Способ выплавки стали

 

СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ в дуговых печах одноишаковым процессом , включаинций расплавление металла , окислительное рафинирование в печи, бесшлаковый выпуск металла в ковш, присадку раскислятелей и шлакообраззпощих и продувку металла в ковше , инертньв газом, о т л ичающийдзя тем, что, с целью повышения производительности печи и эффективности десульфурации стали твердой известью, на дно сталеразливочного ковша послойно присаживают первую порцию алюминия, плавиковый шпат, ферросилиций и ферромарганец в соотношении

СОЮЗ СОЕ)ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) 1(5)) С 21 С 5/52

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР (21) 3603813/22-02 (22) 09.06.83 (46) 15.03.85. Бюл. Ф 10 (72) Е.З. Кацов, В.К. Комельков, О.А. Хохлов, В.И. Трахимович, А.И. Лукутин, Б.10. Зеличенок, А.Я. Харламов, Н.Г. Тарынин, В.В. Кулаков и Т.Н. Ряхов (71) Институт металлургии им.А.А.Байкова (53) 669.187.25(088.8) (56) 1. Поволоцкий Д.Я. и др. Сборник МЧМ. M., "Металлургия", У 3, 1975, с. 33-38.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Ф 3499397/02, кл. С 21 С 5/52, 1983. (54)(57) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ. в дуговых печах одношлаковым процессом, включающий расплавление металла, окислительное рафинирование в печи, бесшлаковый выпуск металла в ковш, присадку раскислителей и шлакообразующих и продувку металла в ковше инертным газом, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения производительности печи и эффективности десульфурации стали твердой известью, на дно сталеразливочного ковша послойно присаживают первую порцию алюминия, плавиковый шпат, ферросилиций и ферромарганец в соотношении (1-2,5):

:(0,5-1,5):(3,5-10):(5-12) в количестве 10-26 кг/т стали, а затем одновременно с началом наклона желоба дуговой печи присаживают на струю металла сначала известь фракций 11-40 мм, а после выпуска половины плавки присаживают йзвесть фракций .3-10 мм и вторую порцию алюминия в виде гранул в количестве 0,2-0,8 кг/т стали, при этом суммарную. удельную площадь поверхности кусков извести увеличивают от 0,4 до 1,0 м /т на каждый 0,001Х серы, удаляемой из стали, а скорость подачи извести на струю регулируют в пределах 130-340 кг/мйн в зависимости от содержания серы в металле перед выпуском из -печи.

1 145036

25

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к выплавке стали одношлаковым процессом в высокомощных дуговых печах с водоохлаждаемыми панелями и сводом с применением в завалку лома, а также с использованием металлизованных окатышей.

Известен способ получения стали в дуговой 100-тонной печи .с использованием при выпуске шлака окислительного периода. После окончания окислительного периода шлак из печи не скачивают. Восстановительный период заменяют короткой доводкой стали до заданного химического состава. В начале доводки в печь при-. саживают углеродистый ферромарганец из расчета получения в стали среднего заданного содержания марганца и кусковой 45 или 65Х-ный ферросилиций (до 1 кг/т) для прекращения кипения ванны. После получения результатов анализа пробы, отобранной в конце окислительного периода, сталь легируют хромом и доводят до нужного содержания углерода. Длительность доводки 10-20 мин. Шлак в печи.в это время не раскисляют.

Затем металл сливают в ковш, на дно которого помещают кусковой ферросилиций для раскисления и легирования и алюминий для раскисления.

Металл сливают без шлака, шлак спускают в ковш в конце выпуска f1) .

Недостатками известного способа выплавки стали являются слабая десульфурация стали в ковше .вследствие большого окислительного потенциала шлакового расплава и низкой активности окиси кальция как основного десульфуратора, низкое усвоение металлом легирующих элементов и негарантированное попадание в пределы содержания элементов в готовой стали.

