способ производства стали в кислородном конвертере

Формула изобретения

1. Способ производства стали в кислородном конвертере, включающий оставление в конвертере шлака предыдущей плавки, загрузку на шлак извести, нанесение шлакового гарнисажа, завалку лома, заливку чугуна, продувку газообразным окислителем с изменением его расхода и положения фурмы над уровнем спокойной ванны, регулирование основности конечного шлака вводом в конвертер извести и марганецсодержащих материалов по ходу плавки, выпуск расплава и раскисление в ковше, отличающийся тем, что в качестве чугуна используют чугун с содержанием кремния не более 0,35% при отношении Mn/Si1,0, количество загружаемой на шлак и по ходу плавки извести поддерживают в соотношении 1: (1-4), а количество вводимых в конвертер извести и марганецсодержащих материалов по ходу плавки регулируют из условия получения основности конечного шлака СаО/SiO₂ = 2,0-2,7, при этом общий расход извести и марганецсодержащего материала поддерживают в соотношении 1: (0,1-0,4).

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве чугуна используют обработанный передельный доменный чугун при следующем содержании компонентов, мас. %:

Углерод - 3,2-4,5

Кремний - 0,002-0,350

Марганец - 0,1-0,8

Сера - 0,02

Фосфор - 0,02

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что передельный доменный чугун обрабатывают окалиной и/или воздухом, а также смесью СаО-СаF₂.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве марганецсодержащего материала используют марганцевый агломерат и/или марганцевую руду.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способам производства стали в кислородных конвертерах из низкокремнистого чугуна.

Известен способ производства стали в кислородном конвертере, включающий завалку лома, заливку чугуна, продувку кислородом, рассредоточенную присадку шлакообразующих материалов по ходу продувки, в котором с целью уменьшения угара марганца и повышения выхода годного чугун с содержанием марганца менее 0,3% продувают при основности шлака 3,5-4,5, а марганцевую руду вводят по истечении 2/3 длительности продувки в количестве, определяемом заданным содержанием марганца в конечном металле (авт. св. СССР 293441, кл. С 21 С 5/28, опубл. Бюлл. 31, 1972 г. ).

Недостатком этого способа является повышенный расход извести для поддержания заданной основности шлака и, как следствие, большие потери металла со шлаком в виде окислов и корольков. Кроме того, ввод марганецсодержащих материалов в количестве, определяемом заданным содержанием марганца в конечном металле, дополнительно снижает выход стали по тем же причинам.

Известен способ передела чугуна с малым содержанием кремния, фосфора и серы в конвертере, включающим загрузку скрапа, заливку чугуна с содержанием примесей (в %) кремния - следы, фосфора и серы менее 0,02 каждого, ввод шлакообразующих в минимальном количестве, необходимом для предотвращения разбрызгивания, в котором по окончании продувки металл сливали, а шлак, поддерживая в расплавленном состоянии, оставляли в конвертере и использовали повторно (заявка 58-16012 Япония, МКИ С 21 С 5/28. Опубл. 29.01.1983).

Недостатком этого способа является необходимость предварительной подготовки чугуна, требующая больших капитальных затрат и целого производства для десиликонизации, дефосфорации и десульфурации чугуна, что само уже подразумевает потери металла и использование дорогостоящих материалов при ее реализации.

Наиболее близким техническим решением к предложенному способу является известный способ производства стали в кислородном конвертере, включающий оставление в конвертере шлака предыдущей плавки, загрузку на шлак извести, наведение шлакового гарнисажа, завалку лома, заливку чугуна, продувку газообразным окислителем с изменением его расхода и положения фурмы над уровнем спокойной ванны, регулирование основности конечного шлака вводом в конвертер извести и марганецсодержащих материалов по ходу плавки, выпуск расплава и раскисление в ковше, в котором количество присаживаемой извести определяется в зависимости от содержания кремния в чугуна из расчета получения основности шлака не менее 3,0, а присадку марганецсодержащих материалов (концентрат марганцевый до 5 т на плавку) осуществляют либо полностью в завалку, либо порциями по ходу продувки, причем нанесение шлакового покрытия осуществляют следующим образом. В 350-тонном конвертере оставляют 30-45% шлака последней плавки, загружают 6-9 т шлакообразующего (извести или смеси ее с доломитом), засыпают кокс в количестве 10-15% от массы оставшегося шлака и раздувают шлак кислородом в течение 0,5-2,5 мин ("Выплавка стали в 350-т конвертерах" Технологическая инструкция ТИ-105-СТ. КК-06-87, Череповецкий металлургический комбинат, 1987 год).

