Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к выплавке электротехнических кремнистых марок стали и их последующей десульфурации, раскислению и легированию.

Известен способ внепечной обработки металла, включающий выпуск металла в ковш с частью печного рафинировочного шлака и присадку твердых шлакообразующих материалов в количестве до 2% от массы плавки, с целью повышения эффективности рафинирования и качества металла в ковш выпускают 40-80% печного рафинировочного шлака и 10-30% металла, после чего присаживают твердые шлакообразующие материалы при соотношении общей массы печного рафинировочного шлака в ковше к массе твердых шлакообразующих материалов 1,2-1,9 (USSR №1828873, МПК 7 C21C 7/00, опубл. 23.07.93).

К недостаткам известного способа следует отнести присадку рафинировочного материала, которая приведет к увеличению содержания водорода, увеличению газонасышенности металла, снижению выхода годного.

Выпуск рафинировочного шлака до схода металла практически невозможно осуществить из-за разной плотности материалов, сульфидная емкость такого шлака невысокая, что снижает эффективность десульфурации.

Введение алюминия на дно ковша снижает эффективность его применения в качестве раскислителя и соответственно снижает эффективность проведения десульфурации.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ производства электротехнической стали, включающий выплавку расплава в конверторе, выпуск расплава в ковше с отсечкой шлака, ввод в ковш в процессе выпуска рафинировочного материала алюминиевой проволоки и раскислителей, с целью повышения качества за счет уменьшения содержания серы и снижения науглероживания, уменьшения расхода алюминия в качестве рафинировочного материала используют смесь извести, плавикового шпата и глиноземсодержащего материала предпочтительно муллита, в соотношении (4-8):1:(1-4), смесь вводят в количестве 8-16 кг/т стали, при этом проволоку начинают вводить через 0,3-1,0 мин после окончания ввода смеси, а продолжительность выдержки до начала ввода проволоки увеличивают пропорционально увеличению расхода смеси (USSR №1693081, МПК7 C21C 7/06, опубл. 23.11.91).

Известный способ не обеспечивает получение требуемого технического результата по следующим причинам.

Найденный в известном способе технологический прием присадки рафинировочного материала по времени очень сложно организовать, т.к. время выпуска металла составляет всего 3 минуты.

Введение алюминия на выпуске в ковш в количестве 5 кг/т приведет к нестабильному и высокому угару, образованию оксидных неметаллических включений, для удаления которых потребуется дополнительное время на внепечную обработку.

Присадка рафинировочного материала в начальный момент в нераскисленный металл снижает эффективность применения рафинировочного материала, приведет к резкому снижению температуры металла и соответственно снижению эффективности обработки.

В то же время присадка рафинировочного материала приведет к увеличению содержания водорода, увеличению газонасыщенности металла, снижению выхода годного.

Признаки ближайшего аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: выплавка расплава в конверторе, выпуск расплава в ковш с отсечкой шлака, ввод в ковш раскислителей в процессе выпуска и рафинировочного материала.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа производства электротехнической стали, при котором получается требуемое содержание серы в готовой стали, не происходит насыщение металла водородом, минимизируются затраты на производство, увеличивается стойкость сталеразливочных ковшей, снижается содержание неметаллических включений.

Технический результат достигается тем, что в способе производства электротехнической стали, включающем выплавку расплава в конверторе, выпуск расплава в ковше с отсечкой шлака, подачу в ковш в процессе выпуска расплава раскислителей и рафинировочного материала, в качестве которого используют известь, при этом во время выпуска расплава в ковш подают ферросилиций и силикомарганец, определяют содержание окислов железа в шлаке перед выпуском, содержание серы и марганца в пробе металла на повалке, расход кремнийсодержащих ферросплавов в расплаве перед выпуском, и после выпуска металла на его поверхность в ковш присаживают известь, расход которой Q_CaO кг определяют из выражения

Q_CaO=2,27×FeОшл.+70587×Sпов.-6811×Mn пов.-0,006×Qкрем.+870,7,

где

FeОшл. - содержание окислов железа в шлаке перед выпуском, %;

Sпов. - содержание серы в пробе металла на повалке, %;

Mn пов. - содержание марганца в пробе металла на повалке, %;

Qкрем. - расход ферросилиция перед выпуском, кг;

2,27, 70587, 6811, 0,006, 870,7 - коэффициенты, полученные опытным путем, рассчитаны после обработки экспериментальных данных по определению влияния каждого параметра на расход извести,

после чего металл передают на установку усреднительной продувки, затем на установку вакуумирования металла и на агрегат печь-ковш, на котором определяют содержание серы по приходу расплава на агрегат печь-ковш и осуществляют продувку металла аргоном, время τ мин которой определяют из выражения

τ=-2747×Sнач.+150,32×Sкон.+87,

где

Sнач. - содержание серы по приходу расплава на агрегат ковш-печь, %;

S кон. - содержание серы после продувки металла аргоном в агрегате ковш-печь, %;

2747, 150,32, 87 - коэффициенты, полученные опытным путем, рассчитаны после обработки экспериментальных данных по определению степени десульфурации металла от времени продувки аргоном.

Сущность заявляемого технического решения заключается во вводе в качестве рафинировочного материала извести, которую присаживают после схода металла на его поверхность в зависимости от содержания серы на повалке, окисленности металла и расходе кремнийсодержащих ферросплавов в ковш, вакуумировании металла и продувки металла аргоном во время проведения обработки на установке ковш-печь в зависимости от требуемого содержания серы.

Расчет расхода кремнийсодержащих ферросплавов в зависимости от окисленности металла позволяет получить требуемое содержание кремния в готовой стали, снизить газонасышенность металла, содержание неметаллических включений, получить требуемую макроструктуру непрерывнолитой заготовки.

