Способ выплавки коррозионностойкой стали в дуговой печи

 

Сущность изобретения: интенсивную продувку начинают при наличии в ванне 40- 60% жидкого металла от. массы завалки и осуществляют в пять периодов, сначала без присадок раскислительной шлаковой смеси , затем с присадками двух порций смеси из хромосодержащих. углеродсодержащих и кремнийсодержащих материалов в соотношении (5-7):(2-3):(1-2) в суммарном количестве 40-60 кг/т стали, прекращают подачу смесей и продолжают продувать расплав кислородом в течение 15-25 мин, после чего расплав продувают газовой смесью кислорода и аргона через наклонную сверхзвуковую фурму и одновременно газом выдувают раскисленный шлак из печи через порог рабочего окна. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

1 (21) 4933091/02 (22) 29,03.91 (46) 15.12.92, Бюл, Q 46 (71) Череповецкий металлургический комбинат им. 50-летия СССР и Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И,П.Бардина (72) В,К.Комельков, B.À,Ñàëàóòèí, С.С.Морозов, О.Е;Молчанов, Ю.В.Гавриленко, Б.Я,Балдаев, Г.В,Зверькова, Г;И.Громов и

А, В.Шурыгин (73) Череповецкий металлургический комбинат им. 50-летия СССР (56) Авторское свидетельство СССР

N. 834144, кл. С 21 С 5/52, 1979.

РЖ Металлургия, 1986, Q 12, реф.

12В566 П. (54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ КОРРОЗИОННОСТОЙКОЙ СТАЛИ В ДУГОВОЙ ПЕЧИ

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к выплавке высоколегированных марок стали в дуговых сталеплавильных. печах.

Известен способ выплавки нержавеющей стали, включающий продувку металли. ческой ванны смесью кислорода и азота. погружаемой в металлический расплав фурмой. Фурму погружают ступенчато, то есть для получения содержания в металле 0,150,20% углерода, фурму погружают на глубину 20-50 мм, а для достижения содержания в металле 0,01-0,06% углерода фурму погружают в металлический расплав на глубину

200-300 мм, Этот способ позволяет снижать потери легирующих ферросплавов и интенсифицировать процесс обезуглероживания хромистых расплавов, хурму в расплав по„„ Ы„, 1782240 А3 (я)з С 21 С 5/52 (57) Сущность изобретения: интенсивную продувку начинают при наличии в ванне 4060% жидкого металла от, массы завалки и осуществляют в пять периодов, сначала без присадок раскислительной шлаковой смеси, затем с присадками двух порций смеси из хромосодержащих, углеродсодержащих и кремнийсодержащих материалов в сооТношении(5-7):(2-3):(1-2) в суммарном количестве 40-60 кг/т стали, прекращают подачу смесей и продолжают продувать расплав кислородом в течение 15-25 мин, после чего расплав продувают газовой смесью кислорода и аргона через наклонную сверхзвуковую фурму и одновременно газом выдувают раскисленный шлак из печи через порог рабочего окна, гружают под углом 20-70 к вертикали, прио l6%653

-давая ей колебательное движение в вертикальной плоскости с амплитудой 20-200 мм 00 и частотой 1-28 герц. Ю

К)

Основным недостатком описанной фур- ф, мы является низкая стойкость. По этой при- (") чине фурмы такого типа практически нигде не внедрены, Погружение фурмы в металлический расплав при производстве нержавеющей стали влечет эа собой неизбежный прогар при использовании водоохлаждаемой фурмы. В случае использования неводоохлаждаемой раСходуемой фурмы необходимость приготовления очередной новой фурмы ограничивает ее использование в массовом производстве нержавеющих марок стали.

1782240

30

40

55

Известно использование сверхзвуковой водоохлаждаемой кислородной фурмы в дуговой печи, Фурму вводят в пространство дуговой печи через боковое отверстие размерами 300х300 мм в стене печи. Медная головка фурмы находится над уровнем ванны на расстоянии 200-400 мм, Наклон фурмы к ванне составляет 45О, но может изменяться, Фурму используют после полного расплавления шихты при температуре ванны более 1500 C.. Достигнута скорость обезуглероживания 0,02-0,03 углерода в мин.

