава, сливаемого в ковш из технологического агрегата, с помощью дробеструйной установки;

- в качестве раскислителя используют гранулированный или кусковой алюминий с размером гранул или кусков 0,5-12 мм, который можно вводить в струю расплава, сливаемого в ковш из технологического агрегата, с помощью дробеструйной установки;

- место внедрения алюминия в струю устанавливают в зависимости от его фракционного состава, при этом чем мельче размер гранул, тем ближе место внедрения потока в струю к поверхности расплава в заполняемом ковше.

Для того чтобы ввести гранулы непосредственно внутрь расплава с необходимым расходом, необходимо придать гранулам или кускам скорость, обеспечивающую для этой гранулы условие равновесия динамического напора высокоскоростного потока и статического давления внутри металла:

² ₁/2=l· ₂·g,

где - скорость потока реагента;

₁ и ₂ - плотность потока реагента и жидкой стали;

g - ускорение свободного падения;

l - глубина погружения реагента в расплав.

Проведенные расчеты показывают, что для обеспечения условий внедрения гранулированного алюминия фракцией 0,5-12 мм непосредственно в струю сливаемого из сталеплавильного агрегата в ковш, раскислитель необходимо подавать с импульсом (i) от 40 до 318,6 Н ("Н" - Ньютон, кг·м/с ²).

Приведенные сведения не исчерпывают все возможные значения импульса потока и определены только для алюминия. Одним из технических устройств, позволяющих достигать погружения раскислителя в расплав, как в струю так и под зеркало металла в ковше, является дробеструйная машина. Обычно такие машины оборудуются дозирующими устройствами и позволяют вдувать раскислитель порциями от 50 до 200 кг.

Другой особенностью изобретения является то, что место внедрения алюминия в струю устанавливают в зависимости от его фракционного состава, при этом чем мельче размер гранул, тем ближе место внедрения потока в струю к поверхности расплава в заполняемом ковше. При грануле размером менее 0,5 мм гранулы расплавляются в момент соприкосновения со струей металла, что приводит к значительному окислению раскислителя кислородом воздуха. Подача раскислителя фракцией свыше 12 мм приводит к возникновению трудностей работы дробеструйной установки по внедрению раскислителя в расплав и также дополнительному сгоранию раскислителя на воздухе. При движении расплава от среза выпускного отверстия или носка желоба металл дробится, захватывает при своем движении кислород из воздуха, что приводит к его угару. Мощности перемешивания струи так велики, что если давать на срез желоба раскислитель мелкой фракции, то он практически в ковш не попадает, а следовательно, при подаче реагента в струю для каждого реагента необходимо определить место внедрения в струю, при котором потери реагента раскислителя минимальны.

Пример №1

Способ реализован при выплавке стали 20 в дуговой печи.

Металл раскисляли марганцем и кремнием. При выпуске металла в ковш вводили алюминий в виде дроби фракцией 6 мм порциями по 100 кг с помощью дробеструйной установки производительностью 400 кг/мин. Давление воздуха в трассе 5 атм. Транспортировочная трасса была выполнена из металлической трубы, которая обеспечивала подачу потока алюминия в струю расплава на удалении от нее около 1,5-2,0 м.

Расплав выпускали из печи с температурой 1545°С. Алюминий вводили из расчета его введения до 1,5 кг на одну тонну стали с импульсом 200 Н.

При раскислении стали заявленным способом содержание кислорода в ней составило 0,005-0,006% при остаточном содержании алюминия 0,022%.

В той же стали выплавленной по способу-прототипу, содержание кислорода равнялось 0,007-0,008%, при остаточном содержании алюминия 0,017%.

Применение предложенного изобретения позволяет снизить угар раскислителя в 2 раза, повысить его усвоение и улучшить качество металла.