СПОСОБ ВЫПЛАВКИ НИЗКОФОСФОРИСТОЙ СТАЛИ В КОНВЕРТЕРЕ
METHOD OF CASTING LOW-PHOSPHORUS STEEL IN CONVERTER

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к выплавке стали в конвертере.
Наиболее близким по технической сущности является способ выплавки стали в конвертере, включающий подачу в конвертер жидкого чугуна и твердой металлошихты, продувку расплава кислородом сверху и нейтральным газом через донные продувочные устройства, подачу в конвертер охладителя, а в качестве шлакообразующих материалов извести, определение химического состава расплава (см. способ выплавки низкофосфористой стали в конвертере, известный из SU 1560561 A1, C21C 5/28,30.04.1990).
Недостатком известного способа является неконтролируемое снижение окисленности шлака в конце продувки, замедление темпа роста основности шлака в конце продувки плавки, получение нестабильного перегрева металла в момент первой повалки и некоторое восстановлениие фосфора.
Это объясняется несбалансированностью материально-теплового баланса плавок, так как наведение известково-железистого шлака оптимального химического состава в необходимом количестве для проведения глубокой дефосфорации в конвертере невозможно без использования специальных добавок, позволяющих интенсифицировать процессы растворения извести и формирования шлака.
Технический эффект при использовании изобретения заключается в повышении эффективности удаления фосфора и получении расплава после окончания продувки в конвертере с массовой долей фосфора в диапазоне 0,001-0,005% с целью получения марок сталей с заданной массовой долей фосфора 0,010% и менее.
Указанный технический эффект достигают тем, что способ выплавки низкофосфористой стали в конвертере включает подачу в конвертер жидкого чугуна и твердой металлошихты, продувку расплава кислородом сверху и нейтральным газом через донные продувочные устройства, подачу в конвертер охладителя, а в качестве шлакообразующих материалов извести, определение химического состава расплава, отличающийся тем, что в конвертер присаживают теплоноситель, расход которого устанавливают по зависимости
1
1
2
ч
p
3
ч
4
ч
ч
M=K·(K·[P]-[P])·(K·T-K·M·[Si]+A);
1
где M - расход теплоносителя, кг/ т расплава;
1
-1
K - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равный 20÷80 %;
2
K - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равный 10÷20; безразмерный;
ч
[Р] - массовая доля фосфора в жидком чугуне, равная 0,01÷0,15, %;
р
[Р] - заданная массовая доля фосфора в расплаве после продувки, равная 0,001÷0,005%;
3
-4
K - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равный (1,0÷2,0)·10, кг/т·°С;
ч
T - температура жидкого чугуна, °С;
4
K - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равный
-4
-1
(1,8÷3,0)·10, %;
ч
М - расход жидкого чугуна кг/ т расплава;
ч
[Si] - массовая доля кремния в жидком чугуне, %;
-3
А - эмпирическая величина, характеризующая физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равная (2,0÷3,5)·10, кг/т,
расход извести определяют по зависимости
2
5
ч
6
1
ч
М=K·[Si]+K·М/М+В;
2
где M - расход извести, кг/ т расплава;
5
K - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности растворения извести, равный 60÷70, кг/т·°%;
6
K - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности растворения извести, равный 100÷600, кг/т;
ч
[Si] - массовая доля кремния в жидком чугуне, %;
В - эмпирическая величина, характеризующая физико-химические закономерности растворения извести, равная 40-70, кг/т,
расход охладителя определяют по зависимости
3
7
1
ч
М=K·М·М;
7
-3
где K - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равный (1,0÷5,0)·10, т/кг,
р
прекращают продувку расплава кислородом сверху и нейтральным газом через донные продувочные устройства при достижении массовой доли углерода в расплаве не более 12·[Р].
В качестве теплоносителя используют ферросилиций с содержанием кремния 40-80 мас.% или смесь ферросилиция с содержанием кремния 40-80 мас.% и алюминийсодержащего материала с содержанием алюминия 40-100 мас.% при следующем соотношении в ней компонентов, мас.%:
ферросилиций
50-90,
алюминийсодержащий материал
3-50.
В качестве охладителей используют железорудные окатыши или железную руду.
