способ регулирования сверхнизкого содержания титана в сверхнизкоуглеродистой al-si раскисленной стали

Формула изобретения

1. Способ производства сверхнизкоуглеродистой AlSi раскисленной стали с содержанием Ti 0,0015, где весовой процент химического состава сверхнизкоуглеродистой AlSi раскисленной стали составляет: С 0,005%, Si 0,1-3,4%, Mn 0,1-0,5%, P 0,2%, S 0,002%, Al 0-1,2%, N 0,005%, Ti 0,0015% и остальное - по существу Fe и неизбежные примеси, в котором жидкую сталь, указанного химического состава, получают посредством горячей предварительной обработки, выплавки, циркуляционного вакуумирования с использованием процесса Руршталь - Гереуса (RH) очищенной плавки и отливки, при этом верхний шлак ковша модифицируют путем подачи модификатора на кальций-алюминиевой основе в количестве 0,6-1,7 кг/т стали для гарантированного выполнения требований контроля в соответствии с тем что, когда RH очищенное обезуглероживание закончено, содержание общего железа (T.Fe) в верхнем шлаке композиции должно составлять 5%, а содержание Al₂О₃ должно составлять 23%, причем после окончания RH очищенного обезуглероживания для раскисления и легирования используют ферросилиций, ферроалюминий или ферромарганец, а затем выполняют глубокую десульфурацию с эффективностью десульфурации от 50% до 70%.

2. Способ по п.1, в котором используют десульфуратор, содержащий, вес.% : СаО 65-75, Al₂О₃ 15 -30, CaF₂ 0-10.

3. Способ по п.1 или 2, в котором десульфуратор добавляют в следующем количестве:

если начальный процент содержания серы в ковше составляет 0,0021-0,0025%, то требуемое количество десульфуратора составляет 3,3-4,0 кг/т стали,

если начальный процент содержания серы в ковше составляет 0,0026-0,0030%, то требуемое количество десульфуратора составляет 4,0-6,0 кг/т стали,

если начальный процент содержания серы в ковше составляет 0,0031-0,0045%, то требуемое количество десульфуратора составляет 6,7-9,0 кг/т стали,

если начальный процент содержания серы в ковше составляет 0,0036-0,0040%, то требуемое количество десульфуратора составляет 9,7-12,3 кг/т стали.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу производства очищенной RH (процессом циркуляционного вакуумирования Руршталь-Гереуса) десульфурированной стали, в особенности к способу регулирования сверхнизкого содержания титана в сверхнизкоуглеродистой AlSi (алюминий-кремний) раскисленной стали, то есть глубоко десульфурированной в процессе RH очистки.

Уровень техники

Титан (Ti) обладает сильным сродством к элементам кислороду (О) и азоту (N). Эти три элемента легко комбинировать в процессе производства стали для того, чтобы образовать мельчайшие включения, такие как TiO_x и TiN и т.д. Эти мельчайшие включения будут уменьшать чистоту стали, приводя к засорению сопла при непрерывном литье или к плавающим кусочкам в расплаве, что, в свою очередь, наносит ущерб всем видам характеристик стали. Поэтому требуется строгий стандарт на содержание титана в специальных марках стали, например электротехнической стали, подшипниковой стали, пружинной стали и т.д., который составляет не более 30 ppm (30 частиц на миллион), даже 15 ppm (15 частиц на миллион).

Основными традиционными методами снижения содержания Ti в стали являются следующие.

Посредством строгого контроля содержания титана в сырье и вспомогательных материалах, таких как горячий металл, ферросплав, покрытие разливочного устройства и т.д. и верхний шлак ковша, средства конвертерного двойникования и образования внепечного шлака и т.д., содержание внешнего Ti в стали может быть уменьшено, что, таким образом, предотвращает возрастание содержания Ti после раскисления и легирования жидкой стали. Подобный метод раскрыт, например, в патентной заявке Японии, выложенной под № 7-173519, № 2002-322508, № 2002-105578 и № 2004-307942. Но подобный способ предъявляет строгие требования к качеству сырья и вспомогательных материалов, которые значительно увеличивают стоимость производства и период выплавки стали, для того чтобы предотвратить TiO₂ (оксид титана) в верхнем шлаке ковша от раскисления, необходимо контролировать содержание алюминия в стали, которое обычно регулируют на уровне не более 0,1%.

