Способ получения стали

 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к технологии получения сталей с низким содержанием водорода. Цель изобретения - снижение содержания водорода в стали. Способ получения стали включает подачу расплава в предварительно нагретый рафинировочный сосуд с погружаемой и охлаж,а;аемой газом фурмой , подачу в расплав легирующих и шлакообразующих добавок, обезуглероживание расплава подачей газообразной смеси, содержащей кислород и газразбавитель. После обезуглероживания осуществляют восстановительную и окончательную доводку расплава подачей через фурмы барботирующего газа. В расплав вводят трудноокисляемые легирующие элементы, подают пшакообразующие добавки и разжижают их до Обезуглероживания расплава. Обезуглероживание расплава проводят для удаления по крайней мере 0,2 мас.% углерода . В период восстан;овительной и/или окончательной доводки в расплав подают азот, аргон или гелий в количестве 2,83 м /т. 4 табл. § (У) со сх 4 to

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А3 (51)4 С 21 С 7/00 7/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К llATEHTY

Сй

4-ь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2l) 3543248/23-02 (22) 21.01.83 (3i) 341440 (32) 22.01,82 (33) US (46) 23.03.88.Бюл. М ll (71) Юнион Карбид Корпорейшн (US) (72) Стюарт Кини Мелман, Рональд Джозеф Селинес, Рокне Джеймс Андреини (US)-и Балкишан Агравал (IN) (53) 669.141.245 (088.8) (56) Патент UIIIA М 4187102, кл. С 21 С 5/34, 75-60, 1980.

Патент США М 4272287, кл. С 21 С 7/02, 75-60, 1981.

Патент США Р 3754894, кл. С 21 С 7/04, 75-60, 1973. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ С ХАЛИ (57) Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к технологии получения сталей с низким содержанием водорода. Цель иэобрете„SU „„1384207 ния †. снижение содержания водорода в стали. Способ получения стали включает подачу расплава в предварительно нагретый рафинировочный сосуд с погружаемой и охлаждаемой газом фурмой, подачу в расплав легирующих и шлакообраэующих добавок, обезуглероживание расплава подачей газообразной смеси, содержащей кислород и газразбавитель, После обезуглероживания осуществляют восстановительную и окончательную доводку расплава подачей через фурмы барботирующего газа.

В расплав вводят трудноокисляемые легирующие элементы, подают шлакообразующие добавки и разжижают их до обезуглероживания расплава. Обезуглероживание расплава проводят для удаления по крайней мере 0,2 мас.% углерода. В период восстановительной и/или окончательной доводки в расплав подают азот, аргон или гелий в количестве 2,83 м /т. 4 табл.!

384207

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к технологии получения сталей с низким содержанием водорода.

Цель изобретения — снижение содержания водорода в стали.

Технология аргонокислородного обезуглероживания (АКО) предусматривает процесс рафинирования расплав- 1О ленного металла, находящегося в резервуаре рафинирования, который снабжен по крайней мере одной погруженной фурмой, включающий инжектирование в расплав через указанную фурму(ы) газовой смеси, содержащей кислород и разбавляющий газ. Указанный раэбавляющий газ"Предназначен для уменьшения парциального давления моноокиси углерода в газовых пузырь- 2р ках, образованных во время обезуглероживания расплава и/или для изменения скорости подачи кислорода к расплаву без существенного изменения общей скорости потока инжектируемого 25 газа, а затем инжектирование разбрызгиваемого газа в расплав через указанную фурму(ы), причем указанный разбавляющий газ служит для удаления примесей посредством дегазации, деокис- 30 ления испарения или посредством флотации указанных примесей с последующим задержанием или реакцией со шлаком. Процесс обычно проводится с помощью потока кислородсодержащего газа окру З5 женного кольцевым потоком охлаждающей жидкости, которая служит для охлаждения фурмы и защищают огнеупорную футеровку от избыточного износа.

Пригодными разбавляющими газами мо- 4О гут быть аргон, гелий и азот. Азот предпочтительнее, если не необходимо получать в виде конечного продукта сталь с низким содержанием азота, в таком случае предпочтительнее ар- 45 гон. Пригодным разбрызгиваемым газом может быть аргон, гелий и азот, причем азот или аргон предпочтительнее,Пригодные охлаждающие жидкости включают аргон, гелий, азот, моноокись углерода и двуокись углерода, причем азот или аргон предпочтительнее. В широком смысле процесс АКО может использовать водород, пар или углероводоРодную жидкость в качестве однои из 55 составляющих раэбавляющего газа, разбрызгиваемого газа или охлаждающей жидкости. Однако когда необходимым конечным продуктом является ниэ- . ководородная сталь, то такие водородсодержащие жидкости непригодны в процессе АКО.

