Способ выплавки рельсовой стали

 

Изобретение относится к способам выплавки рельсовой стали в электропечах. Способ включает завалку в дуговую электросталеплавильную печь металлолома, жидкого чугуна, извести в количестве 4-8% от веса завалки, расплавление металлошихты, окисление углерода газообразным кислородом с расходом 15-30 нм³/ч•т стали, дефосфорацию путем присадки железной руды и извести, раскисление стали и шлака в печи, последующий выпуск стали под печным шлаком в ковш, присадку в ковш во время выпуска смеси, состоящей из извести, плавикового шпата, силикокальция (SiCa) и феррованадия (FeV). В завалку дополнительно присаживают железную руду в количестве 4-5% от веса завалки. Жидкий чугун заливают сверху в печь после проплавления металлолома при расходе электроэнергии 220-320 кВт•ч/т металлолома в количестве 30-35% от веса завалки со скоростью 6-12 т/мин. Температуру в печи при окислении углерода поддерживают не более 1680^oС. Железную руду и известь для дефосфорации присаживают с расходом 70-120 кг/т стали в соотношении соответственно (1-2):(2,5-3,5) с последующим спуском окислительного шлака через поры рабочего окна. Расход присаживаемой в ковш во время выпуска стали смеси поддерживают в пределах 18-27 кг/т стали при соотношении в ней извести, плавикового шпата, SiCa и FeV соответственно (1-1,50):(0,30-0,40):(0,50-0,65):(0,07-0,15). Способ позволяет сократить длительность плавки и расход электроэнергии, снизить уровень загрязненности стали неметаллическими включениями, повысить механические свойства и ударную вязкость рельсовой стали. 2 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки рельсовой стали в электропечах.

Известен выбранный в качестве прототипа способ выплавки рельсовой стали в дуговых электросталеплавильных печах, включающий завалку металлолома в печь, расплавление металлошихты, проведение окислительного периода, доводку стали в печи и выпуск стали в ковш [1]. Существенными недостатками данного способа выплавки рельсовой стали являются: - повышенный уровень неметаллических включений в связи с высокой эрозией печных огнеупоров вследствие продолжительного нахождения плавки в печи и снижение качества стали за счет неметаллических включений экзогенного характера; - высокий расход электроэнергии в связи с проведением выплавки стали на непрогретой металлошихте; - значительная длительность плавки в связи с отсутствием физического и химического тепла от экзотермических реакций окисления; - высокое содержание "цветных" примесей (никеля, меди, хрома и т.п), находящихся в металлоломе и затрудняющих в совокупности с высоким уровнем неметаллических включений получение требуемого уровня механических свойств и ударной вязкости.

Известен также способ выплавки рельсовой стали в мартеновских печах с использованием жидкого чугуна [2].

Однако заливка чугуна осуществляется посредством съемного желоба через рабочее окно. При этом заливка чугуна связана с размывом футеровки желоба и загрязнением стали неметаллическими включениями. Длительное пребывание плавки в печи в связи с медленным нагревом стали за счет мазута и природного газа в сравнении с электроэнергией также повышает уровень загрязненности стали неметаллическими включениями, снижающими уровень ударной вязкости и механические свойства рельсовой стали.

Желаемым техническим результатом изобретения является: сокращение длительности плавки и расхода электроэнергии, снижение уровня загрязненности стали неметаллическими включениями, повышение уровня механических свойств и ударной вязкости.

Для этого в завалку дополнительно присаживают железную руду в количестве 4-5% от веса завалки, известь подают в количестве 4-8% от веса завалки, чугун присаживают в виде жидкого чугуна, который заливают сверху в печь после проплавления металлолома при расходе электроэнергии 220-320 кВт•ч/т металлолома в количестве 30-35% от веса завалки со скоростью 6-12 т/мин, при этом газообразный кислород подают с расходом 15-30 нм³/ч•т стали, а температуру в печи при окислении углерода поддерживают не более 1680^oС, железную руду и известь для дефосфорации присаживают с расходом 70-120 кг/т стали в соотношении соответственно (1-2):(2,5-3,5) с последующим спуском окислительного шлака, а расход присаживаемой в ковш во время выпуска стали смеси поддерживают в пределах 18-27 кг/т стали при соотношении в ней извести, плавикового шпата, силикокальция и феррованадия (1-1,50):(0,30-0,40):(0,50-0,65): (0,07-0,15) соответственно.

Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем. Расход извести и железной руды в количестве соответственно 4-8% и 4-5% от веса завалки (под весом завалки понимается суммарный вес металлолома и жидкого чугуна) позволяет в сочетании с газообразным кислородом с расходом 15-30 нм³/ч•т стали успешно проводить интенсивное обезуглероживание стали. Чугун в количестве 30-35% от веса завалки позволяет получать требуемое при расплавлении содержание углерода, необходимого для проведения дегазации стали, удаления неметаллических включений, гомогенизации стали по химическому составу и температуре вследствие окисления углерода.

Окисление углерода с расходом 15-30 нм³/ч•т стали позволяет значительно сократить длительность плавки за счет интенсификации окисления углерода, при понижении расхода кислорода менее 15 нм³/ч•т увеличивается продолжительность плавки в связи с вялотекущим процессом, при расходе кислорода более 30 нм³/ч•т стали происходит интенсивный нагрев стали до температуры более 1680^oС, приводящий к размыву футеровки и загрязнению стали неметаллическими включениями, в связи с чем нагрев стали в печи при окислении углерода не должен превышать 1680^oС.

Лучшая степень дефосфорации получена при расходе железной руды и извести 70-120 кг/т стали при соотношении (1-2):(2,5-3,5) соответственно, с последующим спуском окислительного шлака через порог рабочего окна.

