Патент на изобретение №2272079

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ, В ЧАСТНОСТИ ХРОМ- И ХРОМНИКЕЛЬСОДЕРЖАЩИХ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ СТАЛЕЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к способу получения нержавеющих сталей, в частности хром- и хромникельсодеращих сталей. Способ предусматривает получение нержавеющих сталей в плавильной установке, имеющей одну металлургическую емкость, или в плавильной установке, имеющей по меньшей мере две емкости, причем в обеих емкостях попеременно осуществляют процесс электродуговой плавки и процесс продувки. При этом шлак с высоким содержанием хрома расплавляют на первой стадии обработки вместе с вводимой шихтой, причем шлак во время процесса расплавления восстанавливают кремнием и углеродом при благоприятных термодинамических условиях электродуги, и после того как расплав достигнет значения температуры минимум 1490°С, шлак удаляют. После этого проводят продувку, причем содержание углерода в расплаве уменьшается до значения <0,9%. При температуре выпуска от 1620 до 1720°С расплав металла сливают, причем невосстановленный с высоким содержанием хрома шлак процесса продувки оставляют в рабочей емкости. Использование способа позволяет повысить экономичность указанного способа. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к способу получения нержавеющих сталей.

Известны многоступенчатые процессы получения хром- или хромникельсодержащих высококачественных сталей в плавильной установке, содержащей, по меньшей мере, две емкости. При этом в зависимости от соответствующей технологии проводится обезуглероживание до содержания углерода ниже 0,3%. Для этого требуются высокие затраты энергии и неизбежны падения температуры.

Такой способ известен из DE 19621143. Описанный здесь способ осуществляется в плавильной установке, содержащей две емкости. Обе емкости работают параллельно, причем в каждую емкость могут вставляться попеременно электроды для расплавления шихты или трубки для продувки (сверху) и/или вдувания в расплав сбоку кислорода и кислородных смесей. Таким образом, емкости служат сначала в качестве плавильного, а потом рафинирующего агрегата. После продувки шлак восстанавливают восстанавливающими средствами, такими как, например, ферросилиций, алюминий или вторичный алюминий, при добавке шлакообразующих компонентов, например извести и флюорита, для регенерации окисленного хрома, а затем сливают. В основе изобретения лежит задача повысить экономичность такого способа.

Эта задача решается посредством признаков способа, указанных в отличительной части пунктов 1 или 2 формулы изобретения. Целесообразные формы осуществления способа содержатся в зависимых пунктах формулы изобретения.

Сущность изобретения заключается в обратимой обработке невосстановленного конвертерного шлака в режиме работы дуговой электропечи. В отличие от известного способа, в котором восстановление шлака с высоким содержанием хрома и, таким образом, регенерация металлического хрома проводится на стадии способа после расплавления и продувки кислородом и отдельно от них, теперь восстановление проводится одновременно с новым процессом расплавления новой шихты при сохранении шлака от предыдущего процесса продувки в емкости. Таким образом, экономится одна стадия способа, а именно последующее восстановление шлака, а также из системы не удаляется хромсодержащий шлак. В целом благодаря этому способ становится более простым и экономичным.

В частности, осуществляются следующие стадии:

а) нагрев шлака с высоким содержанием хрома на первой стадии обработки совместно с расплавлением вводимой шихты, а именно с помощью электроэнергии от электрической дуги,

b) восстановление шлака с высоким содержанием хрома в течение процесса расплавления кремнием и углеродом при благоприятных термодинамических условиях электрической дуги, после того как расплав достигнет значения температуры минимум 1490°С, с последующим удалением шлака;