Повышение эффективности удаления фосфора и получение расплава после окончания продувки в конвертере с массовой долей фосфора в диапазоне 0,001÷0,005% и получение массовой доли фосфора в готовой стали 0,010% и менее будет происходить вследствие установления расхода теплоносителя, извести и охладителей с учетом массовой доли фосфора в чугуне и заданной массовой доли фосфора в расплаве.
ч
Диапазон значений массовой доли фосфора в жидком чугуне [Р] в пределах 0,01÷0,15% объясняется физико-химическими закономерностями дефосфорации. При меньших значениях расход шлакообразующих материалов будет сверх допустимых значений. При больших значениях дефосфорация расплава в конвертере при использовании одношлакового режима будет недостаточна для получения массовой доли фосфора в расплаве после окончания продувки в диапазоне 0,001÷0,005%.
р
Диапазон значений массовой доли фосфора в расплаве после продувки [Р] в пределах 0,001÷0,005% объясняется требованиями по содержанию фосфора в готовой стали и физико-химическими закономерностями рефосфорации металла при раскислении и легировании в процессе внепечной обработки. При меньших значениях расход шлакообразующих материалов будет сверх допустимых значений. При больших значениях получение массовой доли фосфора в готовой стали 0,010% и менее будет затруднено.
1
-1
Диапазон значений эмпирического коэффициента K изменяется в пределах 20÷80% и объясняется физико-химическими закономерностями дефосфорации расплава. При меньших значениях дефосфорация расплава будет недостаточной. При больших значениях расход теплоносителя и шлакообразующих материалов будет сверх допустимых значений. Указанный диапазон устанавливают в пропорциональной зависимости от массовой доли фосфора в чугуне и физического и химического теплосодержания чугуна.
2
Диапазон значений эмпирического коэффициента K изменяется в пределах 10÷20 и объясняется физико-химическими закономерностями дефосфорации расплава. При меньших значениях дефосфорация расплава будет недостаточной. При больших значениях расход теплоносителя будет сверх допустимых значений. Указанный диапазон устанавливают в пропорциональной зависимости от массовой доли фосфора в чугуне и заданной массовой доли фосфора в расплаве после продувки.
3
-4
Диапазон значений эмпирического коэффициента K изменяется в пределах (1,0÷2,0)·10 кг/т·°С и объясняется физико-химическими закономерностями дефосфорации расплава. При меньших значениях дефосфорация расплава будет недостаточной. При больших значениях расход теплоносителя будет сверх допустимых значений. Указанный диапазон устанавливают в пропорциональной зависимости от массовой доли фосфора в чугуне и физического и химического теплосодержания чугуна.
4
-4
-1
Диапазон значений эмпирического коэффициента K изменяется в пределах (1,8÷3,0)·10% и объясняется физико-химическими закономерностями дефосфорации расплава. При меньших значениях дефосфорация расплава будет недостаточной. При больших значениях расход теплоносителя будет сверх допустимых значений. Указанный диапазон устанавливают в пропорциональной зависимости от массовой доли фосфора в чугуне и физического и химического теплосодержания чугуна.
-3
Диапазон значений эмпирической величины А в пределах (2,0÷3,5)·10 кг/т и объясняется физико-химическими закономерностями дефосфорации расплава. При меньших значениях расход теплоносителя будет сверх допустимых значений. При больших значениях дефосфорация расплава будет недостаточной. Указанный диапазон устанавливают в пропорциональной зависимости от массовой доли фосфора в чугуне и физического и химического теплосодержания чугуна.
5
Диапазон значений эмпирического коэффициента K изменяется в пределах 60÷70 кг/т·% и объясняется физико-химическими закономерностями растворения извести. При меньших значениях расход шлакообразующих материалов будет недостаточным. При больших значениях расход шлакообразующих материалов будет сверх допустимых значений. Указанный диапазон устанавливают в пропорциональной зависимости от массовой доли кремния в чугуне и расхода теплоносителя.
6
Диапазон значений эмпирического коэффициента K изменяется в пределах 100÷600 кг/т и объясняется физико-химическими закономерностями растворения извести. При меньших значениях расход шлакообразующих материалов будет недостаточным. При больших значениях расход шлакообразующих материалов будет сверх допустимых значений. Указанный диапазон устанавливают в прямой зависимости от расхода теплоносителя.
