Способ выплавки стали в дуговой электропечи

 

Сущность изобретения: загружают металлошихту в печь в два приема: вначале вводят под поверхность расплава шихтовую заготовку в количестве 0,2 - 1 т на 1 т расплава , а затем через 20 - 60 с загружают оставшуюся металлошихту и проводят расплавление ванны без подачи кислорода до достижения ею температуры 1450°С. В результате чего можно снизить энергозатраты и расход кислорода, повысить производительность печи, ускорить шлакообразование и формирование пенистого шлака. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 21 С 5/52

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4931875/02 (22) 30.04.91 (46) 15.01.93. Бюл. N 2 (71) Советско-американское совместное предприятие "Интермет инжиниринг" (72) Г,А.Дорофеев, М.А.Цейтлин, А,П.Пухов, А.В,Макуров, А.С.Загайнов, А.В.Масленников, Ю,С.Юсфин, Л.П.Соркин, А,С,Белкин, А,Б.Стеблов и П.И.Черноусов (56) Трахимович В.И„Шалимов А,Г, Использование железа прямого восстановления при выплавке стали, M., Металлургия, 1982, с.52 — 58.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к электросталеплавильному производству.

Целью изобретения является повышение производительности печи, снижение энергозатрат и расхода кислорода.

Ввод в расплав чушек шихтовой заготовки, состоящей из чугуна и железорудных окатышей, вызывает охлаждение жидкого расплава, его затвердевание и образование однородного слоя, состоящего из чушек шихтовой заготовки, каждая из которых окружена закристаллизовавшейся корочкой железа (низкоуглеродистое). Этот слой надежно защищает подину в зоне воздействия дуг от перегрева, исключая тем самым отключение печи и потери времени на это.

Теплофизические характеристики и свойства указанного выше слоя сохраняются на уровне, близком к затвердевшему железу, причем эти свойства одинаковы по всему объекту, за исключением вкраплений шихтовой заготовки. Следовательно, опере» Ы 1788029 А1 (54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ, СТАЛИ В ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ (57) Сущность изобретения: загружают металлошихту в печь в два приема; вначале вводят под поверхность расплава шихтовую заготовку в количестве 0,2 — 1 т на 1 т расплава, а затем через 20 — 60 с загружают оставшуюся металлошихту и проводят расплавление ванны без подачи кислорода до достижения ею температуры 1450 С, В результате чего можно снизить энергозатраты и расход кислорода, повысить производительность печи, ускорить шлакообразование и формирование пенистого шлака. 1 табл. жающий и отдельный ввод в расплав шихтовой заготовки позволяет сформировать слой с высокими и стабильными теплофиэическими свойствами, что ускоряет его расплавление, одновременно надежно защищая футеровку подины. Будучи окружены прослойками железа, чушки шихтовой заготовки не только не препятствуют переносу тепла по объему расплава, но и интен сифицируют его за счет наличия стоков тепла внутри слоя. Большая поверхность раздела фаз также усиливает теплообмен между металлической ванной и чушками заготовок. Охлаждая расплав (" болото" ), чушки заготовок сами нагреваются за счет запаса тепла в жидком расплаве. Тем самым создаются благоприятные условия для бь,строго последующего расплавления компонентов заготовки и их взаимодействия между собою, При вводе шихтовой заготовки под поверхность жидкого расплава достигается однородность состава слоя на подине (кон1788029

55 гломерата). Неполное погружение шихтовой заготовки под уровень расплава приводит к появлению на поверхности конгломерата легкоплавкого чугуна и оксидного расплава, составляющих шихтовую заготовку, что может привести к неконтролируемому окислению углерода, бурному газовыделению и выбросам жидкого металла, Поэтому неполное погружение заготовки в расплав нежелательно.

Количество вводимой шихтовой заготовки 0,2-- 1 т на 1 т жидкого расплава обеспечивает достижение наилучших технологических, технических и экономических показателей, При этих значениях достигается быстрое расплавление исходной завалки, получение по расплавлению требуемого содержания углерода в пределах 0,8 — 1,2 $ и необходимой степени перегрева металла.