Анизотропные электротехнические (трансформаторные) стали имеют ярко выраженную текстуру, т.е. структуру зерен с преимущественной ориентировкой в направлении прокатки. Текстура создается в процессе деформации и термической обработки стали при формировании и выделении по границам зерен ингибиторной фазы (обычно AlN или MnS), сдерживающей рост зерна на определенных этапах передела стали.

В зависимости от типа используемой для стимулирования развития текстуры неметаллической фазы (нитриды алюминия и кремния или сульфиды железа и марганца) различают два основных варианта производства трансформаторной стали - нитридный и сульфидный. В конвертерах выплавляется трансформаторная сталь по сульфидному варианту.

Трансформаторной сталью нового класса является металл, содержащий две ингибиторные фазы. Вариант технологии его производства получил название сульфонитридного и является промежуточным между двумя классическими вариантами - сульфидным и нитридным. Химический состав стали отличается от металла классического варианта повышенным содержанием углерода 0,04…0,05%, азота 0,008…0,010% и алюминия 0,020…0,040%. При производстве такого металла основной проблемой, наряду с получением алюминия в достаточно узких пределах, является введение в стали дополнительного количества азота.

На формирование эксплуатационных свойств анизотропных сталей влияют параметры деформационно-термической обработки, управляющие процессом вторичной рекристаллизации, обеспечивающей развитие острой ребровой текстуры и заданной величины и структуры горячекатаного подката путем нормализации и др. В процессе обработки (особенно при обезуглероживании и рекристаллизационных отжигах) происходит уменьшение содержания кремния в поверхностных слоях вследствие внутреннего окисления, взаимодействия с водородом.

Одним из наиболее распространенных дефектов стали являются газовые пузыри в непрерывно литых слябах. Источником образования газовых пузырей в глубоко раскисленной трансформаторной стали служат водород и азот. Это происходит при условии, что суммарное давление при выделении этих газов, определяемое их содержанием и растворимостью в металле, превосходит внешнее давление на газовый пузырь. Уже при содержании водорода в стали 7 см³/100 г парциальное давление его превышает 1 атм, т.е. в металле при кристаллизации могут образовываться газовые пузыри.

Подкорковые (газовые) пузыри - дефект макроструктуры поверхностной зоны слитка в виде единичных или групповых пор и небольших пустот округлой или вытянутой формы, заполненных газом, иногда выходящих на поверхность. Возникновение подкорковых пузырей в непрерывно литых слябах чаще всего связано с недостаточным раскислением металла в процессе выплавки. К образованию пузырей также может привести повышенное содержание влаги в извести при ее присадке во время внепечной обработки. Вакуумная обработка снижает содержание водорода в стали.

Свойства стали во многом определяются содержанием в них даже в небольших количествах атомов таких газов, как водород, кислород и азот. Системы газ - металл, кроме образования твердых расплавов внедрения, образуют специфические промежуточные фазы: гидридов, оксидов и нитридов.

Пример конкретного исполнения

В конвертер завалили 117 т металлического лома, в т.ч. 10 т лома электродвигателей, и залили 305 т жидкого чугуна с температурой 1396°С с содержанием 0,59% Si, 0,25% Mn, 0,025% S и 0,054% P.

В 0:33 начали продувку стали кислородом. Во время продувки в конвертер присадили 8,5 т извести, 22,8 т ожелезненного доломита и 0,5 т алюмофлюса. По израсходованию 19282 м³ кислорода (0:50) окончен первый период плавки. Температура металла на повалке 1604°С. Для охлаждения ванны отдано 2 т сырого доломита и 3 т известняка. После этого в 0:55 начат второй период плавки, который закончен в 0:59. Температура металла на повалке - выпуске составила 1665°С.

На повалке отобрана проба металла и шлака.

В 1:06, после получения результатов экспресс-анализа пробы металла начат выпуск плавки. Во время выпуска в сталеразливочный ковш отдано 15,4 т FeSi75, 0,3 т SiMn18. До начала выпуска в сталеразливочный ковш было присажено 300 кг лома меди и 70 кг ферросилиция азотированного. В 1:13 выпуск плавки закончен. Продолжительность выпуска 7 мин.

После окончания выпуска (в 1:14) на поверхность металла присажено: Q_CaO=2,27×29,82+70587×0,018-6811×0,09-0,006×15,4+870,7=1503 кг. Затем плавка была передана на участок внепечной обработки стали (ВОС).

На установку усреднительной продувки стали (УУПС) плавка поступила в 1:35 с температурой 1622°С. Для корректировки химического состава на плавку было отдано: 347 кг SiMn17, 880 кг FeSi75, 172 кг алюминиевой катанки. После этого ковш с плавкой был переставлен на установку вакуумирования стали (УВС).

Продолжительность вакуумной обработки составила 13 мин 48 с, коэффициент циркуляции - 6,02. До начала и после окончания вакуумной обработки сделан замер содержания водорода - 3,6/2,6 ppm соответственно.

После проведения вакуумирования ковш с металлом был переставлен на установку печь-ковш. Содержание серы по приходу составило 0,018%, требуется в готовой стали не более 0,010%. Время продувки аргоном рассчитываем, исходя из выражения:

τ=-2747×0,018+150.32×0,010+87=39 мин.

После проведения обработки получили содержание серы 0,009%. Плавка назначена на сталь марки 0401Д по ТП 14-101-382-2001 в соответствии с заказом.

Содержание серы за время внепечной обработки снизилось с 0,018% до 0,009%, степень десульфурации составила 50%.