Способ выплавки марганецсодержащей стали

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки марганецсодержащей стали в дуговых электросталеплавильных печах. Способ выплавки марганецсодержащей стали в дуговых электросталеплавильных печах включает завалку марганецсодержащей металлошихты, марганецсодержащего материала в смеси со шлакообразующим, в качестве которого используют известь, их расплавление, проведение окислительного периода, раскисление шлака в восстановительный период и выпуск плавки. В качестве марганецсодержащего материала присаживают низкофосфористую марганцевую руду в количестве 5-10% от массы металлолома при соотношении ее и извести в смеси соответственно 1: (0,2-0,6). Окислительный период проводят с продувкой газообразным кислородом при расходе 11,0-15,5 м³/т до температуры, превышающей на 400-450^oС температуру ликвидуса, без скачивания окислительного шлака из печи. Затем в качестве охлаждающей добавки присаживают собственные отходы выплавляемой стали в количестве 5,0-10,0% от массы металлошихты. Раскисление шлака в восстановительный период проводят смесью из кокса и ферросилиция в количестве 2,0-2,5 кг/т стали в соотношении 1:1. Технический результат - повышение качества стали за счет снижения содержания фосфора в стали и снижения уровня загрязненности стали неметаллическими включениями, снижение стоимости стали и повышение усвоения марганца за счет использования марганцевой руды взамен марганцевых сплавов. 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки марганецсодержащий стали в дуговых электросталеплавильных печах.

Известен способ выплавки марганецсодержащей стали в электросталеплавильной печи, включающей завалку шихты, плавление, окисление расплава, скачивание окислительного шлака, легирование путем присадки марганецсодержащего оксидного и карбонатного материалов [1].

Однако использование данного способа при переплаве легированных марганцем отходов невозможно из-за операции скачивания шлака и связанных с этой операцией значительных потерь марганца со шлаком. Кроме того, использование специально выплавляемого в ферросплавной печи малофосфористого шлака, используемого в данном способе, значительно увеличивает стоимость стали.

Известен способ выплавки марганецсодержащих сталей, включающий завалку металлошихты и шлакообразующих, их расплавление, раскисление и корректировку легирующих элементов, при этом в завалку вместе с металлической шихтой присаживают отвальный шлак производства металлического марганца [2] - прототип.

Основным недостатком данного способа является высокое содержание фосфора в отвальном шлаке производства металлического марганца. При раскислении такого шлака в печи происходит значительное насыщение стали фосфором, что не только снижает качество стали, но и в ряде случаев приводит к получению концентраций фосфора в стали значительно выше требований Государственных стандартов. Кроме того, в связи с тем, что в отвальном шлаке металлического марганца содержится небольшое количество оксидов марганца, использование его на высокомарганцовистых сталях в больших количествах в связи с высокой кратностью наводимого в печи шлака невозможно, что требует повышения расхода марганцевых сплавов.

Содержащийся в отвальном шлаке MgO не только повышает температуру плавления печного шлака, но и приводит к загрязнению стали неметаллическими экзогенными включениями.

Задачей изобретения являются: повышение качества стали за счет снижения содержания фосфора в стали и снижения уровня загрязненности стали неметаллическими включениями; снижение стоимости стали и повышение усвоения марганца за счет использования марганцевой руды взамен марганцевых сплавов.

Для этого при выплавке стали в дуговую электросталеплавильную печь в завалку вместе с марганецсодержащей металлошихтой, марганецсодержащим материалом и шлакообразующим материалом, в качестве которого используют известь, их расплавление, проведение окислительного периода, раскисление шлака в востановительный период и выпуск плавки, согласно изобретению в качестве марганецсодержащего материала заваливают низкофосфористую марганцевую руду в количестве 5-10% от массы металлошихты при соотношении ее и извести в смеси соответственно 1:(0,2-0,6); окислительный период проводят с продувкой газообразным кислородом при расходе 11,0-15,5 м³/т до температуры, превышающей на 400-450^oС температуру ликвидуса без скачивания окислительного шлака из печи, затем в качестве охлаждающей добавки присаживают собственные отходы выплавляемой стали в количестве 5,0-10,0% от массы металлошихты, а раскисление шлака в восстановительный период проводят смесью из кокса и ферросилиция в количестве 2,0-2,5 кг/т стали в соотношении 1:1.

Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем. При расходе низкофосфористой марганцевой руды в количестве менее 5% содержание марганца в шлаке не обеспечивает получения требуемых концентраций марганца в стали и приводит к повышенному расходу марганцевых сплавов. Превышение же количества марганцевой руды, присаживаемой в завалку в печь, выше 10% может привести к превышению требуемых концентраций марганца в стали и получению брака по химическому составу.

Введение марганцевой руды в смеси с известью производится для обеспечения необходимой (для получения высокого уровня извлечения марганца из шлака) основности 2,0-2,2. Введение извести обеспечивает вытеснение оксидов марганца из соединений типа MnO-SiO₂ и связывание кремнезема, содержащегося в марганцевой руде в соединениях типа CaO-SiO₂.

Скачивание шлака из печи для уменьшения потерь марганца со шлаком не производят, требуемую концентрацию фосфора в стали получают благодаря низкому содержанию последнего в марганцевой руде.

Продувка газообразным кислородом определена, с одной стороны, длительностью плавки (минимальные заявляемые пределы) и температурой нагрева стали (перегрева над температурой ликвидуса).

Температура окислительного периода определена следующими положениями. При температуре нагрева ниже температуры, соответствующей перегреву над температурой ликвидуса на 400^oС, не происходит интенсивного восстановления марганца из шлака в металл (так как скорость реакции восстановления марганца из шлака в металл возрастает при повышении температуры).