с) обработка расплава в той же емкости продувкой, вследствие чего благодаря вдуванию кислорода или кислородных смесей через верхние фурмы, боковые трубки, боковые донные фурмы, боковые фурмы, донные фурмы или продувочные кирпичи по отдельности или в комбинации, смотря по обстоятельствам, расплав обезуглероживается до содержания углерода <0,9%, предпочтительно <0,4%, и нагревается до температуры выпуска от 1620 до 1720°С;

d) перемешивание расплава инертным газом, который вводят через верхние фурмы, боковые трубки, боковые донные фурмы, боковые фурмы, донные фурмы или продувочные кирпичи в отдельности или в комбинации, смотря по обстоятельствам;

е) вдувание сверху или сбоку легирующих добавок, шлакообразующих добавок, раскислителей, оксидметаллической или металлосодержащей пыли или смесей через верхние фурмы, боковые трубки, боковые донные фурмы, боковые фурмы, донные фурмы или продувочные кирпичи в отдельности или в комбинации, смотря по обстоятельствам;

f) последующий слив расплава, причем невосстановленный шлак с высоким содержанием хрома после процесса продувки оставляют в рабочей емкости и восстанавливают в новом цикле процесса расплавления электрической дугой согласно стадии а).

Предлагаемый способ может в принципе протекать в одной единственной металлургической емкости. Для ускорения выпуска согласно пункту 2 формулы изобретения предлагается проводить способ в плавильной установке с двумя попеременно работающими металлургическими емкостями. В этом случае наряду с обезуглероживающей продувкой шихты в первой рабочей емкости параллельно проводится расплавление второй шихты, включающее восстановление шлака во второй рабочей емкости.

Процесс расплавления может быть проведен также иными способами, нежели посредством электрических дуг, причем следует обратить внимание на то, чтобы сохранялись благоприятные термодинамические условия для восстановления шлака.

Предпочтительным является проведение продувки кислородом или кислородными смесями в виде продувки сверху и/или боковой продувки. С целью улучшения перемешивания и гомогенизации расплава одновременно с процессом кислородной продувки может осуществляться введение инертного газа.

Расплав обезуглероживается при времени продувки кислородом от 20 до 40 минут до конечного содержания углерода <0,9%, предпочтительно <0,4%.

Во время продувки кислородом вводят охлаждающие средства, например, в виде Ni, FeNi, феррохрома, скрапа, а также других железосодержащих металлических сырьевых материалов, например чугунных чушек, DRI (металлизированный железорудный материал) или легирующих добавок, для достижения нужной температуры.

Согласно предпочтительному выполнению способа процесс продувки завершают при содержании углерода, меньшем или равном 0,9%, предпочтительно меньшем или равном 0,4% и при температуре выше 1680°С, и металлический расплав сливают в ковш. Согласно изобретению шлак оставляют в емкости для восстановления во время следующего процесса расплавления. Отдельно от этого, в дальнейшем процессе обработки, металлический расплав доводят до желаемого конечного содержания углерода <0,1% посредством повторной металлургической обработки, предпочтительно дегазации в вакууме. Это также имеет то преимущество, что может защищаться огнеупорный материал емкости, который в процессе продувки до низких содержаний углерода подвергается сильным нагрузкам.

Согласно изобретению, шлак с высоким содержанием хрома восстанавливают кремнием или углеродом из кремний- или соответственно углеродсодержащих легирующих компонентов сплава в шихте. В особенно предпочтительном варианте способа предлагается дополнительное введение углерода и, при необходимости, кремния. Оксид хрома, содержащийся в шлаке с высоким содержанием хрома, восстанавливают посредством углерода и кремния непосредственно до металлического хрома.

Во время расплавления шихты через верхние фурмы, боковые донные фурмы, боковые фурмы, донные фурмы или продувочные кирпичи в отдельности или в комбинации вводят кислород или кислородные смеси для улучшения окисления кремния и углерода.

Дальнейшие подробности и преимущества изобретения следуют из последующего описания, в котором более подробно поясняется представленная на чертеже форма выполнения плавильной установки, в данном случае с двумя металлургическими емкостями, для осуществления способа согласно изобретению. При этом наряду с приведенной выше комбинацией отличительных признаков существенными для изобретения являются также признаки, взятые как в отдельности, так и в других комбинациях. При этом на чертеже показан вид сбоку плавильной установки с двумя рабочими емкостями.

