способ выплавки низкофосфористой стали в конвертере

Формула изобретения

1. Способ выплавки низкофосфористой стали в конвертере, включающий ввод в конвертер металлического лома, присадку извести и шлакообразующего материала, содержащего оксиды кальция и магния, заливку чугуна, продувку металла кислородом, отличающийся тем, что перед заливкой чугуна в конвертер вводят марганецсодержащий оксидный материал в количестве, обеспечивающем получение содержания 5-7% оксида марганца в шлаке, в процессе продувки металла кислородом в конвертер вводят барийсодержащий оксидный материал в количестве, обеспечивающем получение содержания 5-7% оксида бария в шлаке, а продувку металла заканчивают при достижении температуры, не превышающей 1650°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что марганецсодержащий и барийсодержащий оксидные материалы вводят предварительно термообработанными.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что барийсодержащий оксидный материал вводят в виде карбонатов, сульфатов, нитратов бария.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве сульфата бария вводят баритовую руду.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве сульфата бария вводят баритовый концентрат.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве карбоната бария вводят витерит.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при выплавке стали в конвертере.

Известен способ передела низкомарганцовистого чугуна в конвертере, включающий продувку чугуна кислородом, присадку извести и железофлюса в количестве 40-70 кг/т стали, при этом на первой минуте продувки присаживают 50% железофлюса от общего расхода на плавку, остальной железофлюс присаживают двумя равными порциями в первой половине продувки через равные интервалы времени, а известь присаживают двумя равными порциями, первую порцию вводят перед присадкой железофлюса, вторую - перед третьей присадкой железофлюса, причем присаживаемый железофлюс и известь на плавку берут в соотношении 0,5-1,4 (А.с. СССР №985055, кл. С 21 С 5/28, опубл. 30.12.1982 г.).

Известный способ не обеспечивает высокой рефосфорации металла по следующим причинам.

Присадка на первой минуте продувки 50% железофлюса от общего расхода на плавку и первой порции извести перед подачей флюса приводят к образованию гетерогенного шлака с высокой основностью (около 7), что приводит к поздней его гомогенизации, спустя примерно четверть времени продувки. При этом времени на интенсивную рефосфорацию, характеризующуюся наличием гомогенного шлака и низкой температурой (1450°С) остается мало, что не обеспечивает полноты рефосфорации.

В дальнейшем при температурах, превышающих 1600°С, происходит процесс рефосфорации в результате диссоциации непрочных при таких температурах фосфатах кальция, что приводит к повышению фосфора в готовой стали.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ выплавки стали в конвертере, включающий ввод в конвертер металлического лома, заливку чугуна, продувку металла кислородом, присадку извести и ожелезненного известково-магнезиального флюса в количестве 5-40 кг/т годной стали, изготовленного путем спекания тонкоизмельченных материалов, содержащих оксиды кальция, магния и железа, при этом 10-80% флюса вводят в завалку конвертера до начала подачи кислорода, а остальное количество флюса вводят до 8 минуты продолжительности продувки металла. Вводимый в конвертер флюс содержит, мас.%: оксид кальция 45-60; оксид магния 26-35 и оксид железа 5-15 (патент РФ №2164952, кл. С 21 С 5/28, опубл. 10.04.2001 г.).

Известный способ не обеспечивает высокой рефосфорации металла по следующим причинам.

1. В начале продувки металла кислородом из-за низкого содержания марганца в чугуне происходит образование гетерогенного шлака высокой вязкости, обусловленной низким содержанием оксидов марганца, образующихся в результате окисления марганца чугуна.

2. В дальнейшем с ростом температуры металла и шлака происходит гомогенизация шлака, сопровождающаяся интенсивной рефосфорацией металла в результате повышения окисленности шлака, однако процесс рефосфорации происходит в течение короткого времени, что снижает полноту рефосфорации. При этом образуются непрочные фосфаты кальция, которые в последующем при высоких температурах диссоциируют на СаО и Р₂O₅, что приводит к рефосфорации металла.

