RU2792901C1

RU2792901C1 - Method for producing electrotechnical isotropic steel

Info

Publication number: RU2792901C1
Application number: RU2021134246A
Authority: RU
Inventors: Альберт Ахметгареевич Саитгараев; Илья Владимирович Гущин; Сергей Сергеевич Дегтев; Денис Анатольевич Ковалев; Максим Геннадьевич Мощенко; Владимир Станиславович Ильичев; Александр Анатольевич Сумин; Константин Федорович Колетвинов; Юрий Сергеевич Пономарев
Original assignee: Публичное Акционерное Общество "Новолипецкий металлургический комбинат"
Filing date: 2021-11-23
Publication date: 2023-03-28

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to ferrous metallurgy, specifically, to production of electrotechnical isotropic steels with a low carbon content. Steel is processed through a wash heat on an RH vacuum degasser with a full degassing cycle to a carbon content of not above 0.006% wt. prior to accepting stock with a carbon content of not above 0.002% wt. for processing, no later than the time regulating the vacuum chamber to be installed for gas-oxygen reheating. The process of decarburisation is executed on the RH vacuum degasser while supplying lifting gas through an intake pipe with minimum technically possible flow rate throughout the entire process of degassing, wherein the flow rate value is set according to the following ratio: q_opt≥q_min + 0…20 m³/h, wherein q_min is the minimum flow rate of the lifting gas, depending on the technical capability of the used RH vacuum degasser, m³/h; q_opt is the optimal flow rate of the lifting gas for stable production of a carbon content not above 0.002% wt., m³/h.

EFFECT: possibility of reducing the carbon content in steel after the stage of decarburising to a level of not above 0.002% wt.

1 cl, 1 dwg, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к производству стали с особо низким содержанием углерода не более 0,002%. Способ включает комбинированную продувку металла в конвертере, внепечную обработку, обезуглероживание металла в вакууме, усреднительное перемешивание на установке доводки металла, непрерывную разливку жидкого металла в слябы. Изобретение позволяет получить в электротехнической изотропной стали стабильное содержание углерода не более 0,002% и обеспечить улучшенные электромагнитные свойства, а именно низкие потери на перемагничивание.The invention relates to ferrous metallurgy, specifically to the production of steel with a particularly low carbon content of not more than 0.002%. The method includes combined blowing of metal in a converter, out-of-furnace treatment, decarburization of metal in vacuum, homogenizing mixing at a metal finishing unit, continuous pouring of liquid metal into slabs. EFFECT: invention makes it possible to obtain a stable carbon content of not more than 0.002% in electrical isotropic steel and to provide improved electromagnetic properties, namely, low magnetization reversal losses.

Низкое содержание углерода требуется в различных классах стали, таких как IF-стали, электротехнические изотропные и другие. Это обусловлено тем, что массовая доля углерода оказывает значительное влияние на уровень магнитных и механических свойств стали.Low carbon content is required in various grades of steel such as IF steels, electrical isotropic and others. This is due to the fact that the mass fraction of carbon has a significant effect on the level of magnetic and mechanical properties of steel.

Для электротехнической изотропной стали - содержание углерода является одним из основных факторов, определяющих уровень удельных магнитных потерь и магнитной индукции, поскольку углерод является сильным аустенитообразующим элементом, расширяющим область существования аустенита, и одной из наиболее вредных примесей в электротехнической стали.For electrical isotropic steel, the carbon content is one of the main factors determining the level of specific magnetic losses and magnetic induction, since carbon is a strong austenite-forming element that expands the area of austenite existence, and one of the most harmful impurities in electrical steel.

Присутствие нескольких сотых долей процента углерода расширяет (α+γ)-область, что приводит к возникновению фазового наклепа, измельчению зерна и нарушению кристаллографической текстуры, а, следовательно, к росту коэрцитивной силы и снижению магнитной проницаемости. Также содержание углерода в конечной стали влияет на старение, в зависимости от времени эксплуатации. [Миндлин Б.И., Настич В.П., Чеглов А.Е. Изотропная электротехническая сталь, М.: Интермет Инжиниринг, 2006. - 240 с.]The presence of several hundredths of a percent of carbon expands the (α + γ) region, which leads to the appearance of phase hardening, grain refinement and violation of the crystallographic texture, and, consequently, to an increase in the coercive force and a decrease in magnetic permeability. Also, the carbon content of the final steel affects aging, depending on the operating time. [Mindlin B.I., Nastich V.P., Cheglov A.E. Isotropic electrical steel, Moscow: Intermet Engineering, 2006. - 240 p.]

Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип к предложенному изобретению является способ выплавки особонизкоуглеродистой стали по патенту РФ 2575901 кл. С21С 7/10, включающий выплавку металла в сталеплавильном агрегате, выпуск плавки в сталеразливочный ковш, ввод раскислителей и вакуумирование в два этапа, отличающийся тем, что перед вакуумированием металла производят его электронагрев до температуры 1630…1640°С, на первом этапе вакуумирования устанавливают разрежение в вакуум-камере от 150 до 100 мбар и производят продувку металла кислородом с расходом 1000…1500 м³/ч, причем продолжительность первого этапа вакуумирования составляет 15 мин при начальном содержании углерода в стали не более 0,05% и 18 минут при содержании углерода более 0,06%, а на втором этапе после окончания продувки кислородом устанавливают расход аргона для перемешивания металла 1500 л/мин и продолжают вакуумирование до достижения разрежения в вакуум-камере не более 1,2 мбар, при данном разрежении выдерживают металл не менее 10 мин.The closest in technical essence and taken as a prototype to the proposed invention is a method of smelting extra-low carbon steel according to RF patent 2575901 class. С21С 7/10, which includes metal smelting in a steel-smelting unit, melt discharge into a steel-pouring ladle, introduction of deoxidizers and evacuation in two stages, characterized in that before the metal is evacuated, it is heated electrically to a temperature of 1630 ... in a vacuum chamber from 150 to 100 mbar and the metal is purged with oxygen at a flow rate of 1000 ... 1500 m ³ / h, and the duration of the first stage of evacuation is 15 minutes with an initial carbon content in steel of not more than 0.05% and 18 minutes with a carbon content more than 0.06%, and at the second stage, after the end of the purge with oxygen, the flow rate of argon for stirring the metal is set to 1500 l/min and vacuuming is continued until a vacuum in the vacuum chamber is reached no more than 1.2 mbar, at this vacuum the metal is kept for at least 10 minutes .

К недостаткам этого способа следует отнести невозможность стабильного получения содержания углерода не более 0,002% в расплаве на всей серии выплавляемых плавок. Результаты экспериментальных исследований позволяют утверждать, что содержание углерода в первой плавке в серии на уровне не более 0,002% невозможно достичь по причине использования природного газа для разогрева вакуумкамеры до рабочей температуры, в результате горения которого происходит выделение копоти с оседанием на рабочих поверхностях вакууматора. Набор углерода в данном случае на основе экспертной оценки составляет до 0,001%. К следующему недостатку следует отнести повышенный расход кислорода на уровне 1000…1500 м³/ч. Использование подачи кислорода с данным расходом приведет к увеличению температуры в вакуумкамере и как следствие «сползанию» шлакометаллической составляющей с ее стенок в расплав и увеличению содержания углерода в последнем, при обработке всех плавок в серии.The disadvantages of this method include the inability to consistently obtain a carbon content of not more than 0.002% in the melt for the entire series of smelted melts. The results of experimental studies allow us to state that the carbon content in the first heat in the series at a level of no more than 0.002% cannot be achieved due to the use of natural gas to heat the vacuum chamber to the operating temperature, as a result of which combustion results in the release of soot with deposition on the working surfaces of the vacuum chamber. The set of carbon in this case, based on expert assessment, is up to 0.001%. The next disadvantage is the increased consumption of oxygen at the level of 1000...1500 m ³ /h. The use of oxygen supply with a given flow rate will lead to an increase in the temperature in the vacuum chamber and, as a result, the “sliding” of the slag-metal component from its walls into the melt and an increase in the carbon content in the latter, during the processing of all melts in the series.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение в электротехнической изотропной стали стабильного содержания углерода не более 0,002% после этапа обезуглероживания.The problem to be solved by the invention is to obtain a stable carbon content of not more than 0.002% in electrical isotropic steel after the decarburization step.

Для решения поставленной задачи в предлагаемом способе производства особонизкоуглеродистой электротехнической изотропной стали, включающем выплавку стали с комбинированной продувкой металла в конвертере, обработку металла на установке доводки металла (УДМ), обезуглероживание металла в вакууме, доводку металла по химическому составу и усреднительное перемешивание на УДМ, непрерывную разливку стали в слябы реализуются следующие условия:To solve the problem in the proposed method for the production of extra-low-carbon electrical isotropic steel, including steel smelting with combined blowing of metal in a converter, metal processing at a metal finishing unit (UDM), metal decarburization in vacuum, finishing of metal by chemical composition and averaging mixing at UDM, continuous casting of steel into slabs, the following conditions are realized:

- обработка промывочной плавкой на агрегате циркуляционного вакуумирования (АЦВ), с полным циклом вакуумирования до содержания углерода не более 0,006% перед приемом под обработку сортамента с содержанием углерода не более 0,002%, не позднее времени, регламентирующего установку вакуумкамеры под повторный газокислородный разогрев;- processing by washing melting at the circulating vacuum unit (ACV), with a full cycle of vacuuming to a carbon content of not more than 0.006% before accepting for processing an assortment with a carbon content of not more than 0.002%, no later than the time regulating the installation of a vacuum chamber for re-gas-oxygen heating;

