Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к обработке выплавленной стали в сталеразливочном ковше.

Наиболее близким по технической сущности является способ легирования малоуглеродистой стали алюминием, в котором раскрыт способ производства стали, включающий выпуск расплава из конвертера в сталеразливочный ковш, определение химического состава стали, введение в сталь легирующих и шлакообразующих материалов, алюминия, продувку расплава в ковше нейтральным газом. Алюминий в виде катанки вводят в расплав двумя порциями. Первую порцию вводят в количестве 1,0÷1,4 кг/т расплава, а вторую порцию вводят после повторного измерения температуры в количестве, определяемом по зависимости

M=(0,02÷0,09)·Δt;

где М - количество второй порции вводимого алюминия, кг/т расплава;

Δt - увеличение температуры расплава после ввода первой порции алюминия, °С;

(0,02÷0,09) - эмпирический коэффициент, характеризующий интенсивность раскисления стали, кг/(т·°С),

(см. патент РФ №2066692, МПК С 21 С 7/06, Бюлл. изобретений №26, 1996 г.).

Недостатком известного способа является перерасход алюминия и повышенная загрязненность металла неметаллическими включениями. Это объясняется тем, что расход первой порции алюминиевой катанки не изменяется в зависимости от окисленности расплава, поэтому на части плавок металл раскислен недостаточно или избыточно.

Кроме того, после выпуска из конвертера в сталеразливочный ковш в произведенном металле наблюдается повышенный разброс массовой доли кислорода в пределах 0,050÷0,100%. Сказанное приводит к получению избыточной окисленности металла перед вводом алюминиевой катанки и, как результат, неконтролируемому раскислению и легированию металла в процессе внепечной обработки.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в экономии алюмосодержащих материалов и в снижении загрязненности металла оксидными включениями.

Указанный технический эффект достигают тем, что способ производства стали включает выпуск расплава из конвертера в ковш, подачу в процессе выпуска раскислителей, легирующих и шлакообразующих материалов, продувку расплава в ковше нейтральным газом.

После наполнения ковша в расплав вводят алюминий в виде катанки двумя порциями, при этом расход алюминия в первой порции устанавливают по зависимости

M₁=0,1·[О]/K₁+1000·(0,015÷0,050)/К₂;

где M₁ - расход алюминия в первой порции, кг/т расплава;

[О] - массовая доля активного кислорода в расплаве перед вводом алюминия, ppm;

0,1; 1000 - коэффициенты, безразмерные;

(0,015÷0,050) - необходимая массовая доля алюминия в расплаве после ввода первой порции алюминия, %;

K₁ - эмпирический коэффициент, характеризующий интенсивность раскисления расплава, равный 30÷60, ppm;

К₂ - эмпирический коэффициент, характеризующий интенсивность легирования расплава, равный 61÷90, %·т/кг;

затем расплав продувают нейтральным газом с расходом 0,001÷0,007 м³/(т·мин) в течение 2÷6 мин, после чего в расплав вводят вторую порцию алюминия с расходом, определяемым по зависимости

M₂=(0,1÷0,7)·M₁;

где M₂ - расход алюминия во второй порции, кг/т расплава;

0,1÷0,7 - эмпирический коэффициент, характеризующий отношение интенсивностей легирования расплава алюминием при вводе первой и второй порций, безразмерный;

и затем расплав продувают нейтральным газом с расходом 0,0005÷0,0055 м³/(т·мин) в течение 2÷6 мин.

Экономия алюминия и снижение загрязненности металла неметаллическими включениями будет происходить вследствие контролируемого легирования при внепечной обработке в зависимости от массовой доли кислорода и алюминия.

Диапазон значений массовой доли алюминия в металле после ввода первой порции алюминиевой катанки в пределах 0,015÷0,050% объясняется физико-химическими закономерностями раскисления стали и усвоения алюминия. При меньших значениях в стали будет образовываться избыточное количество мелких оксидов алюминия. При больших значениях будет происходить перерасход алюминия.

Диапазон значений эмпирического коэффициента K₁ в пределах 30÷60 ppm объясняется физико-химическими закономерностями раскисления стали. При меньших значениях в стали будет происходить перерасход алюмосодержащего материала. При больших значениях интенсивность раскисления будет недостаточной.

Диапазон значений эмпирического коэффициента К₂ в пределах 61÷90%·т/кг объясняется физико-химическими закономерностями процесса легирования стали алюминием. При меньших значениях в стали будет происходить перерасход алюмосодержащего материала. При больших значениях интенсивность легирования стали алюминием будет недостаточной.

Диапазон значений расхода нейтрального газа в пределах 0,001÷0,007 м³/(т·мин) объясняется гидрокинетическими закономерностями перемешивания расплава в ковше. При меньших значениях не будет обеспечиваться необходимое усреднение расплава в ковше по температуре и химическому составу, а также не будут обеспечиваться необходимые условия всплывания неметаллических включений. При больших значениях будет происходить повышенный угар алюминия, перерасход нейтрального газа, а также снижение температуры металла сверх допустимых значений.

