способ производства природно-легированной ванадием стали при переделе ванадиевого чугуна в кислородных конвертерах монопроцессом с расходом металлолома до 30%

Формула изобретения

1. Способ производства природно-легированной ванадием стали при переделе ванадиевого чугуна в кислородных конвертерах монопроцессом с расходом металлолома до 30% включающий завалку охладителей, заливку ванадийсодержащего чугуна, зажигание и продувку плавки кислородом, порционную присадку шлакообразующих, выпуск металла в ковш, его науглероживание, раскисление, легирование и доводку, отличающийся тем, что в качестве охладителей используют металлический лом и/или металлоотходы, а шлакообразующие материалы присаживают по ходу продувки после зажигания плавки порциями, обеспечивающими оптимальную скорость шлакообразования и нагрева металла, при этом металл продувают до содержания углерода менее 0,7 мас. науглероживание, раскисление и легирование металла осуществляют жидким ванадиевым чугуном, количество которого определяют по содержанию углерода в готовой стали и расcчитывают по формуле

Q V x (C_ст>/С_чуг),

где V масса жидкой стали, т;

С_ст содержание углерода в заданной марке стали, мас.

С_чуг содержание углерода в чугуне, мас.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для оптимизации теплового баланса плавки металлолом и/или металлоотходы подогревают.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что подогрев осуществляют подачей углеродсодержащего топлива на металлолом и/или металлоотходы и сжиганием его кислородом.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего топлива используют кокс, каменные угли, бой угольных футеровок и электродов, нефть, мазут и природный газ.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть металлоотходов присаживают по ходу продувки плавки.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что после выпуска металла часть шлака оставляют в конвертере.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в ванадиевый чугун, предназначенный для науглероживания, раскисления и легирования металла, дополнительно вводят 20 50% требуемых на плавку сильных раскислителей.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что при науглероживании, раскислении и легировании металла жидким ванадиевым чугуном получают массовую долю ванадия в готовой стадии в интервале 0,05 0,15%

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что доводку металла осуществляют на установке печь ковш.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, в частности, к способу производства природно-легированной ванадием стали при переделе ванадиевого чугуна в кислородных конвертерах моно-процессом.

В настоящее время типовым способом переработки ванадиевых чугунов является дуплекс-процесс, который позволяет получить товарный ванадиевый шлак содержащий более 14,0% V₂O₅, и металл-полупродукт, который перерабатывается на сталь, но сдерживает рост производства объема металла, что не соответствует требованиям экономики настоящего времени, так как доход от реализации ванадиевого шлака дуплекс-процесса существенно ниже, чем от реализации стали дополнительно, полученной монопроцессом.

Известен способ выплавки ванадийсодержащей стали в конвертере с кислой футеровки, заключающийся в том, что расплав, состоящий из 65-75% передельного чугуна и 25-30% ванадиевого чугуна, продувают до содержания углерода 0,08-0,15% и температуры 1600-1800^oС, а науглероживание и раскисление металла ведут последовательным вводом твердого ванадиевого чугуна в количестве 20-25 кг/т и высокоуглеродистого ферромарганца в количестве 15-40 кг/т [1].

При реализации данного способа имеет место повышенной расход ферромарганца и перегрев металла-полупродукта для расплавления твердого ванадиевого чугуна, необходимого для науглероживания и раскисления металла, что приводит к повышению газонасыщенности металла и повышенному износу огнеупорной футеровки.

Известен способ выплавки углеродистой стали, по которому сталь раскисляют и микролегируют в ковше жидким ванадиевым чугуном, в котором предварительно растворяют 20-60% силикокальция и 10-90% ферромарганца, а остальное количество силикокальция и ферромарганца вводят в ковш под струю металла [2] .

Однако этот способ имеет существенный недостаток, связанный с необходимостью получения заданного химического состава и температуры металла перед выпуском. Это вызывает необходимость дополнительных анализов и додувок, что приводит к увеличению длительности плавки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ производства ванадиевой стали при переделе ванадиевого чугуна в кислородных конвертерах моно-процессом, предусматривающий завалку охладителей, заливку ванадийсодержащего чугуна, зажигание и продувку плавки кислородом, порционную присадку шлакообразующих, выпуск металла в ковш, его раскисление, науглероживание и доводку металла на установке "печь-ковш" (технологическая инструкция ТИ 102-СТ КК-66-95 НТМК "Производство ванадиевого шлака и стали в конвертерах", 1995).

Этот способ имеет тот же недостаток, связанный с необходимостью получения заданного химического состава и температуры металла перед выпуском, что вызывает необходимость дополнительных анализов и додувок и приводит к увеличению длительности плавки. Режим шлакообразования не учитывает особенности продувки ванадиевых чугунов в режиме моно-процесса при использовании металлолома и/или металлоотходов до 30%, особенно в начальный период плавки. Все это приводит к увеличению продолжительности плавки, затруднению увязки работы конвертеров и машин непрерывного литья заготовок и снижению производительности комплекса в целом. Кроме того, данный способ не позволяет получать природно-легированную ванадием сталь с содержанием ванадия более 0,05%.