Наиболее близок к предлагаемому по техническсй сущности и достигаемому эффекту способ выплавки стали в дуговых печах одношлаковым процессом, включающий расплавление металла, окислительное рафинирование в печи, бесшлаковый выпуск металла в ковш, присадку раскислителей и шлакообразующих и продувку металла в ковше инертншм газом (2) .

Применение в смеси одновременно кусков извести разных размеров

2 (фракций) в процессе выпуска плавки не дает возможности эффективно испольэовать десульфурирующую поверхность твердой извести, так как известь мелких фракций (3-10 мм) быстро расплавляется и растворяется в жидком расплаве, а известь крупных фракций (15-40 мм) не успевает за время выпуска плавки усвоиться расплавом. Это не позволяет развить большую поверхность контакта жидкого металла с известью. Удаление серы в процессе выпуска из стали, выплавленной одношлаковым процессом до значений 0,005-0,008Х задача сложная и по известному способу невыполнимая. Необходимы ro— раздо большие, чем применяются,присадки извести в ковш, что может припривести к большой потере тепла при выпуске стали из печи в ковш, а также, если известь присаживают в печь, — к большому расходу электрической энергии и огнеупоров. Кроме того, невозможно управлять процессом удаления серы из стали в зависимости от исходного и заданного ее содержания.

Цель изобретения — повышение производительности печи и эффективности десульфурации стали твердой известью.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу выплавки стали в дуговых печах одношлаковым процессом, включающему расплавление металла, окислительное рафинирование в печи, бесшлаковый выпуск металла в ковш и присадку металла в ковше инертным газом, на дно сталеразливочного ковша сталевоза послойно присаживают первую порцию кускового алюминия, плавиковый шпат, ферросилиций и ферромарганец в соотношении (1,0-2,5):(0,5-1,5):

:(3,5-10):(5-12) в количестве

10-26 кг/т, а затем одновременно с началом наклона желоба дуговой печи присаживают на струю металла сначала известь фракций 11-40 мм, а после выпуска половины плавки— известь фракций 3-10 мм и вторую порцию алюминия в виде гранул в количестве 0,2-0,8 кг/т стали, при этом суммарную удельную площадь поверхности кусков извести увеличивают от 0,4 до 1,0 м /т на каждый

0,0017 серы, удаляемой иэ стали, 145036 4 зующийся шлак до технологически необходимой жидкоподвижности, а больше, чем 1,5, экономически и технологически неоправдано.

Количество ферросилиция меньше, чем 3,5, недостаточно глубоко раскисляет металл для успешной десульфурации, а больше 10 не обеспечивает точного химического состава стачи. Материалы в ковш на стенде подогрева укладывают послойно таким образом, чтобы более легкоплавкие материалы были внизу, а более тугоплавкие — наверху и действие факела горелки приходилось, в первую очередь, на последние. Нагрев ковша на сталевозе и материалов в нем позволяет существенно снизить перегрев стали в печи.

Соотношения материалов были получены на основании ряда проведенных опытных плавок из расчета, вопервых, получения легкоплавких соединений неметаллических включений, во-вторых, достаточного. уровня раскисления стали — необходимого условия для последующей эффективной десульфурации ее в процессе выпуска из печи, Меньшая, чем 1,0, доля алюминия при присадке в ковш нежелательна, так как не обеспечивает минимально необходимой степени раскисленности стали для существенного уда ления серы иэ металла, а большая, чем 2,5, доля алюминия нецелесообразна из-за опасности получения в стали неметаллических включений не оптимального состава по содержанию алюминатов кальция.

Содержание плавикового шпата меньше, чем .0,5, не разжижает обраа скорость подачи извести на струю регулируют в пределах 130-340 кг/мин в зависимости от содержания серы в металле перед выпуском из печи.

Процесс осуществляют на 100-тонной дуговой печи с трансформатором мощностью 75 MBA.

