Шихта для выплавки стали

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству стали в плавильных агрегатах различного типа. Шихта содержит в качестве углеродокарбидкремниевого материала - материал, содержащий карбид кремния менее 15% и свободный углерод не менее 65%, при этом материал, содержащий карбид кремния менее 15% и свободный углерод не менее 65%, углерод высокотемпературной кальцинации и шлакообразующие материалы, задают в шихту в брикетированном виде при следующем соотношении компонетов, мас.%: материал, содержащий карбид кремния менее 15% и свободный углерод не менее 65%, 30-60; углерод высокотемпературной кальцинации 25-40; шлакообразующие материалы 7-13. Изобретение позволяет качественно улучшить шихту для выплавки стали за счет сокращения потерь науглероживающих материалов. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству стали в плавильных агрегатах различного типа. Заявляемое изобретение может быть использовано в процессах выплавки стали как рядовых, так и высоколегированных марок стали.

Известна шихта для выплавки стали, содержащая чугун в качестве науглероживающего материала, металлический лом, шлакообразующие материалы при следующем соотношении компонентов, мас.%:

чугун 6-40

стальной лом 60-94

шлакообразующие 0,5-2,0

(технологическая инструкция ТИ - 243 ММ-01-98 на производство стали в мартеновской печи Нижнеднепровского трубопрокатного завода, ОАО; технологическая инструкция ДТИ-48-ЦТ-97 на производство стали в дуговых печах Днепропетровского стрелочного завода, ОАО).

В качестве науглероживающего материала в состав вышеперечисленных шихт вводится чугун для обеспечения в металлической ванне после расплавления шихты содержания углерода больше нижней границы концентрации углерода в заданной марке стали на 0,3-0,5%. Указанное содержание углерода в металле после расплавления необходимо для проведения качественного окислительного процесса. Граница содержания чугуна в шихте обосновывается физико-химическими и кинетическими особенностями прохождения процесса плавления шихты в различных плавильных агрегатах (электродуговая печь, мартеновская печь и т.д.).

Основным недостатком вышеприведенного состава является то, что в качестве науглероживающего материала используется дорогой и дефицитный чугун;

высокое содержание в чугуне в качестве науглероживателя серы и фосфора приводит к увеличению энергетических и, следовательно, материальных затрат на их дальнейшее удаление из расплава;

происходит переокисление стальной ванны в процессе плавления и дальнейшего окислительного периода.

Наиболее близким является техническое решение по патенту Украины №47979, МПК С 21 С 5/00, БИ №7, 2002 г., в котором шихта для выплавки стали содержит: стальной лом, науглероживающие материалы, шлакообразующие вещества, а в качестве науглероживающего материала используется углеродокарбидкремниевый материал и углерод высокотемпературной кальцинации при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углеродокарбидкремниевый материал 0,4-1,1

углерод высокотемпературной кальцинации 0,6-1,9

шлакообразующие вещества 1,5-2,0

стальной лом остальное

Недостатком шихты по прототипу является то, что науглероживающие материалы входят в состав шихты в тонкодисперсном виде, что, в свою очередь, приводит к потерям науглероживающих материалов (до 30%) за счет аэродинамических потоков, возникающих в плавильных агрегатах.

Технической задачей, решаемой в данном изобретении, является качественное улучшение шихты для выплавки стали за счет сокращения потерь науглероживающих материалов и соответственно снижение затрат науглероживающих материалов.

Данная техническая задача решается за счет того, что в шихте для выплавки стали содержится стальной лом, углеродокарбидкремниевый материал, углерод высокотемпературной кальцинации, шлакообразующие материалы, при этом она содержит в качестве углеродокарбидкремниевого материала - материал, содержащий карбид кремния менее 15% и свободный углерод не менее 65%, при этом материал, содержащий карбид кремния менее 15% и свободный углерод не менее 65%, углерод высокотемпературной кальцинации и шлакообразующие материалы, задают в шихту в брикетированном виде при следующем соотношении компонетов, мас.%:

материал, содержащий карбид кремния менее 15%

и свободный углерод не менее 65% 30-60

углерод высокотемпературной кальцинации 25-40

шлакообразующие материалы 7-13

Технический результат достигается за счет того, что содержание в шихте дополнительных составляющих, таких как углеродокарбидкремниевый материал и углерод высокотемпературной кальцинации с большим содержанием серы, в соотношениях, определенных эмпирическим путем и приведенных выше и основное - в брикетированном виде, позволяет повысить качество готовой стали и снизить потери науглероживающих материалов. Очень важно и то, что в состав шихты по изобретению входят вторичные материалы электротермического производства, что влияет на снижение себестоимости стали и улучшение экологической ситуации.

В качестве стального лома используется стальной лом по ГОСТ 2787-75.

В качестве углеродокарбидкремниевого материала используется вторичный материал, который используется при производстве графитированных материалов (например, марки МУ-1). Этот материал содержит менее 15% карбида кремния и не менее 65% свободного углерода. Присутствующий в составе углеродокарбидкремниевого материала карбид кремния при расплавлении стального лома взаимодействует с жидким железом по реакции:

SiC_тв+[Fе]→[Si]_Fе+[С]_Fе,

с ассимиляцией расплавленным металлом стальной ванны кремния и углерода.

