способ химического нагрева стали

Формула изобретения

Способ химического нагрева стали, включающий ввод алюминия в металл, продувку кислородом через погружаемую в металл фурму и последующую продувку инертным газом, отличающийся тем, что после достижения металлом заданной температуры, его дополнительно обрабатывают кальцием, расход которого определяют из выражения:

Q_Ca=441,2-0,00057×Q _O2-0,96Q_Al-9,06 (О кисл. перед - О кисл. отд),

где Q_Ca - расход кальция, кг;

Q_O2 - расход кислорода на химический нагрев, м³;

Q_Al - расход алюминия на химический нагрев, кг;

О кисл. перед и О кисл. отд - окисленность металла перед присадкой кальция и требуемый уровень окисленности для разливки металла;

441,2; 0,00057; 0,96; 9,06 - эмпирические коэффициенты, полученные опытным путем.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к внепечной обработке стали.

Известен способ обработки стали в ковше (RU, 2154678, МПК С21С 7/00, опубл. 20.08.2000), включающий подачу в ковш алюминия в виде проволоки и последующую продувку металла в ковше сверху кислородом через погружаемую фурму, алюминий предварительно вводят в ковш до начала продувки кислородом с расходом, определяемым по зависимости:

P=K₁×М/[Al]×Т, где

Р - расход алюминия, кг/т стали в ковше;

Т - температура стали в ковше, °С;

М - масса стали в ковше, т;

[Al] - содержание алюминия в стали перед ее обработкой в ковше, мас.%;

К₁ - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-механические закономерности экзотермических окислительных реакций, равный 0,007-0,56 кг × % × °С/т², а после ввода предварительной порции алюминия его продолжают подавать и одновременно сталь в ковше продувают кислородом с расходом, определяемым по зависимости:

Q=К₂×q× t×M, где

Q - расход кислорода, м ³/мин×т стали в ковше;

q - расход алюминия, равный 50-180 кг/мин;

t - необходимое повышение температуры стали в ковше, °С;

К₂ - эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности окисления алюминия, равный (0,05-4,0)×10 ^-6, м³/кг×т, °С.

К недостаткам известного способа следует отнести одинаковые расходы кислорода и алюминия для всех марок стали, что снижает тепловой эффект окисления алюминия и увеличивает окисление других примесей и железа и ведет к повышенному расходу кислорода и алюминия. Ограничивает длительность и максимальную температуру нагрева и ухудшает чистоту металла по загрязненности неметаллическими включениями.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ химического нагрева стали (RU, 2186126, Кл. С21С 7/00, опубл. 27.07.2002), включающий ввод алюминия в металл, продувку кислородом через погружаемую в металл фурму и последующую продувку инертным газом, когда расход алюминия для химического нагрева определяют из выражения:

G_Al =0,624[С]-2,867[Si]-0,448[Mn]+0,042Т, где

G _Al - расход алюминия для химического нагрева стали, кг/т;

[С], [Si], [Mn] - содержание кремния, марганца и углерода соответственно в пробе металла перед проведением химического нагрева, %;

Т - необходимая температура нагрева металла, °С;

0,624; 2,867; 0,448; 0,042 - эмпирические коэффициенты, полученные опытным путем.

Известный способ не обеспечивает получение требуемого технического результата по следующим причинам.

Сталь, полученная известным способом, имеет низкое качество, низкий выход годного, реализация способа приводит к увеличению содержания оксидов и низкой стойкости сталеразливочных ковшей.

Найденный в известном способе технологический прием проведения химического нагрева стали приводит к образованию большого количества алюминатов, которые во время разливки на сортовых машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) оседают на стенках разливочных стаканов. Эти оксиды алюминия образуют соединения в виде глинозема. При разливке стали эти соединения, вступая в реакцию с материалом футеровки сталеразливочного ковша и разливочного стакана, образуют тугоплавкие соединения, в результате чего снижается стойкость футеровки ковша, происходит зарастание отверстия в разливочном стакане и нарушается процесс разливки, что приводит к зарастанию отверстий разливочных стаканов, увеличивая аварийность при разливке, ухудшению качества стали и уменьшению выхода годного.

Кроме того, область применения данного изобретения сужается, так как из-за возможного зарастания сталеразливочных стаканов позволяет разливать металл только в изложницы.

Признаки ближайшего аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: ввод алюминия в металл, продувка кислородом через погружаемую в металл фурму, продувка инертным газом.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа химического нагрева стали путем дополнительной обработки стали после проведения химического нагрева, введением кальция.