При температуре окончания окислительного периода выше значений температуры ликвидуса более, чем на 450^oС, происходит сильный перегрев стали и шлака, вызывающий интенсивную эрозию футеровки печи и загрязнение стали экзогенными неметаллическим включениями.

Для снятия интенсивного перегрева стали используются отходы выплавляемой стали в количестве 5-10% от массы заваливаемого в печь металлолома. При присадке в печь отходов выплавляемой стали в количестве более 10% от массы заваливаемого в печь металлолома происходит резкое охлаждение стали с образованием в печи затвердевшего участка металла. При этом необходимо время для расплавления последнего, приводящее к увеличению длительности плавки, что, в свою очередь, увеличивает загрязненность стали неметаллическими включениями. При присадке в печь отходов выплавляемой стали в количестве менее 5% от массы заваливаемого в печь металлолома не происходит охлаждение металла до требуемых температур, вследствие чего сильный перегрев металла и шлака в печи приводит к эрозии футеровки и загрязнению стали экзогенными неметаллическими включениями.

Использование смеси кокса и ферросилиция для раскисления шлака способствует полному восстановлению марганца из шлака и перехода его в сталь по реакциям MnO+C-->Mn+CO; 2MnO+Si-->2Mn+SiO₂.

При присадке смеси менее 2 кг/т стали большое количество марганца не переходит в сталь и остается в шлаке, что приводит к потерям марганца со шлаком. При присадке смеси более 2,5 кг/т стали наблюдается избыток восстановителей (углерода и кремния), которые при присадке на шлак обеспечивают не только восстановление марганца из шлака, но и переход углерода и кремния в сталь, что приводит к непредсказуемому изменению химического состава получаемой стали. Соотношение кокса и ферросилиция (1:1) выбрано с учетом хорошей раскисляющей способности смеси.

Заявляемый способ выплавки марганецсодержащей стали был реализован при выплавке стали 45Г17Ю3 в 40-тонных дуговых электросталеплавильных печах. Параметры опытных плавок приведены в таблице.

В опытах использовали низкофосфористую марганцевую руду "Ушкатын-III" с содержанием, мас. %: Mn_общ= 41,0-45,2; Fe_общ=8,6-13, 8; CaO=3,9-5,0; MgO= 0,3-0,48; SiO₂=8,7-13,4; Р=0,015-0,025; S=0,016-0,04, фракции 10-50 мм.

В состав завалки входили 12000-16000 кг отходов стали 45Г17Ю3 с содержанием марганца 16,0-18,0мас.%, 8000-12000 кг отходов стали 110Х14Л (стали Гадфильда) со средним содержанием марганца 14,0мас.%, 8000-12000 кг отходов углеродистых сталей, 2000-4000 кг марганцевой руды "Ушкатын-III", 600-1800 кг извести.

Расплавление шихты проводили до достижения температуры расплавленной ванны 1600-1650^oС. Далее начинали кислородную продувку вводом газообразного кислорода через сводовую водоохлаждаемую фурму в течение 30 мин при расходе кислорода 880-1200 м³/ч до достижения необходимого содержания углерода и температуры 1850-1900^oС.

Такая температура представляет перегрев над температурой ликвидуса для этой стали 400-450^oС. Химический анализ шлака, отобранного после проведения окисления, показал, что в шлаке содержится от 8,5 до 10,8 мас.% оксида марганца. Основность шлака в конце окисления составляла 1,9-2,9.

По окончании продувки ванны кислородом производили присадку 2000-4000 кг крупногабаритных отходов стали 45Г17Ю3, содержащей 15,0-19,0 мас.% марганца и не более 0,03 мас.% фосфора. На шлак присаживали 80-100 кг смеси, состоящей из 40 кг порошка кокса и 40-60 кг порошка ферросилиция фракции до 2 мм. Далее производили выпуск стали из печи вместе со шлаком.

При выплавке стали по заявляемому способу снижено содержание в стали фосфора с 0,030% до 0,021%, средний бал загрязненности стали по неметаллическим включением снижен на 0,5 балла, усвоение марганца повысилось по сравнению с марганцевыми сплавами на 1,95 мас.% абс. и составило 97,0 мас.% против 95,0 мас.%.

Список источников информации 1. А.с. СССР 1832728, кл. C 21 C 5/52.

2. А.с. СССР 1062272, кл. C 21 C 5/52.

Формула изобретения

Способ выплавки марганецсодержащей стали в дуговых электросталеплавильных печах, включающий завалку марганецсодержащей металлошихты, марганецсодержащего материала в смеси со шлакообразующим материалом, в качестве которого используют известь, их расплавление, проведение окислительного периода, раскисление шлака в восстановительный период и выпуск плавки, отличающийся тем, что в качестве марганецсодержащего материала заваливают низкофосфористую марганцевую руду в количестве 5-10% от массы металлошихты при соотношении ее и извести в смеси соответственно 1: (0,2-0,6), окислительный период проводят с продувкой газообразным кислородом при расходе 11,0-15,5 м³/т до температуры, превышающей на 400-450^oС температуру ликвидуса, без скачивания окислительного шлака из печи, затем в качестве охлаждающей добавки присаживают собственные отходы выплавляемой стали в количестве 5,0-10,0% от массы металлошихты, а раскисление шлака в восстановительный период проводят смесью из кокса и ферросилиция в количестве 2,0-2,5 кг/т стали в соотношении 1: 1.

РИСУНКИ

Рисунок 1