- осуществляется процесс обезуглероживания на АЦВ с подачей лифт-газа через всасывающий патрубок с минимальным технически возможным расходом на протяжении всего процесса вакуумирования, которое устанавливается по следующему соотношению:- the decarburization process is carried out at the ACV with the supply of lift gas through the suction pipe with the minimum technically possible flow rate throughout the entire evacuation process, which is set according to the following ratio:

q_опт≥q_min+0…20 м³/ч,q _opt ≥q _min +0…20 m ³ /h,

где:Where:

q_min - минимальный расход лифт-газа в зависимости от технической возможности используемого АЦВ, м³/ч;q _min - the minimum consumption of lift gas, depending on the technical feasibility of the ACV used, m ³ /h;

q_опт - оптимальный расход лифт-газа для стабильного получения низкого содержания углерода, м³/ч.q _opt is the optimal consumption of lift gas for stable production of low carbon content, m ³ /h.

Условием для получения стабильно низкого содержания углерода на всей серии плавок является использование:The condition for obtaining a consistently low carbon content for the entire series of heats is the use of:

- первой промывочной плавки, неответственного назначения, направленной на удаление с рабочих поверхностей вакуумкамеры продуктов горения природного газа (сажа) в период разогрева, которые привносят по экспериментальным наблюдениям, до 0,001% углерода. Необходимость проведения промывочных кампаний для минимизации прироста углерода также подтверждается результатами работы [Семин А.Е. Диссертация Дефосфорация и глубокое обезуглероживание высоколегированных расплавов в условиях низкой окисленности, М.: - 47 с.].- the first washing melt, of an irresponsible purpose, aimed at removing natural gas combustion products (soot) from the working surfaces of the vacuum chamber during the heating period, which, according to experimental observations, bring up to 0.001% carbon. The need for flushing campaigns to minimize carbon growth is also confirmed by the results of [Semin A.E. Dissertation Dephosphorization and deep decarburization of high-alloy melts under conditions of low oxidation, M.: - 47 p.].

- минимального расхода лифт-газа через всасывающий патрубок АЦВ на всем протяжении процесса вакуумирования. Интенсивность подачи лифт-газа должна обеспечивать интенсивный пузырьковый, либо переходный режим истечения газа в металл. Это позволяет увеличить время нахождения металла в объеме вакуумкамеры, и тем самым осуществить более глубокое обезуглероживание. Для установки АЦВ ПАО «НЛМК» минимальный расход лифт-газа составляет 80 м³/ч, что связано с выполнением условий по недопущению попадания жидкого расплава в каналы истечения лифт-газа и как следствие создания аварийной ситуации. При увеличении расхода лифт-газа более +20 м³/ч к минимально технически возможному появляются признаки «пробоя», что приводит к переходу от пузырькового истечения газа к струйному, в результате чего уменьшается площадь контакта фазы металл-газ, и снижения степени обезуглероживания. [Семин А.Е., Коминов С.В., Чуйков Ф.В. Производство стали в электропечах. Обработка металла инертными газами, учебное пособие, НИТУ МИСиС] Граничное значение расхода лифт-газа не более+20 м³/ч к минимально технически возможному получено на основе промышленных экспериментов и результатов теоретических расчетов.- the minimum flow rate of lift gas through the suction pipe of the ACV throughout the evacuation process. The intensity of the lift gas supply should provide an intensive bubble or transient regime of gas outflow into the metal. This allows you to increase the residence time of the metal in the volume of the vacuum chamber, and thus to carry out a deeper decarburization. For the ACV installation of NLMK PJSC, the minimum lift gas consumption is 80 m ³ / h, which is associated with the fulfillment of the conditions for preventing the liquid melt from entering the lift gas outflow channels and, as a result, creating an emergency. With an increase in the lift gas flow rate of more than +20 m ³ /h to the minimum technically possible, signs of "breakdown" appear, which leads to a transition from bubble gas outflow to a jet one, resulting in a decrease in the metal-gas phase contact area, and a decrease in the degree of decarburization. [Semin A.E., Kominov S.V., Chuikov F.V. Steel production in electric furnaces. Processing of metal with inert gases, textbook, NUST MISiS] The limit value of the lift gas flow rate is not more than + 20 m ³ / h to the minimum technically possible obtained on the basis of industrial experiments and the results of theoretical calculations.