Коэффициент использования кислорода до-. стигает 90о . Стойкость фурмы — до 500 плавок, Одним из основных недостатков работы фурмы является невозможность манипулирования фурмой для удаления шлака иэ печи вследствие расположения фурмы в районе рабочего окна дуговой печи. Более того, фронтальное расположение фурмы, то есть перпендикулярно касательной к окружности корпуса дуговой печи ухудшает гидродинамику взаимодействия металлического расплава в печи иэ-эа совмещения потоков металла от электромагнитного перемешивания работающих дуг печи и направленного потока струи кислорода фурмы в область распада электродов.

Более близким по технической сущности к предполагаемому способу и поэтому взятым за прототип является способ восстановления шлака при рафинировании нержавеющей стали.

С целью повышения производительности дуговых печей, ивпользуемых для выплавки и рафинирования нержавеющих сталей, предложено в конце окислительного периода вводить головку фурмы в слой шлака для подачи в струе воздуха или неокислительного газа порошкообразного углерода, причем одновременно предлагают присаживать, как обычно. металлические раскислители, При этом, при расходе порошкообразного углерода в пределах 0,51,5 кг/т стали, степень. восстановления хрома и железа превышает 50, если металл нагрет до 1650 С, .К основным недостаткам описанного способа можно отнести следующие. Интенсивность перемешивания шлака при опускании головки фурмы в расплав при условии вертикального ввода фурмы существенно меньше. чем при введении фурмы в расплав под углом не менее 45О. Интенсивность перемешивания. расплава тем более будет мен,ьше в том случае, если подача газа через фурму будет ограничена дозвуковыми скоростями истечения его из фурмы, Следовательно, скорость реакции, линейно зависимая от фактора массопереноса (от перемешивания фаз), заведомо должна быть невысокой.

При условии более интенсивного перемешивания шлака и металла можно достигнуть 70 восстановления окислов.

Другим отрицательным моментом известного способа восстановления шлака является недостаточно отработанная раскислительная шлаковая смесь, состоящая только из раскислителей. Такой состав смеси не позволяет в процессе продувки кислородом улучшать физико-химические свойства хромистых шлаков (вязкость, поверхностное натяжение и др.) и не позволяет поднять на более высокий уровень восстановление хрома иэ окислов хрома.

Следует добавить, что известно, что при снижении вязкости хромистых шлаков вследствие присадок твердых окислителей (например. руды), степень восстановления хрома повышается, При дополнительной присадке. например, хромистой руды степень восстановления увеличивается до 85 от исходного значения

Целью изобретения является повыше-. ние производительностИ дуговой печи, экономия ферросплавов, снижение вредных газопылевых выделений из дуговой. печи.

Поставленная цель достигается тем, что наряду с использованием сверхзвуковой продувки расплава окислительными и инертными газами, присадки раскислительной смеси, удаления шлака из дуговой печи, интенсивную продувку начинают при наличии в ванне 40-60 хромистого расплава и осуществляют в пять периодов, сначала без присадок смесей, затем с присадками двух порций смеси иэ хромосодержащих и крем-. ний содержащих материалов в соотношении (5-7):(2-3);(1-2) в суммарном количестве

40-60 кг/т стали. прекращают подачу смесей и продолжают продувать расплав кислородом в течение 15-25 мин, после чего расплав продувают газовой смесью кислорода и аргона через наклонную сверхзвуковую фурму и одновременно газом выдувают раскисленный шлак из дуговой печи через порог рабочего окна.

Интенсификация процесса выплавки коррозионностойкой стали в дуговой печи и одновременное решение двух других важных задач — снижение вредных выбросов из печи и экономия феррохрома — являются актуальными и вполне разрешимыми в настоящее время.