Плавильная установка 1 состоит из двух рабочих емкостей 2, 3, в которых попеременно осуществляются процесс (I) расплавления дуговой электропечи и процесс (II) продувки. В левой рабочей емкости 2 представлен технологический режим расплавления посредством электрической дуги, в правой рабочей емкости 3 изображено состояние в режиме рафинирования или кислородной продувки для уменьшения содержания углерода в расплаве.

Фурма 4 для кислородной продувки закреплена на кронштейне 5 и проходит коаксиально главной оси емкости, через колено 6 отводящего газа и центральное отверстие 7 поворотной крышки 8 правой рабочей емкости 3 во внутреннее пространство верхней части емкости 9. Горловина 10 колена 6 отводящего газа примыкает к центральному отверстию 7 крышки 8. Верхняя часть 9 и нижняя часть 11 совместно образуют печную емкость 3. Колено 6 отводного газа имеет возможность поворота посредством поворотного устройства 12 к соседней рабочей емкости 2. В нижней части 11 имеется выпускное отверстие 13, в данном случае донный выпуск для расплава металла, в то время как шлак с высоким содержанием хрома остается в емкости.

В днище или в стенке емкости находятся отдельно или в комбинации, смотря по обстоятельствам, донные фурмы 22, продувочные кирпичи, боковые донные продувочные фурмы, боковые фурмы 20 и/или боковые трубки 21, через которые вдувают кислородные смеси, смеси инертных газов или газовые смеси.

Рабочая емкость 2, изображенная слева, имеет поворотный электрододержатель 14, на котором в данном случае закреплены три электрода 15а, b, c, проходящие через центральную часть 16 крышки левой рабочей емкости 2, которая закрывает центральное отверстие 17.

После слива расплава металла из рабочей емкости 18 через выпускное отверстие 13 начинается новый процесс расплавления. Слитый расплав подается (не показано) в установку для разливки стали или вторичную металлургическую плавильную установку. На неслитый и остающийся в емкости шлак 19 загружают шихту, причем шихта содержит, в частности, углерод- и кремнийсодержащее сырье, после чего все содержимое расплавляют. Во время процесса расплавления шлак с высоким содержанием хрома восстанавливается после того как расплав достиг значения температуры минимум 1490°С. После достижения значения температуры предпочтительно минимум 1550°С шлак удаляют, а расплав подвергают процессу продувки, вследствие чего расплав обезуглероживается до содержания углерода <0,9%, предпочтительно <0,4%, и нагревается до температуры выпуска от 1620 до 1720°С. Для этого электрододержатель 14 отводят, а кислородную фурму 4 подводят. Затем сливают только расплав металла. Фурму 4 выводят, и процесс начинается заново. В смежной рабочей емкости этот процесс каждый раз протекает со сдвигом во времени.

Формула изобретения

1. Способ получения нержавеющих сталей, в частности хром- и хромникельсодержащих сталей в плавильной установке, имеющей металлургическую емкость, для снабжения установки разливки стали, причем в емкости осуществляют электродуговое расплавление и продувку, причем на первой из этих стадий обработки, на которой проводят электродуговое расплавление, шихту, состоящую, по существу, из твердого и/или жидкого чугуна или исходных материалов, в частности, из скрапа и частично из легирующих компонентов, содержащих углерод и кремний, расплавляют, а затем расплав обезуглероживают, отличающийся тем, что осуществляют обратимую обработку невосстановленного шлака после продувки в режиме электродугового расплавления со следующими стадиями:

a) нагрев шлака с высоким содержанием хрома на первой стадии обработки, совместно с расплавлением вводимой шихты;

b) восстановление шлака с высоким содержанием хрома во время расплавления кремнием и углеродом при благоприятных термодинамических условиях электрической дуги, после того как расплав достигнет значения температуры минимум 1490°С, с последующим удалением шлака;