Недостатком этого способа является повышенный расход извести и марганецсодержащих материалов при переделе чугуна с содержанием кремния не более 0,35% из-за необходимости получения высокой основности конечного шлака. Повышенный расход извести и марганецсодержащих материалов приводит к увеличению потерь металла в виде окислов и корольков и снижению выхода стали. Известный способ не предусматривает предварительную подготовку конечного шлака до необходимого состава и температуры для понижения реакционной способности и загущения шлака, не обеспечивает получение конвертерного шлака определенного состава для успешного рафинирования металла от вредных примесей.

При создании настоящего изобретения исходили из положения необходимости разработки такой технологии производства стали в кислородном конвертере из низкокремнистого чугуна, которая позволяет при массовом производстве металла повысить остаточное содержание марганца по окончании кислородной продувки, увеличить выход стали, получать шлак в процессе продувки с заданными свойствами для получения стали требуемого качества.

Известно, что снижение содержания кремния в чугуне на 1% позволяет увеличить производительность доменных печей на 4-12% и снизить расход кокса на 5-15% (Е. Ф. Вегман "Краткий справочник доменщика". Москва, "Металлургия", 1981г. , с. 223). Поэтому, разработка способа производства стали в кислородном конвертере из низкокремнистого чугуна в настоящее время приобретает принципиально важное значение не только для металлургических предприятий Российской Федерации, но и за рубежом. Кроме того, в связи с высокой стоимостью марганцевых ферросплавов, используемых для раскисления и легирования стали, необходимо было предусмотреть при разработке технологии получение повышенного остаточного содержания марганца в металле по окончании кислородной продувки.

Задача изобретения - разработка способа производства стали в кислородных конвертерах из низкокремнистого чугуна. Техническим результатом изобретения является повышение остаточного содержания марганца в металле по окончании продувки и увеличение выхода стали.

Результат достигается следующим образом. В известном способе производства стали в кислородном конвертере, включающем оставление в конвертере шлака предыдущей плавки, загрузку на шлак извести, нанесение шлакового гарнисажа, завалку лома, заливку чугуна, продувку газообразным окислителем с изменением его расхода и положения фурмы над уровнем спокойной ванны, регулирование основности конечного шлака вводом в конвертер извести и марганецсодержащих материалов по ходу плавки, выпуск расплава и раскисление в ковше, по изобретению в качестве чугуна используют чугун с содержанием кремния не более 0,35% при отношении Mn/Si1,0, количество загружаемой на шлак и по ходу плавки извести поддерживают в соотношении 1: (1-4), а количество вводимых в конвертер извести и марганецсодержащих материалов по ходу плавки регулируют из условия получения основности конечного шлака CaO/SiO₂, равной 2,0-2,7, при этом общий расход извести и марганецсодержащего материала поддерживают в соотношении 1: (0,1-0,4).

По способу в качестве чугуна используют обработанный передельный доменный чугун при следующем содержании компонентов, мас. %:

Углерод - 3,2-4,5

Кремний - 0,002-0,350

Марганец - 0,1-0,8

Сера - 0,02

Фосфор - 0,02

По способу передельный доменный чугун обрабатывают окалиной и/или воздухом, а также смесью CaO-CaF₂.

По способу в качестве марганецсодержащего материала используют марганцевый агломерат и/или марганцевую руду.

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и, следовательно, заявляемое техническое решение имеет изобретательский уровень.

Технический результат, достигаемый предлагаемым способом производства стали из низкокремнистого чугуна в конвертере, заключается в том, что на конечный шлак предыдущей плавки для подготовки шлака к раздуву для качественного нанесения шлакового гарнисажа производят загрузку определенного количества извести в определенном соотношении с количеством извести, вводимой в процессе продувки, общий расход извести на плавку определяется из расчета получения основности шлака 2,0-2,7, а для повышения остаточного содержания марганца в конвертер вводят марганецсодержашие материалы, например марганцевый агломерат, причем общий расход извести и марганецсодержащего материала поддерживают в определенном соотношении для получения шлакового расплава в процессе плавки необходимого состава с определенными свойствами.

Способ предусматривает применение передельного доменного чугуна, обработанного определенными материалами.

В качестве марганецсодержащего материала предлагается использовать марганцевый агломерат и/или марганцевую руду.