Послойная присадка шлакообра| зующих и легирующих материалов и раскислителей позволяет увеличить их контакт и возможность получить легкоплавкие соединения типа соединений комплексных раскислителей, которые хорошо укрупняются и в дальнейшем всплывают из стали. Использованием алюминия, марганца и кремния усиливается и раскислительная способность каждого раскислителя, что сокращает общий их расход.

Послойное расположение материалов обеспечивается оборудованием в виде течек бункеров-дозаторов у печи со стороны подъезда сталевоза к выпускному желобу дуговой пе10 ли.

Меньшая чем 5, доля ферромарганца не обеспечивает образования легкоплавких соединений (сталь черезмерно загрязнена неметаллическими включениями и количество бракованных плавок с первого контроля 20,2Xl.

Увеличение доли ферромарганца более

12 также ведет к изменению химического состава выппавляемой стали

Zp и к неравномерности угара марганца в окисленном металле при выпуске его в ковш. Расход 10 кг/т стали компонентов соответствует сумме всех минимальных, а расход 26 кг/т— сумме всех максимальных долей используемых материалов.

В основу десульфурации стали в процессе выпуска ее из печи положен принцип обеспечения Необходимой контактной поверхности раздела десульфуратор — жидкий металл. Этот принцип реализуется с учетом фактической удельной площади поверхности кусков окиси кальция (извести), применяемой для десульфурации, которую определяют по известной формуле: ()М

А= „) е/кг, экю О g p где M — масса кусков извести, экв эквивалентный диаметр;

СаP ПЛОТНОСТЬ КУСКОВ ИЗВЕСТИ

В результате лабораторных исследований была выявлена зависимость минимально необходимой твердой поверхности извести, способной адсорбировать в течение кратковременного контакта определенное количестВО серы, растВОреннОй В металле в зависимости от ее исходного содержания.

Полученные результаты привели к виду удельной величины М, которая означает величину площади поверхности кусков извести, абсорбирующей 10 r серы, т.е. 0,001Х на

1 т металла.

1145036 с, м2 /т (0,0017$) 0 85-1,0

0,7-0,85

0,5-0,7

0,4-0,5

<0,016

О, 016-0, 023

0,024-0,032

)0,032

Полученный диапазон был разделен приблизительно на равные участки, соответствующие определенному исходному содержанию серы в металле. Были получены следующие данные:

Исходное содержание серы, 7

Расход извести определяют как с ° 6S

3 = — — — — — -- кг/т стали

А где Ь S — количество серы (в тысячных долях), подлежащей удалению из металла.

На основании величины 1) определяют скорость присадки извести в ковш V =. 33 Vмет (где Vмет скорость выпуска металла в ковш, кг/мин).

При выплавке опытных плавок на заводе были определены минимально и максимально необходимые скорости.

При определений удельной поверхности кусков извести (А) учитывают ее фракционный состав, Опытным путем бып определен минимальный (3 мм) и максимальный (40 мм) размеры кусков извести. Частицы извести менее 3 мм выносятся из ковша тепловыми потоками и поэтому использование их нецелесообразно.

Куски извести более 40 мм не успевают раствориться в расплаве за время выпуска плавки в ковш и обладают малой удельной поверхностью, раздела.

Необходимость присадки извести сначала, более крупных, а затем более мелких фракций вызвана рациональным ее использованием для более эффективной десульфурации. В этом случае известь более крупных фракций (до 40 мм) успевает раствориться в шлаке еще до окончания выпуска расплава в ковш .

Снижение суммарной удельной площади поверхности кусков извести менее 0,4 м /т не позволяет удалять серу иэ металла до уровня ее содер-

10 !

ЗО

$0 жания 0,020Х (предел допустимого содержания серы по ГОСТ ряда марок качественной стали). Превышение суммарной удельной площади поверхности кусков извести более 1 м /т ограничивают два фактора! большее количество извести, присаживаемой в ковш, резко снижает температуру стали, что может вызвать аварийную разливку; большая поверхность извести не может быть получена измельчением кусков извести, так как использовать размер кусков извести менее 3 мм технологически нецелесообразно.

