СПОСОБ И ПЛАВИЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТАЛИ С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ МАРГАНЦА И НИЗКИМ СОДЕРЖАНИЕМ УГЛЕРОДА
METHOD AND MELTING MILL FOR RECEIVING OF STEEL WITH HIGH CONTENT OF MANGANESE AND LOW CONTENT OF CARBON

Изобретение относится к способу и плавильной установке для получения стали с высоким содержанием марганца и низким содержанием углерода из жидкого чугуна или жидкой стали и с применением шлакообразующих.
Получение стали с высоким содержанием марганца в металлургическом производстве базируется сегодня на электросталеплавильном процессе с переработкой лома (доклад на металлургическом форуме в Леобене, 2003 год, Авторы Gigacher, Doppler, Bernard Krieger, опубликовано в BHM, Bd. 148, Nr. 11, 2003, стр. 460-465, XP009063529). В процессе производства в расплав присаживают источники марганца в виде ферросплавов. При этом возникает проблема, которая заключается в том, что ферромарганец (FeMn) с низким содержанием углерода примерно в 300 раз дороже аналогичного ферросплава с высоким содержанием углерода. Ферромарганец с низким содержанием углерода, тем не менее, наилучшим образом подходит для применения при производстве.
Получение стали с высоким содержанием марганца в металлургическом агрегате, отличном от электропечи, ограничено тем фактом, что при продувке расплавка кислородом большие количества марганца ошлаковываются, так как при обезуглероживании стали кислород имеет более высокое сродство к марганцу. До сих про выбор пути производства с участием конвертера связан с высоким ошлакованием марганца и соответственно низким содержанием марганца в стали на уровне 16-17%.
Получение стали с высоким содержанием марганца и низким содержанием углерода в электропечи связано со множеством проблем: в области дуги при температуре, достигающей 3000°С, имеет место интенсивное испарение марганца. Требуется применение дорогого лома, содержащего минимальные количества загрязняющих примесей. Кроме того, следует применять дорогие ферросплавы с низким содержанием углерода.
В основе изобретения лежит задача уменьшения недостатков, связанных с производственной линией, включающей отличные от электропечи металлургические агрегаты, при этом с использованием чугуна и жидкого расплава Fe-Mn обеспечивается получение высокомарганцевой стали с низким содержанием углерода.
Поставленная задача решается согласно изобретению за счет того, процесс осуществляют путем подачи жидкого ферромарганца с содержанием углерода примерно 6% и жидкой стали с содержанием углерода примерно 0,1% в конвертер для рафинирования ферромарганца вместе с необходимым количеством шлакообразующих, при этом посредством комбинированной продувки кислородом через верхние и нижние фурмы содержание углерода в расплаве снижается примерно до 0,7-0,8%, причем некоторое количество холодного продукта предыдущей плавки используется в качестве охладителя, и при этом путем непрерывной продувки кислородом через нижние фурмы содержание углерода снижается примерно до 0,05-0,1%. За счет охладителей и протекания процесса рафинирования расплава от углерода при относительно низких температурах и под поверхностью зеркала расплава снижается испарение марганца. Применение углеродистого ферромарганца в качестве источника марганца обеспечивает эффективный процесс производства стали с высоким содержанием марганца. Содержание марганца в стали может быть увеличено до 25-30%. Применение чугуна облегчает выполнение строгих требований в отношении содержания меди и других загрязняющих элементов. Получение стали с высоким содержанием марганца и другими присадками возможно в рамках интегрированного сталеплавильного производства. Не осуществляется введение в сталь вместе с металлическим ломом примесей, таких как медь, цинк, олово, молибден, вольфрам и другие.
Предпочтительно, если обеспечивается снижение парциального давления путем вдувания кислорода через верхние фурмы и смеси кислород - инертный газ через нижние фурмы.
о
Для обеспечения предпочтительно невысокой температуры предусмотрено, что все этапы процесса осуществляются в температурном интервале от 1630 до 1650С.
Другое усовершенствование предусматривает, что для получения необходимого состава стали на печи-ковше в расплав вводят силикомарганец и/или ферроалюминий.
Могут также производиться TWIP (Twinning induced plasticity) или TRIP (Transformation induced plasticity) стали.
Практический пример реализации предусматривает, что в конвертер для рафинирование ферромарганца подают высокоуглеродистый ферромарганец с 75% марганца, 6% углерода и в количестве 360 кг (на тонну получаемой стали) и 530 кг жидкой стали с 0,1% углерода, а также необходимое количество шлакообразующих, при этом в расплав присаживают 23,3 кг углерода, что соответствует содержанию углерода в шихте на уровне 2,6%, при этом в процессе комбинированной продувки кислородом по меньшей мере через одну верхнюю и несколько нижних фурм содержание углерода снижается примерно до 0,9, и затем непрерывно на расплав подают приблизительно 150 кг холодного продукта предыдущей плавки в качестве охладителя и за счет непрерывной продувки кислородом через нижние фурмы содержание углерода снижается приблизительно до 0,05-0,1%.