Стадия восстановления используется для обозначения восстановления металлов, окисленных во время обеэуглероживания, посредством добавления к. расплаву восстанавливающего вещества, такого, как кремний или кремнийсодержащий ферросплав или алюминий, с последующим введением разбрызгиваемого газа в расплав для завершения реакции восстановления.

Окончательная стадия предусматривает окончательное установление химического состава расплава посредством добавления к расплаву требуемого материала с последующим разбрызгиванием расплава для обеспечения однородного состава.

Легкоокисляемые легирующие добавки в сталь предусматривают введение .элементов, которые не восстанавливаются с помощью добавки кремния к расплаву стали.

Под трудноокисляемыми легирующими добавками в сталь подразумевается введение элементов, восстанавливаемых при добавлении кремния к расплаву стали.

Сталь с низким содержанием водорода обычно относится к стали, имеющей содержание водорода меньшее,чем

2Х. Однако строгое установление такого количества является непрактичным вследствие трудностей с подбором образцов при производстве стали. Эти трудности, определяющие впоследствии неточность в анализах, связаны с потерей водорода во время транспортировки образца от резервуара рафинирования к аналитическому прибору, и вследствие этого возникает недостоверность, связанная с тем, что любой заданный образец не будет точно соответствовать составу расплава, из-за отсутствия химической однородности расплава в резервуаре очистки.

Расплав стали загружают в резервуар рафинирования, внутренняя поверхность которого сухая. Если резервуар для рафинирования. ранее использовался для очистки расплава стали, то никакой операции сушки обычно не требуется от обслуживающего персонала, поскольку резЕрвуар рафинирования будет в основном сухим.

Если резервуар рафинирования ранее

1384207 не использовался для рафинирования стали, то резервуар должен быть осушен с помощью любого пригодного способа осушки например с помощью приУ

5 менения факельного пламени к внутренним стенкам резервуара рафинирования. Один из способов обеспечения сушки резервуара рафинирования состоит в создании температуры на внутренней поверхности резервуара ра-. финирования по крайней мере 1500 У (815, 56 С), а преимущественно, по крайней мере 1800 F (982,22 С).

На практике фурма(ы) газоохлаждается во время, по крайней мере,части процесса производства, а преимущественно во время всего процесса производства. В то время как кислород инжектируется через фурму(ы),они охлаждаются в основном с помощью защитной жидкости. Во время стадий восстановления или окончательной стадии фурма(ы) охлаждается в основном с помощью разбрызгиваемого га- 25 за, который может также служить в качестве защитной жидкости. Когда резервуар рафинирования наклоняется для того, чтобы вылить рафинированный расплав, фурма(ы), которая находится выше поверхности расплава, в основном охлаждается с помощью по- тока воздуха, проходящего через фурму. Такой поток воздуха обычно направляется от компрессора. Если охлаж. 35 дение обеспечивается с помощью другого газа, нежели воздух, так, что фурма(ы) находится еще ниже поверхности ч расплава, то охлаждающий газ обычно подается от криогенной камеры и име- 40 ет достаточную степень сушки, так что никакая другая операция сушки не требуется от обслуживающего персонала. Если охлаждающим газом является воздух, то обычно требуется про- 45 вести стадию сушки перед использованием воздуха. Эта.стадия сушки может быть осуществлена посредством прохождения сжатого воздуха через сушилку перед тем, как он вводится в фурму(ы). Преимущественно охлаждающий газ содержит менее 100 мас.X воды.

В основном все шлакообраэующие добавки вводятся в расплав перед началом стадии обезуглероживания.Шлакообраэующие добавки представляют собой в общем известь или смеси извести и магнезита, но могут быть любым материалом, который может послужить образованию эффективного шлака.

Шлак используют для нейтрализации окисей, благодаря чему обеспечивается десульфурация расплава и снижение количества кислорода, азота и водорода, введенных в расплав за счет контакта с воздухом.

