Шихта для выплавки стали в дуговых электросталеплавильных печах

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составу шихты для выплавки стали в дуговых электросталеплавилных печах. Шихта содержит железоуглеродистый сплав при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 2,0-4,0, марганец 0,05-0,30, кремний менее 0,01, хром менее 0,15, медь менее 0,10, никель менее 0,10, сера менее 0,030, фосфор менее 0,030, мышьяк менее 0,008, титан менее 0,15, алюминий менее 0,04, железо остальное. Изобретение позволяет сократить длительность плавки и повысить качество выплавляемой стали за счет снижения концентрации примесей цветных металлов.

 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к составу шихты для выплавки стали в дуговых электросталеплавильных печах.

Известен железоуглеродистый сплав - чугун передельный, используемый при выплавке стали [1], содержащий 0,5-0,9% Si, не более 1,5% Mn, не более 0,05% S, не более 0,30% Р.

Существенными недостатками данного материала являются:

- высокая концентрация кремния, приводящая к увеличению кратности шлака, увеличению расхода извести и электроэнергии для формирования печного шлака;

- высокая концентрация марганца, повышающая длительность плавки в связи с удалением значительного избыточного, для определенной марки стали, содержания марганца и способствующая эрозии футеровки печи, а также загрязнению стали шлаковыми неметаллическими включениями экзогенного характера;

- высокая концентрация серы и фосфора затрудняет выплавку высококачественных марок стали, увеличивает продолжительность плавки, расход шихтовых материалов и энергетические затраты на передел.

Известен способ получения стали в дуговой электросталеплавильной печи, включающий завалку в печь металлолома, подачу чугуна, расплавление металлошихты, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию стали путем присадок порций железной руды или агломерата в смеси с известью, скачивание шлака через порог рабочего окна, раскисление стали и шлака в печи, выпуск стали в ковш под печным шлаком, присадку в ковш десульфурирующей смеси, состоящей из извести, плавикового шпата и порошка алюминия, отличающийся тем, что в состав завалки вводят агломерат или железную руду в количестве 30-60 кг/т стали, после проплавления металлошихты при расходе электроэнергии 220-320 кВт·ч/т металлолома в печь заливают жидкий чугун при температуре не ниже 1200°С со скоростью заливки 6-12 т/мин, проводят окисление газообразным кислородом с расходом 1500-3000 нм³/ч, соотношение присаживаемой железной руды или агломерата в смеси с известью поддерживают соответственно (1-2):(2,5-3,5) при расходе 70-110 кг/т стали, после чего спускают шлак через порог рабочего окна, а соотношение извести, плавикового шпата и порошка алюминия в вводимой в ковш десульфурирующей смеси поддерживают соответственно (1,1-1,5):(0,3-0,5):(0,05-0,1) при расходе смеси 14-18 кг/т стали [2].

Существенными недостатками данного способа выплавки стали являются:

- значительная длительность плавки, связанная с необходимостью окисления примесей, находящихся в чугуне (углерод, кремний, фосфор);

- повышенный расход электродов в связи с удлинением плавки, вызванным окислением примесей;

- высокий расход электроэнергии, связанный с формированием большого количества шлака, получаемого при связывании оксидов окислившегося кремния чугуна с оксидами кальция, а также необходимостью расплавления требуемых присадок шлакообразующих;

- повышенное содержание «остаточных» («цветных») примесей (хрома, никеля, меди и др.), находящихся в оборотном ломе, не окисляющихся в ходе окислительного периода и не разбавляющихся при использовании заявляемых количеств жидкого чугуна, что в конечном итоге затрудняет, в ряде случаев не позволяет выплавлять сталь заданного химического состава.

Известен также способ выплавки стали в дуговой электропечи, включающий завалку металлолома и извести, расплавление металлолома, заливку жидкого чугуна, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию, последующий выпуск стали в ковш, присадку в ковш во время выпуска шлакообразующей смеси, отличающийся тем, что взамен жидкого чугуна используют в количестве 30-60% от массы завалки полупродукт, содержащий 2,0-3,5% С, менее 0,01% Si, менее 0,015% Р, менее 0,025% S, который заливают при температуре 1280-1400°С сверху в печь после проплавления металлолома при расходе электроэнергии 180-300 кВт·ч/т металлолома, температуру в печи при окислении углерода поддерживают не более 1700°С, сталь и шлак в печи не раскисляют, выпуск проводят с отсечкой печного шлака с оставлением 10-15% от общей массы жидкого металла в печи, присаживают в ковш при выпуске шлакообразующую смесь, состоящую из извести и плавикового шпата в соотношении (0,8-1,2):(0,2-0,5) с расходом 10-17 кг/т стали и необходимые ферросплавы [3].

Существенными недостатками данного способа выплавки стали являются:

- невозможность транспортирования жидкого чугуна на большие расстояния;

- необходимость регламентации режимов заливки жидкого чугуна в связи с возможными выбросами из печи.

