СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В КОНВЕРТЕРЕ
PROCEDURE FOR MELTING STEEL IN CONVERTER

Изобретение относится к металлургии, в частности к выплавке стали в конвертере с комбинированной продувкой.
Для обеспечения требуемых механических свойств к современным сталям предъявляются требования по минимальному содержанию в них азота (менее 0,005%). Количество азота в стали и содержание его в прокате зависит от его содержания в шихте, динамики процессов удаления и насыщения при нагреве плавки. Увеличению концентрации растворенных газов в стали способствует высокая температура реакционной зоны и лимитирующая процесс дегазации стадия перемещения газов на поверхность жидкой фазы.
Существующие технологии выплавки стали в конвертере по управлению содержанием азота по ходу плавки имеют следующие недостатки: недостаточный эффект перемешивания металла с образованием «застойных зон» в глубине ванны стали, что оказывает негативное влияние на проведение плавки; повышенная активность кислорода в стали при производстве низкоуглеродистых сталей; повышенный расход флюсов при производстве сталей с регламентированным содержанием фосфора. В следствие этого, существующие технологии выплавки стали в конвертере не позволяют стабильно получать на выпуске содержание азота в стали менее 0,003% из-за наличия азота в шихтовых материалах, атмосфере сталеплавильного агрегата, техническом кислороде и добавках, вводимых в сталь.
Известен способ выплавки стали в конвертере включающий продувку расплава кислородом сверху через фурму и нейтральным газом снизу через донные фурмы в течение всей плавки, изменение расхода нейтрального газа, определение химсостава расплава, измерение его температуры, слив расплава в разливочный ковш. При этом удельный расход нейтрального газа определяют по зависимости, учитывающей содержание углерода в расплаве [Патент RU 2097434, МПК С21С 5/28, С21С 5/35, 1995].
Недостатком данного способа является то, что он не обеспечивает получение на выпуске содержания азота в стали менее 0,003%.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ выплавки стали в конвертере, включающий загрузку в конвертер скрапа, заливку в него жидкого чугуна, продувку расплава кислородом сверху и снизу через донные фурмы углекислым газом, азотом или аргоном, слив расплава в разливочный ковш. В начале плавки расплав продувают снизу азотом или аргоном в течение времени, определяемого по зависимости, учитывающей интенсивность кислородной продувки и содержание кремния в чугуне. По истечение этого времени через донные фурмы подают углекислый газ [Патент RU 2100447, МПК С21С 5/28, С21С 5/35, 1997].
Недостатком данного способа является также то, что он не обеспечивает получение на выпуске содержания азота в стали менее 0,003%.
Технический результат изобретения - стабильное получение на выпуске из конвертера содержания азота в стали менее 0,003%.
3
Указанный технический результат достигается тем, что в способе выплавки стали в конвертере, включающем загрузку в конвертер скрапа, заливку жидкого чугуна, продувку стали кислородом сверху и аргоном и/или углекислым газом снизу через донные фурмы, согласно изобретению продувку аргоном и/или углекислым газом осуществляют в пульсирующем режиме с частотой 0,01-1,0 Гц, при этом в начале плавки сталь продувают снизу аргоном до его израсходования в количестве 0,3-5,0 м/т стали, после чего осуществляют попеременную продувку стали снизу аргоном и углекислым газом.
Интенсивность продувки расплава аргоном и/или углекислым газом снизу через донные фурмы устанавливают на основании расхода жидкого чугуна на плавку:
3
при расходе чугуна менее 800 кг/т стали интенсивность продувки аргоном и углекислым газом устанавливают в размере 12,0-50,0 и 5,0-30 м/мин соответственно;
3
при расходе чугуна более или равном 800 кг/т стали интенсивность продувки аргоном и углекислым газом устанавливают в размере 25,0-60,0 м/мин;
3
при расходе чугуна более 890 кг/т стали интенсивность продувки аргоном и углекислым газом устанавливают в размере 30,0-80,0 м/мин.
При продувке снизу аргоном и/или углекислым газом устанавливают минимальное давление газов не менее 400 кПа, а максимальное давление газов устанавливают не более 5000 кПа.
Сущность изобретения заключается в следующем.
В предлагаемой технологии одновременно реализуются основные преимущества как верхней, так и донной продувки. Основным преимуществом верхней продувки является раннее формирование основного шлака; основным достоинством донной продувки - интенсивное перемешивание ванны, в том числе металла и шлака, в связи с чем понижается их окисленность, улучшаются дефосфорация и десульфурация металла, уменьшается вспенивание ванны, возможно увеличение расхода лома и др.
Для использования заявляемой технологии требуется чтобы днище конвертера было вставным и было оборудовано устройствами для вдувания газов и системой подвода газов к фурменным блокам: пропущенными через полые цапфы трубками, на которых перед цапфой установлены клапаны, позволяющие регулировать расход газа на каждый блок.