Если же соотношение шихтовой заготовки и расплава берется менее 0,2 т на 1 т расплава, то расплавление ванны затягивается, а перегрев металла и содержание углерода в нем получаются низкими, что отрицательно сказывается как на продолжительности проплавления исходной завалки, так и проплавления оставшейся части металлизированных окатышей. При величине соотношения более 1 т шихтовой заготовки на 1 т расплава длительность проплавления исходной завалки увеличивается из-за черезмерного охлаждения "болота" и низкой температуры ванны, а также имеет место неполное погружение шихтовой заготовки в расплав и образование отдельного легкоплавкого слоя на поверхности ванны. Кроме того, шихтовая заготовка дороже скрапа и дополнительное увеличение расхода, не компенсируемое достижением технологических и технических преимуществ, увеличивает себестоимость выплавляемой стали.

Второй прием загрузки металлошихты осуществляют через 20 — 60 с после загрузки шихтовой заготовки, Если второй прием загрузки осуществляется меньше, чем через

20 с, то это не позволяет получить однородного конгломерата из чушек шихтовой заготовки и оставшегося от предыдущей плавки расплава. Если второй прием загрузки более чем 60 с, то резко увеличивается охлаждение образовавшегося слоя конгломерата, что уменьшает производительность печи.

Оксиды железа, содержащиеся в шихтовой заготовке и нагретые за счет тепла ванны после включения печи за счет вводимой энергии, по мере проплавления ванны пареходят в расплавленное состояние. При этом химический потенциал кислорода в оксидах

35 становится на один-два порядка больше газообразного кислорода. Вследствие этого окисление углерода начинают при более низких температурах 1350 — 1450 С и протекает с большой скоростью, это позволяет оказаться от вдувания кислорода в первый период плавления, характеризующийся наименьшей температурой ванны, наибольшим окислением железа и сильным пылеобразованием. Раннее начало окисления углерода, сопровождающееся выделением окиси углерода, ускоряет шлакообразование и обеспечивает вспенивание шлаков в начале плавления, способствуя тем самым закрытию дуг и работе с максимальной электрической мощностью, Помимо этого барботаж металла и шлака усиливает отвод тепла из зон металла, находящихся под дугами, в объем ванны, способствуя тем самым уменьшению степени перегрева в локальных зонах и ускоряя расплавление участков конгломерата и металлизированной шихты, находящихся на периферии ванны. Положительное влияние пузыри окиси углерода оказывают и на качество металла, защищая его от поступления азота и очищая металл от включений, кроме того, барботаж ванны пузырями окиси углерода способствует получению ванны с однородным распределением температур и концентраций, Проведение периода проплавления исходной завалки без применения газообразного кислорода вплоть до достижения ванной температуры 1450 С связано с тем, что высокий химический потенциал кислорода, содержащегося в оксидах делает по условиям кинетики реакций ненужным вдувание газообразного кислорода. Отказ от применения кислорода позволяет исключить окисление железа и образование бурого дыма. После достижения температуры ванны выше

1450 С, когда потенциал кислорода, содержащегося в шихтовой заготовке, уже исчерпан, возможно использование кислорода для регулирования концентрации углерода и температуры ванны. При этом окисление железа протекает менее интенсивно, так как большая часть кислорода расходуется на окисление углерода.

Для оценки проведена серия опытных плавок с изменением предлагаемых параметров как в указанных пределах, так и с выходом из них, Пример . Опытные плавки осуществляли в дуговой электропечи ДСП-3 номинальной садкой 3 т (позволяет работать с перегрузом с массой садки 6 т). Печь оборудована трансформатором мощностью

2000 КВА, При выпуске плавки из электропечи часть жидкого расплава в количестве

1788029

50

25 — 50 оставляли в печи. В качестве шихты использовали шихтовую заготовку, состоящую из чугуна и железорудных окатышей и стальной скрап. Шихтовую заготовку получали путем заливки чугуна в мульды разливочной машины, куда предварительно засыпались железорудные окатыши. Испольэовали литейный и передельный чугун, отвечающие соответственно требованиям ГОСТ 4832-80 и ГОСТ 805-80, а также обожженные окисленные окатыши Михайловского ГОКа, имеющие следующий усредненный химический состав, мас. : Fe

