Способ поточного вакуумирования стали с особо низким содержанием углерода при непрерывной разливке

 

Способ поточного вакуумирования стали с особо низким содержанием углерода при непрерывной разливке заключается в том, что при выпуске стали из конвертера устанавливают содержание углерода в ней в пределах 0,020 - 0,040% , раскисляют сталь в разливочном ковше до содержания в ней остаточного кислорода в пределах 0,030 ... 0,050%, процесс поточного вакуумирования производят при остаточном давлении в пределах 0,5 - 5,0 кПа, подают сталь из вакуумкамеры через патрубок в среднюю зону промежуточного ковша, разделенного на три зоны поперечными перегородками, раскисляют и легируют сталь в средней зоне промежуточного ковша алюминием, подают инертный газ в крайние зоны промежуточного ковша с расходом в пределах 1...3 м³/ч, а также подают шлаковую смесь с содержанием углерода в пределах 0,1 - 5,0% на мениск металла в промежуточном ковше с расходом 0,3 - 0,7 кг/т и на мениск металла в кристаллизаторах с расходом 0,5 - 1,2 кг/т стали. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к непрерывной разливке стали.

Известен способ поточного вакуумирования углеродистой стали при непрерывной разливке, включающий выплавку стали в конвертере, продувку стали аргоном и ее раскисление в разливочном ковше, подачу жидкого металла из разливочного ковша в вакуумкамеру, создание в ней необходимого по технологии остаточного давления, обработку металла в вакуумкамере, подачу металла из вакуумкамеры через патрубки непосредственно в кристаллизаторы под уровень металла. В этих условиях вакуумкамера служит герметически закрытым промежуточным ковшом, соединенным с вакуумнасосом [1].

Недостатком известного способа является недостаточная производительность и стабильность процесса непрерывной разливки металлов. Это объясняется тем, что в случае нарушения герметичности вакуумкамеры происходит переполнение кристаллизаторов. В этих условиях прекращается процесс непрерывной разливки. Кроме того, при известном способе невозможна регулировка расхода металла в кристаллизаторы в зависимости от изменяющихся технологических параметров процесса разливки.

Наиболее близким по технической сущности является способ поточного вакуумирования углеродистой стали при непрерывной разливке, включающий выплавку стали в конвертере, продувку стали аргоном и ее раскисление в разливочном ковше, подачу жидкого металла из разливочного ковша в вакуумкамеру, создание в ней необходимого по технологии остаточного давления, обработку металла в вакуумкамере, подачу металла из вакуумкамеры через патрубок в промежуточный ковш с единой рабочей полостью и далее через удлиненные разливочные стаканы в кристаллизаторы под уровень металла. После подъема уровня металла в промежуточном ковше выше нижнего торца патрубка и герметизации вакуумкамеры жидким металлом начинают производить уменьшение остаточного давления в камере [2].

Недостатком известного способа является невозможность получения годных непрерывнолитых слитков из стали с особонизким содержанием углерода. Это объясняется тем, что в известном способе не регламентированы параметры содержания углерода в стали на выпуске из конвертера, содержания остаточного кислорода в стали после ее раскисления, диапазон значений остаточного давления в вакуумкамере, а также массовые пределы вводимых в сталь легирующих элементов и раскислителей. Кроме того, подача металла из вакуумкамеры в промежуточный ковш с единой рабочей полостью приводит к повышенному содержанию в непрерывнолитых слитках неметаллических включений.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в повышении выхода годных непрерывнолитых слитков с гарантированным содержанием углерода, улучшении качества непрерывнолитых слитков, снижение расхода легирующих элементов и раскислителей.

Указанный технический эффект достигается тем, что выплавляют сталь в конвертере, продувают сталь аргоном и раскисляют ее в разливочном ковше, подают сталь из разливочного ковша в вакуумкамеру, создают в ней необходимое по технологии остаточное давление, обрабатывают сталь в вакуумкамере, подают сталь из вакуумкамеры в промежуточный ковш через патрубок и далее в кристаллизаторы через разливочные стаканы под уровень металла и вытягивают из кристаллизаторов непрерывнолитые слитки.