Также, средствами модификации верхнего шлака ковша в процессе плавки и рафинирования, а также регулировкой основности шлака и окисляемости жидкой стали и т.п., коэффициент распределения Ti между шлаком стали может быть улучшен, как описано, например, в заявке на патент Японии, выложенной под № 5-86413 и № 2003-73726 и т.д. Недостатком этого способа является то, что жидкая сталь не десульфурирована, а содержание алюминия в стали является относительно низким, которое обычно контролируется на уровне не более чем 0,1%.

Сущность настоящего изобретения

Задачей настоящего изобретения является предоставление способа регулирования сверхнизкого содержания титана в сверхнизкоуглеродистой AlSi раскисленной стали, в котором при обстоятельстве, что содержание Si (кремния) и Al (алюминия) являются относительно высокими, а содержание S (серы) является соответственно низким, требования к качеству сырья и вспомогательных материалов для процесса выплавки могут быть расширены, и процесс производства стали может быть упрощен посредством умеренной модификации верхнего шлака ковша и глубокой десульфурации RH-очисткой и т.п., который имеет ряд преимуществ, например, операционное управление является простым, стоимость производства является низкой, объем применения является широким и контроль точности является высоким.

Для решения вышеописанной задачи, техническое решение по настоящему изобретению следующее:

раскисление и легирование, с использованием сплава, такого как ферроалюминий, ферросилиций или ферромарганец, например, после того как обезуглероживание завершено, содержание углерода и серы в готовой стали крайне низко, вследствие этого содержание алюминия является соответственно высоким.

А именно, в способе регулирования сверхнизкого содержания титана в сверхнизкоуглеродистой AlSi раскисленной стали по настоящему изобретению, весовой процент химического состава сверхнизкоуглеродистой AlSi раскисленной стали составляет: С 0,005%, Si 0,1-3,4%, Mn 0,1-0,5%, P 0,2%, S 0,002%, Al 0-1,2%, N 0,005%, Ti 0,0015% и остальное - по существу железо Fe и неизбежные примеси; жидкую сталь, имеющую вышеуказанный химический состав, получают посредством горячей предварительной обработки, плавки, RH плавки и отливки, в которой верхний шлак ковша модифицирован, и модификатор на кальций-алюминиевой основе в количестве 0,6-1,7 кг/т стали добавлен для того, чтобы гарантировать выполнение требований контроля, когда RH очищенное обезуглероживание закончено, содержание T.Fe (общего железа) в шлаке верхнего ковша состава 5%, содержание Al₂O₃ 23%; когда RH очищенное обезуглероживание закончено, ферросилиций, ферроалюминий или ферромарганец используются для раскисления и легирования, затем выполняют глубокую десульфурацию с эффективностью десульфурации от 50% до 70%.

Кроме того, весовой процент десульфуризатора включает СаО 65%-75%, Al₂ O₃ 15%-30%, CaF₂ 0-10%.

Дополнительно, способ добавления упомянутого десульфуризатора по настоящему изобретению включает:

если начальный процент содержания серы в ковше составляет 0,0021-0,0025%, то требуемое количество десульфуризатора составляет 3,3-4,0 кг/т стали;

если начальный процент содержания серы в ковше составляет 0,0026-0,0030%, то требуемое количество десульфуризатора составляет 4,0-6,0 кг/т стали;

если начальный процент содержания серы в ковше составляет 0,0031-0,0045%, то требуемое количество десульфуризатора составляет 6,7-9,0 кг/т стали;

если начальный процент содержания серы в ковше составляет 0,0036-0,0040%; то требуемое количество десульфуризатора составляет 9,7-12,3 кг/т стали.