59,4 ; FeQ 0,76 ; СаО 4,6 ; MgQ 037

SiOz 9,8 д, А!20з 0,1 ; Т)О 0,02 ; P

0,014 ; $0,009, Загрузку металлошихты осуществляли в 2 приема; в начале в печь на расплав давали шихтовую заготовку, выдерживая соотношение шихтовой заготовки и расплава (" болото" ) в количестве 0,1 — 3 т на

1 т расплава. Затем через 25 — 90 с загружали стальной скрап. Общая масса исходной шихты составляла 3100 — 4500 кг, а завалку давали также 200 кг извести, После загрузки металлошихты проводили расплавление ванны без подачи кислорода до достижения ею температуры 1450 С, осуществляя скачивание первичного шлака, появляющегося на 7 — 27 минуте. После достижения температуры ванны 1450 С вдували кислород с расходом 6,9 — 12,3 нм"/т, После окончания плавления осуществляли доводку плавки, предварительное окисление, конечное раскисление алюминием с одновременной корректировкой состава стали по содержанию углерода, кремния, марганца. По ходу плавки производился полный хронометраж, отбор проб металла и шлака, замер температуры ванны, оценка толщины слоя вспененного шлака. Результаты плавок, проведенных по предлагаемому способу в сравнении с плавкой по известному способу (показатели средние) приведены в таблице.

Как видно из таблицы, предложенный спо5 соб позволяет сократить длительность формирования приемной ванны на 25 — 407;, а кислорода на 3 — 4 м" /т, обеспечивает ускоренное образование вспененного шлака, появление которого наблюдалось на 7 — 14

10 минуте вместо обычных 22 — 27 мин, При этом высота слоя вспененного шлака достигала 650 — 700 мм, закрывая рабочее окно; в то время как в известном способе толщина шлака не превышает 80 — 170 мм. Шлак имел

15 оптимальную основность для этого периода в пределах 1,46 — 1,9, повышенное содержание оксида кальция и активность закиси железа.

В целом предлагаемый способ позволя20 ет сократить длительность плавки на 15—

35, Формула изобретения

Способ выплавки стали в дуговой электропечи, включающий оставление в печи ча25 сти жидкого расплава предыдущей плавки, загрузку металлошихты и шлакообразующих материалов, их расплавление, вдувание кислорода, последующую непрерывную подачу и проплавление металлизованных

30 окатышей, доводку и выпуск металла, о тл и ч а ю шийся тем, что. с целью повышение производительности печи, снижения энергозатрат и расхода кислорода, загрузку металлошихты осуществляют в два приема:

35 вначале вводят под поверхность расплава шихтовую заготовку в количестве 0,2 — 1 т на

1 т расплава, а через 20 — 60 с загружают оставшуюся металлошихту и расплавление ванны до подачи кислороду ведут до дости40 жения ею температуры 1450 С.

1788029

Загрузка металло шихты, интервал между приемами загрузки

Длительность расплавления приемной ванны, мин

Температура приемной ванны в конце плавления, Ос

Расход кислорода в период проплавления исходной шихты, м /т

Высота слоя вспененного шлака, мм

i Соотношеwe шихтовой заготовки— расплав, т/т

1560

252

221

1,17

1,21

11.9

10,1

180

26

3/1

0.1/1

6,9

7,3

7,6

1,46

1,63

1.9

201

193

186

26

700

1630

12,5

0.2/1

0,4/1

0,7/1

1,0/1

1.86

1620

204

8,2

650

8,5

223

1540

8,8

1,53

420

1,2/1

15.5

1520

1,39

1.28

38

239

248

11,4

12,3

170

1.5/1

2/1

21

Составитель И, Чепикова

Техред М,Моргентал Корректор Л. Лукач

Редактор

Заказ 50 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Прототип

Под слой расплава, пауза 70 с

Под слой расплава, пауза 30 с, Под слой расплава, пауза 25 с

Под слой расплава, пауза 60 с

Под слой расплава, частично сверх расплава без паузы

То же, пауза 70 с

Тоже. па за 90с

Время появления в печи вспененного шлака от момента начала плавления мин

Основность шлака в период плавления исходной шихты, относит. единицы .

Расход электроэнергии на расплавление исходной завалки и образование приемной ванны, кВт-ч/т