СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ОСОБОНИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ
METHOD OF PRODUCING ESPECIALLY-LOW-CARBON STEEL

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству особонизкоуглеродистых сталей с внепечной обработкой и разливкой на установках непрерывной разливки стали.
Одной из проблем при разливке особонизкоулеродистой стали, раскисленной преимущественно алюминием, является закупорка погружных разливочных стаканов продуктами раскисления, что приводит к необходимости их досрочной замены. Стальные заготовки, разлитые при замене стакана, имеют заведомо высокую загрязненность неметаллическими включениями и азотом, и поэтому переводятся в менее ответственное назначение, либо направляются на переплав. В ряде случаев, отложения неметаллических включений попадают в кристаллизатор и затягиваются фронтом кристаллизации в разливаемую заготовку, что при дальнейшей горячей деформации заготовки, приводит к повышенной отсортировки проката по дефектам поверхности. В связи с этим, технология производства особонизкоуглеродистой стали должна обеспечивать минимальную загрязненность металла неметаллическими включениями перед разливкой, что повысит технологичность процесса разливки, его производительность и снизит отсортировку проката по дефектам поверхности.
Известен способ производства стали, включающий выплавку металла в сталеплавильном агрегате, выпуск плавки в сталеразливочный ковш, ввод раскислителей и вакуумирование. Выпуск стали производят при содержании углерода в металле не более 0,03%, а во время выпуска в сталеразливочный ковш присаживают высокоуглеродистый ферромарганец. Вакуумирование производят в два этапа с различным остаточным давлением и расходом аргона для перемешивания. В процессе вакуумирования производят легирование металла ниобием, титаном и алюминием [Патент RU 2437942, МПК С21С 7/10, 2010].
2
3
Недостаток этого способа - не оптимальный состав образовавшихся в результате внепечной обработки неметаллических включений на основе AlO, что может приводить к нестабильной разливке металла, вследствие закупоривания неметаллическими включениями разливочных отверстий на участке сталеразливочный ковш -промежуточный ковш и промежуточный ковш - кристаллизатор.
2
3
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ внепечной обработки стали, включающий отсечку печного шлака и наведение нового высокоосновного шлака с содержанием FeO менее 1%, первичное глубокое раскисление стали при выпуске из печи и окончательное раскисление стали в ковше алюминием, вакуумирование, измерение активности кислорода и содержания серы в стали, расчет количества вводимого в сталь кальция и продувку ее аргоном. Количество кальция определяют с учетом заданного содержания СаО в неметаллических включениях, содержания серы, активности кислорода в стали и содержания СаО и AlO в шлаке перед обработкой кальцием [Патент RU 2427650, МПК С21С 7/00, 2009].
2
3
Недостаток способа заключается в том, что расчет концентрации кальция в расплаве основан на необходимости получения алюминатов кальция с учетом ряда компонентов шлака, но не учитывает режимы аргонной продувки и не в полной мере учитывает окисленность шлака, что не позволяет точно рассчитать необходимое количество кальцийсодержащего модификатора. Кроме того, приведенные в экспериментах отношения (CaO)/(AlO) в шлаке не позволяют в полной мере удалить образовавшиеся в результате модифицирования неметаллические включения.
Технический результат изобретения - повышение чистоты особонизкоуглеродистых сталей от неметаллических включений, что исключает затягивание погружных и разливочных стаканов при разливке, обеспечивает увеличение выхода годного металла за счет большего количества слябов, разлитых в стационарных режимах (без резкого перепада скорости разливки и значительного колебания уровня металла в кристаллизаторе), снижает уровень отсортировки проката по дефектам поверхности.
2
3
Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства особонизкоуглеродистой стали, включающем выплавку металла в сталеплавильном агрегате, выпуск металла в сталь-ковш, внепечную обработку, вакуумное обезуглероживание, разливку стали, согласно изобретению выпуск металла в сталь-ковш осуществляют при окисленности металла не более 950 ррm, усреднительную продувку инертным газом осуществляют в течение 2-60 минут, при остаточной толщине шлака 20-100 мм, вакуумное обезуглероживание начинают при окисленности металла 350-600 ppm и температуре 1610-1650°С, после окончания вакуумного обезуглероживания вводят алюминий и известь для получения в покровном шлаке отношения (CaO)/(AlO) в пределах 1,0-1,7, проводят раскисление шлака до получения содержания FeO<1,5% масс, осуществляют ввод ферросплавов, производят продувку расплава инертным газом, в процессе которой в глубину расплава вводят кальцийсодержащий реагент из расчета 0,15-0,5 кг кальция на тонну стали, после чего сталь-ковш подают на разливку.
Перед вакуумированием допускается подогрев металла на установке печь-ковш для управления температурой перегрева расплавленной стали перед разливкой.
Сущность предложенного способа заключается в следующем.
Выпуск металла из сталеплавильного агрегата с окисленностью металла более 950 ppm приводит к перерасходу раскислителя и образованию повышенного количества неметаллических включений.
Продувка металла инертным газом менее 2 минут не обеспечивает его усреднение по химическому составу и температуре. Продувка металла инертным газом более 60 минут экономически не целесообразна.
Остаточная толщина шлака в сталь-ковше должна составлять 20-100 мм. Остаточная толщина шлака менее 20 мм делает невозможным десульфурацию металла, а толщина шлака более 100 мм приводит к повышенному расходу алюминия на раскисление шлака.