Настоящее изобретение относится к сверхнизкоуглеродистой AlSi раскисленной стали, полученной посредством глубоко десульфурирования в процессе RH очистки, разработанные принципы химического состава следующие:

Содержание С (углерода) не должно превышать 0,005%. Углерод жестко останавливает рост готового зерна, увеличение его содержания приводит к возрастанию потерь железа в стали и приводит к магнитному старению, таким образом, делая последующее обезуглероживание затруднительным, поэтому оно должно строго контролироваться на уровне не более чем 0,005%.

Содержание Si (кремния) составляет от 0,1% до 3,4%. Si может улучшить электрическое сопротивление матрицы и эффективно снизить потери железа в стали. Если содержание Si выше, чем 3,4%, индукция магнитного поля стали заметно сократится, и это сделает прокатку затруднительной, в то время как при содержании ниже чем 0,1% потеря железа не может быть уменьшена.

Содержание Mn (марганца) составляет от 0,1% до 0,5%. Mn и S реагируют с образованием MnS (сульфида марганца), что может эффективно уменьшить ущерб магнитным характеристикам, а также улучшить состояние поверхности электротехнической стали и снизить красноломкость. Таким образом, необходимо добавить не менее 0,1% Mn, но если содержание Mn составляет более 0,5%, он подвергает разрушению рекристаллизованную текстуру, что значительно увеличивает стоимость производства стали.

Содержание Р (фосфора) составляет не более 0,2%. Фосфор может улучшить обрабатываемость стального листа, но если содержание фосфора составляет более чем 0,2%, он ухудшает обрабатываемость стального листа холодной прокаткой.

Содержание S (серы) составляет не более 0,002%. Если содержание S составляет более 0,002%, содержание продуктов, таких как MnS и т.д., значительно возрастет, что жестко останавливает рост готового зерна и делает магнитную характеристику ухудшенной.

Содержание Al (алюминия) составляет 0-1,2%. Al является элементом для повышения электрического сопротивления, а также используется для глубокого раскисления электротехнической стали, если содержание Al будет выше чем 1,2% непрерывное литье и разливка будет затрудительна и индукция магнитного поля заметно снизится.

Содержание N (азота) составляет не более чем 0,005%. Если содержание N более чем 0,005% содержание продуктов, таких как A1N (нитрид алюминия) и т.д., возрастает, что жестко останавливает рост готового зерна и ухудшает магнитную производительность.

Процесс сверхнизкого содержания титана в сверхнизкоуглеродистой AlSi (алюминий-кремний) раскисленной стали, посредством глубокого десульфурирования в процессе RH очистки по настоящему изобретению выполняют следующим образом:

Цельный горячий металл используют в качестве сталеплавильного сырья. Плавильный процесс, при контролировании положения фурмы и ввода вспомогательных материалов, гарантирует, что условия превращения шлака в конвертере являются хорошими и обезуглероживание, десульфурирование и эффект разогрева жидкой стали будут стабильными. В конечной точке плавки при помощи подфурменного измерения температуры и отбора проб содержание углерода и кислорода в жидкой стали контролируется на уровне от 0,03% до 0,05% и от 0,04% до 0,08% соответственно. Жидкая сталь, которая удовлетворяет требованиям контроля, описанным выше, течет к следующему процессу для выполнения обезуглероживания и десульфурации, и небольшое количество жидкой стали, которая не удовлетворяет описанным выше требованиям, подают и изменяют, посредством повторной передувки. Затем в процессе выпуска стали верхний шлак ковша модифицируют и добавляют модификатор на основе кальция-алюминия в количестве 0,6-1,7 кг/т стали, поскольку кальций-алюминиевый модификатор является известным промышленным продуктом, его описание опущено.