Очень важно для успешного осуществления предлагаемого способа, чтобы шлакообразующие добавки флюсовались перед началом стадии обезуглероживания. Это определяется тем, что шлакообразующие добавкн обычно неизбежно добавляют в расплав значительное количество водорода, обычно в форме воды. Если в основном все шлакообразующие добавки, подаваемые в расплав, не будут разжижены перед обезуглероживанием, благодаря чему водород будет удален из расплава во время начальной стадии обеэуглероживания и последующей стадии восстановления или окончательной стадии, то достаточное количество водорода будет оставаться в расплаве.

:В процессе производства стали обычно бывает необходимым вводить легирующие добавки к расплаву стали, которые загружаются в резервуар рафинирования. Химический состав расплава стали, загружаемой в резервуар очистки, редко бывает в границах необходимого продукта, Легирующие добавки вводятся для того, чтобы привести расплав в нужный или целевой диапазоны состава. Добавление легирующего материала в расплав стали является еще одним источником водорода. Следовательно, одна из составных частей предлагаемого способа состоит в том, чтобы ввести большинство, а преимущественно все легирующие добавки, в расплав перед началом обезуглероживания. С помощью этого приема водород, вводимый в расплав с помощью легирующих добавок, подвергается удалению во время начала обезуглероживания и стадии восстановления или окончательной стадии, что приводит в результате к максимальному удалению водорода.

Однако легирующие добавки могут быть разделены на две категории,которыми обозначаются легкоокисляемые и трудноокисляемые добавки. Трудноокисляемые легирующие добавки могут образовывать окиси в расплаве во время стадии обезуглероживания, но

»384207 могут быть обратно восстановлены до элементарной формы во время последующей стадии восстановления. Однако легкоокисляемые легирующие добавки, которые также образуют окислы в расплаве во время стадии обезуглероживания, не восстанавливаются на стадии восстановления. Следовательно, легкоокисляемые легирующие добавки, такие как титан, колумбий, алюминий, ванадий и им подобные, должны быть введены вслед за стадией обеэугле-. роживания, в то. время как. в основном все из трудноокисляемых легирующих добавок, такие как хром, марганец, никель, молибден, кобальт, медь и им подобные, должны вводиться перед стадией обезуглероживания. Химический состав расплава, загружаемого в резервуар рафинирования, и химический состав необходимого продукта приводятся в соответствие при введении определенных легирующих добавок, а количество каждой необходимой добавки может быть выбрано специалистом в данной области.

Расплав обезуглероживают посредством введения в расплав через погруженную фурму(ы) газовой смеси кислорода и разбавляющего газа. Стадия обезуглероживания проводится для того, чтобы сжечь некоторое количество углерода в расплаве для приведения состава расплава в диапазон необходимого продукта. Кроме.. того,реак" ция обезуглероживания является зкзотермической и служит для создания тепла, благодаря чему расплав находится при необходимой температуре, когда он разливается из резервуара рафинирования. В реакции обезуглероживания углерод в расплаве реагирует с инжектируемым газообразным кислородом с образованием газообразной моноокиси углерода, которая проходит в виде пузырьков через расплав.Fasводящий газ служит для уменьшения парциального давления газообразной моноокиси углерода, для того чтобы уменьшить нежелательное окисление металла. Кроме того, инжектируемая газовая смесь помогает выведению других примесей из расплава в виде пузырьков и выведению их иэ расплава в виде выходящих газов.

Стадия обезуглероживания служит для удаления большого количества любого водорода, который может содер5

10 жаться в расплаве перед обезуглероживанием. Более того, стадия обеэуглероживания обеспечивает невозможность поступления водорода из атмосферы, такой как атмосфера водяного пара, в расплав во время процесса обезуглероживания за счет обраэова. ния достаточного количества выходящих газов во время стадии обезуглероживания благодаря тому, что скорость потока выходящих газов достаточна для предотвращения просачивания воздуха в резервуар рафинирования. Это сопровождается введением газовой смеси кислорода и разводящего газа в течение такого времени, которое достаточно для удаления по краййей мере 0,2 мас.7. углерода из расплава, 20 а преимущественно, по крайней мере, 0,3 мас.Х при скорости инжектирования такой, что создается достаточное количество выходящего газа для предотвращения просачивания воздуха в резервуар рафинирования. Скорость инжектирования газовой смеси изменяется в зависимости от конфигурации резервуара рафинирования, количества потока, проходящего через загрузочный вход резервуара, а также других факторов.

