способ обработки стали

Формула изобретения

СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТАЛИ, включающий выпуск нераскисленного металла в ковш, ввод термообработанного оксидного марганецсодержащего материала и восстановителя, отличающийся тем, что, с целью повышения качества стали и степени извлечения марганца при сокращении времени обработки, термообработанный оксидный марганецсодержащий материал подают в виде продукта, полученного из марганцово-железистой руды, с температурой плавления 1150 - 1300^oС с отношением Mn/Fe = 0,8 - 2,5 по наполнению ковша металлом на 1/8-1/10 его высоты, а восстановитель вводят в процессе выпуска металла до наполнения ковша на 1/2 его высоты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к обработке стали в ковше.

Наиболее близким является "Способ рафинирования стали в сталеразливочном ковше" (см. заявку Япония N 63-20409, МКИ С21С необходимого, а во-вторых, этот расход трудно регулируемый, потому что количество окислившегося таким образом алюминия может колебаться от 20 до 80%.

Целью способа является повышение качества стали и степени извлечения марганца при сокращении времени обработки.

Температура металла, выпускаемого из конвертера в ковш, составляет 1600-1650^оС, поэтому для интенсивного плавления термообработанного оксидного марганецсодержащего материала одним из условий является более низкая температура плавления.

В заявляемом способе температура плавления материала составляет 1150-1300^оС, что обеспечивает его быстрое плавление при попадании на поверхность металлического расплава. Наличие в составе материала оксидов железа также способствует ускорению его плавления, потому что температура плавления оксидов железа существенно ниже, чем температура плавления оксидов марганца. Оксиды железа в материале являются легкоплавкой составляющей этого материала и способствуют ускорению его плавления. Ускоренное плавление материала практически исключает его "заметалливание", т.е. намораживание слоя металла на поверхности оксидного материала в процессе его плавления. Тем самым обеспечивается интенсивное распространение оксидного материала по всей поверхности металлического расплава, которое предохраняет металл от вторичного окисления, а также является теплозащитой.

Уменьшение вторичного окисления металла способствует повышению его качества, а интенсивное плавление его дает возможность раньше, чем обычно (1/3-1/2 высоты ковша), подать этот материал в ковш и более полно провести процесс восстановления марганца.

Ранее образование на поверхности металлического расплава слоя полурасплавившегося оксидного материала, практически полностью экранирующего поверхность металла, способствует рациональному использованию восстановителя, потому, что температура в зоне реакции поддерживается на уровне температуры плавления оксидного материала, т.е. не выше 1300^оС, вплоть до полного его расплавления и, следовательно, резко снижается угар восстановителя, что дает возможность осуществить не только экономное его расходование, но и повысить качество стали за счет снижения в ее составе неметаллических включений - продуктов окисления восстановителя.

Таким образом, достигается высокая степень восстановления марганца, процесс восстановления заканчивается до окончания выпуска металла в ковш. В случае попадания в ковш конвертерного шлака, часть которого даже при наличии отсечки шлака в конвертере попадает в ковш, резко снижается возможность полного восстановления из конвертерного шлака фосфорного, потому что к моменту попадания в ковш конвертерного шлака в поверхностном слое металла отсутствует избыточное содержание восстановителя, так как процесс восстановления марганца уже закончен.

Следовательно, восстановление фосфора происходит в медленном диффузионном режиме, лимитирующим звеном которого являются транспортные процессы подачи исходных веществ в зону реакции - оксидов фосфора из шлакового расплава на поверхность металла и восстановителя из объема металла на его поверхность. Эти процессы идут медленно, так как практически отсутствует перемешивание металла и шлака. Кроме того, конвертерный шлак, попадая в ковш, смешивается с остаточным шлаком, образовавшимся после восстановления марганца, что также, во-первых, снижает концентрацию фосфора, а, во-вторых, усугубляет транспоpт оксидов фосфора в зону реакции.

Температурный интервала плавления продукта, выделенного из марганцевожелезистой руды, обусловлен необходимостью получения прочного оксидного материала, что достигается его термообработкой. Температура плавления выделенного продукта более 1300^оС отрицательно оказывается при применении этого материала для легирования, потому что не обеспечивает интенсивного распространения оксидного материала по всей поверхности металлического расплава, которое предохраняет металл от вторичного окисления. Поэтому температуру обработки выделенного продукта выбирают такой, чтобы температура плавления продукта не превышала 1300^оС и была не ниже 1150^оС.