Для вдувания нейтральных газов в футеровке днища устанавливают фурменные устройства (донные фурмы) - огнеупорные блоки, в которых имеются газопроводящие каналы.
При использовании заявляемого изобретения, в зависимости от интенсивности подачи донного дутья, изменяются соотношение скоростей окисленности углерода и железа и тем самым изменяется окисленность шлака, а следовательно, характер протекания процесса выплавки стали.
Экспериментально установлено, что для формирования режима продувки характеризующегося интенсивным перемешиванием конвертерной ванны необходимо осуществлять донную продувку газом с частотой не менее 0,01 Гц. Частота пульсаций газа менее 0,01 Гц приведет к выходу системы за границу технологического режима продувки по времени. Частота пульсаций газа свыше 1,0 Гц не позволит сформировать поток, связанный с продольным и поперечным массообменом жидкой стали, что из-за уменьшающегося осевого градиента давления приведет к ослаблению интенсивности окислительно-восстановительных реакций.
3
3
В начале плавки сталь продувают снизу аргоном до его израсходования в количестве 0,3-5,0 м/т стали. Продувка аргоном в количестве менее 0,3 м/т стали не позволит равномерно распределить содержащиеся элементы по объему жидкой стали и получить впоследствии ее достоверный химический анализ. При этом донные фурмы и футеровка не успеют прогреться в достаточной степени (до начала донной продувки углекислым газом), что приведет к их «закозлению».
3
Продувка стали снизу аргоном в количестве более 5,0 м/т экономически не целесообразна из-за перерасхода аргона и огнеупоров.
Замена аргона на углекислый газ производится при достижении расчетной температуры ликвидуса стали (температура ликвидуса зависит от содержания в полупродукте углерода и кремния), что приводит к отсутствию перегрева расплава, приводящего к увеличению растворения азота в стали.
Замена углекислого газа на аргон производится при достижении температуры солидуса стали, что приводит к недопущению «заскрапления» продувочных устройств, что препятствует проведению донной продувки.
Интенсивность продувки расплава аргоном и/или углекислым газом снизу через донные фурмы устанавливают на основании расхода жидкого чугуна на плавку.
3
3
Минимальные расходы газов (5,0; 12,0; 25,0; 30,0 м/мин.) обусловлены первоначальным «раскрытием» и стойкостью каналов продувочных устройств. При меньших расходах будет происходить «закозление» газопроводящих каналов донных фурм. Максимальные расходы газов (30,0; 50,0; 60,0; 80,0 м/мин.) ограничены указанными значениями из-за возникающего повышенного износа газопроводящих каналов и возрастающего расхода аргона и/или углекислого газа.
При продувке снизу аргоном и/или углекислым газом устанавливают минимальное давление газа не менее 400 кПа, а максимальное давление газа устанавливают не более 5000 кПа. Минимальное давление определяется необходимостью преодолением ферростатического давления жидкой стали (чугуна) в конвертере. Верхняя граница давления газов не более 5000 кПа связана с возможностью обеспечения работоспособности огнеупорных продувочных устройств вследствие чрезмерного износа слоя, контактирующего с жидкой сталью.
Пример реализации способа.
Предложенный способ выплавки стали был реализован в 350 т конвертере. При выплавке стали, производили продувку кислородом сверху и попеременную продувку аргоном - углекислым газом снизу, которая осуществлялась через 16 донных продувочных устройств. Было произведено 14 экспериментов, результаты которых приведены в таблице. Переключение, корректировка частоты, видов подаваемых газов производилась в автоматизированном режиме.
Последовательность операций в одной из продувок и расходы газов были следующими (пример №3 эксперимента).
3
3
3
Было завалено 120 т металлолома, залито 324 т жидкого чугуна; в начале плавки осуществлялась продувка снизу аргоном с интенсивностью 56,0 м/мин до его израсходования в количестве 2,5 м/т стали. Далее осуществлялась попеременная продувка стали углекислым газом и аргоном. Давление перед продувочными устройствами изменялось от 645 до 1480 кПа. Аргон и углекислый газ подавались в сталь с частотой 0,3 Гц и с интенсивностью 56,0 и 40,0 м/мин. соответственно. Содержание азота в стали на выпуске было 0,0022%.
Как следует из таблицы, если выполняются заявляемые параметры, то в стали происходит снижение содержания азота (эксперименты 1-3; 5-8; 10-14). Если некоторые заявляемые параметры не соответствуют заданным (эксперименты 4, 9,), то происходит увеличение в стали содержания азота.
Таким образом, применение заявленного технического решения позволяет гарантированно получать на выпуске из конвертера содержание азота в стали не более 0,003%.