Если расплав не содержит достаточного количества углерода для обеспечения требуемого обезуглероживания, в то время как необходимо достичь желаемого или целевого содержания углерода, то углерод может быть добавлен к расплаву перед или во время стадии обезуглероживания в таком ко40 личестве, чтобы достаточное количество углерода сжигалось для достижения целей процесса с одновременным достижением целевого содержания углерода. Углерод не должен добавляться

45 к расплаву после стадии обезуглероживания, т.е. расплав не должен обезуглероживаться существенно ниже необходимого целевого содержания углерода, а затем приводиться в необходимый диапазон состава за счет больших добавок углерода, поскольку такое позднее добавление углерода может способствовать нежелательному введению водорода-в расплав.

После того, как расплав обезуглеродился, он подвергается стадии восстановления и/или окончательной стадии с помощью проведения одной или более стадий восстановления или окон1384207 чательных стадий. Стадия восстановления — .это стадия, на которой ранее добавленные легирующие добавки, которые были хотя бы частично окислены, восстанавливаются из шлака в расплав стали обычно эа счет введения алюминия или кремния в расплав. Окончательная стадия — это стадия, в которой вводятся другие необходимые.добавки для приведения состава расплава в необходимый диапазон. Такие добавки могут быть очень небольшими количествами трудноокисляемых легирующих веществ или любыми другими добавками.

Во время стадии или стадий восстановления и/или окончательной стадии необходимо предотвращать попадание воздуха:в расплав для того, чтобы водород, такой как из водяного пара, не имел возможности проникать в расплав. Для того, чтобы не допустить попадание воздуха в расплав во время стадий восстановления и окон- 25 чательной стадии, устанавливают достаточную скорость потока выходящих .газов, благодаря чему воздух не просачивается в резервуар очистки. Это осуществляется посредством инжектирования разбрызгиваемого газа в . расплав.

Приведенный общий процесс АКО с его стадиями требуется для достижения производства стали с низким содержанием водорода. Когда такие даль35 нейшие стадии осуществляются, они должны проводиться таким образом, чтобы обеспечить минимальное введение водорода и присутствие его в 4о расплаве. Например, на практике проведения процесса АКО бывает жела тельно добавлять в расплав сжи гаемые добавки, такие как крем,нии или BJlloMHHHH Если это осу» ществляется, то сжигаемые добавки должны преимущественно вводиться в возможно большей степени перед проведением стадии обезуглероживания в соответствии с наиболее приемлемым способом проведения процесса без образования выбросов.

Последующие примеры служат для дальнейшего иллюстрирования изобретения или для иллюстрирования необходимости осуществления всех требуемых стадий в совокупности, Пример ы 1-6. Шесть расплавов очищаются в соответствии с предлагаемым способом. Параметры процесса рафинирования и концентрации водорода в различных точках процесса рафинирования изображены в табл.I.Примеры 1-5 осуществляют в 35-тонном резервуаре рафинирования. Пример 6 осуществляют в 100-тонном резервуаре рафинирования. Скорость потока выходящих газов обозначены в единицах действительных кубических футов в минуту .на квадратный фут площади поперечного сечения на входе резервуара при температуре выходящих газов

3000 F (1648, 49 С).

Определяют концентрацию водорода в загрузке в примерах 1-5. Концентрация водорода после обезуглероживания .для примеров I и 2 была неопределима.

Примеры 1-6 ясно показывают, что предлагаемый процесс позволяет производить сталь, имеющую низкое содержание водорода.

Пример ы 7 и 8. Примеры 7 и 8 демонстрируют необходимость создания сухого резервуара рафинирования для расплава. Оба примера проводят в том же резервуаре рафинирования, который использовался при проведении примера 6. Б примере 7 расплав рафинируют в резервуаре рафинирования, который не осушается. В этом примере внутренняя поверхность резервуара рафинирования находится под воздействием пламени в течение только примерно 4 ч, что недостаточно для того, чтобы внутренняя поверхность резервуара достигла температуры, необходимой для получения сухого резервуара. Пример 8 проводят непосредственно .за примером 7 и вследствие этого резервуар рафинирования имеет достаточную температуру для того, чтобы быть сухим. Все другие параметры рафинирования находятся в соответствии с требованиями предлагаемого процесса для обоих примеров 7 и 8.

Полученные результаты приведены в табл.2.