При выпуске стали из конвертера устанавливают содержания углерода в стали в пределах 0,020-0,040% ; раскисляют сталь в разливочном ковше до содержания в ней остаточного кислорода в пределах 0,030-0,050%, процесс поточного вакуумирования производят при остаточном давлении в пределах 0,5-5,0 кПа; раскисляют и легируют сталь в средней зоне промежуточного ковша алюминием с массовой долью в пределах 0,04-0,06%; подают сталь через патрубок в среднюю зону промежуточного ковша, разделенного на три зоны поперечными перегородками, подают инертный газ через пористые пробки в крайние зоны промежуточного ковша с расходом в пределах 1-3 м³/ч, а также подают шлаковую смесь с содержанием углерода в пределах 0,1-5,% на мениск металла в промежуточном ковше с расходом 0,3-0,7 кг/т и на мениск металла в кристаллизаторах с расходом 0,5-1,2 кг/т.

Кроме того, в промежуточном ковше производят микролегирование стали посредством ввода добавок: титана, ванадия, ниобия, циркония, кальция, бора и редкоземельных металлов.

Повышение выхода годных непрерывнолитых слитков с гарантированным содержанием углерода будет происходить вследствие доведения содержания углерода в стали во время выплавки в конвертере до минимально возможного содержания и последующего обезуглероживания в проточной вакуумной камере до необходимого значения.

Улучшение качества непрерывнолитых слитков будет происходить вследствие уменьшения содеpжания в металле неметаллических включений из-за углеродного раскисления стали в вакуумной камере и при последующем раскислении в промежуточном ковше при минимальном содержании остаточного кислорода в стали.

Кроме того, уменьшение содержания азота в непрерывнолитых слитках из-за подачи стали на поточное вакуумирование с относительно большим содержанием остаточного кислорода приводит к ограничению поглощающей способности стали к восприятию азота из воздуха. Снижение содержания азота приводит к повышению пластических свойств готовой металлопродукции и повышению ее нестареющих свойств.

Снижение расхода легирующих элементов и раскислителей будет происходить вследствие проведения углеродного раскисления стали в вакуумкамере в процессе поточного вакуумирования. Кроме того, снижение содержания азота в стали приводит к дополнительному снижению расхода раскислителей и легирующих в виде алюминия. При этом при низком содержании азота в стали уменьшается расход алюминия, как легирующего элемента в этом случае, на связывание азота и образование нитридов алюминия. В этом случае повышаются нестареющие свойства готовой металлопродукции.

Диапазон содеpжания углерода в стали в пределах 0,020-0,040% при ее выпуске из конвертера объясняется необходимостью в дальнейшем проведении поточного вакуумирования стали. При меньших значениях в процессе конвертерной плавки интенсифицируется процесс сгорания железа, а процесс удаления углерода из стали растягивается во времени. При больших значениях не будет происходить обезугле- роживание стали в процессе поточного вакуумирования до необходимых пределов вследствие малого времени нахождения каждого объема разливаемой стали в проточной вакуумкамере.

Указанный диапазон устанавливают в обратной пропорциональной зависимости от величины необходимой пластичности прокатанной металлопродукции из непрерывнолитых слябов.

Диапазон содержания остаточного кислорода в стали после ее раскисления в пределах 0,030-0,050% объясняется содержанием в стали углерода. При меньших значениях невозможно будет провести обезуглероживание стали в проточной вакуумкамере до необходимых пределов. При больших значениях будет происходить интенсивное образование неметаллических включений в стали в промежуточном ковше и кристаллизаторах.

Указанный диапазон устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от содержания углерода в стали.

Диапазон значений остаточного давления в проточной вакуумкамере в пределах 0,5-5,0 кПа объясняется закономерностями процесса обезуглероживания стали. При больших значениях не будет обеспечиваться снижение содержания углерода в стали до необходимых пределов. Меньшие значения устанавливать не имеет смысла, т. к. при этом не будет обеспечиваться дальнейшее снижение содержания углерода.

Указанный диапазон устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от содержания в стали углерода и кислорода, т.к. при малых содержаниях в стали углерода и кислорода реакция обезуглероживания затруднена и происходит при более глубоком вакууме, что трудно достижимо.

Диапазон подачи массовых долей раскислителя в сталь в виде алюминия в пределах 0,4-0,06% объясняется с одной стороны необходимостью удаления остаточного кислорода в стали после ее углеродного раскисления в вакуумкамере, а с другой стороны - необходимостью получения нестареющих свойств металлопродукции, например, холоднокатаного металла для автомобильной промышленности. Эти свойства обеспечиваются при связывании азота алюминием в нитриды при соотношении массовых долей алюминия к азоту не менее 10/1.