Жидкая сталь, прошедшая через описанные выше этапы, во-первых, подвергается глубокому обезуглероживанию в процессе RH очистки, эффект обезуглероживания можно контролировать потоком выхлопных газов в процессе плавки, до завершения процесса обезуглероживания, в это время содержание углерода в жидкой стали составляет не более 0,005%. Затем ферросилиций, ферромарганец или ферроалюминий используют для выполнения раскисления и легирования по отношению к жидкой стали, а десульфуратор используют для выполнения глубокой десульфурации жидкой стали.

В процессе сероочистки десульфуратор вводят одноразово из вакуумного бункера, добавляемое количество зависит от исходного содержания серы в ковше. После добавления десульфуратора в течение 3-5 минут отбирают пробу, анализируют содержание серы в жидкой стали и рассчитывают десульфурирующую эффективность. Учитывая начальное содержание серы в ковше, в целом, регулируют 20-40 ppm, когда RH очистка готова к выполнению, добавляемое количество десульфуратора, десульфурирующая эффективность которого составляет от 50% до 75%, может быть получено в соответствии с фактическим контролирующим эффектом в массовом производстве. Изменение содержания серы и титана в процессе RH-очищенной (рафинированной) плавки, показано на фиг.1.

Инновация настоящего изобретения заключается в следующем:

1. Верхний шлак ковша модифицируют во время конвертерного процесса выпуска стали, чтобы максимально улучшить содержание Ti в верхнем шлаке ковша, так что Ti в шлаке не будет раскисленным для ввода в жидкую сталь, когда десульфурацию осуществляют в последующем процессе RH очистки, в конечном итоге получают ленту, которая имеет низкое содержание Ti. Сутью данной операции является добавление количества модификатора на основе кальция и алюминия для модификации верхнего шлака ковша.

Именно поэтому основность верхнего шлака является относительно высокой по окончании нормальной конвертерной плавки, и составляет, как правило, больше чем 3,0, иногда даже не менее чем 4,0. Поэтому, что касается CaO-SiO ₂-Al₂O₃ системы шлака, при добавлении модификатора на основе кальция-алюминия в количестве - ниже чем 0,6 кг/т стали изменения в составе верхнего шлака ковша не являются очевидными, которые не влияют на основную модификацию, а именно, не решают задачи большого увеличения или улучшения содержания Ti в верхнем шлаке ковша. Если добавить количество модификатора на основе кальция-алюминия больше 1,7 кг/т стали, содержание СаО и Al₂O₃ в верхнем шлаке ковша будет значительно увеличиваться, как видно из анализа формул (2) и (3), этот результат будет непосредственно связан с содержанием T.Fe и активностью FeO_x в шлаке верхнего ковша, что вызовет сдвиг реакции (1) влево, что является невыгодным для регулирования содержания Ti в стали.

Активность FeO_x и коэффициент его активности в (1) можно представить в виде:

Кроме того, продувочный механизм, огнеупорные материалы и т.п., по существу, являются неизменными, а также основность шлака и содержание MgO относительно неизменны, поэтому, если содержания СаО и Al₂O₃ в шлаке вверху ковша являются относительно высокими, температура плавления и вязкость шлака будут значительно увеличиваться, так что уменьшается коэффициент распределения Ti между шлаком и сталью. Коэффициент распределения Ti между шлаком и сталью под влиянием состава шлака показан на фиг.2 и 3.

После добавления десульфуратора в течение 3-5 минут, отбирают образец и анализируют содержание серы в жидкой стали для расчета десульфурирующей эффективности жидкой стали, чтобы убедиться в том, что управление десульфурирующей эффективностью является удовлетворительным и составляет от 50 до 75%, и для заблаговременной оценки содержания Ti в ручье, проводят отбор проб и анализ содержания серы в жидкой стали, прошедшей десульфурирование, и исходят из предположения, что исходное содержание серы известно.

Задача управления десульфурирующей эффективностью строго заключается в том, что десульфурация жидкой стали заметно влияет на коэффициент распределения Ti между шлаком и сталью, таким образом, основным составом добавленного десульфуратора является СаО, который может расходоваться в реакциях, что сдвигает равновесие реакций (4) и (5) в правую сторону. CaF ₂ в десульфураторе улучшает текучесть расплавленного шлака, что является преимуществом в ходе описанной выше реакции.