Отношение содержания марганца к содержанию кремния в чугуне должно быть не ниже 1,0 (Mn/Si1,0). В случае, если отношение содержания марганца к содержанию кремния в чугуне будет ниже 1,0, невозможно получение повышенного остаточного содержания марганца в металле по окончании продувки с высоким выходом стали из-за низкого начального содержания марганца в чугуне.

Количество извести, загружаемой на оставленный конечный шлак предыдущей плавки для нанесения шлакового гарнисажа и извести по ходу плавки, необходимо поддерживать в соотношении 1: (1-4). В случае загрузки извести на оставленный конечный шлак предыдущей плавки для нанесения шлакового гарнисажа и извести по ходу плавки в соотношении менее чем 1: (1-4) невозможно нанесение качественного гарнисажа из-за недостаточного усвоения и неравномерного распределения извести в шлаке и, соответственно, в гарнисаже конвертера. Кроме того, ухудшаются условия для регулирования температурного и шлакового режимов плавки по ходу продувки. В случае же загрузки извести на оставленный конечный шлак предыдущей плавки для нанесения шлакового гарнисажа и извести по ходу плавки в соотношении более чем 1: (1-4) ухудшаются условия получения конвертерного шлака необходимой консистенции для нанесения шлакового гарнисажа, появляется опасность выбросов металла при заливке чугуна из-за остатков жидкого шлака в конвертере.

Количество вводимой в конвертер извести и марганецсодержащих материалов необходимо регулировать из условия получения основности шлака CaO/SiO₂ по окончании продувки, равной 2,0-2,7.

В случае получения основности конвертерного шлака по окончании продувки ниже 2,0 не обеспечиваются условия для получения заданного низкого содержания серы и фосфора в металле, снижается стойкость футеровки. При получении основности конвертерного шлака по окончании продувки более 2,7 резко снижается выход металла из-за повышенного расхода извести на плавку, увеличения количества образующегося шлака и, как следствие, повышения потерь металла со шлаком.

Общий расход извести и марганецсодержащих материалов на плавку необходимо поддерживать в соотношении 1: (0,1-0,4).

При общем расходе извести и марганецсодержащих материалов в соотношении менее чем 1: (0,1-0,4) невозможно получение повышенного остаточного содержания марганца в металле по окончании продувки, а в случае общего расхода извести и марганецсодержащего материала в соотношении более чем 1: (0,1-0,4) нерационально повышается расход марганецсодержащего материала на плавку, увеличивается количество образующегося шлака и резко снижается выход стали.

В качестве чугуна можно использовать обработанный передельный доменный чугун при следующем содержании компонентов, мас. %:

Углерод - 3,2-4,5

Кремний - 0,002-0,350

Марганец - 0,1-0,8

Сера - 0,02

Фосфор - 0,02

При содержании углерода менее 3,2% и кремния менее 0,002% получается химически "холодный" чугун, что приводит к повышению удельного расхода чугуна и увеличению себестоимости стали, так как стоимость чугуна более чем в два раза выше стоимости металлолома. Получение содержания углерода более 4,5% и кремния более 0,35% в чугуне требует дополнительных затрат из-за большого сродства кремния и углерода к кислороду при обработке чугуна твердыми и/или газообразными окислителями.

Получение содержания марганца более 0,8% требует ввода марганецсодержащих материалов и восстановителей для восстановления марганца, что приводит к повышению себестоимости чугуна и в дальнейшем стали, а снижение содержания марганца менее 0,1% нежелательно из-за затруднений и дополнительных затрат для получения повышенного содержания марганца в металле на повалке.

Содержание серы и фосфора в чугуне не должно быть более 0,02% каждого, в противном случае требуется повышенный расход извести на плавку и снижается выход стали.

Передельный чугун необходимо обрабатывать окалиной и/или воздухом, а также смесью CaO-CaF₂. Окалина и/или воздух обеспечивают перевод фосфора в виде окислов, а известь и плавиковый шпат обеспечивают образование фосфатов, дефосфорацию и десульфурацию чугуна.

В качестве марганецсодержащих материалов следует использовать марганцевый агломерат и/или марганцевую руду. Ввод в конвертер марганцевого агломерата и/или марганцевой руды позволяет в процессе плавки увеличить содержание окислов марганца в шлаке и обеспечить возможность восстановления марганца и увеличение остаточного содержания марганца.

