UA76140C2 - A method for ladle refining of steel - Google Patents

Description

Даний винахід стосується очистки сталі в ков- швидкістю уздовж всієї довжини відливальних ва- ші, зокрема, але не виключно, очистки сталі в ко- лків, для досягнення достатньо швидкого і рівно- вші, з якої у процесі виливання на установці для мірного охолоджування сталі на відливальних по- безперервного лиття штабової сталі повинен бути верхнях валків. При цьому потрібен такий ступінь виготовлений штабовий прокат малих товщин. стиснення потоку розплавленої сталі, щоб він зміг

Відомий спосіб одержання штабового метале- пройти крізь дуже малі канали у тугоплавкому ма- вого прокату методом безперервного лиття на теріалі в системі подачі металу в умовах, коли здвоєній валковій розливній машині. При такому існує тенденція до відокремлення твердих вкрап- способі розплавлений метал вводиться між парою лень та закупорки згаданих вище малих проходів горизонтальних відливальних валків, що оберта- для витікання потоку. ються у протилежних напрямках, які охолоджують- Після виконання розширеної програми вигото- ся таким чином, що металеві кірки затвердівають влення штабового прокату з різних марок сталі на на рухомих валкових поверхнях і з'єднуються у валковій розливній машині для безперервного зоні зазору між валками з утворенням отверділого лиття було зроблено висновок, що звичайні розки- штабового продукту, який сходить вниз із зазору снені алюмінієм вуглецеві сталі або частково роз- між валками. Розплавлений метал може вводити- киснена сталь із залишковим вмістом алюмінію ся в зазор між валками через проміжний розлив- 0,0195 або більше не можуть бути задовільно від- ний пристрій та форсунку, що подає метал, розта- литі через укрупнення твердих вкраплень та заку- шовану у нижній зоні проміжного розливного порку малих проходів для витікання потоку в сис- пристрою таким чином, щоб одержати потік мета- темі подачі металу, що призводить до утворення лу, який виходить з проміжного розливного при- дефектів і порушення однорідності структури оде- строю, і спрямувати його в зазор між валками, фо- ржаного штабового прокату. Дана проблема може рмуючи таким чином відливальну ванну бути вирішена шляхом обробки сталі кальцієм з розплавленого металу, що утримується на відли- метою зменшення утворення твердих вкраплень. вальних поверхнях валків безпосередньо над за- Проте даний спосіб є дорогим і потребує високо- зором. Така відливальна ванна може обмежувати- точного контролю, при цьому слід взяти до уваги ся боковими пластинами або порогами, складність проведення процесу та конструкції об- сполученими з можливістю ковзання з кінцями ладнання. З іншого боку, було виявлено, що існує валків. можливість лиття штабового прокату без прожилок

Здвоєне валкове розливання досить успішно та інших дефектів, нормально пов'язавши цю мо- застосовувалося щодо кольорових металів, які жливість із сталями, розкисненими кремні- швидко твердіють після охолоджування, як, напри- єм/марганцем, оскільки швидке затвердіння, яке клад, алюміній. Однак у випадку з чорними мета- досягається у здвоєній валковій розливній машині, лами застосування даного способу пов'язане з виключає утворення крупних вкраплень, а процес цілим рядом проблем. Однією з таких проблем є здвоєного валкового лиття призводить скоріше до схильність чорних металів до утворення твердих утворення вкраплень, рівномірно розподілених у вкраплень, які закупорюють дуже малі проходи штабі, ніж сконцентрованих в її центральному ша- для потоку металу, причому наявність таких про- рі. Крім того, існує можливість регулювання вмісту ходів необхідна для нормального функціонування кремнію і марганцю таким чином, що забезпечу- здвоєної валкової розливної машини. ється одержання продуктів рідкого розкиснення