Лучшая степень десульфурации и требуемое модифицирование стали кальцием и ванадием получены при введении в ковш во время выпуска стали смеси, состоящей из извести, плавикового шпата, силикокальция и феррованадия в соотношении соответственно (1-1,5)-(0,30-0,40)-(0,50-0,65)-(0,07-0,15) с расходом смеси 18-27 кг/т стали.

Заливка чугуна при расходе электроэнергии менее 220 кВт•ч/т приводит к увеличению длительности плавки и увеличению общего расхода электроэнергии на плавку в связи с образованием чугунно-стального конгломерата. Причем, при расплавлении последнего, интенсивному излучению подвергают водоохлаждаемые части свода и панели, а также происходит разрушение огнеупорных частей печи, приводящее к повышению общего уровня загрязненности стали неметаллическими включениями. В случае заливки чугуна при расходе более 320 кВт•ч/т металлолома сталь перегревается и переокисляется вследствие интенсивного введения в печь газообразного кислорода, в связи с чем могут возникнуть условия непрогнозируемого окисления углерода с последующим выбросом шлака и металла из печи. Заявляемая скорость заливки чугуна в печь (6-12 т/мин) позволяет интенсивно проводить выплавку стали, при превышении скорости заливки более 12 т/мин возможно непредсказуемое вспенивание ванны с последующими выбросами, при скорости менее 6 т/мин увеличивается длительность плавки и снижается производительность печи.

Заявляемый способ выплавки рельсовой стали был реализован при выплавке стали в дуговых электросталеплавильных печах типа ДСП-100И7. Параметры и показатели четырнадцати опытных плавок приведены в табл. 1 и 2.

Выплавка проводилась по следующей схеме. Завалка состояла из металлолома 60-90 т, извести 4-8 т и агломерата 4-5 т. Заливка чугуна проводилась из чугуновозного ковша посредством мостового крана при открытом своде печи после проплавления "колодцев" и частичного осаживания металлолома в печи при расходе электроэнергии 200-340 кВт•ч/т, причем время заливки чугуна изменялось от 3 до 10 мин. При интенсивном вскипании стали в печи заливку чугуна приостанавливали. Сразу же после заливки чугуна осуществляли спуск шлака через порог рабочего окна печи. Окисление углерода проводили продувкой стали в печи через сводовую водоохлаждаемую фурму с расходом 1500-3000 нм³/ч. Для лучшей дефосфорации в печь через сводовое отверстие на шлак присаживали железную руду и известь порциями с общим расходом 70-120 кг/т стали и в соотношении (1-2): (2,5-3,5). После присадки дефосфорирующей смеси шлак вспенивался и самотеком через порог рабочего окна спускался в шлаковую чашу. Во время окисления температура в печи поднималась до 1680^oС, однако при данных температурах наблюдался интенсивный износ футеровки печи и загрязнение стали огнеупорными экзогенными включениями, при этом общий индекс загрязненности стали увеличивался до 1,20. При достижении требуемого содержания углерода и температуры сталь и шлак в печи предварительно раскисляли, а в ковш присаживали во время выпуска из совка шлаковую смесь из извести 1000-1500 кг, плавикового шпата 300-400 кг, силикокальция 500-600 кг и феррованадия 70-150 кг.

При выплавке стали по заявляемому способу сокращена длительность плавки с 2 ч 30 мин до 1 ч 20 мин - 1 ч 40 мин, снижен расход электроэнергии с 450-470 до 400-420 кВт•ч/т, уменьшено и стабилизировано содержание "цветных" примесей до 0,05% Сr, 0,05% Ni, 0,07% Сu, уменьшена загрязненность стали неметаллическими включениями (снижен индекс общей загрязненности неметаллическими включениями), за счет чего повышены механические свойства и ударная вязкость рельсовой стали.

Источники информации 1. Технологическая инструкция ОАО "КМК" ТИ 103-ЭС-512-99 "Производство железнодорожных рельсов из электростали, разлитой на МНЛЗ и в изложницы".

2. Технологическая инструкция ОАО "КМК" ТИ-103-СТ.П.-12-96 "Производство железнодорожных рельсов".

Формула изобретения

Способ выплавки рельсовой стали, включающий завалку в дуговую электросталеплавильную печь металлолома, чугуна и извести, расплавление металлошихты, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию путем присадки железной руды и извести, скачивание окислительного шлака через порог рабочего окна, раскисление стали и шлака в печи, последующий выпуск стали под печным шлаком в ковш, присадку в ковш во время выпуска смеси, состоящей из извести, плавикового шпата, силикокальция и феррованадия, отличающийся тем, что в завалку дополнительно присаживают железную руду в количестве 4-5% от веса завалки, известь подают в количестве 4-8% от веса завалки, чугун присаживают в виде жидкого чугуна, который заливают сверху в печь после проплавления металлолома при расходе электроэнергии 220-320 кВт•ч/т металлолома в количестве 30-35% от веса завалки со скоростью 6-12 т/мин, при этом газообразный кислород подают с расходом 15-30 нм³/ч•т стали, а температуру в печи при окислении углерода поддерживают не более 1680^oС, железную руду и известь для дефосфорации присаживают с расходом 70-120 кг/т стали в соотношении, соответственно, (1-2): (2,5-3,5) с последующим спуском окислительного шлака, а расход присаживаемой в ковш во время выпуска стали смеси поддерживают в пределах 18-27 кг/т стали при соотношении в ней извести, плавикового шпата, силикокальция и феррованадия (1-1,50): (0,30-0,40): (0,50-0,65): (0,07-0,15) соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2