c) обработка расплава в той же емкости продувкой, при которой благодаря продувке кислородом или кислородными смесями через верхние фурмы, боковые трубки, боковые донные фурмы, боковые фурмы, донные фурмы или продувочные кирпичи, по отдельности или в комбинации, смотря по обстоятельствам, расплав обезуглероживают до содержания углерода <0,9%, предпочтительно <0,4%, и нагревают до температуры выпуска от 1620 до 1720°С;

d) перемешивание расплава инертным газом, вводимым через верхние фурмы, боковые трубки, боковые донные фурмы, боковые фурмы, донные фурмы или продувочные кирпичи, в отдельности или в комбинации, смотря по обстоятельствам;

e) вдувание сверху или сбоку легирующих добавок, шлакообразующих добавок, раскислителей, оксидметаллической или металлсодержащей пыли или смесей через верхние фурмы, боковые трубки, боковые донные фурмы, боковые фурмы, донные фурмы или продувочные кирпичи, в отдельности или в комбинации, смотря по обстоятельствам;

f) последующий слив расплава, причем невосстановленный с высоким содержанием хрома шлак после продувки оставляют в рабочей емкости и восстанавливают в новом цикле процесса расплавления электрической дугой, согласно стадии а).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что продувку кислородом или кислородными смесями осуществляют через верхние фурмы, боковые трубки, боковые донные фурмы, боковые фурмы, донные фурмы или продувочные кирпичи, в отдельности или в комбинации, в виде продувки сверху и/или продувки сбоку.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что для перемешивания и гомогенизации расплава, одновременно с кислородной продувкой вдувают инертный газ через верхние фурмы, боковые трубки, боковые донные фурмы, боковые фурмы, донные фурмы или продувочные кирпичи, в отдельности или в комбинации.

4. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что при времени продувки кислородом от 20 до 40 мин, расплав обезуглероживают до конечного содержания углерода <0,9%.

5. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что во время продувки кислорода вводят охлаждающее средство.

6. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что продувку заканчивают при содержании углерода <0,9% и температуре свыше 1680°С, расплав металла (18) сливают в ковш, а шлак (19) оставляют в емкости, причем при дальнейшей обработке расплав металла доводят до желаемого конечного содержания углерода <0,1% посредством вторичной металлургической обработки, преимущественно дегазации в вакууме.

7. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что дополнительно вводят углерод и/или кремний, или другие раскислители.

8. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что оксид хрома, содержащийся в шлаке (19) с высоким содержанием хрома, и другие оксиды металлов восстанавливают углеродом и кремнием непосредственно до металлического хрома или других металлов.

9. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что во время расплавления шихты через верхние фурмы, боковые трубки, боковые донные фурмы, боковые фурмы, донные фурмы или продувочные кирпичи, в отдельности или в комбинации, вводят кислород для окисления кремния или углерода.

10. Способ получения нержавеющих сталей, в частности хром- и хромникельсодержащих сталей, в плавильной установке (1), имеющей, по меньшей мере, две емкости (2, 3) для снабжения установки разливки стали, причем в обеих емкостях (2, 3) попеременно осуществляют электродуговое расплавление (I) и продувку (II), и причем на первой из этих стадий, на которой проводят электродуговое расплавление (I), шихту, состоящую, в основном, из твердого и/или жидкого чугуна, или исходных материалов, в частности, из скрапа и частично из легирующих компонентов, содержащих углерод и кремний, расплавляют, и расплав рафинируют, и причем одновременно, наряду с обезуглероживающей продувкой шихты в первой рабочей емкости (2), проводят процесс расплавления второй шихты во второй рабочей емкости (3), отличающийся тем, что осуществляют обратимую обработку невосстановленного шлака (19) после продувки в режиме электродуговой плавки со следующими стадиями:

