Патент на изобретение №2156309

(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТАЛИ В КОВШЕ

(57) Реферат:

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к комплексной внепечной обработке металла в ковше для последующей непрерывной разливки стали. Технический эффект заключается в повышении степени десульфурации и нагрева стали. Способ обработки стали в ковше включает выпуск стали из сталеплавильного агрегата в ковш, подачу в ковш в процессе выпуска стали твердой шлаковой смеси (ШС), состоящей в мас.% из 50 – 90 извести, 1-30 гранулированного алюминия и плавикового шпата остальное. Расход (ШС) устанавливают по зависимости G = К₁ (S₁ – S₂) М, где G – расход (ШС), кг/т стали; S₁ – содержание серы в стали, сливаемой в ковш из сталеплавильного агрегата, мас.%, S₂ – необходимое содержание серы в стали после ее обработки в ковше, мас.%, М – масса стали в ковше, т, К₁ – эмпирический коэффициент, равный 4,3-12,0 кг/т² %. Затем в ковш подают алюминиевую проволоку и продувают сталь кислородом сверху в течение времени, определяемого по определенной зависимости, учитывающей расход кислорода, объем стали в ковше, расход алюминиевой проволоки, температуру стали в ковше при начале ее обработки и площадь зеркала стали в ковше. После продувки кислородом сталь продувают нейтральным газом в течение времени, определяемого по приведенной зависимости. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к комплексной внепечной обработке металла в ковше для последующей непрерывной разливки стали.

Наиболее близким по технической сущности является способ обработки стали в ковше, включающий выпуск стали из сталеплавильного агрегата в ковш, подачу в ковш в процессе выпуска шлаковой смеси, последующую подачу в ковш алюминиевой проволоки, продувку стали в ковше кислородом и нейтральным газом сверху через погружную фурму. В качестве шлаковой смеси используют жидкий известково-глиноземистый шлак (См. Технология производства стали в современных конвертерных цехах. С.В. Колпаков и др. М., Машиностроение, 1991, с. 212).

Недостатком известного способа является низкая эффективность обработки стали в ковше, в том числе процесса десульфурации и нагрева стали. Это объясняется применением жидкого известково-глиноземистого шлака, а также нерегламентированными расходами алюминия, кислорода и шлака. В этих условиях жидкий известково-глиноземистый шлак имеет низкую сульфидную емкость. Нерегламентированные расходы алюминия и кислорода не позволяют поддерживать шлак в жидкоподвижном состоянии при оптимальной температуре, что снижает кинетику процесса десульфурации металла. Кроме того, нерегламентированная подача кислорода и алюминия не позволяет эффективно и полно протекать экзотермическим реакциям взаимодействия кислорода и алюминия.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в повышении степени десульфурации и нагрева стали.

Указанный технический эффект достигают тем, что способ обработки стали в ковше включает выпуск стали из сталеплавильного агрегата в ковш, подачу в ковш в процессе выпуска стали шлаковой смеси, последующую подачу в ковш алюминиевой проволоки, продувку стали в ковше кислородом и нейтральным газом сверху через погружную фурму.

Расход шлаковой смеси устанавливают по зависимости:
G = K₁(S₁ – S₂)M;
где G – расход шлаковой смеси, кг/т стали;
S₁ – содержание серы в стали, сливаемой в ковш из сталеплавильного агрегата, мас.%;
S₂ – необходимое содержание серы в стали после ее обработки, мас.%;
M – масса стали в ковше, т;
K₁ – эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности обработки стали в ковше шлаковой смесью, равный 4,3 – 12,0 кг/т²%.

после чего в ковш подают алюминиевую проволоку и продувают сталь кислородом сверху в течение времени, определяемого по эмпирической зависимости:
₁ = K₂GQ₁Vq/Ft,
где ₁ – время продувки стали кислородом в ковше, мин;
Q₁ – расход кислорода, м³/тмин;
V – объем стали в ковше, м³;
q – расход алюминиевой проволоки, кг/т стали;
t – температура стали в ковше при начале ее обработки, град^oC;
F – площадь зеркала стали в ковше, м²;
K₂ – эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности взаимодействия шлаковой смеси и стали в процессе ее продувки кислородом, равный 110 – 435 мин²т^3oC/кг²м⁴.

