Бюллетень Черметинформации. 1973. №7. С. 36—37.

Получение конвертерной стали с пониженным содержанием газов

В.Т. Терещенко, В.С. Сапиро, О.В. Мартынов, С.М. Горлов, В.В. Казанский, В.П. Саванин, М.Н. Стрелец, Л.С. Сапиро

Тульским филиалом Центрального научно-исследовательского института черной металлургии совместно с Донецким политехническим институтом и Ново-Тульским металлургическим заводом разработана и опробована в полупромышленных условиях технология получения кислородно-конвертерной стали с пониженным содержанием кислорода, водорода и азота путем обработки ванны после продувки твердым углеродом.

Исследование проводили в 10-т кислородном конвертере. Вследствие значительных колебаний химического состава ваграночного чугуна окисленность металла и шлака в конце плавки изменялась в широких пределах. Содержание углерода в металле по окончании продувки колебалось от 0.02 до 0.40%, серы — от 0.008 до 0.082%, фосфора — от 0.008 до 0.65%. Количество шлака после продувки обычно составляло 10—12% от веса плавки. Основность шлака изменялась от 4 до 8, а содержание в нем химически связанного железа — от 10 до 40%. По окончании продувки при повалке конвертера из ванны частично удаляли шлак и отбирали пробы металла и шлака. Длительность периода от конца продувки до момента отбора проб составляла 1.0—1.5 мин. После возвращения конвертера в вертикальное положение в ванну вводили графитовый блок до упора его в днище конвертера и выдерживали в металле в течение 1—6 мин, расход графита колебался от 1.0 до 1.5 кг/т стали.

В этот период вели непрерывное наблюдение за ванной через фурменное отверстие в камине конвертера. После обработки ванны твердым углеродом и повторной повалки конвертера отбирали пробы и измеряли температуру металла. Пробы на содержание кислорода и азота отбирали непосредственно из конвертера в закрытый стаканчик с алюминиевой проволокой, а пробы на содержание водорода — кварцевой пипеткой из пробной ложки. Концентрацию кислорода в стали определяли методом вакуумплавления на приборе ПВП-1 с контролем некоторых проб на эксхалографе фирмы Бальцерс. Содержание азота в металле определяли химическим способом, а водорода — комбинированным методом — в эвдиометрах и при безвлажном форвакуумном нагреве до 650° С.

Интенсивное кипение металла в конвертере начиналось сразу после погружения в ванну графитового блока и постепенно усиливалось в течение последующих 15—20 с, при этом в зоне радиусом 500—700 мм от места введения графитового блока металл оголялся, а из горловины конвертера выбивался факел пламени, длина которого увеличивалась с повышением начального содержания углерода в стали. Процесс дегазации ванны твердым углеродом состоит из двух стадий. На первой стадии содержание углерода в металле уменьшается, причем в тем большей степени, чем выше начальное (перед обработкой) его содержание в ванне. Так, содержание углерода в ванне в этот период достигало 0.10% при начальном его содержании 0.30—0.40%. На второй стадии начинается науглероживание металла, при этом кипение ванны ослабевает постепенно. Соотношение длительности стадий процесса также зависит от начального содержания углерода в ванне. Суммарная длительность процесса обработки ванны графитом без науглероживания металла выше исходной концентрации при начальном содержании углерода С_нач=0.05—0.15% составляет 2—З мин, а при С_нач=0.30—0.40% и 0.01—0.03% — 4—5 мин.

В ходе исследования было также установлено, что фиксируемое в отобранных пробах снижение содержания кислорода в металле после его обработки в 5—10 раз меньше количества кислорода, фактически участвующего в процессе. Это обусловлено вторичным окислением металла в очаге интенсивного бурления кислородом из атмосферы в полости конвертера, что обеспечивает более сильный барботаж ванны, чем при вакуумировании нераскисленной стали в ковше без окислительного шлака.

Влияние конвертерного шлака на процесс дегазации ванны при ее обработке графитом невелико. Высокая основность и некоторое снижение температуры шлака в процессе обработки обусловливает быстрое его загущение и резкое снижение химической активности.

Уменьшение суммарного содержания окислов железа в шлаке в процессе обработки обычно составляет 0.4—1.7% (вторая цифра относится к среднеуглеродистой стали вследствие частичного раскисления шлака углеродом ванны).

Основные показатели дегазации конвертерной плавки твердым углеродом приведены в таблице. Степень раскисленности ванны определяется начальной концентрацией кислорода в стали и колеблется в пределах 40—60%, причем при содержании углерода в металле менее 0.20% содержание кислорода в ванне после обработки графитом ниже равновесного, пределы колебаний окисленности металла сужаются в 3—4 раза. При обработке ванны твердым углеродом значительно снижается содержание водорода и азота, причем степень деазотизации металла резко возрастает при исходном содержании азота в ванне более 0.007%.

Содержание газов, серы и фосфора в металле до и после дегазации ванны твердым углеродом

^*1 При содержании углерода менее 0.1%.

^*2 При содержании углерода более 0.1%

^*3 См³/100 г.

Процесс дегазации ванны твердым углеродом сопровождается снижением содержания серы и фосфора в металле на 10—14 и 11—20% соответственно в зависимости от исходной концентрации серы и фосфора в ванне и от изменения содержания кислорода в металле в период дегазации.

Содержание серы и фосфора (в виде Р₂О₅) в шлаке до и после обработки металла твердым углеродом практически не изменяется и составляет соответственно 0.225—0.226 и 2.52—2.66%.

Вследствие интенсивного кипения ванны при ее обработке твердым углеродом температура металла в процессе дегазации снижается со средней скоростью 10—15° С/мин. При выплавке низкоуглеродистой стали общее снижение температуры ванны составило 30—40°С (длительность дегазации 2—3 мин), а при выплавке среднеуглеродистой стали — от 40 до 60° С (длительность дегазации 4—5 мин). Снижение температуры металла в 10-т конвертере без обработки ванны твердым углеродом обычно составляет 5°С/мин; при вакуумировании стали в ковше или продувке ее аргоном температура снижается на 80—100° С (длительность обработки 5—8 мин).

Разработан и опробован метод дегазации низко- и среднеуглеродистой стали в конвертере твердым углеродом (графитом), по эффективности не уступающий вакуумированию металла в ковше или продувке его инертными газами. Новый метод дегазации может быть рекомендован при выплавке как спокойных, так и химически закупориваемых кипящих сталей.

© В.Т. Терещенко, В.С. Сапиро, О.В. Мартынов, С.М. Горлов, В.В. Казанский, В.П. Саванин, М.Н. Стрелец, Л.С. Сапиро, 1973