В процессе проведения заводских опытов была создана таблица суммарного расхода извести и скорости ее подачи в зависимости от заданного количества серы, кото- рую нужно удалить в,процессе выпуска плавки в ковш, а также в зависимости от исходного содержания в стали серы.

Снижение скорости присадки извести до менее 130 кг/мин.не дает необходимого эффекта десульфурации стали за время (менее 7 мин) выпуска плавки в ковш, а превышение скорости сверх 340 кг/мин не позволяет эффективно использовать массу присаживаемой в ковш извести для десульфурации стали (хотя расход ее нерационально высок).

Согласно предлагаемому способу выплавки стали обеспечивается практическая возможность переноса операций доводки по химическому составу стали из высокомощных печей в к вш с целью более полного использования установленной большой мощности трансформатора и, тем самым„ увеличения производства стали.

Известно, что наибольшую мощность в дуговых печах снимают в период расплавления шихты. Однако из расп« лавленного окисленного металла невозможно удалить серу до требуемых значений, тем более управлять удалением серы из стали. Предложенный способ повышает производительность дуговых печей и десульфурации стали в процессе выпуска ее в ковш.

КРоме этого, реализация способа позволяет сформировать в ковше хорошо раскисленный известковистый щлак, химический состав которого практически исключает протекание

Соответственно )S) „ „ приняли

М = -0,40 м /т х 0,001X SJ. Необходимо удалить в S ?. 0,020Х. При этом 55 расход десульфуратора ж. ь8 0 40 х 20

2 = — — — — — = - — — --- = 12,4 кг/т

0,645

7 11450 нежелательных обменных реакций между металлом и шлаком во время последующей вакуумной обработки расплава порционным методом, поэтому

его применяют как подготовительную операцию к порционной вакуумной обработке качественных сталей, где возможности по десульфурадии металла ограничены.

Пример 1. Выплавку с гали tg марки 20ХНЗА проводили в 100-тонной дуговой печи с использованием закиси никеля, стального лома и углеродистых отходов собственного производства. Расплавили шихту. Подготовили сталеразливочный ковш сталевоза к выпуску. Подалй ковш под течки бункеров-дозаторов и уложили послойно кусковой алюминий, плавиковый шпат, ферросилиции .и ферромарганец в соотношении 1:0,5:3,5:5 в количестве 10 кг/т. Подали ковш под факел горелки и подогревали до максимально возможной температуры, после чего ковш подвели под желоб печи, а затем одновременно с началом наклона желоба дуговой печи присаживали на струю металла известь сначала более крупных фракций 1530 мм, а после выпуска половины плавки закрыли течку с бункера-дозатора крупной извести и присаживали известь менее крупных фракций

4-10 мм и вторую порцию алюминия в виде гранул дроби в количестве

0,2 кг/т, при этом суммарную удельную площадь поверхности кусков извести обеспечивали на уровне

0,4 м /т на 0,0017. серы удаляемой из металла, скорость подачи извести t95 кг/мин. Так как перед выпуском плавки из печи в Металле содержалось, вес.Х: С 0,20; Ск 1,0, Мп 0,2; S 0,045, необходимо получить (SJ (0,025, то для обработки применили СаО следующего фракционного состава: зкв ° мм 4 10 15 30

Доля, Х 30 25 10 — 35

По соответствующей формуле определили

А =,ЕА; = 4-30 мм = 0,645 м /кг

36 8

При весе жидкого металла 108 т и длительности выпуска 7 мин скорость присадки извести . 195 кг/мин.

С учетом нагрева ковша с легирующими раскислителями температура металла при выпуске снизилась с

1655 до 1615 С, в металле было получено (S)« =- 0,0207, при этом время плавки было сокращено на 10 мин (по сравнению с обычной плавкой).