Известное решение задачи — восстановление хрома из окислов хрома путем присадок раскислителей — предлагается

1782240 усовершенствовать присадкой твердых Снижение доли кремнийсодержащего окислителей, например, хромистой руды. материала до менее 1,5 уменьшает аффект

Присадки смесей из хромистой руды, кокси- восстановления хрома из окислов с 85 до ка и ферросилиция в сектор подачи сверх- 62,3%. звуковой кислородной струи позволяют 5 Увеличение доли кремнийсодержащего увеличить восстановление хрома из окислов материала более 2,5 влечет за собой повыи достигнуть 85%. шение его расхода, при этом извлечение

Восстановление хрома происходит за хрома из окислов не возрастает. Более того, счет окисления кремния и кокса в присутст- при этом шлак становится более вязким и вии твердого окислителя (руда), жидкого 10 нереакционноспособным.. окислителя (шлак), газообразного окислите- Меньший, чем 40 кг/т расход раскислиля (кислород), Локально развивается высо- тельной шлакообразующей смеси не дает кая температура вследствие высокой той массы жидкого шлака в печи, которая интенсивности подачи сверхзвуковой кис- привспениванииэкранируетизлучениедуг. лороднай струи, интенсивного перемеши- 15 Следует отметить, что вспенивание хромивания расплава с раскислителями. стых шлаков практическитрудноосуществиИзвестно, что при высокой температуре мый процесс..Однако, подача окисление хрома снижается, а восстановле- сверхзвуковыми скоростями кислорода в ние растет, при этом ускоряется плавление шлаковый расплав, в котором перемешаны твердого нерасплавившегося лома. 20 окислители и раскислители наряду с углеПри наличии менее, чем 40% хромисто- . родсодержащим материалом делает прого расплава в печи практически невозможно цесс вспенивания реальным, организовать интенсивный барботаж рас- Большая, чем 60 кг/т стали масса смеси плава. При большей, чем 60% массы жидко- увеличивает кратность шлака, а с ней и поro хромистого расплава в печи уже 25 вышаетугар хрома. значительны потери времени, затраченного . Продувка стали в процессе окислительна расплавление лома, Как показали опыт- ного периода менее 15 минут не позволяет ные плавки, именно пред;;оженному интер- окислить углерод расплава до начала четвалу массы хромистого расплава вертого периода йродувки, когда для мини соответствуют максимальные эффекты по 30 мального угара хрома требуется подача сокращению периода плавления шихты в кислорода с аргоном, то есть до уровня содуговой печи на 19-"20 мин,:., . держания углерода 0,25-.0.35 .

При использовании доли хромосодер- . Однако большая, чем 25 мин продувка жащего материала менее 5 получается не- одним газообразным кислородом нерациодостаточножидкоподвижный шлак периода 35 нальна, так как при этом, как правило, доплавленияи восстановлениехромаизокис- стигают содержания углерода в металле лов составило всего 56,2%. - 0,1-0,15 мас.% и при этом окисляется значиДоля присадки хромсодержащего- ма- тельное количество. хрома; происходит ин-. териала в смеси более 7 не позволяет вос- тенсивное пылеобразование. становить хром из окислов по причине 40 Продувка аргоно-кислородной смесью несоответствия масс по стехиометрии. Вто- при включенной печи позволяет улучшить рой причиной нецелесообразности исполь- экологическую обстановку в цехе из-за 2-3 зования более 7 долей хромосодержащего кратного уменьшения газопылевых выброматериала в смеси является увеличение сов (выделений) из печи, уменьшить угар кратности шлака к массе металла. Этот фак- 45 хрома йа 1,7% не снижая скорости окислетор при выплавке нержавеющей стали всег- ния углерода, сохранить огнеупорную футеда был нежелательным — это ведет к ровку печи за счет cíèæåíèÿ температуры увеличению потерь хрома. процесса окисления примесей при выплавИспользование углеродсодержащего ке в печи нержавеющей стали. В.зависимоматериала менее 3 долей в соотношении 50 сти от марки нержавеющей стали по компонентов смеси не дает эффекта вспе-, содержанию углерода и от дальнейшей вненивания шлака для экранирования дугового печной обработки длительность продувки разряда, аргоно-кислородной смесью может изме. Увеличение доли углеродсодержащего няться в широких пределах, Для дальнейшематериала более 5 нецелесообразно и вно- 55 го рационального проведения сит дополнительно углерод в металл (науг- технологических операций, например, прилероживание), что приводит к садки титана, организации десульфурации, дополнительному введению газообразного дальнейшего обезуглероживания в вакуум- кислорода и затягивает в дальнейшем окис- ной камере для получения, например, сулительный период плавки. перферритов, удаление шлака с

1782240

10

20

55 поверхности метала в дуговой печи является важной технологической задачей.