Как правило, если десульфурирующий коэффициент ниже 50%, так как добавленное количество десульфуратора является относительно низким, равновесие реакций (4) и (5) в конечном счете, не может быть эффективно сдвинуто вправо, а именно не может быть эффективно снижено содержание Al₂O ₃ в шлаке, а если десульфурирующая эффективность более 75%, как видно из формулы (3), окисляемость шлака будет заметно снижена, что является неблагоприятным для улучшения коэффициента распределения Ti между шлаком и сталью.

Верхний шлак ковша и жидкая сталь находятся в одном реакционном сосуде в процессе плавки, поэтому Ti присутствует в шлаке и в стали. Чем выше коэффициент распределения Ti в шлаке и стали, тем выше содержание Ti в верхнем шлаке ковша и тем ниже содержание Ti в жидкой стали, в то время как чем ниже коэффициент распределения титана в шлаке и стали, тем меньше содержание Ti в верхнем шлаке ковша и тем выше содержание Ti в жидкой стали. Коэффициент распределения Ti между шлаком и сталью в зависимости от десульфурирующей эффективности показан на фиг.4.

Настоящее изобретение основано на том факте, что, регулируя эффект модификации и десульфурации, можно регулировать коэффициент распределения Ti между шлаком и сталью так, чтобы избежать увеличения Ti в жидкой стали. А именно, управление требованиями модификации и десульфурации отличаются от традиционного управления требованиями модификации и десульфурации. Как правило, модификация не производится в конвертере разлива стали и композиция шлака не ограничена, а также чем ниже эффект десульфурирования, тем лучше эффект десульфурирования.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой схематическое изображение изменения содержания S и Ti в процессе RH очищенной плавки;

Фиг.2 представляет собой схематическое изображение связи между содержанием T.Fe в шлаке и коэффициентом распределения Ti;

Фиг.3 представляет собой схематическое изображение связи между содержанием Al ₂O₃ в шлаке и коэффициентом распределения Ti;

Фиг.4 представляет собой схематическое изображение связи между RH очищенной эффективности десульфурации и возрастанием доли Ti;

Подробное описание настоящего изобретения

В дальнейшем, настоящее изобретение будет описано в связи с вариантами его осуществления.

Горячий металл и стальной лом смешивают в пропорции, глубокую десульфурацию проводят после выплавки в 300-тонном конвертере, обезуглероживания очищенного RH, раскисления и легирования, затем лента, которая имеет толщину от 170 мм до 250 мм и ширину от 800 мм до 1400 мм может быть получена после дегазации и непрерывного литья, результаты контроля по содержанию Ti в стали можно увидеть в таблице 1.

В данном варианте осуществления выбранный десульфуратор сформирован из смеси, состоящей из 70% извести и 30% флюорита, в десульфураторе используют известь хорошего качества, которая имеет высокую активность и низкое содержание углерода, в которой содержание СаО составляет не менее 90%, а активность составляет не менее 350 N* L, флюорит используется хорошего качества, в котором содержание CaFz составляет не менее 95%.

Как видно из таблицы 1, в каждом сравнительном примере содержание Ti в ленте больше, чем 15 ppm, в то время как в каждом варианте осуществления настоящего изобретения содержание Ti в ленте меньше чем 15 ppm. Эффект регулирования содержания Ti в ленте, по существу, не зависит от содержания элементов Si, Mn, Al, P и т.п., в то время как в основном оказываются затронутыми оксид алюминия (Al₂O₃), железо общее (T.Fe) и десульфурирующая эффективность nS в верхнем шлаке ковша. Если контрольные требования для содержания T.Fe в составе верхнего шлака ковша не менее 5%, содержание Al₂O₃ не более 23% и контрольные требования по десульфурирующей эффективности от 50% до 75% удовлетворяются одновременно, когда обезуглероживание с RH очисткой закончилось, то можно эффективно регулировать содержание Ti в ленте. Кроме того, если содержание T.Fe составляет не более 12%, то чем выше содержание T.Fe, тем лучше эффект регулирования Ti, но если содержание T.Fe выше чем 12%, то нет очевидного различия в эффекте регулировании Ti, а затем, если содержание Al₂ O₃ составляет не более 23%, то чем ниже содержание Al₂О₃, тем лучше эффект контролирования Ti, но если содержание Al₂O₃ выше 23%, то эффект контролирования Ti резко падает, а также лучший интервал десульфурирующей эффективности составляет от 50% до 75%, если десульфурирующая эффективность выше чем 75% или ниже 50%, это невыгодно для эффекта контролирования Ti и эффект контролирования Ti резко падает, особенно если десульфурирующая эффективность выше,, чем 75%.