Известна также чушка для металлургического передела, содержащая железоуглеродистый сплав и оксидсодержащий материал, причем она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:

железоуглеродистый сплав 50,0-99,5

оксидсодержащий материал 0,5-50,0

при этом она выполнена с порами и пустотами, объем которых составляет 0,1-0,7 от общего объема чушки [4] - прототип.

Существенным недостатком данного материала при использовании является большое количество шлака, образующегося из оксидсодержащегося материала, в связи с чем увеличивается длительность плавки и затраты на производство, связанные с повышением кратности шлака в печи.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются: сокращение длительности плавки, повышение качества выплавляемой стали за счет снижения концентрации примесей цветных металлов.

Для этого предлагается шихта для выплавки стали в дуговых электросталеплавильных печах, содержащая железоуглеродистый сплав, причем сплав содержит, мас.%:

Углерод	2,0-4,0
Марганец	0,05-0,30
Кремний	менее 0,01
Хром	менее 0,15
Медь	менее 0,10
Никель	менее 0,10
Сера	менее 0,030
Фосфор	менее 0,030
Мышьяк	менее 0,008
Титан	менее 0,15
Алюминий	менее 0,04
Железо	остальное

Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем.

Концентрация углерода в заявляемом материале выбрана исходя из того, что при содержании углерода менее 2,0% невозможно проведение активного окислительного периода в дуговой электросталеплавильной печи, а при увеличении содержания углерода более 4,0% увеличивается продолжительность плавки в связи с окислением «избыточной» концентрации углерода.

При увеличении содержания кремния более 0,01% для нейтрализации SiO₂, образующегося при окислении, необходимо значительное количество извести, в связи с чем наблюдаются значительные теплопотери и увеличивается расход электроэнергии и электродов.

Содержание марганца выбрано исходя из следующих предпосылок: при содержании марганца менее 0,05% необходимо введение значительного количества марганецсодержащих ферросплавов для доведения стали до требуемых Государственными стандартами содержаний, напротив при увеличении концентрации марганца в заявляемом материале более 0,30% необходимо проведение дополнительных мероприятий по окислению избыточного содержания марганца, что увеличивает длительность плавки.

Превышение заявляемых концентраций фосфора и серы в заявляемом материале приводит к более интенсивным дефосфорации и десульфурации стали, что в свою очередь связано с увеличением длительности плавки, расхода электроэнергии и электродов.

Концентрация хрома, никеля, меди и мышьяка выбрана исходя из получения требуемых концентраций данных элементов (с учетом использования металлолома) в особокачественных марках стали с регламентированной концентрацией примесей.

Содержание титана и алюминия выбрано исходя из исключения получения неметаллических включений оксидов титана и алюминия в готовой стали, резко снижающих механические свойства качественных сталей.

Заявляемая шихта для дуговых электропечей была получена в мартеновских 420-тонных печах из жидкого передельного чугуна. Обезуглероживание, десиликонизацию, дефосфорацию и десульфурацию производили присадками извести и агломерата. После выпуска осуществляли разливку заявляемой шихты в чушки на разливочной машине. Далее полученные чушки использовали при выплавке стали в 100-тонных дуговых электропечах с трансформатором мощностью 95 МВА.

Заявляемый материал использовался как в качестве единственного компонента шихты, так и в качестве подшихтовочного материала в смеси с металлоломом. При выплавке по заявляемому способу на 26 плавках стали марок ШХ15, ШХ15СГ, ШХ 4, НЭ76Ф, Э76Ф, ст 80-90 сокращена длительность плавки по сравнению с использованием чушкового неподготовленного чугуна на 7 минут. При производстве стали, предназначенной для производства железнодорожных рельсов марок НЭ76Ф, Э76Ф, уменьшено содержание хрома и никеля до 0,03%, меди до 0,05%, снижена загрязненность стали неметаллическими включениями (средняя длина строчки алюминий и титансодержащему оксидов не превышает 0,5 мм).

Источники информации

1. ГОСТ 805-95 "Чугун передельный. Технические условия".

2. Патент РФ №2197535, кл. С 21 С 5/52, 7/06.

3. Заявка №2003136330/02(038952) РФ, МПК⁷ С 21 С 5/52, 7/06.

4. Патент РФ №2087546, кл. С 21 С 5/52, 5/04, С 22 В 1/00.

Шихта для выплавки стали в дуговых электросталеплавильных печах, содержащая железоуглеродистый сплав, отличающаяся тем, что сплав содержит следующие компоненты, мас.%:

Углерод	2,0-4,0
Марганец	0,05-0,30
Кремний	Менее 0,01
Хром	Менее 0,15
Медь	Менее 0,10
Никель	Менее 0,10
Сера	Менее 0,030
Фосфор	Менее 0,030
Мышьяк	Менее 0,008
Титан	Менее 0,15
Алюминий	Менее 0,04
Железо	Остальное