Изобретение направлено на решение технической задачи - разработку способу производства природно-легированной ванадием стали при переделе ванадиевого чугуна в кислородных конвертерах моно-процессом с использованием металлолома и/или металлоотходов до 30% и повышение производительности конвертеров.

Технический результат, достигаемый при решении данной задачи - сокращение продолжительности плавки, расширение сортамента выплавляемых сталей, снижение расхода ферросплавов, получение природно-легированной стали с гарантированным уровнем механических свойств при снижении затрат на ее производство и увеличение производительности комплекса в целом.

Технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем завалку охладителей, заливку ванадийсодержащего чугуна,зажигание и продувку плавки кислородом, порционную присадку шлакообразующих, выпуск металла в ковш, его науглероживание, раскисление, легирование и доводку, по изобретению в качестве охладителей используют металлический лом и/или металлоотходы, а шлакообразующие материалы присаживают по ходу продувки после зажигания плавки порциями, обеспечивающими оптимальную скорость шлакообразования и нагрева металла, при этом металл продувают до содержания углерода менее 0,07%, науглероживание, раскисление и легирование металла осуществляют жидким ванадиевым чугуном, количество которого определяют по содержанию углерода в готовой стали и рассчитывают по формуле

Q = V(C_ст/С_чуг)

где V - масса жидкой стали, т;

С_ст - содержание углерода в заданной марке стали, мас.%;

С_чуг - содержание углерода в чугуне, мас.%.

Для оптимизации теплового баланса плавки металлом и/или металлоотходы подогревают. Подогрев можно осуществлять подачей углеродсодержащего топлива на металлолом и/или металлоотходы при сжигании его кислородом. В качестве углеродсодержащего топлива можно использовать кокс, каменные угли, бой угольных футеровок и электродов, нефть, мазут и природный газ. По изобретению часть металлоотходов можно присаживать по ходу продувки плавки.

После выпуска металла часть шлака оставляют в конвертере.

В ванадиевый чугун, предназначенный для науглероживания, раскисления и легирования металла, можно вводить 20-50% требуемых на плавку сильных раскислителей.

По изобретению предполагается при науглероживании, раскислении и легировании металла жидким ванадиевым чугуном получают массовую долю ванадия в готовой стали в интервале 0,05-0,15%.

Доводку металла можно производить на установке "печь-ковш".

При переделе ванадиевого чугуна в кислородных конвертерах моно-процессом с использованием металлолома и/или металлоотходов до 30% из-за низкого содержания кремния (не более 0,35%) характеризуется низкотемпературным началом плавки.

Изобретение основано на оптимизации теплового баланса конвертерной плавки при переработке ванадиевых чугунов монопроцессом, получении стабильного по химическому составу металла, его науглероживании, раскислении и легировании с получением ванадия в готовой стали в интервале 0,05-0,15 мас.%.

По изобретению в качестве охладителей используют металлический лом и/или металлоотходы (отмагниченная часть отходов металлургического производства) и предусмотрен их подогрев, в случае, если охлаждающий эффект превышает наличие химического и/или физического тепла заливаемого чугуна, необходимого для нормального режима плавки. Подогрев осуществляют подачей углеродсодержащего топлива на металлолом и/или металлоотходы и сжигают его кислородом. В качестве углеродсодержащего топлива можно использовать кокс, каменные угли, бой угольных футеровок и электродов, нефть, мазут, природный газ. Металлоотходы можно присаживать по тракту сыпучих материалов по ходу продувки плавки.

Шлакообразующие материалы присаживают по ходу продувки после зажигания плавки порциями, обеспечивающими оптимальную скорость шлакообразования и нагрев металла, при этом металл продувают до содержания углерода менее 0,07 мас.%.

Выпуск металла из конвертера производится без отбора проб и замера температуры для сокращения потерь агрегатного времени. При этом часть шлака оставляют в конвертере для сокращения расхода шлакообразующих материалов и облегчения зажигания следующей плавки.

Такой ход ведения плавки позволяет за счет оптимизации теплового баланса ванны, исключения додувок и промежуточных повалок получать необходимую температуру при содержании углерода в металле менее 0,07 мас.%. Содержание углерода менее 0,07 мас.% характеризует состояние металла в кислородно-конвертерной ванне как близкое к термодинамическому равновесию. Кроме того, при решении вопросов эффективного науглероживания такой металл позволяет получать широкий сортамент сталей.

