Патент на изобретение №2159290

(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 – повышение степени десульфурации и нагрева стали. Способ обработки стали в ковше включает выпуск стали (С) из сталеплавильного агрегата (СА) в ковш (К), подачу в (К) в процессе выпуска стали твердой шлаковой смеси (ТШС), содержащей, мас.%: известь 50-90; гранулированный алюминий 1-30; плавиковый шпат – остальное. Расход (ТШС) определяют по зависимости: G = К₁(S₁ – S₂)(Т – t)М, где S₁ – содержание серы в (С), выпускаемой в (К) из (CA), мас.%; S₂ – необходимое содержание серы в (С) после ее обработки в (К), мас.%; Т – температура (С) в (СА) при выпуске в (К), °С; t – необходимое значение температуры (С) после обработки в (К), ^oС; М – масса (С) в (К), т; К₁ – коэффициент, равный 0,086-0,2, кг/т²%°С. Затем в ковш подают алюминиевую проволоку и продувают сталь кислородом сверху с расходом, определяемым 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 сталеразливочного 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. Колпаков С.В. 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. Нерегламентированный расход алюминия и кислорода не позволяет поддерживать шлак в жидкоподвижном состоянии при оптимальной температуре, что снижает кинетику процесса десульфурации стали. 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)(T – t)M,
где G – расход шлаковой смеси, кг/т стали;
S₁ – содержание серы в стали, выпускаемой в ковш из сталеплавильного агрегата, мас.%;
S₂ – необходимое содержание серы в стали после ее обработки в ковше, мас.%:
T – температура стали в сталеплавильном агрегате при выпуске в ковш, ^oC;
t – необходимое значение температуры стали после обработки в ковше, ^oC;
M – масса стали в ковше, т;
K₁ – эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности процесса обработки стали в ковше шлаковой смесью, равный 0,086-0,2 кг/т²%^oC.

Затем в ковш подают алюминиевую проволоку и продувают сталь кислородом сверху с расходом, определяемым по зависимости
Q = K₂GMqabc/t_к,
где Q – расход кислорода, м³/минт стали;
t_к – температура стали в ковше в начале обработки, ^oC;
q – расход алюминиевой проволоки, кг/т стали;
a – содержание извести в шлаковой смеси, мас.%;
b – содержание гранулированного алюминия в шлаковой смеси, мас.%;
c – содержание плавикового шпата в шлаковой смеси, мас.%;
K₂ – эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности взаимодействия шлаковой смеси и стали в процессе ее продувки кислородом, равный (0,33-4,3)10^-5 м^3oC/минкг²(%)³.

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 процесса 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 поддерживать шлак в жидкоподвижном состоянии при оптимальной температуре, что также повышает рафинирующую способность шлака.

Диапазон значений эмпирического коэффициента K₁ в пределах 0,086-0,2 объясняется физико-химическими закономерностями взаимодействия твердой шлаковой смеси и стали в процессе ее выпуска из сталеплавильного агрегата. При больших значениях будет происходить перерасход шлаковой смеси без дальнейшего снижения содержания серы в стали. При меньших значениях не будет происходить снижение содержания серы в стали до необходимых пределов.

Указанный диапазон устанавливают в зависимости от разницы необходимого содержания 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 (0,33-4,3)10^-5 объясняется физико-химическими закономерностями процесса десульфурации стали при ее обработке в ковше под слоем шлака. При меньших значениях расход кислорода будет ниже допустимых значений. При больших значениях будет происходить перерасход кислорода без дальнейшего снижения серы в обработанной стали.

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

Диапазон величин содержания компонентов в твердой шлаковой смеси в заявляемых пределах объясняются физико-химическими закономерностями десульфурации стали. При меньших и больших значениях не будет обеспечиваться необходимая эффективность удаления серы из стали. Кроме того, 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, с расходом 0,3-2,0 м³/минт стали в течение 2-15 мин.

Расход шлаковой смеси устанавливают по зависимости
G = K₁(S₁ – S₂)(T – t)M,
где G – расход шлаковой смеси, кг/т стали;
S₁ – содержание серы в стали, выпускаемой в ковш из сталеплавильного агрегата, мас.%;
S₂ – необходимое содержание серы в стали после ее обработки в ковше, мас.%;
T – температура стали в конвертере перед выпуском, ^oC;
t – необходимое значение температуры после обработки стали, в ковше, ^oC;
M – масса стали в ковше, т;
K₁ – эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности процесса обработки стали в ковше шлаковой смесью, равный 0,086-0,2 кг/т²%^oC.

Затем в ковш подают алюминиевую проволоку и продувают сталь кислородом сверху с расходом, определяемым по зависимости
Q = K₂GMqabc/t_к,
где Q – расход кислорода, м³/минт стали;
t_к – температура стали в ковше в начале обработки, ^oC;
q – расход алюминиевой проволоки, кг/т стали;
a – содержание извести в шлаковой смеси, мас.%;
b – содержание гранулированного алюминия в шлаковой смеси, мас.%;
c – содержание плавикового шпата в шлаковой смеси, мас.%;
K₂ – эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности взаимодействия шлаковой смеси и стали в процессе ее продувки кислородом, равный (0,33-4,3)10^-5 м^3oC/минкг²(%)³.

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 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 снижение содержания серы в обработанной стали и ее нагрев.

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

Применение изобретения позволяет повысит выход годной стали для непрерывной разливки по химсоставу и температуре на 55-65%.

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 в качестве шлаковой смеси используют твердую шлаковую смесь, состоящую, мас.%:
Известь – 50 – 90
Гранулированный алюминий – 1 – 30
Плавиковый шпат – Остальное
расход которой устанавливают по зависимости
G = K₁ (S₁ – S₂) (T – t) M,
где G – расход шлаковой смеси, кг/т стали;
S₁ – содержание серы в стали, выпускаемой в ковш из сталеплавильного агрегата, мас.%;
S₂ – необходимое содержание серы в стали после ее обработки в ковше, мас.%;
T – температура стали в сталеплавильном агрегате при выпуске в ковш, ^oC;
t – необходимое значение температуры стали после обработки в ковше, ^oC;
M – масса стали в ковше, т;
K₁ – эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности процесса обработки стали в ковше шлаковой смесью, равный 0,086 – 0,2 кг/т² % ^oC;
после чего в ковш подают алюминиевую проволоку и продувают сталь кислородом сверху с расходом, определяемым по зависимости
Q = K₂ G M q a b c/t_к,
где Q – расход кислорода, м³/мин т стали;
t_к – температура стали в ковше в начале обработки, ^oC;
q – расход алюминиевой проволоки, кг/т стали;
a – содержание извести в шлаковой смеси, мас.%;
b – содержание гранулированного алюминия в шлаковой смеси, мас.%;
c – содержание плавикового шпата в шлаковой смеси, мас.%;
K₂ – эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности взаимодействия шлаковой смеси и стали в процессе ее продувки кислородом, равный (0,33 – 4,3) 10^-5, м^{3 o}C/мин кг² (%)³.

РИСУНКИ