Способ наведения синтетического рафинирующего шлака при обработке жидкой стальной заготовки на установке "печь-ковш" и шихта для наведения синтетического рафинирующего шлака

Изобретение относится к области металлургии, точнее - к обработке стали на установке "печь-ковш”. Технический результат - снижение себестоимости стали за счет снижения расхода дорогой извести и уменьшения продолжительности наведения синтетического рафинирующего шлака при обработке жидкой стальной заготовки в разливочном ковше на установке "печь-ковш", повышение качества стали и увеличение стойкости футеровки ковша. При обработке жидкой стальной заготовки в разливочном ковше на установке "печь-ковш" для наведения синтетического рафинирующего шлака используют шихту, содержащую известь, шлак от производства вторичного алюминия и стабилизированный отвальный шлак от производства феррованадия. Предварительно раскисляют в разливочном ковше жидкую стальную заготовку и часть окисленного печного шлака. В раскисленный металлошлаковый расплав вводят стабилизированный отвальный шлак от производства феррованадия в количестве (М), удовлетворяющем соотношению: М = к·m, где m - масса окисленного печного шлака, находящегося в разливочном ковше с жидкой стальной заготовкой, кг, к=1,75-0,72 - эмпирический коэффициент. Затем вводят известь. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, точнее - к обработке стали на установке "печь-ковш".

Известен способ наведения синтетического рафинирующего шлака при обработке жидкой стальной заготовки в ковше для рафинирования жидкой стали от вредных примесей (Воинов С.Г. и др. "Рафинирование стали синтетическими шлаками", Металлургия, Москва, 1970 г., с.176 и 9), заключающийся в сплавлении в специальных печах твердых шихтующих синтетического рафинирующего шлака и смешение в ковше полученного шлака с жидкой сталью в процессе ее выпуска. В качестве шихтующих используют известь и глиноземсодержащие материалы (электрокорунд, отходы абразивного производства и др.).

Недостатком такого способа является необходимость использования специальной печи для сплавления твердых шихтующих синтетического рафинирующего шлака, необходимость использования специальной емкости (ковша) для транспортировки полученного шлака к агрегату, выплавляющему жидкую сталь, а также обеспечение синхронности готовности синтетического рафинирующего шлака и жидкой стали. Кроме того, необходима специальная подготовка жидкой стали, заключающаяся не только в раскислении, но и легировании, а также отделении печного шлака.

Для получения стабильного по химическому составу ишака шихта должна содержать дорогостоящие высококачественную известь и высокоглиноземосодержащий материал.

Наиболее близкими к заявляемым способу наведения синтетического рафинирующего шлака при обработке жидкой стальной заготовки в ковше на установке "печь-ковш" и шихте и принятыми в качестве прототипа является способ и шихта (Технологическая инструкция "Внепечная обработка на установке АКОС в цехе 21", РГ 25200. 84535, ЗАО "Камасталь", 1999 г.).

Способ включает выпуск из печи в разливочный ковш жидкой стальной заготовки и части окисленного печного шлака, их раскисление и введение в раскисленный металлошлаковый расплав шихты, содержащей известь и шлак от производства вторичного алюминия.

Такой способ, использующий шихту, содержащую известь и шлак от производства вторичного алюминия, вводимую в ковш с металлошлаковым расплавом, более прост в осуществлении, так как не требует сплавления твердых шихтующих синтетического рафинирующего шлака в специальной печи.

Однако при таком способе наведения синтетического рафинирующего шлака с использованием такой шихты из-за высоких температур плавления извести и глиноземсодержащих в виде шлака от производства вторичного алюминия требуется значительное время для получения гомогенного состава шлака, что приводит к увеличению продолжительности обработки жидкой стальной заготовки в ковше на установке "печь-ковш", повышенному износу футеровки ковша, обогащению рафинирующего шлака нежелательными окислами и снижению рафинирующих свойств последнего. Вышесказанное приводит к повышению себестоимости и снижению качества стали, получаемой в результате обработки.

Например, при обработке низколегированных сталей типа 09Г2С, 15Г1С, 20Х продолжительность обработки составила 62...70 минут, расход электроэнергии 60...68 кВт·ч/т, десульфурация 50...55%, загрязненность неметаллическими включениями стали сульфидами 1,2...1,5 балла, оксидами 1...1,5 балла, средняя стойкость ковша с промежуточным ремонтом шлакового пояса - 49...52 плавки.

Задачей изобретения является снижение себестоимости стали за счет снижения расхода дорогой извести и уменьшения продолжительности наведения синтетического рафинирующего шлака при обработке жидкой стальной заготовки в ковше на установке "печь-ковш", а также повышение качества стали за счет повышения рафинирующих свойств получаемого шлака и увеличения стойкости футеровки ковша.