После продувки кислородом сталь в ковше продувают нейтральным газом в течение времени, определяемого по зависимости
₂ = K₃GQ₂,
где ₂ – время продувки стали нейтральным газом, мин;
Q₂ – расход нейтрального газа, м³/тмин;
K₃ – эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности усреднения объема стали в ковше по химсоставу и температуре, равный 76 – 330 т²мин²/кгм³.

В качестве шлаковой смеси используют твердую шлаковую смесь, состоящую, мас.%:
Известь – 50 – 90
Гранулированный алюминий – 1 – 30
Плавиковый шпат – Остальное
Повышение степени десульфурации и нагрева стали будет происходить вследствие использования твердой шлаковой смеси заявляемого состава, а также необходимых расходных и временных параметров обработки стали в ковше в оптимальных пределах. В этих условиях наличие в шлаковой смеси гранул алюминия предопределяет образование легкоплавкой эвтектики Al₂O₃. При этом обеспечивается быстрый перевод извести в жидкое состояние вследствие образования и присутствия в расплаве Al₂O₃. Регламентированные подачи алюминия и кислорода при внепечной обработке стали позволяет поддержать шлак в жидкоподвижном активном состоянии при оптимальной температуре, что также повышает рафинирующую способность шлака.

Диапазон значений эмпирического коэффициента K₁ в пределах 0,3 – 12,0 объясняется физико-химическими закономерностями взаимодействия твердой шлаковой смеси и стали в процессе ее выпуска из сталеплавильного агрегата. При больших значениях не будет происходить десульфурация стали в необходимых пределах. При меньших значениях будет происходить перерасход шлаковой смеси без дальнейшего снижения содержания серы в стали.

Указанный диапазон устанавливают в зависимости от разницы между необходимым содержанием серы в стали после ее обработки и содержанием серы в стали, выпускаемой из сталеплавильного агрегата, а также емкости ковша.

Диапазон значений эмпирического коэффициента K₂ в пределах 110 – 435 объясняется физико-химическими закономерностями процесса десульфурации стали при ее обработке в ковше под слоем шлака. При меньших значениях будет увеличиваться время продувки стали кислородом и подачи алюминиевой проволоки сверх допустимых значений. При больших значениях расход кислорода будет ниже необходимых значений.

Указанный диапазон устанавливают в зависимости от величины необходимого содержания серы в готовой стали и емкости ковша.

Диапазон значений эмпирического коэффициента K₃ в пределах 76 – 330 объясняется газодинамическими закономерностями перемешивания стали в ковше при помощи нейтрального газа, а также усреднения стали по химсоставу и температуре. При меньших значениях время продувки стали нейтральным газом будет выше допустимых значений. При больших значениях время продувки стали нейтральным газом будет недостаточным.

Указанный диапазон устанавливают в зависимости от емкости ковша.

Диапазон величин содержания компонентов в твердой шлаковой смеси в заявляемых пределах объясняется физико-химическими закономерностями десульфурации стали. При меньших и больших значениях не будет обеспечиваться необходимая эффективность удаления серы из стали. При больших значениях будет происходить перерасход твердой шлаковой смеси.

Указанные диапазоны устанавливают в зависимости от содержания серы в стали, выпускаемой из сталеплавильного агрегата, и емкости ковша.

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 обработки стали в ковше осуществляют следующим образом.

Пример. В процессе обработки сталь с химическим составом, мас.%: C = 0,02 – 0,30; Si = 0,02 – 1,0; Mn = 0,10 – 2,0; Al = 0,02 – 0,10; S = 0,010 – 0,035 выпускают из конвертера в ковш. В процессе выпуска в ковш подают твердую шлаковую смесь. После наполнения металлом ковш подают на установку доводки металла, где в ковш подают алюминиевую проволоку при помощи трайбаппарата диаметром 8 – 12 мм со скоростью 5 – 10 м/с и одновременно продувают кислородом сверху через погружную фурму. После продувки кислородом сталь в ковше продувают нейтральным газом, например аргоном.

Расход шлаковой смеси устанавливают по зависимости:
G = K₁(S₁ – S₂)M,
где G – расход шлаковой смеси, кг/т стали;
S₁ – содержание серы в стали, сливаемой в ковш из сталеплавильного агрегата, мас.%;
S₂ – необходимое содержание серы в стали после ее обработки в ковше, мас.%;
M – масса стали в ковше, т;
T – температура стали в конверте перед выпуском, ^oC;
K₁ – эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности процесса обработки стали в ковше шлаковой смесью, равный 4,3 – 12,0 кг/т²%.

