способ производства низкокремнистой стали

Формула изобретения

1. Способ производства низкокремнистой стали, включающий выплавку металла в сталеплавильном агрегате, отсечку шлака от металла в конце выпуска его из сталеплавильного агрегата в ковш, присадку шлакообразующих и легирующих материалов, раскисление и продувку металла в ковше инертным газом, отличающийся тем, что выплавляют металл с содержанием углерода более 0,03%, осуществляют вакуумную обработку металла в ковше, присаживают шлакообразующие материалы, определяют содержание кислорода в металле, затем металл и шлак раскисляют кальцийсодержащими и алюминийсодержащими материалами, при этом в качестве кальцийсодержащего материала используют карбид кальция (СаС₂), который подают в ковш с расходом по зависимости

m=0,21(а_{o_нач}-а_{о_кон} )ⁿ кг/т,

где а_{о_нач} - содержание кислорода в металле после вакуумной обработки, млн^-1 ;

а_{о_кон} - требуемое содержание кислорода в металле до 15 млн^-1;

n - эмпирический коэффициент в диапазоне 0,3-0,5;

0,21-эмпирический коэффициент, кг/т·млн ^-1,

а подачу алюминийсодержащего материала осуществляют в количестве, исходя из перерасчета материала на содержание чистого алюминия в пределах соотношения СаС₂/Al_чистый =1-7, и затем проводят корректировку химического состава стали.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют карбид кальция с массовой долей кальция 40-65%.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что массовая доля алюминия в алюминийсодержащем материале составляет 18-100%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству низкокремнистой стали, с возможностью разливки полученной стали на установках непрерывной разливки стали и в слиток.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому способу является способ производства низкокремнистой стали, обеспечивающий получение стали с содержанием кремния до 0,05% и серы до 0,010%. Способ производства низкокремнистой стали включает выпуск расплава из сталеплавильного агрегата в ковш, отсечку шлака при выпуске расплава в ковш, комплексную обработку металла при выпуске в ковш с основной футеровкой посредством присадки алюминия и алюмокальциевой лигатуры, шлакообразующей смеси, раскислителей, легирующих материалов, продувку металла в ковше после его выпуска нейтральным газом. При содержании 0,02-0,05% алюминия в металле вводят порошковую проволоку с наполнителем из смеси гранулированного кальция и порошка алюминия (RU 2166550, С2, опубл. 2001.05.10).

Недостатками известного способа являются:

- повышенный расход алюминия, что связано с использованием алюминия в качестве основного раскислителя;

- повышенный угар алюминийсодержащих материалов, т.к. ввод их осуществляется при высоком содержании кислорода в металле, что приводит к повышенной загрязненности металла глиноземистыми неметаллическими включениями;

- низкая степень десульфурации стали - 41,6-63,6%.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является:

- повышение степени чистоты металла по неметаллическим включениям и снижение расхода алюминия, что связано с проведением предварительного вакуум-углеродного раскисления с удалением продуктов раскисления в газовую фазу;

- исключение образования сотовых пузырей при кристаллизации стали с содержанием алюминия в готовом металле менее 0,01% (псевдокипящий металл), что связано с большей степенью раскисленности стали с минимальным расходом алюминийсодержащих материалов, получение металла с содержанием кислорода менее 15 ppm и (FeO) в шлаке менее 1,5% и разливка без «затягивания» разливочных стаканов, что позволит разливать данный металл на машине непрерывного литья заготовки;

- разливка на машинах непрерывного литья заготовок низкокремнистого металла без «затягивания» разливочных стаканов с содержанием алюминия в готовом металле 0,01-0,05% (полуспокойный металл).

Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства низкокремнистой стали, включающем выплавку металла, отсечку шлака в конце выпуска из сталеплавильного агрегата в ковш, присадку шлакообразующих и легирующих материалов, раскисление и продувку металла в ковше инертным газом, согласно изобретению выплавляют металл с содержанием углерода более 0,03%, осуществляют вакуумную обработку нераскисленного металла в ковше, присаживают шлакообразующие материалы, определяют содержание кислорода в металле, затем металл и шлак раскисляют кальцийсодержащими и алюминийсодержащими материалами, в качестве кальцийсодержащего материала используют карбид кальция, который подают в ковш с расходом по зависимости:

m=0,21·(а_{о_нач} -а_{о_кон})ⁿ, кг/т,

где а _{о_нач} - содержание кислорода в металле после вакуумной обработки, ppm,

а_{о_кон} - требуемое содержание кислорода в металле до 15 ppm,

n - эмпирический коэффициент в диапазоне 0,3-0,5,

0,21 - эмпирический коэффициент, кг/т*ррт,

а подачу алюминийсодержащего материала осуществляют в количестве исходя из соотношения СаС₂/Al_чистый=1-7 (из перерасчета материала на содержание чистого алюминия), затем проводят корректировку химического состава стали.

Содержание углерода на выпуске полупродукта из сталеплавильного агрегата в пределах более 0,03% позволяет производить вакуум-углеродное раскисление углеродом, содержащимся в расплаве. При меньших значениях не будет обеспечиваться эффективное вакуум-углеродное раскисление.

Диапазон значений расхода карбида кальция определяется зависимостью:

m=0,21·(а_{о_нач}-а _{о_кон})ⁿ, кг/т,

где а_{о_нач} - содержание кислорода в металле после вакуум-углеродного раскисления,

а_{о_кон} - требуемое содержание кислорода в металле до 15 ppm,

n - эмпирический коэффициент в диапазоне 0,3-0,5, зависящий от содержания шлака в ковше,

0,21 - эмпирический коэффициент, кг/т*ррт.

Подача в ковш СаС₂ по указанной зависимости позволяет получить необходимую степень раскисления стали. При меньших значениях не будет достигаться необходимая степень раскисления стали. При больших количествах не будет обеспечиваться необходимый химический состав по содержанию углерода на низкоуглеродистой стали или на среднеуглеродистых сталях приведет к перерасходу данного материала.

Диапазон значений расхода алюминийсодержащих материалов при внепечной обработке расплава в пределах отношения СаС ₂/Al_чистый=1-7 объясняется физико-химическими закономерностями процесса раскисления металла и шлака до снижения содержания кислорода менее 15 ppm. При больших значениях отношения, на низкоуглеродистом металле, не будет обеспечиваться необходимое содержание кислорода при обеспечении низкого содержания углерода. При меньших значениях будет происходить перерасход алюминийсодержащих материалов и на металле с содержанием алюминия до 0,01% не будет обеспечиваться заданный химический состав.

Осуществление технологии производства низкокремнистого металла по приведенному способу позволяет:

- повысить степень чистоты металла по неметаллическим включениям вследствие проведения вакуум-углеродного раскисления и использования в качестве раскислителя шлака и металла карбида кальция;

- снизить расход алюминия, что связано с проведением предварительного вакуум-углеродного раскисления с удалением продуктов раскисления в газовую фазу и замещением части алюминия карбидом кальция;

- исключить образование сотовых пузырей при кристаллизации стали с содержанием алюминия в готовом металле менее 0,01% (псевдокипящий металл), что позволит разливать данный металл на машинах непрерывного литья заготовок. Исключение образования сотовых пузырей связано с большей степенью раскисленности стали и получением металла с содержанием кислорода менее 15 ppm (0,0015%);

- производить разливку низкокремнистого металла на машинах непрерывного литья заготовок с содержанием алюминия в готовом металле 0,01-0,05%, без «затягивания» разливочных стаканов, что обусловлено низким уровнем загрязненности металла включениями на основе Al₂О₃ и подтверждается высоким усвоением алюминия из алюминиевой проволоки, подающейся на легирование.

Ниже дан вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения.

Способ производства низкокремнистой стали св. 08А с требуемым химическим составом, мас.%: С 0,1; Si 0,03; Mn=0,35-0,6; S 0,025; Р 0,025; А1 0,01 осуществляют следующим образом.

Полупродукт выплавляли в шахтной печи объемом 150 т.