3. Повышенное содержание в шлаке оксидов магния, в особенности, в начальный период продувки, внесенных флюсом, ухудшает фосфоропоглотительную способность шлака и снижает полноту рефосфорации.

4. Продувку металла в известном способе заканчивают при достижении температуры 1670-1680°С. Это приводит к повышению содержания фосфора в стали из-за интенсификации процессов диссоциации фосфатов кальция в шлаке и рефосфорации.

5. Кроме того, окисление углерода сопровождается ростом температуры металла и шлака и при достижении температур, близких к температуре выпуска металла из конвертера, происходит диссоциация фосфатов кальция с увеличением доли силикатов кальция, поскольку силикаты кальция химически более стабильны, чем фосфаты, что приводит к рефосфорации металла.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа выплавки низкофосфористой стали в конвертере путем оптимизации технологических параметров.

Ожидаемый технический результат - обеспечение высокой рефосфорации металла за счет раннего формирования гомогенного шлака и полноты рефосфорации при низких температурах металла и шлака в начальный период продувки, а также предотвращения рефосфорации в конечный период продувки.

Технический результат достигается тем, что в способе выплавки низкофосфористой стали в конвертере, включающем ввод в конвертер металлического лома, присадку извести и шлакообразующего материала, содержащего оксиды кальция и магния, заливку чугуна, продувку металла кислородом, по изобретению перед заливкой чугуна в конвертер вводят марганецсодержащий оксидный материал в количестве, обеспечивающем получение содержания 5-7% оксида марганца в шлаке, в процессе продувки металла кислородом в конвертер вводят барийсодержащий оксидный материал в количестве, обеспечивающем получение содержания 5-7% оксида бария в шлаке, а продувку металла заканчивают при достижении температуры, не превышающей 1650°С.

Целесообразно марганецсодержащий и барийсодержащий оксидные материалы вводить предварительно термообработанными.

Целесообразно барийсодержащий оксидный материал вводить в виде карбонатов, сульфатов, нитратов бария.

Целесообразно в качестве сульфата бария вводить баритовую руду или баритовый концентрат, а в качестве карбоната бария вводить витерит.

Сущность предлагаемого способа заключается в обеспечении условий для раннего формирования гомогенного шлака в начальный период продувки металла кислородом.

Для этого в конвертер перед заливкой чугуна присаживают известь, оксиды магния и марганецсодержащий оксидный материал. Наличие материалов, содержащих в своем составе оксиды кальция, магния и марганца в совокупности с образующимися оксидами железа и кремния в результате продувки в начальный период, обеспечивают получение гомогенного шлака, обладающего за счет высокой основности и значительных концентраций оксидов железа повышенной фосфоропоглотительной способностью, что также способствует раннему началу процессов рефосфорации. При этом низкая температура металла и шлака способствует интенсивному образованию прочных при этих температурах фосфатов кальция. Поэтому процесс полной рефосфорации металла успевает завершиться к началу интенсивного обезуглероживания, когда из-за снижения содержания оксидов железа условия рефосфорации ухудшаются. При достижении температур, близких к температуре выпуска металла из конвертера, происходит интенсивная диссоциация фосфатов кальция с последующим образованием более прочных и химически устойчивых силикатов кальция. Для связывания образовавшегося в результате диссоциации фосфатного остатка вводят барийсодержащие оксидные материалы, например витерит.