Затем в ковш подают алюминиевую проволоку и продувают сталь кислородом сверху в течение времени, определяемого по зависимости:
₁ = K₂GQ₁Vq/Ft,
где ₁ – время продувки стали кислородом в ковше, мин;
Q₁ – расход кислорода, м³/тмин;
V – объем стали в ковше, м³;
q – расход алюминиевой проволоки, кг/т стали;
t – температура стали в ковше при начале обработки, град.C;
F – площадь зеркала стали в ковше, м²;
K₂ – эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности взаимодействия шлаковой смеси и стали в процессе ее продувки кислородом, равный 110 – 435 мин²т^3oC/кг²м⁴.

После продувки кислородом сталь в ковше продувают нейтральным газом в течение времени, определяемого по зависимости
₂ = K₃GQ₂,
где ₂ – время продувки стали нейтральным газом, мин;
Q₂ – расход нейтрального газа, м³/тмин;
K₃ – эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности усреднения объема стали в ковше по химсоставу и температуре, равный 76 – 330 т²мин²/кг/м³.

В качестве шлаковой смеси используют твердую шлаковую смесь, состоящую, мас.%:
Известь – 50 – 90
Гранулированный алюминий – 1 – 30
Плавиковый шпат – остальное.

При подаче алюминия и кислорода в сталь протекают окислительные экзотермические реакции взаимодействия кислорода и алюминия. Эти реакции протекают с большим выделением тепла, что позволяет нагреть металл и шлак до оптимальных температур, повысить жидкотекучесть и активность шлака. При этих условиях повышаются кинетические процессы десульфурации стали.

В таблице приведены примеры осуществления способа с различными технологическими параметрами.

В первом и пятом примерах не обеспечивается необходимое низкое содержание серы в обработанной стали и ее нагрев.

В оптимальных примерах 2 – 4 обеспечивается необходимая десульфурация стали при одновременном ее нагреве.

Применение изобретения позволяет повысить выход годной стали для непрерывной разливки по химсоставу и температуре на 60 – 70%.

Формула изобретения

Способ обработки стали в ковше, включающий выпуск стали из сталеплавильного агрегата в ковш, подачу в ковш в процессе выпуска стали шлаковой смеси, последующую подачу в ковш алюминиевой проволоки, продувку стали в ковше кислородом и нейтральным газом сверху через погружную фурму, отличающийся тем, что расход шлаковой смеси устанавливают по зависимости
G = К₁(S₁-S₂)М,
где G – расход шлаковой смеси, кг/т стали;
S₁ – содержание серы в стали, сливаемой в ковш из сталеплавильного агрегата, мас.%;
S₂ – необходимое содержание серы в стали после ее обработки в ковше, мас.%;
М – масса стали в ковше, т;
К₁ – эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности процесса обработки стали в ковше шлаковой смесью, равный 4,3 – 12,0, кг/т²%,
при этом в качестве шлаковой смеси используют твердую шлаковую смесь, состоящую, мас.%:
Известь – 50 – 90
Гранулированный алюминий – 1 – 30
Плавиковый шпат – Остальное
после подачи твердой шлаковой смеси в ковш подают алюминиевую проволоку и продувают сталь кислородом сверху в течение времени, определяемом по эмпирической зависимости
₁= K₂GQ₁Vq/Ft,
где ₁ – время продувки стали кислородом в ковше, мин;
Q₁ – расход кислорода, м³/тмин;
V – объем стали в ковше, м³;
q – расход алюминиевой проволоки, кг/т стали;
t – температура стали в ковше при начале обработки, ^oC;
F – площадь зеркала стали в ковше, м²;
К₂ – эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности взаимодействия твердой шлаковой смеси и стали в процессе ее продувки кислородом, равный 110 – 435, мин²т^3oC/кг²м⁴;
а после продувки кислородом сталь в ковше продувают нейтральным газом в течение времени, определяемом по зависимости
₂= K₃GQ₂,
где ₂ – время продувки стали нейтральным газом, мин;
Q₂ – расход нейтрального газа, м³/тмин;
К₃ – эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности усреднения объема стали в ковше по химсоставу и температуре, равный 76 – 330 т²мин²/кгм³.

РИСУНКИ