Единым техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемой группы изобретений, является обеспечение быстрого растворения отвального шлака от производства феррованадия в окисленном печном шлаке и получение при этом жидкоподвижного шлака, ускоряющего ассимиляцию извести и шлака от производства вторичного алюминия в синтетическом рафинирующем шлаке.

Для решения поставленной задачи усовершенствуется способ наведения синтетического рафинирующего шлака при обработке жидкой стальной заготовки на установке "печь-ковш", включающий выпуск из печи в разливочный ковш жидкой стальной заготовки и части окисленного печного шлака, их раскисление и введение в раскисленный металлошлаковый расплав шихты, содержащей известь и шлак от производства вторичного алюминия.

Это усовершенствование заключается в том, что перед введением извести и шлака от производства вторичного алюминия в металлошлаковый расплав дополнительно вводят стабилизированный отвальный шлак от производства феррованадия в количестве, удовлетворяющем соотношению:

М=к×m,

где М - масса отвального шлака от производства феррованадия, кг;

m - масса окисленного печного шлака, находящегося в ковше с жидкой стальной заготовкой, кг;

к=1,75-0,72 - эмпирический коэффициент.

Введение стабилизированного отвального шлака от производства феррованадия перед введением извести и шлака от производства вторичного алюминия в металлошлаковый расплав обеспечивает возможность быстрого растворения отвального шлака от производства феррованадия в окисленом печном шлаке и получению при этом жидкоподвижного шлака. Последующее введение в полученный жидкоподвижный шлак извести и шлака от производства вторичного алюминия способствует быстрому формированию синтетического рафинирующего шлака.

Введение стабилизированного отвального шлака от производства феррованадия в вышеуказанном количестве обеспечивает возможность получения жидкоподвижного шлака в количестве, необходимом и достаточном для ассимиляции извести и шлака от производства вторичного алюминия при формировании синтетического рафинирующего шлака.

Кроме того, при меньшей массе окисленного печного шлака, находящегося в ковше с жидкой стальной заготовкой, вводят большее количество стабилизированного отвального шлака от производства феррованадия.

Введение стабилизированного отвального шлака от производства феррованадия в вышеуказанной зависимости от массы окисленного печного шлака обеспечивает достижение необходимой основности получаемого синтетического рафинирующего шлака при меньшем расходе дорогостоящей извести.

Для решения поставленной задачи усовершенствуется шихта для наведения синтетического рафинирующего шлака при обработке жидкой стальной заготовки на установке "печь-ковш", выпущенной из печи с частью окисленного шлака, содержащая известь и шлак от производства вторичного алюминия.

Это усовершенствование заключается в том, что шихта дополнительно содержит стабилизированный отвальный шлак от производства феррованадия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

известь - 25-53;

шлак от производства вторичного алюминия -16-22;

стабилизированный отвальный шлак от производства феррованадия - 24-58,3,

при этом количество стабилизированного отвального шлака от производства феррованадия, удовлетворяет соотношению:

М=к×m,

где М - масса отвального шлака от производства феррованадия, кг;

m - масса окисленного шлака, находящегося в ковше с жидкой стальной заготовкой, кг;

к=1,75-0,72 - эмпирический коэффициент.

Дополнительное введение в шихту стабилизированного отвального шлака от производства феррованадия в вышеуказанном количестве обеспечивает возможность быстрого, растворения отвального шлака от производства феррованадия в окисленном печном шлаке и получение при этом жидкоподвижного шлака для ассимиляции извести и шлака от производства вторичного алюминия и быстрого формирования синтетического рафинирующего шлака.

При содержании извести в шихте менее 25% снижаются рафинировочные способности синтетического рафинирующего шлака.

Увеличение содержания извести в шихте более 53% нецелесообразно, так как приведет к нерациональному расходу дорогостоящей извести.

При содержании шлака от производства вторичного алюминия в шихте меньше 16% снижается жидкоподвижность синтетического рафинирующего шлака и увеличивается расход раскислителей (алюминия, ферросилиция).

При содержании шлака от производства вторичного алюминия в шихте больше 22% снижается основность синтетического рафинирующего шлака, что приводит к снижению его рафинирующей способности.

При содержании в шихте стабилизированного отвального шлака от производства феррованадия менее 24% требуется большой расход дорогостоящей извести.

При содержании в шихте стабилизированного отвального шлака от производства феррованадия более 58,3% снижается основность синтетического рафинирующего шлака, что приводит к снижению его рафинирующей способности.

Кроме того, при меньшей массе окисленного печного шлака, находящегося в ковше с жидкой стальной заготовкой, шихта содержит большее количество стабилизированного отвального шлака от производства феррованадия.