В отличие от известного способа, где науглероживание осуществляется подачей в металл коксовой мелочи по ходу выпуска плавки, позволяющей повысить содержание углерода в металле на 0,1 мас.%, по изобретению предусмотрено науглероживать металл путем смешения его с ванадиевым чугуном, при этом количество ванадиевого чугуна определяют по содержанию углерода в готовой стали и рассчитывают по формуле:

Q = V(C_ст/С_чуг)

где V - масса жидкой стали, т;

С_cт - содержание углерода в заданной марке стали, мас.%;

С_чуг - содержание углерода в чугуне, мас.%.

Это позволяет получать требуемое содержание углерода в металле согласно заказанным маркам сталей, в том числе средне и высокоуглеродистых, с получением ванадия в готовой стали в интервале 0,05-0,15 мас.%.

В ванадиевый чугун, предназначенный для науглероживания, раскисления и легирования металла, можно дополнительно ввести 20-50% требуемых на плавку сильных раскислителей (алюминий, силикокальций, ферросиликоалюминий и др.). При введении в ванадиевый чугун менее 20% раскислителей возможно вспенивание и выброс металла из ковша, при введении более 50% раскислителей возможно переохлаждение чугуна и неполное растворение ферросплавов.

Доводку металла до заданных параметров по температуре, химсоставу и структуре осуществляют на установке "печь-ковш".

Предложенный способ позволяет перерабатывать ванадиевые чугуны в кислородных конвертерах моно-процессом с использованием металлолома и/или металлоотходов до 30%, сократить продолжительность плавки, расширить сортамент выплавляемых сталей, снизить расход ферросплавов, получать природно-легированную ванадием сталь с гарантированным уровнем механических свойств при снижении затрат на ее производство, более гибко увязывать технологические процессы и осуществлять работу машин непрерывного литья заготовок в режиме "плавка на плавку" и увеличить производительность комплекса в целом.

Опыты проводились на металлургическом комплексе, оснащенном кислородными конвертерами емкостью 160 т и установками для внепечной обработки металла типа "печь-ковш".

Пример. В кислородных конвертерах провели 21 плавку с продувкой ванадиевого чугуна на сталь моно-процессом. Параметры плавок были следующими. В конвертер загружали 35-40 т металлолома и заливали 145-150 т ванадиевого чугуна следующего химсостава, мас.%: С 4,0-4,3; Si 0,30-0,35; Ti 0,20-0,25; V 0,40-0,45; Мn 0,30-0,35, Р и S 0,05.

Продувку плавок производили кислородом через четырехсопловую фурму с интенсивностью 370-390 куб.м/мин в течение 25-27 мин. В начале продувки фурму устанавливали на высоте 2,0-2,5 м над уровнем спокойного металла и после продувки в течение 3-4 мин фурму опускали до 1,0-1,3 м. По ходу продувки по тракту сыпучих материалов присаживали известь, доломит, плавиковый шпат в количествах 35-37, 2,0-2,5, 0,3-0,6 кг/т чугуна соответственно. Присадку сыпучих материалов осуществляли порциями на 3, 5 и 8 мин. После окончания продувки производили выпуск металла из конвертера без отбора проб и замера температуры, при этом 30-50% шлака оставляли в конвертере.

В сталеразливочном ковше получали металл-полупродукт с температурой 1610-1630^oС, следующего химсостава, мас. %: С 0,05-0,07; Si - следы; Ti 0,005; V 0,005; Мn 0,03; Р и S 0,025.

В разливочном пролете в ковш с металлом-полупродуктом доливали предназначенный для науглероживания, раскисления и легирования ванадиевый чугун следующего среднего химсостава, мас.%: С 4,3; Si 0,35; Тi 0,25; V 0,45; Мn 0,3; Р и S 0,05 в количестве 10-20 т, в который дополнительно вводили 30-50% требуемых на плавку раскислителей (ферросилиция 250-300 кг, силикомарганца 500-700 кг).

После доводки металла на установке "печь-ковш" получали рельсовую, колесную и бандажную сталь с содержанием ванадия 0,06-0,09 мас.%. Выход жидкой стали составил 90-92%.

Получаемый шлак имел следующий состав, мас.%: FeO 20-24; СаО 44-46; SiO₂ слоями по 0,6 м, 12-15; V₂O₅ 7-9; TiO₂ 3-5; МnО 3-5; Аl₂O₃ 1-2; Р 0,5-0,6.

В этот же период проведены плавки по технологии прототипа. Сравнительные усредненные показатели плавок приведены в таблице.

Использование предлагаемой технологии по сравнению с известной позволяет перерабатывать ванадиевые чугуны в кислородных конвертерах моно-процессом с использованием металлолома и/или металлоотходов до 30%. При этом достигается сокращение продолжительности плавки, расширение сортамента выплавляемых сталей, снижение расхода флюсов и ферросплавов, получение природно-легированной стали, содержащей ванадий 0,05-0,15 мас.%, с гарантированным уровнем механических свойств и увеличение производительности комплекса в целом.