Указанная особенность взаимодействия SiC влияет на механизм и регулирует скорость обезуглероживания стальной ванны, блокирует переокисление металла в период окисления углерода.

Комбинация углеродосодержащих материалов с карбидом кремния обеспечивает достаточность процесса науглероживания и раскисляющий эффект.

Дополнительное ведение карбида кремния металлургического (СТП 002222-162-99) вводится для корректировки соотношения SiC-С=0,15-0,65, подобранного эмпирическим путем, обеспечивающего максимальный металлургический эффект брикета.

При соотношении SiC-:-С менее 0,15 в начале окислительного периода плавки наблюдается повышенное окисление железа до FеO. При соотношении SiC-:-С более 0,65 блокируется окисление углерода, что требует дополнительного расхода окислителей, приводит к перегреву стальной ванны, отрицательно действующей на футеровку печи, а также удлиняется время плавки.

Комбинация углеродосодержащих материалов с карбидом кремния обеспечивает достаточность процесса науглероживания и раскисляющий эффект.

Пределы содержания компонентов в составе смеси объясняются следующим.

Углеродокарбидкремниевый материал (ТУУ 322-00196204.005-99) при содержании углеродокарбидкремниевого материала (МУ-1) в составе брикета менее 30% не обеспечивает блокирование процессов переокисления стальной ванны. При содержании углеродокарбидкремниевого материала (МУ-1) в составе брикета более 60% повышается концентрация оксида кремния в шлаке, что приводит к снижению основности шлака и, как следствие, уменьшению его десульфирующих и дефосфорирующих свойств.

Углерод высокотемпературной кальцинации (графит) (ТУУ 322-00196204.005-99) является вторичным материалом, который образуется при производстве графитированных электродов (например, марки ПФ-1). При содержании этого материала в составе брикета менее 25% науглероживание стальной ванны недостаточное, а при содержании в брикете графита высокотемпературной кальцинации более 40% недостаточно блокируется процесс переокисления стальной ванны.

Шлакообразующие материалы - связующие - представляют собой оксидную систему СаO-SiO₂-Аl₂O₃, характеризуются гидратным твердением и относительно высокой температурой плавления, позволяющей изготовить брикеты достаточно высокой прочности и огнеупорности. Наличие в составе брикетов свободного кремнезема приводит к взаимодействию его с СаO шлакообразующего материала - связующего и снижению температуры его плавления.

Постепенное оплавление шлакообразующих - связки к моменту образования металлического расплава - сопровождается взаимодействием свободного углерода и карбида кремния с жидким металлом.

При содержании в составе брикета шлакообразующего - связки менее 7 мас.% не обеспечивается необходимая прочность брикета, наблюдается рассыпание брикета. При содержании более 13 мас.% снижается скорость реагирования брикетов с металлическим расплавом.

Предлагаемое техническое решение “Шихта для выплавки стали” соответствует критерию “новизна”, о чем говорит приведенный выше перечень отличий по отношению к прототипу, выбранному заявителем на основании поиска по научно-техническим и патентным источникам информации.

Проведенный анализ известных технических решений показал, что заявляемый перечень существенных признаков не найден среди известных решений, что соответствует критерию изобретения - изобретательский уровень.

Оптимальность процентных соотношений компонентов шихты для выплавки стали подтверждается экспериментальными плавками, проведенными в электродуговой печи ОАО “ДЗС” и в мартеновской печи в условиях ОАО “НТЗ”. Анализ проведенных плавок на шихте, заявляемой данным изобретением, показал, что усвоение углерода составило 85 - 90%, тогда как при использовании шихты по прототипу усвоение углерода было 79-84%.

Использование шихты в брикетированном виде позволяет повысить степень усвоения углерода, снизить потери науглероживающих материалов (до 30% на некоторых марках сталей) и снизить использование раскислителей.

Предлагаемый состав шихты с использованием брикетов приведенного состава может быть легко воспроизведен и использоваться при производстве рядовых и высоколегированных марок стали.

Таким образом, техническое решение соответствует критерию промышленная применимость.

1. Шихта для выплавки стали, содержащая стальной лом, углеродокарбидкремниевый материал, углерод высокотемпературной кальцинации, шлакообразующие материалы, отличающаяся тем, что она содержит в качестве углеродокарбидкремниевого материала материал, содержащий карбида кремния менее 15% и свободного углерода не менее 65%, при этом материал, содержащий карбида кремния менее 15% и свободного углерода не менее 65%, углерод высокотемпературной кальцинации и шлакообразующие материалы задают в шихту в брикетированном виде при следующем соотношении компонетов, мас.%:

Материал, содержащий карбида кремния менее 15%

и свободного углерода не менее 65% 30-60

Углерод высокотемпературной кальцинации 25-40

Шлакообразующие материалы 7-13

2. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно брикеты содержат металлургический карбид кремния для корректировки соотношения SiC:С=0,15:0,65, подобранного эмпирическим путем, обеспечивающего максимальный металлургический эффект брикета.