Використання силікомарганцю при розкисненні при температурі плавлення, за якої зводяться до сталі в ковші зустрічалося при виготовленні злив- мінімуму проблеми укрупнення частинок та заку- ків на самому початку застосування бесемерівсь- порки проходів для витікання потоку. кого способу виробництва сталі, тому добре відомі У традиційних процесах розкиснення кремні- стани рівноваги між розплавленими силікатами єм/марганцем не можливо було понизити рівні марганцю реактивного продукту і залишковим вільного кисню у розплаві сталі до такого ступеня, продуктом, розчиненим у сталі кремнієм та кис- який забезпечувався при розкисненні алюмінієм, а нем. Однак у процесі вдосконалення технології це, у свою чергу, гальмувало процес знесірчення. виробництва сталевого штабового прокату шля- З метою забезпечення нормального процесу без- хом лиття плоскої заготовки з подальшим холод- перервного лиття штабової сталі є бажаною при- ним прокатуванням кремніє-марганцеве розкис- сутність сірки у кількості приблизно 0,009905 і ниж- нення було усунуте, а фахівці визнали че. У звичайних процесах розкиснення обов'язковим застосування сталей, розкиснених кремнієм/марганцем в ковші реакція знесірчення алюмінієм. При виготовленні сталевого штабового проходить дуже повільно, що, практично, приво- прокату шляхом лиття плоскої заготовки з пода- дить до не можливості довести процес знесірчен- льшим гарячим прокатуванням, за яким часто йде ня до вказаних вище низьких значень, особливо у холодне прокатування, розкиснені кремні- тих випадках, коли сталь виробляють в електроду- єм/марганцем сталі відрізняються неприйнятно говій печі (ЕАЕР) з використанням металобрухту високою наявністю прожилок та інших дефектів, стандартної якості. Як правило, такий брухт може що виникають в результаті концентрації вкраплень містити сірку у кількості від 0,02595 до 0,04595 за у центральному шарі штабового прокату. вагою. Даний винахід пропонує більш ефективне

При безперервному литві сталевого штабово- рішення технічної задачі розкиснення та знесір- го прокату у здвоєній валковій розливній машині чення сталей, розкиснених кремнієм/марганцем, а виникає необхідність у формуванні кінцевого керо- також очистки сталі з високим вмістом сірки в ре- ваного потоку сталі, що рухається з постійною жимі розкиснення кремнієм/марганцем з метою одержання сталі з низьким вмістом сірки, придат- даних параметрів подальшого технологічного про- ної для безперервного лиття штабового прокату цесу. малих товщин. 3. Забезпечення зниження вмісту сірки у сталі

Відповідно до прикладу здійснення даного ви- з метою досягнення заданої кінцевої величини находу, показаного в ілюстративному матеріалі, сірки. запропоновано спосіб очищення сталі у ковші, що 4.Забезпечення термальної і хімічної однорід- включає нагрівання шихтового та шлакоутворюю- ності у рідкій ванні розплаву сталі. чого матеріалу у ковші для формування розплаву 5.Спікання і флотацію вкраплень окисів та їх сталі, покритого шлаком, що містить окиси каль- подальше уловлювання і утримування в очищува- цію, кремнію, марганцю, і перемішування розплаву льному шлаці. сталі шляхом введення у розплав інертного газу У звичайних ківшевих металургійних печах для розкислення та знесірчення сталі для одер- (МЕ) нагрівання можна проводити за допомогою жання розплавленої сталі, що розкислена кремні- електродугових нагрівників. Рідка сталь повинна єм/марганцем і має склад сірки менше 0,01 за ва- бути покрита шаром очищувального шлаку, при гою, у якій наприкінці процесу знесірчення цьому для досягнення однорідності температури збільшують товщину шару шлаку для запобігання потрібна м'яка примусова циркуляція середовища. поверненню сірки у сталь, при цьому у сталь вво- Це досягається за допомогою електромагнітного дять кисень для підвищення в ній вмісту вільного перемішування або м'якого спінення аргоном. Ма- кисню для одержання сталі з вмістом сірки менше са і товщина шару шлаку повинні бути достатніми 0,0195 за вагою, яка легко набуває ливарних якос- для того, щоб забезпечити створення електричних тей у розливній машині прокатного стану із здвоє- дуг, причому склад і фізичні характеристики шлаку ними валками. (наприклад, плинність) повинні бути такими, щоб