В результате происходят реакции диссоциации с образованием новых фосфатов и силикатов:

(СаO)_xP₂O₅=хСаО+Р₂O₅ (1)

СаО+SiO₂=CaO·SiO₂ (2)

ВаСO₃=ВаО+CO₂ (3)

х(ВаО)+Р₂O₅+(ВаО)_х·Р₂O₅ (4)

Учитывая то, что барий обладает большим сродством к фосфору, чем другие элементы, присутствующие в шлаке и металле, возможна реакция:

Fе₃Р₂+х(Ва)+x[FeO]=(ВаО)хР₂O₅+Fe (5),

которая способствует более интенсивной рефосфорации. В результате не требуется перегрев металла перед выпуском для обеспечения высокого содержания оксидов железа в шлаке, снижающих процессы рефосфорации. А снижение окисленности и, следовательно, снижение температуры перед выпуском способствует повышению качества стали в результате уменьшения оксидных включений при одновременном сокращении расхода раскислителей и повышения стойкости футеровки конвертера.

Введение в конвертер марганецсодержащего оксидного материала в количестве, обеспечивающем получение содержания менее 5% оксида марганца в шлаке из-за его высокой вязкости, не обеспечивает раннее образование гомогенного шлака. А введение в конвертер марганецсодержащего оксидного материала в количестве, обеспечивающем получение содержания более 7% оксида марганца в шлаке, ухудшает тепловые условия шлакообразования, приводящие к более позднему образованию гомогенного шлака.

Введение барийсодержащего оксидного материала в количестве, обеспечивающем получение содержания менее 5% оксида бария в шлаке, не способствует предотвращению процесса рефосфорации, что приводит к повышению фосфора в стали. Введение барийсодержащего оксидного материала в количестве, обеспечивающем получение содержания более 7% оксида бария в шлаке, нецелесообразно из-за нерационального его использования.

Продувку металла целесообразно заканчивать при достижении температуры, не превышающей 1650°С, потому что, чем ниже температура, тем более благоприятные условия предотвращения процессов рефосфорации, что приводит к повышению качества металла за счет снижения его окисленности, повышению стойкости футеровки, снижению расхода раскислителей и сокращению цикла плавки.

Целесообразно барийсодержащий оксидный материал вводить в конвертер в виде материала, компоненты которого легко диссоциируют при низких температурах на оксид бария и остатки карбонатов, сульфатов, нитратов бария.

Все подаваемые в конвертер материалы необходимо термообрабатывать для разложения разнообразных водных соединений и удаления из материалов водородных составляющих.

В качестве сульфата бария целесообразно вводить баритовую руду или баритовый концентрат - веществ, диссоциируемых при температурах, более низких в сравнении с температурой сталеплавильных процессов, содержание сульфата бария в которых составляет 75 и 95% соответственно.

В качестве карбоната бария целесообразно вводить природный минерал - витерит без предварительного обогащения.

Пример

Плавки по предлагаемому способу и способу, ближайшему аналогу, проводили в конвертере емкостью 400 кг.

Химический состав чугуна, маc.%: 4-4,5 С; 0,4-0,6 Mn; 0,6-0,7 Si; 0,06-0,08 Р; 0,02-0,025 S.

Температура чугуна при заливке составляла 1430°С. Расход чугуна составил 390 кг, лома 10 кг, извести с содержаним СаО=95% - 9 кг, обожженного доломита, содержащего 65% СаО и 25% MgO - 4 кг, марганцевого агломерата, содержащего 52% МnО в пересчете на МnО, 1,3 -1,7 кг, барийсодержащий оксидный материал - витерит, содержащий ВаО - 77%, 1,3-1,9 кг в пересчете на ВаО. Температура металла на выпуске плавок по предлагаемому способу составила 1640-1650°С, на плавках по способу, ближайшему аналогу, 1680°С.

Полученные данные плавок приведены в таблице.

Из таблицы видно, что в плавках, проведенных по предлагаемому способу, содержание фосфора в металле после продувки существенно ниже, чем в металле, выплавленном по способу, ближайшему аналогу. Это свидетельствует о том, что в предлагаемом способе практически исключили процесс рефосфорации металла, была проведена глубокая первичная рефосфорация, а добавка барийсодержащего оксидного материала обеспечила дополнительную рефосфорацию.