При меньших значениях не будет обеспечиваться необходимые нестареющие свойства холоднокатаного листа. Большие значения устанавливать не имеет смысла, т. к. при этом происходит перерасход алюминия без дальнейшего улучшения потребительских свойств металлопродукции.

Указанный диапазон устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от содержания азота в стали.

Диапазон расхода инертного газа в крайних зонах через каждую пористую пробку в днище промежуточного ковша в пределах 1-3 м³/ч объясняется закономерностями всплывания неметаллических включений. При меньших значениях не будет обеспечиваться интенсификация всплывания неметаллических включений. При больших значениях будет нарушаться сплошное покрытие шлаковой смесью мениска металла в промежуточном ковше, что приведет к окислению металла.

Указанный диапазон устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от весового расхода металла.

Диапазон содержания углерода в шлаковой смеси в пределах 0,1-5,0% объясняется необходимостью устранения процесса комкования шлаковой смеси и уменьшения скорости ее расплавления. При меньших значениях будет происходить комкование шлаковой смеси, что приведет к ухудшению работы смеси на мениске металла. При больших значениях будет происходить науглероживание стали.

Указанный диапазон устанавливают в обратной пропорциональной зависимости от температуры разливаемого металла.

Диапазон расходов шлаковой смеси в промежуточный ковш и кристаллизаторы в пределах соответственно 0,3-0,7 кг/т и 0,5-1,2 кг/т объясняется необходимостью устранения вторичного окисления металла, его теплоизоляции и обеспечения ассимиляции неметаллических включений. При меньших значениях не будет обеспечиваться защита металла на мениске. При больших значениях будет происходить перерасход шлаковой смеси без дальнейшего улучшения ее служебных свойств.

Указанный диапазон устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от весового расхода металла.

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 "изобретательский уровень".

Ниже дан вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения.

Способ поточного вакуумирования углеродистой стали с особонизким содержанием углерода при непрерывной разливке осуществляют следующим образом.

П р и м е р. В конвертере емкостью 300 т выплавляют малоуглеродистую качественную сталь марки 08Ю для холодной штамповки. Температура металла в конвертере перед выпуском составляет 1660-1680^оС. Массовая доля элементов в металле перед выпуском для стали особо высокой штампуемости в процентах составляет: С = 0,020-0,040%; S = 0,010-0,020%, Р = 0,008-0,01%; Cr0,03%; Ni0,03%; Cu0,06%.

После выпуска металла из конвертера в сталеразливочный ковш емкостью 300 т последний подвергают обработке в форме продувки аргоном с объемным расходом газа не менее 30 м³/ч и с давлением не менее 8 кг/см², а также раскисления посредством ввода алюминиевой проволоки и легируют посредством ввода марганца. При этом содержание остаточного кислорода в стали после раскисления устанавливают в пределах 0,030-0,050% в прямой пропорциональной зависимости от содержания углерода в стали. Температура металла в ковше после продувки аргоном и раскисления составляет 1600-1610^оС.

После операции продувки и раскисления сталь подвергают процессу поточного струйного вакуумирования.

В процессе поточного вакуумирования подают металл из разливочного ковша в вакуумкамеру, создают в ней остаточное давление, обрабатывают металл в вакуумкамере, подают металл в промежуточный ковш из вакуумкамеры через патрубок, установленный в ее днище и далее в кристаллизаторы через удлиненные разливочные стаканы под уровень.

В вакуумкамере устанавливают остаточное давление в пределах 0,5-5,0 кПа в прямой пропорциональной зависимости от содержания в стали углерода и кислорода.

Металл из вакуумкамеры подают в среднюю зону в промежуточном ковше, разделенного поперечными перегородками на три зоны. Разливочные стаканы устанавливают в крайних зонах. Поперечные перегородки ограничивают объем металла в средней зоне, где происходит интенсивное перемешивание металла под действием подводимой струи металла из патрубка. Через щели, выполненные между днищем промежуточного ковша и нижними торцами перегородок, металл перетекает в крайние зоны. В этих зонах из металла всплывают неметаллические включения к мениску металла в промежуточном ковше, где ассимилируются шлаковой смесью.

В среднюю зону промежуточного ковша симметрично от патрубка подают раскислитель в виде алюминиевой проволоки с расходом массовых долей в пределах 0,04-0,06% . В этих условиях происходит удаление оставшегося в стали кислорода после ее углеродного раскисления в вакуумкамере, а также обеспечивается получение нестареющих свойств прокатанной металлопродукции, например, сохранения механических свойств. Расход алюминиевой проволоки устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от содержания азота в стали.