Значения окисленности металла 350-600 ppm перед вакуумированием выбраны, исходя из необходимости наличия достаточного количества кислорода в металле для проведения вакуумного обезуглероживания на заданную концентрацию углерода в стали, при этом не приводящему к повышенному угару алюминия. Окисленность металла перед вакуумированием ниже 350 ppm вызовет необходимость дополнительного подвода кислорода для более полного обезуглероживания. Окисленность металла перед вакуумированием более 600 ppm приводит к перерасходу раскислителя и образованию повышенного количества неметаллических включений.
Температура металла перед вакуумным обезуглероживанием должна составлять 1610-1650°С для обеспечения требуемой температуры разливки на УНРС без дополнительного нагрева и/или охлаждения расплава твердым охладителем перед разливкой. Температура металла менее 1610°С приводит к необходимости применения химического подогрева металла кислородом на УВС, что приводит к образованию большого числа неметаллических включений и увеличению расхода алюминия. При температуре металла более 1650°С появляется необходимость в его охлаждении с применением твердого охладителя, что вызывает загрязнение стали экзогенными шлаковыми включениями.
2
3
2
3
После вакуумирования, отношение (CaO)/(AlO)=1,0-1,7 гарантирует получение шлака с оптимальными ассимилирующими свойствами по отношению к продуктам раскисления стали алюминием. При отношении (CaO)/(AlO) менее 1,0, либо более 1,7 затрудняется удаление образовавшихся неметаллических включений из металла в шлак.
Раскисление шлака на установке вакуумирования стали проводят до получения содержания (FeO)<1,5 мас.%, так как при содержании в шлаке (FeO)>1,5 мас.%, развиваются процессы вторичного окисления, что приводит к понижению усвоения легирующих элементов.
Продувка расплава инертным газом, после присадки ферросплавов, обеспечивает оптимальные условия удаления неметаллических включений.
Ввод в глубину расплава кальцийсодержащего реагента из расчета 0,15-0,5 кг кальция на тонну стали обеспечивает эффективное модифицирование неметаллических включений на основе оксида алюминия. Ввод большего, либо меньшего количества кальцийсодержащего реагента не позволяет модифицировать неметаллические включения, перевести их в жидкое состояние, эффективно удалять из металла и исключить их отложения на разливочных стаканах.
При необходимости повышения температуры металла, для обеспечения заданной температуры отдачи на разливку, перед вакуумированием металл может быть подогрет электродуговым способом на установке печь-ковш.
Пример реализации способа.
Предложенный способ производства особонизкоуглеродистой стали был реализован в кислородно-конвертерном цехе. После выплавки, металл выпускали в сталь-ковш, осуществляли внепечную обработку, вакуумное обезуглероживание и разливку стали. Было произведено 7 опытных плавок.
Условия проведения экспериментов приведены в таблице 1. Примеры 1-3 с соблюдением предложенных технических параметров, примеры 4-6 с не соблюдением некоторых параметров, пример 7 по прототипу.
Результаты экспериментов представлены в таблице 2. Из представленных результатов видно, что при выполнении всех предложенных технических решений (примеры 1-3) разливка стали производится стабильно без замен погружных стаканов по причине отложений неметаллических включений, значительного изменения уровня металла в кристаллизаторе, а отсортировка готового проката по дефектам сталеплавильного происхождения не превышает 1,4%. Напротив, при не выполнении предложенных технических решений (примеры 4-6) процесс разливки протекает не стабильно, а отсортировка готового проката по дефектам сталеплавильного происхождения достигает 16,8%.
2
3
2
3
Плавка, выполненная с использованием параметров прототипа (содержание серы в металле перед модифицированием 0,007%, активность кислорода в металле перед модифицированием 0,0002%, заданный тип алюминатов CaO*AlO, содержание СаО и AlO в шлаке 49 и 23% соответственно, расчетное содержание кальция в металле после модифицирования 0,0006%), показала не удовлетворительные результаты, как по стабильности разливки, так и по качеству готового проката (отсортировка по дефектам сталеплавильного производства составила 10,2%).
Таким образом, предложенный способ производства особонизкоуглеродистой стали позволяет снизить отсортировку холоднокатаного проката по поверхностным дефектам сталеплавильного происхождения, а также повысить технологичность получения непрерывнолитых заготовок из IF стали.
Таблица 1
Условия проведения экспериментов
Пример
Окисленность металла перед выпуском, ppm
Толщина шлака в сталеразливочном ковше, мм
Продолжительность усреднительной продувки, мин
Окисленность металла перед обезуглероживанием, ррm
Температура металла перед обезуглероживанием,°С
Отношение (CaO)/(Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) шлака после вакуумного обезуглероживания
Содержание (FeO) шлака в конце внепечной обработки, %
Расход кальция, кг/т
Пример 1
690
50
55
400
1615
1,52
1,4
0,23
Пример 2
890
90
10
600
1645
1,4
1,1
0,45
Пример 3
720
40
5
550
1625
1,13
0,6
0,17
Пример 4
900
120
65
300
1620
1,0
2,5
0,25
Пример 5
1000
60
20
550
1640
0,8
1,3
0,1
Пример 6
800
10
0
650
1600
1,8
0,9
0,30
Пример 7 (прототип)
700
10
10
500
1620
2,1
0,5
0,06
Таблица 2
Результаты экспериментов
Отсортировка в ПХП по дефектам сталеплавильного происхождения, %
Количество замен погружного стакана, шт./плавку
Количество случаев с изменения уровня металла в кристаллизаторе боле 5 мм, шт./плавку
Пример 1
0
0
0
Пример 2
1,4
0
0
Пример 3
11,6
0
0
Пример 4
11,6
3
6
Пример 5
16,8
3
4
Пример 6
14,4
2
5
Пример 7 (прототип)
10,2
1
3