Плавильная установка, применяемая для реализации предлагаемого процесса получения стали с высоким содержанием марганца и низким содержанием углерода, выполнена так, что по потоку перед конвертером для рафинирования ферромарганца расположены с одной стороны плавильная емкость SAF или шахтная печь и с другой стороны кислородный конвертер для получения углеродистой стали или электропечь, при этом в конце линии предусмотрена агрегат печь-ковш.
На чертежах показаны примеры реализации изобретения, которые подробно описаны далее. Показано:
Фиг.1 - диаграмма плавильного процесса (верхняя часть) и протекание процесса обезуглероживания во времени (нижняя часть),
Фиг.2 - блочное изображение осуществления процесса и указание присадок в плавильную установку.
На фиг.1 показано осуществление способа получения стали 1 с высоким содержанием марганца и низким содержанием углерода на базе жидкого чугуна 2 и жидкой стали 3, а также шлакообразующих 4 (см. фиг.2 с образованием шлака). Способ осуществляется путем подачи жидкого ферромарганца 5 с приблизительно 6% углерода и жидкой стали или углеродистой стали 3а с приблизительно 0,1% углерода в конвертер 6а для рафинирования ферромарганца совместно с необходимым количеством шлакообразующих 4. Затем путем комбинированной продувки кислородом 7 по меньшей мере через одну верхнюю фурму 8 и нижнюю фурму 9 содержание углерода снижается до 0,7-0,8% углерода. Одновременно некоторое количество холодного продукта с предыдущей плавки присаживается в качестве охладителя 10. На данной стадии осуществляется снижение содержание углерода до 0,05-0,1% за счет непрерывной продувки кислородом 7 через нижние фурмы 9.
За счет непрерывной продувки кислородом 7 или смесью 11 кислорода и инертного газа через нижние фурмы 9 и через верхнюю фурму 8 может снижаться парциальное давление кислорода. Все этапы способа осуществляются при низкой температуре от 1630 до 1650°С.
Для установления конечного состава на печи-ковше 12 предусмотрена присадка в расплав 13 силикомарганца и/или ферроалюминия.
Плавильная установка для получения стали 1 с высоким содержанием марганца и низким содержанием углерода функционирует согласно фиг.2 с подачей 14 чугуна или углеродистой стали, а также шлакообразующих 4 и сопутствующих элементов 15. Для этого предусмотрена восстановительная печь 16 (с погружными электродами) или шахтная печь 17 для получения чугуна 2, или кислородный конвертер 6 для получения углеродистой стали 3а, или электропечь 18, которые расположены перед конвертером 6а для рафинировании ферромарганца. После конвертера 6а для рафинирования ферромарганца предусмотрена печь-ковш 12.
Практический пример реализации способа согласно изобретению заключается в том, что на первом этапе в конвертер 6а для рафинирования ферромарганца загружают жидкий углеродистый ферромарганце с 75% марганца, 6% углерода и в количестве примерно 380 кг (на тонну стали), а также 530 кг жидкой стали с содержанием углерода 0,1% и необходимое количество шлакообразующих 4, при этом в расплав 13 подают 23,3 кг углерода, что соответствует содержанию углерода в шихте 2,6%. На втором этапе осуществляют комбинированную продувку кислородом через по меньшей мере одну верхнюю фурму 8 и множество нижних фурм 0 до снижения содержания углерода до 0,7%. На третьем этапе примерно 150 кг (на тонну стали) холодного продукта с предыдущей плавки непрерывно подают в качестве охладителя 10. На четвертом этапе осуществляют продувку через нижние фурмы 9 смесью 11 кислорода и инертного газа (инертный газ служит для защиты фурм и обеспечивает перемешивание) до снижения содержания углерода до примерно 0,1%.
Получение конечного состава (TWIP или TRIP сталей) осуществляют путем присадки легких элементов (алюминия, кремния и т.д.), так что в интегрированном сталеплавильном производстве обеспечивается получение стали 1 с высоким содержанием марганца и низким содержанием углерода и с добавками алюминия и кремния и т.д.
Список обозначений
1
сталь с высоким содержанием марганца и низким содержанием углерода
2
жидкий чугун
3
жидкая сталь
3а
жидкая углеродистая сталь
4
шлакообразующие
5
жидкий ферромарганец
6
кислородный конвертер
6а
конвертер для рафинировании ферромарганца
7
кислород
8
верхняя фурма
9
нижняя фурма
10
охладитель
11
смесь кислорода и инертного газа
12
печь-ковш
13
расплав
14
подача чугуна или углеродистой стали
15
сопутствующие элементы
16
восстановительная печь (SAF)
17
шахтная печь
18
электропечь