Дополнительно выполнение данного условия позволяет снизить вероятность бурного выделения газа из расплава во время этапа обезуглероживания, забрасывания внутренних стенок вакуумкамеры шлакометаллической составляющей и поддержание минимального прироста углерода за счет минимизации ее схода в расплав. Химический анализ шлакометаллической составляющей показал наличие содержание углерода на уровне начального, с которым металл поступает на АЦВ (рис. 1 Схематичное изображение вакуумкамеры: а) места отбора шлакометаллической составляющей на содержание углерода, где А - внутренняя зона вакуумкамеры, Б - шлакометалл ическая настыль, б) фото внутреннего пространства вакуумкамеры).Additionally, the fulfillment of this condition makes it possible to reduce the likelihood of rapid gas release from the melt during the decarburization stage, throwing the inner walls of the vacuum chamber of the slag-metal component and maintaining a minimum increase in carbon by minimizing its descent into the melt. The chemical analysis of the slag-metal component showed the presence of carbon content at the initial level, with which the metal enters the ACV (Fig. 1 Schematic representation of the vacuum chamber: a) the place of sampling of the slag-metal component for carbon content, where A is the inner zone of the vacuum chamber, B is the slag-metal accretion, b ) photo of the inner space of the vacuum chamber).

ПримерExample

В ПАО «НЛМК» провели ряд экспериментально-промышленных плавок электротехнических изотропных сталей 4-й группы легирования по предлагаемому способу на основе формулы изобретения. В конвертерном цехе №1 в конвертере емкостью 160 т вели продувку металла кислородом. После чего осуществляли выпуск металла в сталеразливочный ковш, который подавали для усреднения и обеспечения заданной температуры на установку «Печь-ковш». Перед началом приема кампании электротехнических изотропных сталей на вакуумирование осуществляли промывочную обработку вакууматора маркой стали 08Ю. Обезуглероживание расплава осуществляли с использованием циркуляционного вакууматора в течение заданного времени и расходом лифт-газа на минимальном уровне (80 м³/ч) на протяжении всего технологического процесса. Далее металл усредняли по химическому составу на установке доводки металла и подавали на разливку УНРС.In PJSC "NLMK" conducted a series of experimental and industrial heats of electrical isotropic steels of the 4th alloy group according to the proposed method based on the claims. In the converter shop No. 1, metal was purged with oxygen in a converter with a capacity of 160 tons. After that, the metal was tapped into a steel-pouring ladle, which was fed for averaging and ensuring the desired temperature to the Ladle Furnace. Before starting to accept a campaign of electrical isotropic steels for evacuation, a washing treatment of the degasser with steel grade 08Yu was carried out. The decarburization of the melt was carried out using a circulating degasser for a given time and the consumption of lift gas at a minimum level (80 m ³ /h) throughout the entire process. Next, the metal was averaged in terms of chemical composition at the metal finishing unit and fed to the casting of the UNRS.

Технологические параметры обработки на АЦВ и содержание углерода после этапа обезуглероживания, полученное в результате опытного использования предлагаемого технического решения, представлены в таблице 1, где * - промывочная плавка не производилась; ** - осуществлена промывочная кампания.Technological parameters of processing at ACV and the carbon content after the decarburization stage, obtained as a result of the experimental use of the proposed technical solution, are presented in table 1, where * - washing melting was not carried out; ** - flushing campaign carried out.

Из анализа данных таблицы можно сделать вывод, что содержание углерода полученной стали с использованием предлагаемого способа ниже, чем в стали, полученной по ранее известному способу.From the analysis of the table data, it can be concluded that the carbon content of the steel obtained using the proposed method is lower than in steel obtained by the previously known method.

Таким образом, использование предлагаемого способа при производстве электротехнической изотропной стали позволяет получить содержание углерода не более 0,002% после этапа обезуглероживания на АЦВ.Thus, the use of the proposed method in the production of electrical isotropic steel makes it possible to obtain a carbon content of not more than 0.002% after the decarburization stage at ACV.

Следовательно, задача, на решение которой направлено технической решение, выполняется, при этом достигается получение вышеуказанного технического результата.Therefore, the task to be solved by the technical solution is performed, while obtaining the above technical result.

Claims

A method of steel production, including steel smelting with combined metal blowing in a converter, metal processing at a metal finishing unit, metal decarburization in vacuum, metal finishing by chemical composition and homogenizing mixing at a metal finishing unit, continuous casting of steel into slabs, characterized in that

processing is carried out by flushing melting at a circulation degassing unit, with a full cycle of degassing to a carbon content of not more than 0.006 wt.% before accepting for processing an assortment with a carbon content of not more than 0.002 wt.%, no later than the time regulating the installation of a vacuum chamber for re-gas-oxygen heating,

the process of decarburization is carried out on the circulating evacuation unit with the supply of lift gas through the suction pipe with the minimum technically possible flow rate throughout the entire evacuation process, which is set according to the following ratio:

Where:

q _min - the minimum flow rate of the lift gas, depending on the technical feasibility of the used circulating evacuation unit, m ³ /h;

q _opt is the optimal consumption of lift gas for stable production of a carbon content of not more than 0.002 wt.%, m ³ /h.