Полученный химический состав расплава металла на выпуске составляет, мас.%: С=0,05; Si=0,004; Mn=0,10; S=0,043; Р=0,007. Во время выпуска металла из печи в ковш осуществляли отсечку шлака.

Затем проводили вакуумирование расплава на установке УВС в течение 20 минут.

Химический состав расплава после вакуумирования металла, мас.%: С=0,006; Si=0,003; Mn=0,10; S=0,036; Р=0,007.

Далее в ковш присаживали шлакообразующие материалы: известь в количестве 6,5 кг/т и 4 кг/т плавикового шпата, для наведения высокоосновного жидкоподвижного шлака. Измерили содержание кислорода в металле, которое составило 240 ppm (0,024%). После наведения шлака в ковш присаживали раскислители - карбид кальция с расходом, определяемым по зависимости, что составляет:

m=0,21·(240-10)^0,5=3,18 кг/т, исходя из необходимого получения содержания кислорода 10 ppm, и алюминиевую сечку в количестве 0,64 кг/т.

Для получения заданного химического состава использовали металлический марганец, который присаживали в количестве 3,92 кг/т, производили ввод алюминиевой проволоки в количестве 0,038 кг/т из расчета получения алюминия не более 0,01% с последующим вводом феррокальциевой проволоки в количестве 0,9 кг/т, в пересчете на чистый кальций.

В период вакуумирования и внепечной обработки металла на установке печь-ковш (УПК) металл продували инертным газом аргоном.

В результате проведенной обработки получили сталь с конечным химическим составом, мас.%: С=0,05; Si=0,014; Mn=0,50; S=0,007; Р=0,009; Al=0,006.

Металл разливали на сортовой машине непрерывной разливки в круглую заготовку, разливка прошла без затягивания разливочного стакана, при кристаллизации не произошло образования «сотовых пузырей».

В таблице приведены примеры осуществления способа производства стали с обработкой ее в ковше с различными технологическими параметрами.

В 1, 2 и 6-м примерах не достигается желаемый технический результат, описанный в изобретении, по причине отклонений от указанной технологии.

Примеры 3, 4 и 5 вследствие соблюдения технологических параметров по предлагаемому изобретению являются оптимальными по достижению требуемой окисленности металла, что позволяет исключить образование сотовых пузырей при кристаллизации псевдокипящего металла (при содержании алюминия до 0,01%), а металл с регламентированным содержанием алюминия (0,01-0,05%) - разливать на установке непрерывной разливки стали без «затягивания» разливочного стакана. Полученный металл характеризуется повышенной степенью чистоты по неметаллическим включениям, а при производстве его существенно снизился расход алюминия.

Параметры	Примеры
1	2	3	4	5	6
Содержание углерода перед вакуумированием металла, %	0,05	0,05	0,035	0,07	0,15	0,02
Содержание кислорода после вакуум-углеродного раскисления, ppm	120	93	150	220	50	455
Расход карбида кальция, кг/т	0,54	1,23	1,52	1,78	0,92	2,41
Расход алюминия (в пересчете на чистый алюминий), кг/т	0,23	2,46	0,51	0,59	0,31	0,83
Содержание кислорода после проведения раскисления, ppm	39	3	9	12	7	15
Продолжитель-ность обработки на установке печь-ковш, мин	30	35	35	40	35	65
Усвоение алюминия, %	57	85	83	80	85	80
Результат	Заниженный расход карбида кальция приводит к образованию сотовых пузырей при разливке металла с регламентированным содержанием алюминия и «затягиванию» разливочных стаканов вследствие низкого усвоения алюминия	Повышенный расход алюминия приводит к получению стали с содержанием Al>0,01% и повышенной загрязненностью металла включениями Al2О3 , невозможности ее разливки на УНРС	Полу-чен техни-ческий результат по изобретению	Получен техниче-ский результат по изобрете-нию	Получен техниче-ский результат по изобрете-нию	Нарушение технологии (низкое содержание углерода перед выпуском из сталеплавильного агрегата) приводит к увеличению расходов раскислителей и продолжительности обработки на УПК