Товщину шару шлаку можна збільшувати (шар він був спроможний уловлювати та утримувати шлаку можна ущільнювати) шляхом додання до сірку, а також тверді і рідкі вкраплення, одержувані нього вапна. Введення кисню може сприяти збіль- в результаті реакцій розкиснення і/або в результа- шенню вмісту вільного кисню, приблизно, до 50 ті реакції з киснем повітря. частин на мільйон при температурі сталі, приблиз- Розплав сталі може перемішуватися за допо- но, 160070. могою введення інертного газу, наприклад, аргону

У процесі знесірчення вміст вільного кисню у або азоту, для полегшення процесу змішування розплаві сталі може складати не більше 20 частин шлаку з металом в ковші та знесірчення сталі. на мільйон, переважно, порядку 12 частин на мі- Звичайно інертний газ можна вводити через про- льйон або менше. никну жаростійку продувальну пробку, розташова-

Як інертний газ можна використовувати аргон ну у дні ковша, або через трубку. Було зроблено або азот. висновок, що якщо досягається надзвичайно си-

Інертний газ можна вводити у донну частину льна перемішувальна дія, наприклад, завдяки розплаву сталі у ковші при витраті від 0,355Сс1Итіп введенню аргону через трубку, яка глибоко зану- (стандартних кубічних футів за хвилину) до рена у розплав сталі, при режимі, що характеризу- 1,55с1/тіп (стандартних кубічних футів за хвилину) ється високим вмістом Сао, виникає загроза оде- на тонну сталі у ковші для інтенсивного перемішу- ржання значних незбалансованих кінцевих станів, вання, сприяючого ефективному контакту розпла- наприклад, дуже низьких рівнів вмісту у сталі віль- ву сталі з шлаком. ного кисню при розкисненні кремнієм. Зокрема,

Інертний газ можна вводити у розплав сталі виникає імовірність досягнення реальних рівнів через форсунку, розташовану у донній частині вільного кисню приблизно 10 частин на мільйон у ковша, або через, щонайменше, одну інжекційну порівнянні із заданими 50 частинами на мільйон. трубку. Такий низький вміст вільного кисню забезпечує

Розплав сталі може містити вуглець у кількості більш ефективне проходження процесу знесірчен- від 0,00195 до 0,195 за вагою, марганець у кількості ня і відкриває можливість досягнення дуже низь- від 0,190 до 2,090 за вагою і кремній у кількості від ких рівнів сірки у сталі, розкисненій кремні- 0,195 до 10905 за вагою. єм/марганцем.

Розплав сталі може містити алюміній у кілько- Зокрема, було визначено, що при введенні ар- сті порядку 0,0195 або менше за вагою. Напри- гону через трубку при витратах від 0, 35 до 1, клад, вміст алюмінію може бути понижений до 55с/тіп (стандартних кубічних футів за хвилину) 0,00895 або менше за вагою. на тонну розплаву сталі з рідким шлаком, що ха-

Розплав сталі, одержаний у результаті вико- рактеризується високим вмістом Сао, можна ристання способу за даним винаходом, може за- отримати вміст вільного кисню в режимі крем- стосовуватися на установці для безперервного нію/марганцю при 1600"С менше 12 частин на мі- лиття штабової сталі малих товщин, наприклад, льйон і навіть 8 частин на мільйон, а також швидко штабової сталі товщиною менше 5мм. провести знесірчення з досягненням рівнів сірки

Нагрівання ковша можна проводити у ковшовій нижче 0,00995. Доведено, що дуже інтенсивне пе- металургійній печі (МЕ). Такі печі можуть викону- ремішування розплавленого металу викликає змі- вати цілий ряд функцій, включаючи: шування рідкого шлаку та сталі і, крім того, сприяє 1. Нагрівання рідкої сталі у ковші до заданої видаленню 5іО», який є продуктом реакції кремнію температури на виході, яка забезпечує подальше з вільним киснем у сталі, тим самим створюючи ведення процесу, наприклад, здійснення операції умови для проходження реакції розкиснення крем- безперервного лиття. нієм, що забезпечує появу низьких рівнів вільного 2. Регулювання складу сталі відповідно до за- кисню, які звичайно характерні для розкиснення алюмінієм. генти та охолоджувальні пристрої. Перемішуваль-