Хотя для обоих расплавов достигнуто низкое сбдержание водорода после обезуглероживания, однако поскольку в процессе проведения очистки влага с внутренней поверхности резервуара очистки последовательно переходила в расплав, то в примере 7, который осуществлялся в недостаточно сухом

138420 резервуаре, возникшая влажность привела в результате к получению расплава с недопустимо высоким содержанием водорода.

Пример ы 9-11. Примеры 9-11 демонстрируют необходимость добавления в основном всех шлакообразующих добавок перед началом процесса обеэуглероживания. Каждый из примеров

7-9 проводят в резервуаре очистки, который ранее использовался для осуществления примеров 1-5. В каждом из примеров 9-!1 добавляют 4-8 фунтов извести на тонну расплава после обезуглероживания. Оценивают концентрацию водорода в каждом расплаве в загрузке, а концентрация водорода в расплаве в примере ll не обнаружена, Все другие параметры очистки нахо- 20 дятся в диапазонах,. соответствующих требованиям предлагаемого процесса, и используются в каждом из примеров

9 — 11. Результаты, приведенные в табл.3, показывают, что добавление 25

4-8 фунтов шлакообраэующих добавок на тонну расплава после обезуглероживания приводит в результате к соз" данию стали, имеющей недопустимо высокое содержание водорода. 30

П р и м е.р 12. Этот пример демонстрирует необходимость флюсования шлакообразующих добавок перед обезуглероживанием. Проводят его в резервуаре рафинирования, который исполь35 эуют для проведения примера 6. В этом примере известь добавляют в расплав перед обезуглероживанием,но не полностью флюсуют перед началом 40 процесса обезуглероживания. Все другие параметры процесса рафинирования находятся в соответствии с требова ниями предлагаемого процесса. Концентрация водорода в загружаемом расплаве составляет 4,6 мас. .После обезуглероживания она составляет

2,3 мас., а на выходе из процесса—

2,0 мас. .. Таким образом, не была получена ст ль с низким содержанием водорода, 7 1О

Пример ы 13-19. Эти примеры демонстрируют необходимость достаточного введения разбрызгиваемого газа во время стадии восстановления и/или окончательной стадии. Каждый из этих примеров проводят в резервуаре рафинирования, использованном при проведении примеров 1-5. В этих примерах в качестве разбрызгиваемого газа используют аргон. В табл.4 приведено увеличение или уменьшение концентрации водорода в расплаве от конца стадии обезуглероживания до того времени, когда расплав разливают иэ резервуара рафинирования, т,е. во время стадий восстановления и/или окончательных стадий. Все другие параметры очистки находятся в соответствии с требованиями процесса. Полученные результаты показывают, что концентрация водорода в расплаве увеличивается во время стадий восстановления и окончательных стадий.

Формула изобретения

Способ получения стали, включающий подачу расплава в предварительно нагретый рафинировочный сосуд с погружаемой и охлаждаемой газом фурмой, подачу в расплав легирующих и шлакообразующих добавок, обезуглероживание расплава подачей газообразной смеси, содержащей кислород и газ-разбавитель, а после обеэуглероживания осуществляют восстановительную и окончательную доводку расплава подачей через фурмы барботирующего газа, отличающийся тем, что, с целью снижения содержания водорода в стали, в расплав вводят трудноокисляемые легирующие элементы, подают шлакообраэующие добавки и разжижают их до осуществления обезуглероживания расплава для удаления по крайней мере 0,2 мас. . углерода, а в период восстановительной и/или окончательной доводки в расплав подают азот, аргон или гелий в количестве 2,83 м /т.

1384207

Угле=

О нцент ция Н сле узррм)

° 1л

Н.О.

1р2

0,44

1у7

0,72

Н.О.

1,3

115

0,19

1,49

1,5

0,8

1,3

0,38

0,70

1,4

1,1

Таблица 2

Приме

1,2

3,2

1,6

1,3

Та блица 3

1,5

2, 1

291

1,1

2,4 н.о.

4 4

5 4

6 5,5 род, удаленный при обезугле роживани мас.%

Таблица 1 еэугл ливан ррм), мас. 7.

1384207

Таблица 4

Пример нтрация Н е зугле рожидо выхода, с ° %

+190

+0,8

-0,2

-0,4

-0,3

-0,3

Составитель А.Минаев

Техред N.Дидык Корректор А.Обручар

Редактор А.Ворович

Заказ 1357/58 Тираж 545 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5.

Производственно полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4