Введение стабилизированного отвального шлака от производства феррованадия в вышеуказанной зависимости от массы окисленного печного шлака обеспечивает достижение необходимой основности получаемого синтетического рафинирующего шлака при меньшем расходе дорогостоящей извести.

Группа изобретений осуществляется следующим образом.

При наведении синтетического рафинирующего шлака при обработке жидкой стальной заготовки на установке "печь-ковш" из печи в разливочный ковш выпускают жидкую стальную заготовку и часть окисленного печного шлака, проводят предварительное их раскисление. При этом раскислению в основном подвергается жидкая заготовка, так как раскислители вводятся в заготовку в начале выпуска плавки до попадания в ковш окисленного печного шлака. Состав окисленного печного шлака при этом практически не изменяется. В полученный металлошлаковый расплав вводят шихту, содержащую известь, шлак от производства вторичного алюминия и стабилизированный отвальный шлак от производства феррованадия в количестве, удовлетворяющем соотношению:

М=к×m, (см. экспликацию выше).

Компоненты шихты вводят в следующей последовательности.

Вводят стабилизированный отвальный шлак от производства феррованадия 24-58,3%, который быстро растворяется в окисленном печном шлаке с получением жидкоподвижного шлака. При этом при меньшей массе окисленного печного шлака, находящегося в ковше с жидкой стальной заготовкой, вводят большее количество стабилизированного отвального шлака от производства феррованадия, что обеспечивает достижение необходимой основности получаемого синтетического рафинирующего шлака при меньшем расходе дорогостоящей извести. После этого в полученный жидкоподвижный шлак вводят известь 25-53% и шлак от производства вторичного алюминия в количестве 16-22%, необходимом для получения заданной основности, которые быстро ассимилируются в жидкоподвижном шлаке с формированием синтетического рафинирующего шлака.

Пример конкретного выполнения предлагаемого способа и использования предлагаемого состава шихты.

Жидкую заготовку выплавляли в сверхмощной дуговой электропечи емкостью 60 тонн моношлаковым процессом с удалением большей части окисленного шлака перед выпуском плавки через рабочее окно. Выпуск заготовки производили через эксцентричное отверстие в ванне печи с принятием мер для минимального попадания шлака в ковш. В процессе выпуска плавки в ковш вводили раскислители - кусковой алюминий с расходом 0,25 кг/т и ферросилиций марки ФС45 с расходом 5 кг/т. Затем ковш с металлом транспортировали на установку "печь-ковш" (УПК), определяли массу окисленного печного шлака в ковше и производили обработку заготовки до необходимых. Параметров марки стали (в предлагаемом примере сталь 09Г2С). Химический состав жидкой заготовки перед обработкой на УПК: С-0,05%; Мn-0,06%; Si-0,10%; Р-0,010%; S-0,035%. Масса заготовки в ковше 58 тонн; Химический состав окисленного печного шлака: СаО 44%; SiО₂ 18%; Аl₂О₃ 2%; MnO 6%; FeO 30%. Масса печного шлака в ковше 400 кг. Температура плавления печного шлака 1300...1350°С. Восстановление оксидов железа и марганца производили дробленым ферросилицием марки ФС45, после их восстановления печной шлак имел следующий состав основных компонентов: СаО 51,8%; SiО₂ 38,3%; MgO 5%; Al₂O₃ 3%; FeO+MnO=1,7%, основность 1,35 с температурой плавления 1300...1350°С. После восстановления марганца и железа из окисленного печного шлака вводили в металлошлаковый расплав отвальный стабилизированный кусковой шлак от производства феррованадия в количестве 700 кг, что соответствует отношению М=1,75 m. Отвальный шлак от производства феррованадия имел следующий химический состав: СаО 55...60%; MgO<7%; SiО₂ 23...28%; Аl₂О₃ 9...11%; V₂O₅ 0,5%; В₂O₅<0,4%. Температура плавления 1550...1570°С.

Введенный в окисленный печной шлак отвальный шлак от производства феррованадия способствовал быстрому растворению последнего и получению жидкоподвижного шлака. При последующем введении в полученный жидкоподвижный шлак извести (СаО 80%) совместно со шлаком от производства вторичного алюминия в количестве 301 кг и 190 кг соответственно формировали синтетический высокорафинирующий шлак. При этом получили синтетический шлак массой ~1600 кр, определенной, как оптимальная, большой практикой обработки металла на УПК для плавки стали массой 58...62 тонн.

Одновременно с наведением синтетического рафинирующего шлака производили окончательное раскисление и легирование стального расплава силикомарганцем, после наведения и достижения заданного химического состава и температуры модифицировали силикокальцием, ферротитаном и разливали на машине непрерывного литья заготовок.