Для більш повного розуміння способу за да- на трубка 48 рухомо встановлена на опорній стійці ним винаходом наведено приклад здійснення ви- 46 для встановлення згаданої трубки за допомо- находу, описаний з посиланнями на креслення, що гою опорного кронштейна 47. Опорний кронштейн додається, яке являє собою частковий переріз 47 ковзає угору-вниз вздовж стійки 46 і обертаєть- бічного вигляду ківшевої металургійної печі. ся навколо поздовжньої осі даної стійки 46, забез-

У наведеному конкретному прикладі здійснен- печуючи таким чином коливальні рухи трубки 48 ня винаходу шихтовий і шлакоутворювальний ма- над ковшем 17, потім опускає трубку 48 вниз через теріал для виготовлення сталі нагрівають і очи- отвори (не показані) у шоломній частині 34 та щають в ковші 17, використовуючи ГМЕ 10 для кришці 32 для введення у ванну ковша. Трубка 48 і формування рідкої ванни розплаву сталі, покрито- опорний кронштейн 47 показані на малюнку пунк- го шлаком. Шлак може містити, серед інших еле- тирними лініями у піднятій позиції. Інертний газ, ментів, кремній, марганець і окиси кальцію. Як ви- наприклад, аргон або азот, пропускають (приму- дно на фігурі, ківш 17 спирається на візок 14 для шують барботувати) через перемішувальну трубку переміщення ковша, виконаний таким чином, щоб 48 для перемішування або забезпечення циркуля- забезпечити транспортування ковша з І МЕ 10 по ції ванни з метою досягнення однорідності темпе- підлозі 12 виробничого приміщення у напрямку до ратури та складу і здійснення процесів розкиснен- здвоєної валкової розливної машини (не показа- ня таї знесірчення сталі. Як альтернатива такі ж на). Шихту для плавки сталі або одноразове зава- результати можуть бути досягнуті за рахунок бар- нтаження нагрівають в ковші 17, використовуючи ботажу інертного газу через вогнетривку пробку один або декілька електродів 38. Електроди 38 (не показана), наприклад, через ізотропну пористу підтримуються провідним кронштейном 36 і елект- або капілярну пробку, встановлену у дні ковша 17. родною стійкою 39. Провідний кронштейн 36 підт- Процес змішування може бути також здійснений римується електродною стійкою 39, яка з можливі- методом електромагнітного перемішування або стю переміщення встановлена в опорній яким-небудь іншим способом, що забезпечується конструкції 37. Струмопровідний кронштейн 36 введенням інертного газу. підтримує і підводить струм до електрода 38 від Хімічний склад сталі такий, що забезпечує те- трансформатора (не показаний). Електродна стій- хнологічний режим шлаку, багатого на Сас. Вве- ка 39 виконана таким чином, щоб забезпечити дення інертного газу або азоту для здійснення переміщення електрода 38 і провідного кронштей- процесу перемішування супроводжується низьким на 36 угору, вниз і навколо поздовжньої осі стійки рівнем вільного кисню з розкисненням кремнієм і 39. У процесі роботи при опусканні стійки 39 елек- наступним знесірченням до дуже низького рівня трод 38 опускається через отвір (не показаний) у сірки. Потім шар шлаку збільшують шляхом дода- шоломній або вихлопній частині 34 печі і через вання вапна з метою запобігання поверненню сір- отвір (не показаний) у кришці 32 печі і далі в ківш ки знов у сталь, а кисень вводять у сталь, викори- 17 та в зону під шлаком, з метою нагрівання мета- стовуючи, наприклад, трубку, для доведення лу в ковші 17. Гідравлічний циліндр 33 переміщає вмісту вільного кисню до величини приблизно 50 кришку 32 і шоломну частину 34 угору і вниз від частин на мільйон, забезпечуючи одержання сталі, підведеного положення у робочу нижню позицію, у яка придатна для обробки на здвоєній валковій якій кришка 32 розташовується на ковші 17. Теп- розливній машині. Після цього сталь подають на лозахисний екран 41 захищає підтримувальний здвоєну валкову розливну машину і методом лиття пристрій для електродів і регулювальні компонен- одержують сталевий штабовий прокат малої тов- ти від впливу тепла, створюваного піччю. Незва- щини. Ті сполуки, які повинні бути видалені у про- жаючи на те, що на малюнку показаний тільки цесі очистки, вступають в реакцію з вільним кис- один електрод 38, слід мати на увазі, що для здій- нем, утворюючи окиси, наприклад, 5іО», Мпо, снення нагрівальних операцій можуть бути засто- Еео, які мають бути повернені назад у шлак. совані додаткові електроди 38. Різні складові час- Результати досліджень способу, наведеного тини печі, наприклад, кришка 32, підйомний як приклад здійснення винаходу, який застосову- циліндр 33, а також провідний кронштейн охоло- вали з використанням ковша місткістю 120 тонн на джуються водою. При цьому слід мати на увазі, що ІГМЕ з введенням газу аргону через занурену у можуть застосовуватися й інші придатні холодоа- розплав трубку, подані у Таблиці, що додається.