В реальной процедуре производства только тогда, когда эти три контрольные требования будут удовлетворены одновременно, содержанием Ti в ленте можно управлять эффективно, все они являются необходимыми. Кроме того, в лучшем интервале десульфурирующей эффективности (от 50% до 75%), чем выше содержание T.Fe и чем ниже содержание Al₂O₃, тем лучше эффективность контроля уровня Ti.

Настоящее изобретение может снизить содержание Ti в сверхнизкоуглеродистой AlSi раскисленной стали без увеличения стоимости производства, путем контроля химического состава верхнего шлака ковша и оптимизации RH очищенного процесса десульфурации.

Таблица 1
(единица: весовой процент)
Варианты осуществления	С	Si	Mn	P	S	A1	N	Ti	Al2O3	T.Fe	nS
1	0,0021	0,748	0,396	0,02	0,0024	0,699	0,0021	0,0008	14,13	7,46	50,0
2	0,0016	0,298	0,247	0,09	0,0024	0,374	0,0021	0,0011	22,13	5,64	52,0
3	0,0029	1,483	0,494	0,02	0,0016	0,682	0,0011	0,0009	21,46	9,41	53,3
4	0,0017	2,015	0,281	0,01	0,0013	0,342	0,0028	0,0008	20,32	14,42	53,6
5	0,0036	3,043	0,254	0,01	0,0011	0,429	0,0013	0,0012	16,61	14,23	56,0
6	0,0033	0,332	0,291	0,11	0,0014	0,341	0,0019	0,0009	14,32	6,36	56,3
7	0,0014	2,848	0,197	0,02	0.0017	0,942	0,0013	0,0010	19,65	6,89	58,8
8	0,0041	2,151	0,263	0,02	0,0009	0,384	0,0013	0,0010	22,03	6,92	60,7
9	0,0009	2,381	0,248	0,03	0,0008	0,393	0,0015	0,0012	21,54	7,38	63,6
10	0,0008	0,794	0,481	0,06	0,0016	0,714	0,0016	0,0009	13,43	5,01	72,1
11	0,0016	3,218	0,291	0,14	0,0005	0,574	0,0010	0,0010	14,52	8,63	72,2
12	0,0020	2,835	0,381	0,21	0,0006	0,499	0,0012	0,0013	21,93	6,64	72,7
сравнительный пример 1	0,0014	0,226	0,294	0,11	0,0032	0,291	0,0018	0,0026	38,75	1,94	20,3
сравнительный пример 2	0,0016	0,723	0,526	0,02	0,0022	0,712	0,0011	0,0024	18,47	6,49	37,1
сравнительный пример 3	0,0024	2,015	0,266	0,01	0,0028	0,316	0,0011	0,0018	22,13	8,31	41,4
сравнительный пример 4	0,0018	1,436	0,247	0,05	0,0018	0,282	0,0016	0,0018	26,33	4,13	51,4
сравнительный пример 5	0,0023	2,632	0,206	0,03	0,0010	0,333	0,0015	0,0018	11,92	2,10	61,5
сравнительный пример 6	0,0032	3,047	0,216	0,02	0,0004	1,096	0,0009	0,0036	27,18	6,11	81,8