Диапазон значений эмпирической величины В в пределах 40÷70 кг/т и объясняется физико-химическими закономерностями дефосфорации расплава. При меньших значениях расход шлакообразующих материалов будет недостаточным. При больших значениях расход шлакообразующих материалов будет сверх допустимых значений. Указанный диапазон устанавливают в пропорциональной зависимости от массовой доли кремния в чугуне и расхода теплоносителя.
7
Диапазон значений эмпирического коэффициента K изменяется в пределах 0,04÷0,12 и объясняется физико-химическими закономерностями дефосфорации расплава. При меньших значениях расход теплоносителя будет сверх допустимых значений. При больших значениях дефосфорация расплава будет недостаточной. Указанный диапазон устанавливают в прямой зависимости от расхода извести.
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 "новизна".
Ниже дан вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения.
Способ выплавки низкофосфористой стали в конвертере осуществляют следующим образом.
Пример. В конвертер после подачи твердой металлошихты присаживают теплоноситель, расход которого определяют по зависимости
1
1
2
ч
p
3
ч
4
ч
ч
M=K·(K·[P]-[P])·(K·T-K·M·[Si]+A),
1
где M - расход теплоносителя, кг/ т расплава;
1
-1
K - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равный 20÷80 %;
2
K - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равный 10÷20, безразмерный;
ч
[Р] - массовая доля фосфора в жидком чугуне, равная 0,01÷0,15%;
р
[Р] - заданная массовая доля фосфора в расплаве после продувки, равная 0,001÷0,005%;
3
-4
K - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равный (1,0÷2,0)·10 кг/т·°С;
ч
Т - температура жидкого чугуна, °С;
4
-4
-1
K -эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равный (1,8÷3,0)·10 %;
ч
M - расход жидкого чугуна кг/ т расплава;
ч
[Si] - массовая доля кремния в жидком чугуне, %;
-3
А - эмпирическая величина, характеризующая физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равная (2,0÷3,5)·10, кг/т,
затем в конвертер заливают жидкий чугун и начинают продувку расплава кислородом сверху и нейтральным газом через донные продувочные устройства и в процессе продувки присаживают известь и охладитель и при этом расход извести определяют по зависимости
2
5
ч
6
1
ч
М=K·[Si]+K·M/M+В,
2
где М - расход извести, кг/ т расплава;
5
K - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности растворения извести, равный 60÷70 кг/т·%;
6
K - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности растворения извести, равный 100÷600 кг/т;
ч
[Si] - массовая доля кремния в жидком чугуне, %;
В - эмпирическая величина, характеризующая физико-химические закономерности растворения извести, равная 40÷70, кг/т,
а расход охладителя определяют по зависимости
3
7
1
ч
М=K·М·М,
7
-3
где K - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности дефосфорации расплава, равный (1,0÷5,0)·10 т/кг,
р
прекращают продувку расплава кислородом сверху и нейтральным газом через донные продувочные устройства при достижении значений массовой доли углерода не более 12·[Р] на основе использования показаний газоанализатора о содержания окиси углерода и двуокиси углерода в отходящих дымовых газах.
При этом в процессе продувки расплава кислородом сверху и нейтральным газом через донные продувочные устройства создаются благоприятные условия для окисления фосфора и наведения необходимого количества рафинировочного шлака с заданными физико-химическими свойствами для ассимиляции окислов фосфора, что приводит к повышению эффективности дефосфорации расплава и к получению в расплаве после окончания продувки в конвертере массовой доли фосфора в диапазоне 0,001÷0,005% с целью получения марок сталей с заданной массовой долей фосфора 0,010% и менее.
В таблице приведены примеры осуществления способа выплавки низкофосфористой стали в конвертере с различными технологическими параметрами.
В 1-м и 5-м примерах не обеспечивается необходимая массовая доля фосфора в расплаве после продувки вследствие несоблюдения необходимых технологических параметров.
В оптимальных примерах 2-4 вследствие соблюдения необходимых технологических параметров достигается необходимая массовая доля фосфора в расплаве после продувки и в готовой стали.