Таблиця

Порядок проведення операцій плавки.

Наведені ключові дії. 11111111111111111111111711рс | мо | 8 | 5 о | т

О1.Хімічнийскладплавкив ЕАЄРЇ 77777 | 0047 | 004 | 0,0 | 0,031 | 1041 |1674 (3045)

Добавки до МЕ: 1200 фунтів тей вуглецю Ре-Мп, 201 фунт 5раг 3.12 (після 1-го перемішування протягом 4хв.) | 0,057 | 0,49 | 0,06 | 0,015 | 26,7 |1624 (2955) 4.13 (після 2-гоперемішування протягом 4хв.) | 0,054 | 0,5 | 018 | 0008| 8 /|1604(2920) 5.14 (післязатвердівання шлаку | 0057 | 049 | 009 | 0,01 | 16,6 |1626 (2958) 7.16(через'бхв після!5) | 006 | 048 | 0.08 | 001 | 59,5 |1599 (2911) 8.1 7(через20хв) сг 10006 | 048 | 078 | 001 | 50,3 |1592 (2998)

Дослідження вкраплень

Перед введенням кисню (після перемішування аргоном) 13 | 898 2 2 ЮщЩщ| 891 | 2227 | 4877 | ї2! | л2 16 | 268 | 337 | 2219 | 5О | 1770 | 006 КК(

На підставі результатів, поданих у Таблиці, ти здійснений на здвоєній валковій розливній ма- можна зробити висновок про те, що перед дода- шині для виробництва штабового прокату товщи- ванням 1000 фунтів вапна для збільшення товщи- ною менше 5мм, наприклад, товщиною приблизно ни шлаку у процесі шлаковідокремлення рівень 1мм і нижче, тип якої детально описаний у патен- сірки спочатку знижували до 0,00895. Однак під час тах США Мо 5,184,668 і 5,277,243. стовщення шару шлаку спостерігалося незначне Винахід був детально описаний з використан- повернення сірки у кількості до 0,01905. ням доданих до опису креслень, однак даний опис

Як вже згадувалося вище, при литті нелегова- і супроводжуюче його креслення слід розглядати ної вуглецевої сталі на здвоєній валковій розлив- тільки як ілюстративний матеріал, що не обмежує ній машині безпосередньо для виготовлення шта- межі захисту, обумовлені даним винаходом. Слід бового прокату малих товщин існує можливість взяти до уваги, що в описі подані тільки переважні застосування сталі, розкисненої кремні- приклади здійснення винаходу, а всі зміни та мо- єм/марганцем з вмістом сірки менше 0,0190 за ва- дифікації в рамках переліку суттєвих ознак вина- гою. За результатами випробувань такий показник ходу слід вважати включеними в обсяг його захи- може бути досягнутий завдяки використанню спо- сту. собу за даним винаходом. Процес лиття може бу-

ще

Х І в й | | в -- і ТЯ і НУ гі Це

Чи ше

Б ь щи

Два ке дв нн я Я

КУА ; їі Ми В 5 х ШЕ: у ей пе ри КІ де ІВ ПЕ; ії із 14 ТВ мок

Ще і ре: понос ня мед ен

Гл от

Фіг 1

Комп'ютерна верстка 0. Гапоненко Підписне Тираж 26 прим.

Міністерство освіти і науки України

Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна

ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601