Продолжительность обработки плавки на УПК составила 55 минут, расход электроэнергии 53 кВт(·)ч/т. Химический состав стали: С-0,11%; Мn-1,45%; Si-0,56%; Р-0,011%; S-0,012%; Al-0,012%; Са-0,003%; Ti-0,025%, степень десульфурации 67%, температура металла после обработки на УПК 1575°С.

Ниже в таблице приведены показатели проведенных плавок по заявляемому способу с применением предлагаемой шихты (вариант 1, 2, 3, 4, 5), вариант 6 - прототип. Варианты 1, 2, 3 с введением большего количества стабилизированного отвального шлака от производства феррованадия при меньшей массе окисленного печного шлака, находящегося в металлошлаковом расплаве.

Как видно из таблицы, в варианте 1 наименьший расход дорогостоящих извести и шлака от производства вторичного алюминия и наибольший расход дешевого отвального шлака от производства феррованадия, при этом продолжительность обработки плавки на УПК наименьшая, наименьший расход электроэнергии, наибольшая стойкость футеровки разливочных ковшей.

При меньшем расходе отвального шлака от производства феррованадия (вариант 3) необходим больший расход извести и шлака от производства вторичного алюминия при практически одинаковых показателях продолжительности обработки, расхода электроэнергии и стойкости футеровки разливочных ковшей. Варианты 4 и 5 имеют худшие показатели по сравнению с вариантами 1, 2 и 3 из-за повышенной продолжительности обработки стали на УПК, снижающей стойкость футеровки ковша, повышенного расхода извести, повышенного расхода электроэнергии, а вариант 5 характеризуется также повышенным расходом шлака от производства вторичного алюминия.

Вариант 6 имеет худшие показатели по сравнению с вариантами 1, 2, 3, 4 и 5 по расходу извести и шлака от производства вторичного алюминия, продолжительности обработки, расходу электроэнергии и стойкости футеровки разливочных ковшей.

Таким образом, применение предлагаемого способа и использование предлагаемой шихты позволяет уменьшить продолжительность наведения синтетического рафинирующего шлака при обработке жидкой стальной заготовки на установке "печь-ковш", уменьшить износ футеровки ковша и повысить качество стали за счет повышения рафинирующих свойств получаемого шлака, уменьшить расход дорогостоящих извести и шлака от производства вторичного алюминия.

Кроме того, использование стабилизированного отвального шлака от производства феррованадия позволяет улучшить экологию на предприятиях, производящих феррованадий силикотермическим способом, исключить необходимость его захоронения.

1. Способ наведения синтетического рафинирующего шлака при обработке жидкой стальной заготовки в разливочном ковше на установке "печь-ковш", включающий выпуск из печи в разливочный ковш жидкой стальной заготовки и части окисленного печного шлака, их раскисление и введение в раскисленный металлошлаковый расплав шихты, содержащей известь и шлак от производства вторичного алюминия, отличающийся тем, что перед введением извести и шлака от производства вторичного алюминия в металлошлаковый расплав дополнительно вводят стабилизированный отвальный шлак от производства феррованадия в количестве, удовлетворяющем соотношению:

М = к·m,

где М - масса стабилизированного отвального шлака от производства феррованадия, кг;

m - масса окисленного печного шлака, находящегося в разливочном ковше с жидкой стальной заготовкой, кг;

к - эмпирический коэффициент, равный 1,75-0,72.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при меньшей массе окисленного печного шлака, находящегося в ковше с жидкой стальной заготовкой, вводят большее количество стабилизированного отвального шлака от производства феррованадия.

3. Шихта для наведения синтетического рафинирующего шлака при обработке жидкой стальной заготовки на установке "печь-ковш", выпущенной в разливочный ковш из печи с частью окисленного печного шлака, содержащая известь и шлак от производства вторичного алюминия, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит стабилизированный отвальный шлак от производства феррованадия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Известь 25 – 53

Шлак от производства вторичного

алюминия 16 – 22

Стабилизированный отвальный шлак

от производства феррованадия 24,0 – 58,3

при этом количество стабилизированного отвального шлака от производства феррованадия удовлетворяет соотношению:

М = к·m,

где М - масса стабилизированного отвального шлака от производства феррованадия, кг;

m - масса окисленного печного шлака, находящегося в ковше с жидкой стальной заготовкой, кг;

к - эмпирический коэффициент, равный 1,75-0,72.

4. Шихта по п.3, отличающаяся тем, что при меньшей массе окисленного печного шлака, находящегося в разливочном ковше с жидкой стальной заготовкой, она содержит большее количество стабилизированного отвального шлака от производства феррованадия.