Сталь. 1981. №2. С. 26—27.

Рафинирование кипящей стали

В.С. Сапиро, М.М. Перистый, В.С. Ворошилин, В.И. Коссе

Донецкий политехнический институт и Ждановский металлургический завод им. Ильича

В кислородно-конверторном цехе Ждановского металлургического завода им. Ильича со 150-т конверторами разработана промышленная технология обработки кипящей стали в сталеразливочном ковше монолитным углеродом.

Рабочий проект экспериментальной установки выполнен проектно-конструкторским отделом завода по технической разработке Донецкого политехнического института. Установка (рисунок) смонтирована между разливочными пролетами цеха, так что в рабочем положении она находится над серединой путей сталевоза.

Установка для обработки кипящей стали в ковше углеродными блоками (А — подкрановая балка разливочного крана; остальные обозначения в тексте)

Установка состоит из вертикальной направляющей 1, по которой перемещается каретка 2. На опорном подшипнике 3 каретки смонтирована консоль 4, которую исполнительным механизмом 7 можно поворачивать в один из разливочных пролетов. Углеродный блок, собранный на стопорном стержне 6, консольным краном подается к установке и с помощью зажимов 5 жестко закрепляется на поворотной консоли. Каретка со стержнем перемещается лебедкой 8 грузоподъемностью 5 т.

В первых опытах применяли графитированные и угольные электроды или их огарки. Однако эти материалы не вполне отвечали требованиям, предъявляемым к раскислителям для обработки жидкой стали. Ввиду относительно высокой теплопроводности они ошлаковывались при прохождении слоя охлажденного шлака, из-за чего начало реакции задерживалось до 2 мин и более.

В связи с этим разработали специальный состав углеродной массы, которую формуют в разъемных металлических формах и в этих же формах подвергают обжигу в стоящих на сушке сталеразливочных ковшах. Состав массы и режим ее термической обработки обеспечивают получение блоков с высокой реакционной способностью, которые практически сразу же после ввода в ковш начинают взаимодействовать с металлом.

Блоки закрепляют на стопорном стержне вместо двух-трех нижних огнеупорных катушек. Одного блока достаточно для обработки трех-пяти плавок (в зависимости от его размера).

Технологию рафинирования отрабатывали на сталях 08кп и Ст1—Ст2кп. Технология плавки не отличалась от принятой в цехе; стремились только исключить присадки алюминия в ковш. Сразу же после выпуска плавки ковш с металлом на сталевозной тележке подавали под установку. При исследованиях глубину погружения блока в металл изменяли от 2.5 до 3.5 м, а время выдержки от 2—2.5 до 8—9 мин.

Сталь разливали на листовые слитки массой 19 т по принятой в цехе технологии с корректировкой расхода жидкого алюминия на химическое закупоривание по качеству головной части первого слитка.

Сразу после ввода блока в ковш на максимальную глубину металл «раскипается» в течение 10—30 с. Затем начинается интенсивное кипение с образованием вала высотой около 0.5 м и фонтанированием в радиусе до 1 м от стержня. На этом участке металл оголяется от шлака, а шлак на периферии вовлекается в движение по поверхности ванны.

Визуально не отмечено подъема уровня металла в ковше, хотя после 5—6 мин обработки шлак в результате барботирования газов через него иногда вспенивается. При этом обработку приходится прекращать. Опыт, однако, показал, что для кипящей стали обработка в течение 5 мин вполне достаточна; бурных реакций с выбросами шлака и металла из ковша тоже не наблюдается.

Интенсивность процесса зависит от начального содержания  кислорода в металле и глубины погружения блока. При меньшей глубине ввода блока в металл реакция идет более интенсивно в связи с более низким ферростатическим давлением и усилением процессов вторичного окисления. Изменяя положение блока, можно регулировать интенсивность вторичного окисления и тем самым усиливать эффекты дегазации или охлаждения металла, если это необходимо.

Эффективность раскисления растет с увеличением продолжительности обработки. Содержание кислорода в металле через 2 мин снижается в среднем на 15%, а через 7—8 мин — на 40%.

Для кипящей стали, впрочем, требуется не столько снижение содержания кислорода, сколько стабилизация его в более узких пределах и на оптимальном уровне. Раскислять сталь, содержащую менее 0.040% кислорода, вообще нецелесообразно, так как при этом могут ухудшиться условия формирования корковой зоны слитка.

Проведенные исследования показали, что при обработке всех плавок, независимо от интенсивности кипения металла в ковше, разброс по содержанию кислорода в стали от плавки к плавке может быть уменьшен вдвое. Однако при этом нижний предел конечной концентрации кислорода попадает в область 0.025—0.035%, что по условиям разливки нежелательно.

Дальнейшее сужение пределов по кислороду возможно, если ограничивать продолжительность обработки интенсивно кипящих в ковше плавок до 5 мин и сразу же прекращать обработку плавок с низкой начальной интенсивностью кипения. В этом случае концентрация кислорода в металле будет находиться в диапазоне, оптимальном для разливки (0.035—0.045%).

Расход монолитного углерода на обработку составляет около 150—250 г/т стали. Однако в металл он не попадает, содержание углерода в металле снижается на 0.010—0.015% (меньшая величина здесь относится к плавкам с начальным содержанием углерода 0.06—0.08%, а большая — к плавкам с [C]_нач=0.10¸0.12%). Таким образом, монолитный углерод не только сам раскисляет металл, но и оказывает катализирующее влияние, усиливая активность углерода ванны и создавая условия для его реагирования.

При разливке обработанной стали не наблюдается вспенивания металла с образованием «голенищ» и несколько стабилизируется расход алюминия на химическое закупоривание по ходу разливки. Последнее обстоятельство связано с большей равномерностью состава металла по высоте ковша. Так, в среднем по большой группе плавок с продолжительностью обработки не менее 3.5 мин содержание кислорода в металле в начале, в середине и в конце разливки различалось не более чем на 0.002%.

Благодаря снижению окисленности металла расход алюминия на химическое закупоривание был снижен на 1.5 кг на слиток. Стабилизация условий закупоривания и улучшение качества головной части слитков позволили уменьшить головную обрезь слитков на слябинге примерно на 1%. Экономический эффект только за счет снижения расходного коэффициента металла достигает 0.6 руб/т.

Описанный метод обработки кипящей стали обладает всеми известными преимуществами внепечного рафинирования металла; он отличается простотой в конструктивном оформлении и в управлении и может быть эффективно использован не только в кислородно-конверторных, но и в мартеновских цехах. В последнем случае наиболее целесообразно размещать установку непосредственно на печи.

© В.С. Сапиро, М.М. Перистый, В.С. Ворошилин, В.И. Коссе, 1981