a) нагрев шлака (19) с высоким содержанием хрома на первой стадии обработки, совместно с расплавлением вводимой шихты;

b) восстановление шлака с высоким содержанием хрома во время расплавления кремнием и углеродом при благоприятных термодинамических условиях электрической дуги после того, как расплав достигнет значения температуры минимум 1490°С, с последующим удалением шлака;

c) обработка расплава в той же емкости продувкой, при которой благодаря продувке кислородом или кислородными смесями через верхние фурмы, боковые трубки, боковые донные фурмы, боковые фурмы, донные фурмы или продувочные кирпичи, по отдельности или в комбинации, смотря по обстоятельствам, расплав обезуглероживают до содержания углерода <0,9%, предпочтительно <0,4%, и нагревают до температуры выпуска от 1620 до 1720°С;

d) перемешивание расплава инертным газом, вводимым через верхние фурмы, боковые трубки, боковые донные фурмы, боковые фурмы, донные фурмы или продувочные кирпичи, в отдельности или в комбинации, смотря по обстоятельствам;

e) вдувание сверху или сбоку легирующих добавок, шлакообразующих добавок, раскислителей, оксидметаллической или металл содержащей пыли или смесей через верхние фурмы, боковые трубки, боковые донные фурмы, боковые фурмы, донные фурмы или продувочные кирпичи, в отдельности или в комбинации, смотря по обстоятельствам;

f) последующий слив расплава (18), причем невосстановленный с высоким содержанием хрома шлак (19) после продувки оставляют в рабочей емкости и восстанавливают в новом цикле процесса расплавления электрической дугой, согласно стадии а), и

g) причем одновременно, наряду с обезуглероживающей продувкой шихты в первой рабочей емкости, проводят расплавление второй шихты, включая восстановление шлака во второй рабочей емкости.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что продувку кислородом или кислородными смесями осуществляют через верхние фурмы, боковые трубки, боковые донные фурмы, боковые фурмы, донные фурмы или продувочные кирпичи, в отдельности или в комбинации, в виде продувки сверху и/или продувки сбоку.

12. Способ по любому из пп.10 и 11, отличающийся тем, что для перемешивания и гомогенизации расплава, одновременно с кислородной продувкой вдувают инертный газ через верхние фурмы, боковые трубки, боковые донные фурмы, боковые фурмы, донные фурмы или продувочные кирпичи, в отдельности или в комбинации.

13. Способ по любому из пп.10 и 11, отличающийся тем, что при времени продувки кислородом от 20 до 40 минут расплав обезуглероживают до конечного содержания углерода <0,9%.

14. Способ по любому из пп.10 и 11, отличающийся тем, что во время продувки кислорода вводят охлаждающее средство.

15. Способ по любому из пп.10 и 11, отличающийся тем, что продувку заканчивают при содержании углерода <0,9% и температуре свыше 1680°С, расплав металла (18) сливают в ковш, а шлак (19) оставляют в емкости, причем при дальнейшей обработке расплав металла доводят до желаемого конечного содержания углерода <0,1% посредством вторичной металлургической обработки, преимущественно дегазации в вакууме.

16. Способ по любому из пп.10 и 11, отличающийся тем, что дополнительно вводят углерод и/или кремний, или другие раскислители.

17. Способ по любому из пп.10 и 11, отличающийся тем, что оксид хрома, содержащийся в шлаке (19) с высоким содержанием хрома, и другие оксиды металлов восстанавливают углеродом и кремнием непосредственно до металлического хрома или других металлов.

18. Способ по любому из пп.10 и 11, отличающийся тем, что во время расплавления шихты через верхние фурмы, боковые трубки, боковые донные фурмы, боковые фурмы, донные фурмы или продувочные кирпичи, в отдельности или в комбинации, вводят кислород для окисления кремния или углерода.

Приоритет по пунктам:

18.10.2000 по пп.10-12, 14, 16-18;

18.07.2001 по пп.1-9, 13, 15.

РИСУНКИ