Соотношение марганца к железу, равное 0,8-2,5, выбрано для интенсификации плавления материала на поверхности металлического расплава. При соотношении марганца к железу более 2,5 процесс плавления замедляется из-за образования значительного "заметалливания" материала, а соотношение менее 0,8 является следствием значительного разбавления материала оксидами железа, приводит к снижению степени восстановления марганца, повышению расхода материала на легирование, ухудшению качества стали.

Подача оксидного материала в ковш ранее, чем по наполнению его металлом на 1/10 высоты, нецелесообразна, так как в это время еще не сформирована поверхность металла из-за высокой энергии падающей струи металла, что может привести к вовлечению больших порций оксидного материала в объем металла, а при подаче восстановителя реакция может носить взрывной характер, в результате чего возможны выбросы металла из ковша.

Осуществлять подачу оксидного материала после наполнения ковша металлом более чем на 1/8 его высоты также нецелесообразно, так как уменьшается время на восстановление марганца из оксидного материала, а при протекании реакции восстановления марганца после попадания в ковш конвертерного шлака произойдет интенсивное восстановление фосфора, что ухудшит качество металла. Кроме того, конвертерный шлак снизит концентрацию марганца в шлаковом расплаве, что уменьшит степень восстановления марганца.

Подачу восстановителя необходимо осуществить в ковш после образования на поверхности металла слоя оксидного материала, но не позже, чем по наполнению ковша металлом на 1/2 его высоты. Тем самым обеспечивается максимально полное в этих условиях восстановление марганца, процесс восстановления заканчивается к окончанию выпуска металла в ковш, расход восстановителя легко регулируется расходом оксидного материала, не требуется повышенный расход восстановителя, что способствует повышению качества стали.

П р и м е р. Лабораторные плавки согласно способа обработки стали проводили в индукционной печи ИСТ-006 садкой 60 кг, в качестве металлошихты использовали окисленный полупродукт кислородно-конвертерного производства следующего химического состава, мас. % : С 0,03-0,06; Mn 0,05-0,07; S 0,025-0,028; Р_н.б. 0,020; Температуру металла контролировали термопарой погружения типа ВР 5/20.

Пробы для определения содержания марганца и фосфора путем химического анализа отбирали после расплавления металла и перед разливкой стали.

В качестве шлакообразующих использовали свежеобожженную известь и плавиковый шпат, в качестве термообработанного оксидного марганцевого материала железо-марганцевые окатыши.

Опытные плавки проводили по следующей технологии. После расплавления металла в печь присаживали шлакообразующие и после образования гомогенного шлакового расплава металл нагревали до температуры 1610-1620^оС. Затем отключали печь и выпускали металл в ковш. Во время выпуска в ковш давали марганцевый материал (окатыши) следующего состава, мас.%: Mn_общ. 22-34,6; Fe_общ 31,4-13,13; SiO₂ 39,83-27,18; CaO 0,8-15,4; MgO 1,31-3,94; Al₂O₃ 4,41-5,03; S 0,14-0,16; P 0,11-0,56 и восстановитель. В качестве восстановителя использовали вторичный алюминий марки АВ-86.

Плавку согласно способа прототипа осуществляли следующим образом. После расплавления шихты в печь давали марганцевую руду состава, мас.%: SiO₂ 2,47; MnO 81; MgO 2,68; CaO 5,13; Al₂O₃ 7,18; Fe_общ 1,41; Р 0,105; S 0,025. для предварительной обработки металла и наведения шлака, содержащего оксид марганца, подогревали металл до температуры 1610-1620^оС. Затем жидкую сталь и шлак выпускали в ковш и добавляли восстановитель (алюминий марки АВ-86) и перемешивали путем вдувания газообразного аргона через кварцевую трубку. Продувку вели в течение 4 мин под давлением 0,2 атмосферы.

Технологические параметры заявляемого и известного способов и полученные результаты представлены в таблице, температура плавления марганцевого оксидного термообработанного материала 1150-1300^оС, соотношение Mn/Fe= 0,8-2,5, моменты подачи материала и восстановителя (плавки 2-4).

На плавках 1,5-13 при отклонении технологических параметров от заявляемых пределов наблюдается уменьшение степени извлечения марганца и степени дефосфорации, увеличении времени обработки стали.

На плавке 14, проводимой по технологии прототипа, наблюдается резкое уменьшение степени извлечения марганца, степени дефосфорации и увеличение времени обработки стали.