Диапазон значений продолжительности продувки расплава в ковше в пределах 2÷6 мин объясняется гидрокинетическими закономерностями перемешивания расплава в ковше. При меньших значениях не будет обеспечиваться необходимое усреднение расплава в ковше по температуре и химическому составу, а также не будут обеспечиваться необходимые условия всплывания неметаллических включений. При больших значениях будет происходить повышенный угар алюминия, перерасход нейтрального газа, а также снижение температуры металла сверх допустимых значений.

Диапазон значений эмпирического коэффициента 0,1÷0,7 объясняется физико-химическими закономерностями процесса легирования стали алюминием. При меньших значениях не будет обеспечиваться необходимый марочный состав произведенной стали. При больших значениях будет происходить перерасход алюминия, при этом не будет обеспечиваться необходимый химический состав произведенной стали.

Диапазон расхода нейтрального газа в пределах 0,0005÷0,0055 м³/(т·мин) объясняется гидрокинетическими закономерностями перемешивания расплава в ковше. При меньших значениях не будет обеспечиваться необходимое усреднение расплава в ковше по температуре и химическому составу, а также не будут обеспечиваться необходимые условия всплывания неметаллических включений. При больших значениях будет происходить повышенный угар алюминия, перерасход нейтрального газа, а также снижение температуры металла сверх допустимых значений.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого способа с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

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

Способ производства стали осуществляют следующим образом.

Пример. В конвертере выплавляют расплав следующего химического состава, мас.%: С=0,02÷0,07; Si≤0,01; Mn=0,02÷0,10; S=0,01÷0,03; Р=0,004÷0,015.

Из выплавленного расплава производят низкоуглеродистую сталь марки 08Ю следующего химического состава, мас.%: С=0,03÷0,09; Si=0,01÷0,04; Mn=0,15÷0,45; Al=0,02÷0,06; S=0,01÷0,03; Р=0,006÷0,030.

Выплавленный расплав с температурой 1680°С выпускают из конвертера в сталеразливочный ковш соответствующей емкости. В процессе выпуска в ковш подают раскислители, легирующие и шлакообразующие материалы. После выпуска расплав в ковше подвергают внепечной обработке.

После наполнения ковша в расплав вводят алюминий в виде катанки диаметром 10÷16 мм двумя порциями.

Расход алюминиевой катанки устанавливают по зависимости

M₁=0,1·[О]/K₁+1000·(0,015÷0,050)/K₂;

где M₁ - расход алюминия в первой порции, кг/т расплава;

[О] - массовая доля активного кислорода в расплаве перед вводом алюминия, ppm;

0,1; 1000 - коэффициенты, безразмерные;

(0,015÷0,050) - необходимая массовая доля алюминия в расплаве после ввода первой порции алюминия, %;

K₁ - эмпирический коэффициент, характеризующий интенсивность раскисления расплава, равный 30÷60, ppm;

К₂ - эмпирический коэффициент, характеризующий интенсивность легирования расплава, равный 61÷90, %·т/кг;

затем расплав продувают нейтральным газом с расходом 0,001÷0,007 м³/(т·мин) в течение 2÷6 мин, после чего в расплав вводят вторую порцию алюминия с расходом, определяемым по зависимости

M₂=(0,1÷0,7)·M₁;

где М₂ - расход алюминия во второй порции, кг/т расплава;

0,1÷0,7 - эмпирический коэффициент, характеризующий отношение интенсивностей легирования расплава алюминием при вводе первой и второй порций, безразмерный;

и затем расплав продувают нейтральным газом с расходом 0,0005÷0,0055 м³/(т·мин) в течение 2÷6 мин.

При этом происходит раскисление расплава. В результате разброс по массовой доле кислорода в расплаве снизится с 0,015÷0,060% (как в прототипе) до 0,005÷0,004%, что приводит к формированию неметаллических включений оптимального размера, повышению чистоты стали и снижению расхода алюминия.

В таблице приведены параметры осуществления способа с различными технологическими параметрами.

В первом и пятом примерах вследствие несоблюдения технологических параметров производства стали не обеспечивается сокращение расхода алюминиевой катанки и формирования неметаллических включений оптимального размера в произведенной стали. В оптимальных примерах 2÷4 вследствие соблюдения необходимых технологических параметров процесса производства стали обеспечивается сокращение расхода алюминиевой катанки и снижение загрязненности произведенной стали крупными (более 40 мкм) неметаллическими включениями. Применение изобретения позволяет снизить угар алюминия и отсортировку холоднокатаной стали по дефектам сталеплавильного производства (раскатанные неметаллические включения и плена).