Пример 2. Выплавку стали марки ЗОХ также проводили на имеющейся в цехе шихте, расплавляли ее, а перед началом плавки подготовили сталеразливочный ковш к приему металла из печи.

Уложили из течек бункеров-дозаторов послойно кусковый алюминий, плавиковый шпат, ферросилиций и ферромарганец в соотношении 2,0:1,0:

:6,6 в количестве 15 кг/т и хорошо прогрели на стенде факельной горелкой. После подачи ковша под выпуск с началом наклона желоба дуговой печи присаживали на струю известь фракций 30-40 мм, а после выпуска половины плавки закрыли течку с бункера-дозатора крупной извести и присаживали известь менее крупных фракций 3-8 мм и вторую порцию алюминия в виде дроби (гранул) в количестве 0,8 кг/т стали, суммарную удельную площадь поверхности, кусков извести обеспечивали на уровне 0,7 м /т на 0,001Х серы, 2 удаляемой из металла, скорость подачи извести 130 кг/мин. Перед выпуском плавки из печи в металле содержалось, вес.7.: С 0,32, Cr 1,3, Мп 0,0t, S 0,031. Необходимо получить в стали серы PS) 0 020Х.

Суммарная удельная поверхность

X = 0,5 м /т, à AS > 0 011 (т.е.

11 тысячных долей . Расход извести составил 8,5 кг/т стали. При весе жидкого металла в печи 112 т и длительности выпуска около 7 мин скорость присадки извести равна

130 кг/мин. Температура металла во .время выпуска снижена с 1640 до

1610 С, при этом в металле было поо лччено )S)„. 0;019Х. Металл был нормально разлит.на УНРС. Время плавки сокращено на 9 мин.

Пример 3. Выплавку стали марки 65С вели с использованием имеющейся в цехе шихты с применением до 20Х металлизованных окатышей.

Исходное содержание серы, %

3 (0,01б-0,023 I 0,024-0,032

Показатель

0,010-0,01 0,033-0,050

Заданное количество удаляемой серы, 7 0,005 0,005 0,010 0,010 0,015 0,015

0,030

Суммарный расход извести, кг/т

8 0 7 5 15 0 10 5 16 0 1 1 0

22,0

Скорость присадки извести, кr/мин, при массе плавки

110 т и времени выпуска 7 мин

130 120 240 160 250 170

340

Составитель А. (Цербаков

Редактор Л. Пчелинская Техред А.Бабинец Корректор И Эрдейи

Заказ 1121/21 Тираж 553

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

9 1

Перед расплавлением шихты подгото вили ковш к выпуску металла и.поэтому в него послойно из бункеровдозаторов внесли кусковой алюминий, плавиковый шпат, ферросилиций и ферромарганец в соотнощении 2,5:1,5:

:10:1,2 в количестве 26 кг/т стали, а затем перегревали в печи металл на 100 С выше температуры разливки о стали, подали ковш под желоб печи и с началом наклона желоба дуговой печи присаживали на струю металла известь сначала более крупных фракций 11-20 мм,:а после выпуска половины плавки — известь мелких фракций 3-6 мм и вторую порцию алюминия в виде гранул 9,6 кг/т. Суммарная удельная площадь поверхности кусков извести 1,0 м /т на каждый 2

145036 10

0„001K серы, удаляемой из металла скорость подачи извести 340 кг/мин.

Так как перед выпуском плавки из печи в металле содержалось, вес.X:

С 0,64; Nn 0,10; Si 0,7; S 0,020 и необходимо получить в стали

0,0057, то Ь S = 0,015X. K

1,0 м /т. Расход извести при .А = 0,68 составил 22 кг/т стали, 10 а скорость подачи извести 340 кг/мин при скорости выпуска стали из пе— чи 15,5 т/мин. Температура стали за время выпуска ее в ковш снизилась с (660 до 1580 С, при этом Я„ „ =

15 = 0,005X., а время плавки снизилось на 15 мин.

Годовой экономический эффект от использования изобретения составляет

705000 руб. в год.