На мениск металла в промежуточном ковше и в кристаллизаторах подают шлаковую смесь с содержанием углерода в пределах 0,1-5,% в обратной пропорциональной зависимости от температуры разливаемой стали. Расходы смеси в промежуточный ковш и в кристаллизаторы устанавливают соответственно в пределах 0,3-0,7 кг/т и 0,5-1,2 кг/т разливаемой стали.

Шлаковую смесь подают следующего состава, мас.%: шлакопортландцемент 30-32; графит литейный (аморфный) 0,5-6; плавиковый шпат 33-36; нефелиновый концентрат 19-22; силикатная глыба 5-8.

В крайних зонах промежуточного ковша на участках между разливочными стаканами и поперечными вертикальными перегородками через пористые пробки, установленные в днище промежуточного ковша, подают инертный газ с расходом в пределах 1-3 м³/ч через каждую пористую пробку.

Сталь с температурой 1550-1570^оС подают из промежуточного ковша емкостью 30 т в два кристаллизатора, из которых вытягивают слитки. В непрерывнолитых слябах массовая доля элементов составляет: С0,1%; Mn = 0,15-0,22%; Al = 0,030-0,060%; S0,015%; Р0,015%; Cr 0,03%; Ni0,03%; Cu0,06%; Si 0,02%; N₂ 0,006%.

При такой организации получения непрерывнолитых слябов с особонизким содержанием углерода в количестве 0,01% обеспечивается сокращение времени продувки конвертера, устранение интенсивного выгорания железа из стали вследствие выпуска стали из конвертера с содержанием углерода в пределах 0,020-0,040% . Кроме того, обеспечение содержания остаточного кислорода в стали после раскисления в пределах 0,030-0,050% позволяет проводить обезуглероживание стали в проточной вакуумкамере в условиях кратковременности пребывание стали в ней без образования неметаллических включений.

Проведение поточного вакуумирования стали при остаточном давлении в камере в пределах 0,5-5,0 кПа обеспечивает обезуглероживание стали до необходимых пределов.

Раскисление стали в средней зоне промежуточного ковша обеспечивает повышение нестареющих свойств готовой металлопродукции и удаление остаточного кислорода. Наличие крайних зон в промежуточном ковше обеспечивает дополнительную очистку стали от неметаллических включений вследствие их всплывания на мениск металла.

Подача инертного газа в крайние зоны промежуточного ковша через его днища позволяет интенсифицировать процесс всплывания неметаллических включений.

Подача на мениск металла в промежуточном ковше и в кристаллизаторах шлаковой смеси с углеродом в пределах 0,1-5,0% обеспечивает устранение науглероживание стали и гарантирует получение стали с заданным содержанием углерода.

В промежуточный ковш вводят микролегирующие добавки в виде, например, проволоки из следующих элементов: титана, ванадия, ниобия, циркония, кальция, бора, редкоземельных металлов. Введение этих добавок позволяет связать остаточное содержание углерода и азота в карбонитриды. Последнее позволяет значительно повысить пластические свойства готовой металлопродукции, обеспечить процесс горячего оцинкования листов без потерь их пластических свойств, а также обеспечить отсутствие старения металлопродукции. При этом обеспечивается усвоение добавок в пределах 90-95%.

В таблице приведены примеры осуществления способа с различными технологическими параметрами.

В первом примере вследствие малого содержания углерода в стали при ее выпуске из конвертера увеличивается угар железа во время выплавки. При малом содержании остаточного кислорода в стали после раскисления становится невозможным проведение обезуглероживания стали в проточной вакуумной камере до необходимых пределов. Вследствие малого расхода аргона через пористые пробки в промежуточном ковше не обеспечивается всплывание неметаллических включений в крайних зонах промежуточного ковша, что приводит к браку слитков по неметаллическим включениям. Вследствие малого объема подаваемого алюминия в промежуточный ковш не обеспечиваются необходимые нестареющие свойства готовой металлопродукции. При малом содержании углерода в шлаковой смеси происходит ее комкование, что приводит к браку слитков по качеству поверхности. Вследствие малых расходов шлаковой смеси в промежуточном ковше и в кристаллизаторах не обеспечивается необходимая защита металла, что приводит к браку слитков по неметаллическим включениям.

