Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КОНВЕРТЕРНОЙ СТАЛИ

Изобретение относится к сталеплавильному производству и может быть использовано при выплавке легированной стали в конвертере.

В кислородно-конвертерном процессе производства стали используют конвертера с верхней и нижней продувкой расплава, а также с комбинированной продувкой. Конвертеры с емкостью более 150 т считаются большегрузными и они применяются в основном для выплавки углеродистых сталей обыкновенного качества и конструкционных. Технология производства конвертерной стали достаточно подробно описана, например, в книге В.К.Бабича и др. «Основы металлургического производства (черная металлургия)». М.: Металлургия, 1988, с.60-72.

Предварительную обработку расплава в конвертерном процессе осуществляют на установках десульфурации чугуна, а окончательную обработку - на установках вакуумирования.

Известен способ производства стали в сталеплавильном агрегате с ее раскислением и легированием жидкими комплексными раскислителями, при котором их вводят в ковш при определенной высоте его наполнения и с заданным средним расходом раскислителей при температуре на 100-250°С ниже температуры выпускаемой стали (см. а.с. СССР №969750, кл. С21С 5/56, опубл. в БИ №40, 1982).

Однако этот способ непригоден для конвертерного производства.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу является способ (технология) производства конвертерной стали для производства газонефтепроводных труб, описанный в работе Ю.А.Бодяева и др., опубликованный в сборнике трудов Центральной лаборатории ОАО «ММК» «Совершенствование технологии в ОАО «ММК», вып.5, Магнитогорск, Дом печати, 2001, с.52-55.

Эта технология включает десульфурацию чугуна гранулированным магнием с последующим скачиванием шлака, заливку расплава в конвертер, продувку с присадкой извести, промежуточное скачивание шлака, додувку, слив металла с продувкой аргоном и обработку расплава с коррекцией химсостава и характеризуется введением ограничений на использование магнийсодержащих материалов во время завалки и продувки металла, а также продувкой металла во время его выпуска аргоном через пористые пробки, установленные в днище сталеразливочного ковша.

Недостатком известной технологии является невозможность получения с ее помощью качественной легированной стали в большегрузных (емкостью более 150 т) конвертерах. Выплавка легированной стали в конвертерах осложняется тем, что необходимо присаживать большое количество раскисляющих и легирующих элементов, усвоение которых затруднено.

Технической задачей предлагаемого изобретения является получение конвертерной легированной стали в большегрузных конвертерах и снижение трудозатрат.

Для решения этой задачи в способе производства конвертерной легированной стали, включающем десульфурацию чугуна гранулированным магнием с последующим скачиванием шлака, заливку расплава в конвертер, продувку с присадкой извести, промежуточное скачивание шлака, додувку, продувку расплава аргоном и обработку его для корректировки химического состава, согласно изобретению десульфурацию чугуна осуществляют со степенью 73,5...74,0%, при промежуточном скачивании шлака в расплав добавляют 1,6...1,7% никеля и 0,53...0,57% ферромолибдена, додувку начинают при температуре 1650...1660°С и заканчивают при 1700...1705°С, добавляя 0,62...0,64% извести, обрабатывают расплав для корректировки его химического состава добавлением в него углеродсодержащего материала, никеля и ферросплавов, после чего расплав передают на установку вакуумирования и продувают аргоном с расходом 75...90 м³/час.

Сущность заявляемого способа заключается в оптимизации параметров плавки и количества добавок в расплав и применения вакуумирования стали с продувкой расплава аргоном на завершающей стадии ее производства.

Применение аргона удешевляет процесс и не вызывает известных отрицательных для стали последствий, которые неизбежны при использовании, например, азота (он хорошо усваивается сталью и является для нее вредной примесью). Ведение плавки в большегрузном конвертере также удешевляет процесс и повышает производительность. Введение в металл определенной навески легирующих элементов позволяет получить сталь с требуемым содержанием элементов. Отдача меньшего количества легирующих элементов приводит к необходимости их присадки при внепечной обработке, что не всегда возможно ввиду наличия корки шлака. Вакуумирование металла перед разливкой стали на МНЛЗ позволяет снизить содержание водорода в расплаве, который оказывает отрицательное влияние на свойства металла.