Пример 1. В 160-тонном конвертере на оставленный конечный шлак предыдущей плавки загружают 2,0 т извести и проводят нанесение шлакового гарнисажа путем раздувки шлака подачей азота через верхнюю фурму с расходом 400 м³/мин до исчезновения жидкой фазы. Затем загружают 30,0 т лома, сливают 127,0 т чугуна с содержанием 0,25% кремния, 0,50% марганца (отношение Mn/Si= 2,0), 0,028 % серы, 0,15 % фосфора при 1350^oС и продувают через верхнюю 5-сопловую фурму с расходом 350-450 м³/мин при положении фурмы в течение первых 3-4 мин на высоте 2,0-2,6 м от уровня жидкого металла, после чего продувка ведется при высоте фурмы 1,2-1,4 м. Расход извести из расчета получения основности СаО/SiO₂ конечного шлака 2,5 составляет 6,5 т на плавку. В ходе кислородной продувки на первой минуте присадили 1,0 т извести и 1,0 т марганцевого агломерата, на четвертой - 2,0 т, на восьмой, десятой и двенадцатой минуте присадили еще по 0,5 т извести, а на восьмой минуте присадили еще 0,5 т марганцевого агломерата. То есть в ходе продувки присадили 4,5 т извести (соотношение загрузки извести на шлак и присадок извести в ходе продувки в конвертер составляет 1: 2,25) и 1,5 т марганцевого агломерата (соотношение общего расхода извести - 65 т и марганцевого агломерата - 1,5 т составляет 1: 0,23). По окончании продувки получили металл с содержанием 0,12% углерода, 0,39% марганца, 0,016% серы, 0,020% фосфора при основности шлака CaO/Si0₂= 2,5 и температуре металла 1620^oС. Раскисление стали проводили в ковше при выпуске металла из конвертера присадками в ковш 100 кг FeSi 65 и 400 кг сплава ферросиликомарганца, с содержанием 74% Мn и 13,9% Si. Для науглероживания в ковш присадили 140 кг коксика. Получили сталь марки 3пс по ГОСТ 380-94 с содержанием 0,14% углерода, 0,07% кремния, 0,45% марганца, 0,016% серы, 0,021% фосфора. Выход стали составил 94,6%.

Пример 2. В 160-тонном конвертере на оставленный конечный шлак предыдущей плавки загружают 2,0 т извести и проводят нанесение шлакового гарнисажа путем раздувки шлака подачей азота через верхнюю фурму с расходом 400 м³/мин до исчезновения жидкой фазы. Затем загружают 29,0 т лома, сливают 128,0 т предварительно обработанного окалиной и воздухом совместно с известью и плавиковым шпатом чугун с содержанием 4,0% углерода, 0,025% кремния, 0,25% марганца (отношение Mn/Si = 10), 0,012% серы, 0,015% фосфора при 1330^oС и продувают через верхнюю 5-сопловую фурму с расходом 350-450 м³/мин при положении фурмы в течение первых 3-4 мин на высоте 2,0-2,6 м от уровня жидкого металла, после чего продувка ведется при высоте фурмы 1,2-1,4 м. Расход извести из расчета получения основности СаО/SiO₂ конечного шлака 2,5 составляет 3,5 т на плавку. В ходе кислородной продувки на первой минуте присадили 1,0 т извести и 1,0 т марганцевого агломерата, на четвертой - 0,5 т извести, а на восьмой минуте присадили еще 0,5 т марганцевого агломерата. То есть в ходе продувки присадили 1,5 т извести (соотношение загрузки извести на шлак и присадок извести в ходе продувки в конвертер составляет 1: 2,25) и 1,5 т марганцевого агломерата (соотношение общего расхода извести - 6,5 т и марганцевого агломерата - 1,5 т составляет 1: 0,23). По окончании продувки получили металл с содержанием 0,12% углерода, 0,39% марганца, 0,010% серы, 0,009% фосфора при основности шлака по окончании продувки СаО/SiO₂= 2,5 и температуре металла 1620^oС. Раскисление стали проводили в ковше при выпуске металла из конвертера присадками в ковш 100 кг FeSi 65 и 400 кг сплава ферросиликомарганца с содержанием 74% Мn и 13,9% Si. Для науглероживания в ковш присадили 140 кг коксика. Получили сталь марки 3пс по ГОСТ 380-94 с содержанием 0,14% углерода, 0,07% кремния, 0,45% марганца, 0,010% серы, 0,011% фосфора. Выход стали составил 94,8%.

Заявленный способ производства стали из низкокремнистого чугуна применим в кислородно-конвертерном производстве.