В пятом примере вследствие большого содержания углерода в стали при ее выпуске из конвертера становится невозможным необходимое обезуглероживание стали в процессе поточного вакуумирования. При большом содержании остаточного кислорода в стали после раскисления будет происходить интенсивное образование неметаллических включений в стали в промежуточном ковше и в кристаллизаторах. Вследствие большого значения остаточного давления в вакуумной камере не обеспечивается снижение содержания углерода в стали до необходимого значения в процессе поточного вакуумирования. Вследствие большого расхода алюминия в промежуточный ковш, происходит его переход без дальнейшего повышения нестареющих свойств готовой металлопродукции. Вследствие большого расхода инертного газа через пористые пробки в крайних зонах промежуточного ковша происходит нарушение сплошности покрытия шлаковой смесью мениска металла в промежуточном ковше, что приводит к добавочному окислению стали. Вследствие большого содержания углерода в шлаковой смеси происходит нежелательное науглероживание стали. Вследствие больших расходов шлаковой смеси происходит ее перерасход без улучшения ее служебных свойств.

В шестом примере, прототипе, невозможно обеспечить получение годных непрерывнолитых слитков из стали с особонизким содержанием углерода, вследствие отсутствия регламентации содержания углерода в стали на выпуске из конвертера, содержания остаточного кислорода в стали после ее раскисления, диапазонов значений остаточного давления в вакуумкамере, массовых пределов вводимых в сталь легирующих элементов и раскислителей, а также параметров использования шлаковой смеси. Кроме того, подача металла из вакуумкамеры в промежуточный ковш с единой рабочей полостью приводит к повышенному содержанию в непрерывнолитых слитках неметаллических включений.

В примерах 2-4 вследствие оптимизации технологических параметров повышается выход годных непрерывнолитых слитков с гарантированным содержанием углерода в стали, уменьшенным содержанием в слитках неметаллических включений и уменьшенным содержанием азота в стали.

Применение предлагаемого способа обеспечивает снижение расхода алюминия на 1,0-1,5 кг/т стали, снижение содержания азота на 0,0015-0,0020%, снижение количества и крупности оксидных неметаллических включений в 1,5-2 раза, улучшение пластических характеристик холоднокатаного автомобильного листа, обеспечивает возможность горячего цинкования холоднокатаных листов без потери пластических свойств. При этом выход годных непрерывнолитых слитков с заданными свойствами увеличивается на 15-20%. Экономический эффект подсчитан в сравнении с базовым объектом, за который принят способ поточного вакуумирования стали при непрерывной разливке, применяемый на Новолипецком металлургическом комбинате.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОТОЧНОГО ВАКУУМИРОВАНИЯ СТАЛИ С ОСОБО НИЗКИМ СОДЕРЖАНИЕМ УГЛЕРОДА ПРИ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКЕ, включающий выплавку стали в конвертере, продувку стали аргоном и ее раскисление в разливочном ковше, подачу стали из разливочного ковша в вакуум-камеру, создание в ней необходимого остаточного давления, обработку стали в вакуум-камере, ее подачу в промежуточный ковш через патрубок и далее в кристаллизаторы через разливочные стаканы под уровень металла и вытягивание слитков из кристаллизаторов, отличающийся тем, что при выпуске стали из конвертера содержание углерода в ней устанавливают в пределах 0,020 - 0,040%, раскисление стали в разливочном ковше осуществляют до содержания остаточного кислорода в ней в пределах 0,030 - 0,050%, обработку стали в вакуум-камере производят при остаточном давлении в пределах 0,5 - 5,0 кПа, промежуточный ковш разделяют поперечными перегородками на среднюю и крайние зоны, при этом сталь подают из вакуум-камеры через патрубок в среднюю зону промежуточного ковша и раскисляют и легируют сталь в ней алюминием с массовыми долями в пределах 0,04 - 0,06%, а в крайние зоны промежуточного ковша подают инертный газ через пористые пробки с расходом в пределах 1 - 3 м³/ч, на мениск металла в промежуточном ковше осуществляют подачу шлаковой смеси с содержанием углерода в пределах 0,1 - 0,5% с расходом 0,3 - 0,7 кг/т, а на мениск металла в кристаллизаторах - с расходом 0,5 - 1,2 кг/т стали.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в промежуточном ковше осуществляют микролегирование стали посредством ввода добавок в виде титана, или ванадия, или ниобия, или циркония, или кальция, или бора, или редкоземельных металлов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2