Ожидаемый технический результат - получение оптимального содержания кислорода при достижении заказываемой температуры нагрева металла, формирование в металле неметаллических включений (по количеству включений и их морфологии), легко удаляемых в процессе внепечной обработки после проведения химического нагрева стали, улучшение качества стали и повышение выхода годного.

Технический результат достигается тем, что в способе химического нагрева стали, включающем ввод алюминия в металл, продувку его кислородом через погружную фурму и последующую продувку инертным газом, согласно изобретению после достижения металлом заданной температуры разливки его дополнительно обрабатывают кальцием, расход которого определяют из выражения:

Q _Ca=441,2-0,00057×Q_O2-0,96Q _Al-9,06 (Окисл. перед - Окисл. отд), где

Q _Са - расход кальция, кг;

Q_O2 - расход кислорода на химический нагрев, м³ ;

Q_Al - расход алюминия на химический нагрев, кг;

Окисл. перед, Окисл. отд - окисленность металла перед отдачей кальция и требуемый уровень окисленности для разливки металла;

441,2; 0,00057; 0,96; 9,06 - эмпирические коэффициенты, полученные опытным путем.

Сущность заявляемого технического решения заключается во вводе кальция после достижения заказанной для разливки температуры металла с учетом израсходованного алюминия и кислорода на проведение химического нагрева металла, а также показателей окисленности металла, необходимой для разливки и перед присадкой кальция.

Необходимость получения окисленности металла перед разливкой связана, прежде всего, с образованием в металле легко удаляемых неметаллических включений и сокращением их числа. Введение кальцийсодержащих материалов перед отдачей металла на разливку позволяет кальцию реагировать с алюминием, растворенным в металле, и продуктами первичного раскисления с образованием жидких алюминатов кальция, что улучшает условия разливаемости металла. Таким образом, введение в металл кальция позволяет изменить морфологию неметаллических включений с типа СаО×6Al₂О₃ на тип СаО×2Al₂О₃ и улучшить разливаемость металла.

Расход кальция в зависимости от количества израсходованного алюминия и кислорода на проведение химического нагрева металла позволяет изменить количество и морфологию неметаллических включений, получить необходимый уровень окисленности металла перед разливкой.

Пример

После выпуска плавки (Ст3сп) сталеразливочный ковш установили на сталевоз и, переместили под крышку агрегата доводки стали и измерили массу ковша с металлом. К продувочным устройствам ковша (две пробки) присоединили аргонные шланги. Включили подачу аргона с расходом 260 л/мин на каждую пробку. Визуально оценили интенсивность перемешивания металла. Расход аргона должен обеспечивать интенсивное перемешивание металла, но без его выплесков из ковша. Через 2 мин усреднительной продувки произвели измерение окисленности, температуры и отобрали пробу металла.

Температура металла составили 1553°С, окисленность 52 ppm. В пробе металла углерода содержится 0,15%, кремния 0,16 и марганца 0,35%. Заказанная температура металла для разливки составила 1605°С.

Металл необходимо нагреть на 52°С. На металл присадили вторичный чушковый алюминий в количестве 60 кг, фурму для химического нагрева установили на уровне около 300 мм от поверхности расплава и включили подачу кислорода с интенсивностью 340 м³/час. После погружения нижнего торца фурмы до уровня металла подачу кислорода увеличили до 2350 м³/час.

После ввода 375 м ³ кислорода произвели снижение его расхода до 350 м ³/мин и фурму извлекли из металла. При выходе фурмы выше поверхности расплава подачу кислорода прекратили полностью.

После извлечения кислородной фурмы произвели усреднение химического состава и температуры металла продувкой аргоном в течение 1 мин, после чего произвели измерение температуры металла и отобрали пробу металла для определения его химического состава.

Температура металла составила 1603°С, окисленность 72 ppm, требуемая окисленность металла перед отдачей на разливку должна быть не более 40 ppm. Для снижения окисленности металла в металл ввели порошковую проволоку с наполнителем из силикокальция с расходом, определяемым из выражения:

Q_Са =441,2-0,00057×375-0,96×60-9,06(72-40)=36 кг.

При данном способе химического нагрева стали получается оптимальное содержание кислорода при достижении заказываемой температуры нагрева металла, в металле формируются неметаллические включения, легко удаляемые в процессе внепечной обработки после проведения химического нагрева стали, улучшается разливаемость стали на сортовых МНЛЗ, повышается выход годного.