Опытную проверку заявляемого способа осуществляли в кислородно-конвертерном цехе (ККЦ) ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». С этой целью при выплавке стали с содержанием никеля и молибдена в большегрузных конвертерах с верхней продувкой варьировали основные параметры процесса и количества добавляемых в расплав компонентов.

Наилучшие результаты - соответствие выплавленной конвертерной легированной стали всем требованиям при минимальных производственных затратах, получены при использовании вышеописанной предлагаемой технологии. Отклонения от нее в любую сторону проводили к ухудшению получаемых результатов.

Так, уменьшение степени десульфурации чугуна менее 73,5% приводило к недопустимо большому содержанию серы как в чугуне, используемом на плавку, так и в металле на выпуске из конвертера, что, в свою очередь, не позволяет обеспечить требуемое содержание серы в готовой стали, при упомянутой степени более 74,0% качество стали заметно не улучшалось, но возрастали трудозатраты. Рост трудозатрат выражается в необходимости дополнительного расходования дорогостоящих материалов для десульфурации и увеличения времени десульфурации чугуна.

Добавка в расплав при промежуточном скачивании шлака других количеств никеля и ферромолибдена (менее и более оптимальных 1,6...1,7% и 0,53...0,57% соответственно) ухудшали требуемые свойства конвертерной легированной стали. Аналогичным образом влияло и снижение температуры металла перед додувкой менее 1650°С, а ее увеличение свыше 1660°С не улучшало качество стали, но повышало трудозатраты. Температура после додувки менее 1700°С приводит к ухудшению процесса растворения раскислителей и легирующих элементов и к необходимости проведения длительного нагрева при внепечной обработке, что приводит к увеличению затрат. Повышение же температуры окончания додувки выше 1705°С отрицательно влияет на стойкость футеровки конвертера, приводит к необоснованному переокислению металла, что отрицательно сказывается на его качестве. Уменьшение добавки извести при додувке менее 0,62% не позволяло получить требуемую основность шлака, а ее увеличение более 0,64% приводило к излишнему загущению шлака и, как следствие, к ухудшению его рафинирующей способности.

Расход аргона на установке вакуумирования в пределах 75...90 м³/час следует считать оптимальным в аспекте получения требуемых свойств легированной стали и затрат на ее производство. Расход аргона менее 75 м³/час не позволяет обеспечить циркуляцию металла во время вакуумирования, а более 90 м³/час приводит к увеличению потерь металла в газоходе вакуум-камеры. Необходимость использования в заявляемой технологии свежеобожженной извести и аргона была показана выше.

Была также проведена сравнительная проверка известной технологии выплавки стали, выбранной в качестве ближайшего аналога (см. выше). При этом выход качественной легированной стали с требуемыми свойствами составил около 75%, тогда как при использовании предлагаемого способа этот показатель был в пределах 94...97%. Кроме того, производственные затраты при известной технологии были больше, в среднем, на 8 абс.%.

Таким образом, опытная проверка найденного технологического решения показала его приемлемость для достижения поставленной цели и преимущества перед известной технологией.

Пример конкретного выполнения

Конвертерная легированная сталь выплавляется в 370-тонном конвертере с верхней продувкой.

Десульфурацию чугуна со степенью 73,7% осуществляют гранулированным магнием. При промежуточном скачивании шлака в расплав добавляют 1,65 вес.% никеля и 0,55% ферромолибдена (ФМ060).

Додувку начинают при t=1655°С, а заканчивают при t=1703°C, добавляя 0,63% извести. При обработке металла с корректировкой его химсостава в расплав добавляют порошковую проволоку с графитом (90 кг), никель (200 кг), ферромолибден (120 кг) и феррохром (300 кг).

На установке вакуумирования осуществляется донная продувка аргоном с его расходом 82 м³/час.

По данным технико-экономических исследований, выполненных в ККЦ и Центральной лаборатории контроля ОАО «ММК», использование предлагаемого способа при производстве конвертерной легированной стали повышенного качества позволит увеличить прибыль от ее реализации с одновременным снижением производственных расходов. Ориентированный экономический эффект составит при этом на комбинате 60...70 млн. р/год (в ценах I кв. 2005 г.).