СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА НИОБИЙСОДЕРЖАЩЕЙ СТАЛИ
METHOD OF PRODUCING NIOBIUM-CONTAINING STEEL

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к легированию стали ниобием.
Известен способ производства низколегированной стали с ниобием, включающий выплавку и раскисление стали, введение в расплав восстановителей и порошкообразного материала, содержащего оксид ниобия, отличающийся тем, что восстановители и материал, содержащий оксид ниобия, вводят одновременно в виде смеси оксида ниобия с гранулированным кальцием и материалом, выбранным из группы: алюминий, ферросилиций, силикокальций, при следующем соотношении компонентов в смеси, мас. оксид ниобия 54-66; кальций 9-25; материал, выбранный из группы: алюминий, ферросилиций, силикокальций - остальное, причем смесь вводят в расплав в количестве (22-29)N кг на 1 т стали, где N требуемое содержание ниобия в готовой стали, мас. [патент RU 2044063, МПК С21С 7/064, 1995].
Недостатками данного способа являются низкая степень усвоения ниобия и высокая трудоемкость производства ниобийсодержащей проволоки, что увеличивает себестоимость производства стали.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ выплавки ниобийсодержащей стали, включающий завалку шихты, содержащей углерод и марганец, расплавление, нагрев металла в сталеплавильном агрегате и его последующее окислительное рафинирование с продувкой кислородом сверху, вакуумирование, введение ниобийсодержащего ферросплава, отличающийся тем, что ниобийсодержащий ферросплав вводят в металл после вакуумирования в виде ниобийсодержащей порошковой проволоки, количество которого определяют из соотношения [патент RU 2243268, МПК С21С 7/00, С21С 7/10 2004].
Недостатком данного способа является относительно низкая степень усвоения ниобия, а также высокая трудоемкость производства ниобийсодержащей проволоки, что увеличивает себестоимость производства стали.
Технический результат изобретения - повышение степени усвоения ниобия в металле.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства ниобийсодержащей стали, включающем выплавку металла в сталеплавильном агрегате, выпуск металла в сталь-ковш, ввод феррониобия в процессе внепечной обработки металла, согласно изобретению после выпуска металла из сталеплавильного агрегата обеспечивают толщину слоя шлака в сталь-ковше не более 200 мм, ввод феррониобия в количестве 0,01-1,0 кг на тонну стали осуществляют во время обработки металла на установке печь-ковш в виде стальных емкостей, содержащих феррониобий в количестве 5-25 кг, фракционным составом не более 4 мм, при этом во время присадки феррониобия поддерживают содержание FeO в шлаке не более 2,0% и осуществляют продувку металла аргоном с расходом 150-2000 л/мин. Во время присадки феррониобия поддерживают температуру металла в диапазоне 1550-1650°С. Толщина стенок стальных емкостей содержащих феррониобий 0,1-1,0 мм.
Сущность предложенного способа заключается в следующем.
Толщина шлака более 200 мм не позволяет провести качественное раскисление шлака за требуемый промежуток времени обработки. Не восстановленные из шлака оксиды снижают степень усвоения ниобия в металле.
Ввод феррониобия в количестве 0,01-1,0 кг на тонну стали необходим для получения в стали требуемого содержания ниобия. Ввод большего, либо меньшего количества феррониобия приведет к содержанию ниобия в стали вне требуемого диапазона.
Количество феррониобия в одной стальной емкости менее 5 кг приводит к удорожанию производства феррониобия, что повышает себестоимость производства стали, а также увеличивает время присадки феррониобия в сталь-ковш, вследствие чего возрастает продолжительность внепечной обработки металла. Количество феррониобия в одной стальной емкости более 25 кг ведет к повышению трудозатрат на его отдачу в сталь-ковш, а также может снижать степень усвоения ниобия.
Фракция феррониобия свыше 4 мм увеличивает время растворения феррониобия в металле и снижает степень его усвоения.
Увеличение содержания FeO в шлаке более 2,0% снижает степень усвоения ниобия в металле.
Продувка металла аргоном с расходом менее 150 л/мин не приводит к требуемому перемешиванию металла и его усреднению по химсоставу и температуре. Это увеличивает скорость растворения ниобия в металле и повышает ликвацию ниобия по объему ковша.
Продувка металла аргоном с расходом более 2000 л/мин приводит к оголению металла, его вторичному окислению и снижению коэффициента усвоения ниобия, а также к существенным потерям тепла и необходимости дополнительного подогрева металла после ввода ниобия в расплав.
Температура металла во время ввода феррониобия должна исключить необходимость дальнейшего подогрева металла. Температура ниже 1550°С приведет к необходимости дополнительного нагрева металла и в зоне контакта дуги будет происходить интенсивное окисление ниобия. Температура металла выше 1650°С приведет к необходимости выдержки металла для его подстуживания, что увеличит время от отдачи феррониобия до начала разливки и снизит коэффициента усвоения ниобия из-за длительного контакта металла со шлаком.
Толщина стенок стальных емкостей менее 0,1 мм увеличивает вероятность их повреждения при транспортировке, а также снижает защитные свойства стенки при прохождении стальной емкости через слой шлака в момент присадки феррониобия. Толщина стенки стальной емкости более 1 мм ведет к удорожанию производства феррониобия, а также приводит к увеличению времени расплавления стальной емкости, из-за чего возрастает время растворения ниобия в металле.
Пример реализации способа.
Предложенный способ легирования стали ниобием был реализован в кислородно-конвертерном цехе.
В кислородном конвертере выплавлялся металл, после этого его выпускали в сталь-ковш, при этом обеспечивали толщину слоя шлака в сталь-ковше не более 200 мм, затем металл подавался на установку печь-ковш, где осуществлялся ввод феррониобия фракционным составом не более 4 мм, в стальных емкостях массой 5-25 кг. Общий расход феррониобия соответствовал диапазону 0,01-1,0 кг на тонну стали. Во время присадки феррониобия поддерживали содержание FeO в шлаке не более 2,0%, температуру металла 1550-1650°С и осуществляли продувку металла аргоном с расходом 150-2000 л/мин. Толщина стенок стальных емкостей составляла 0,5 мм.
Проведенные эксперименты показали, что степень усвоения ниобия составляет порядка 97%, в то время как степень усвоения ниобия по ранее использованной технологии (присадка феррониобия в виде кускового материала, непосредственно после выпуска металла из конвертера, с последующим подогревом металла на установке печь-ковш) составляет порядка 80%.
Таким образом, предложенный способ производства ниобийсодержащей стали позволяет повысить степень усвоения ниобия в металле и тем самым снизить себестоимость производства стали.