С этой цел ью и редлага ется и осредством наклонно установленной под углом 4043 к расплаву в печи фурмой со сверхзвуковым истечением до 500 м/сек аргона в течение 3-5 мин сдувать шлак в сторону рабочего окна. После этого выпускать плавку из печи с минимально возможным количеством шлака, который можно скорректировать до требуемой основности минимальными присадками извести, алюминия и-плавикового шпата.

Ниже приведен пример осуществления предполагаемого способа выплавки коррозионностойкой стали в дуговой печи, не исключающий другие варианты исполнения в рамках заявленных пределов.

Пример. При выплавке стали марки

12Х18Н10Т до расплавления примерно 80 jo шихты, npin температуре расплава 1470 С, то есть до отбора пробы на полный химиче.ский анализ (после подвалки) при условии отсутствия нерасплавившегося лома в секторе ввода наклонной фурмы ее опускают до уровня выше поверхности расплава на 400300 мм и начинают продувку кислородом в течение 10-15 мин при расходе 2000-3000 м /ч.:

После продувки жидкого металла при условии расплавления 80% лома отбирают пробу на полный химический анализ, продолжают продувать но не позднее, чем через 15 мин после отправления пробы, производят корректировку химического состава металла по никелю, кремнию и хрому.

B начале последующей стадии в течение двух — трех мин в процессе продувки кислородом осуществляют присадку первой порции раскислительной смеси мульдой в сектор подачи кислородной струи в соотношении, например, хромистой руды, коксика, ферросилиция как 5:2:1 в количестве 20 кг/т стали, В течение последующих 3-5 мин осуществляют присадку второй порции смеси в том же соотношении и количестве.

Интенсивную кислородную продувку осуществляю г при расходе 3500-4600 м /ч, начиная с температуры не менее 1560 С в течение 25 мин, Шлак в процессе продувки "подгоняют" наклонной фурмой через порог рабочего окна примерно до окончания интенсивного окисления углерода. После достижения температуры 1800-1820 С через фурму подают смесь газообразных кислорода и аргона по расходу не менее 4600 м /ч и продолжают окислительный период. Ориентировочная температура окончания аргоно-кислородной продувки 1900-1920 С.

По окончанию продувки отбирают параллельно две пробы на полный химический анализ. После отбора пробы в ванну вводят в следующей последовательности: охладители, раскислители, шлакообразующие. Далее после присадки раскислителей ванну поодувают аргоном через наклонную фурму.

Если по расчету отношение массы введенного на раскисление кремния к массе окислившегося за период кислородной продувки хрома меньше 0,45 в металл дополнительно вводят или силикохром или ферросилиций, Затем присаживают легирующие материалы, снова продувают аргоном с целью удаления шлака из печи, после чего выпускают плавку в ковш.

Применение, способа выплавки коррозионностойкой стали в дуговой печи позволяет на основании технических преимуществ по сравнению с известными способами достигнуть значительной экономической эффективности, Формула изобретения

Способ выплавки корроэионностойкой стали в дуговой печи, включающий эавалку и расплавление шихты, продувку расплава окислительными и инертными газами, присадку раскислительной смеси, удаление шлака, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности печи, экономии феррохрома и раскислителей, снижения газопылевых выбросов, продувку расплава осуществляют в пять периодов, начинают ее после образования 40-60% жидкой ванны от массы завалки, затем продувку ведут одновременно с присадкой двух порций раскислительной смеси из xpoMoco" держащих, углеродсодержащих, кремнийсодержащих материалов, взятых в соотношении (5-7):(2-3):(1-2) в суммарном количестве 40-60 кг/т стали, а после прекращения подачи смеси продувают расплав кислородом в течение 15-25 мин, затем смесью кислорода и аргона через наклонную сверхзвуковую фурму и одновременно газом выдувают раскисленный шлак через порог рабочего окна.