Способ выплавки рельсовой стали

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к выплавке рельсовой стали в дуговых электросталеплавильных печах. Способ включает подачу в дуговую электросталеплавильную печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна и их расплавление, окислительный период, который проводят до получения стали с содержанием углерода не менее 0,15%. Затем осуществляют отсечку печного шлака и части металла при выпуске и выпуск плавки в ковш. В ковш присаживают известь, силикомарганец и кокс при соотношении (0,4-0,7):(0,75-1,0):(0,15-0,30) соответственно, в количестве 1,3-2,0% от массы жидкой стали. Далее плавку обрабатывают на агрегате типа "ковш-печь" с присадкой в него ферросплавов. Перед вводом ферросплавов в ковш присаживают кокс в количестве 0,4-0,6% от массы жидкой стали. Далее осуществляют продувку инертным газом с расходом 15-25 нм³/ч в течение 15-30 минут. Способ позволяет снизить концентрацию кислорода в стали и загрязненность неметаллическими включениями.

 

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

Известен способ выплавки рельсовой стали, включающий подачу в дуговую электросталеплавильную печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление, окислительный период, раскисление в печи стали алюминием и шлака порошком кокса, дробленого ферросилиция и гранулированного алюминия, выпуск плавки в ковш, присадку в ковш при выпуске твердой шлакообразующей смеси, состоящей из извести и плавикового шпата, отличающийся тем, что выплавку стали производят сериями, причем металлошихту первой плавки в серии дают массой на 10-15% больше массы металлшихты последующих плавок, а массу металлошихты последней плавки в серии уменьшают на 10-15%, окислительный период проводят до получения стали с содержанием углерода не менее 0,60% и температуры выше ликвидуса 180-240°С; причем сталь раскисляют на всех плавках серии алюминием в количестве 0,07-0,10% от массы металлошихты, а раскисление шлака в печи порошком кокса, дробленого ферросилиция и гранулированного алюминия в количестве, соответственно, каждого 0,09-0,10% от массы металлошихты проводят на последней плавке в серии, при выпуске первой и последующих плавок отсекают печной шлак, а последнюю плавку выпускают с печным шлаком, при выпуске плавок в ковш присаживают твердую шлакообразующую смесь, состоящую из извести и плавикового шпата, при соотношении (1,0-1,5): (0,3-0,5) соответственно, в количестве 3-3,3% от массы жидкой стали, и необходимые раскислители и легирующие [1].

Существенными недостатками данного способа выплавки рельсовой стали являются:

- высокое содержание кислорода в связи с низкой раскисляющей способностью присаживаемых ферросплавов и неправильным порядком их присадки;

- высокий расход азотированных ферросплавов в связи с повышенным содержанием кислорода в стали,

- высокий уровень неметаллических включений эндогенного типа вследствие повышенного содержания кислорода в стали;

- пониженный уровень физико-механических свойств в связи со значительной концентрацией в стали кислорода и загрязненностью стали неметаллическими включениями эндогенного типа.

Известен, выбранный в качестве прототипа, способ выплавки рельсовой стали в дуговой электропечи, включающий завалку в печь металлолома, заливку жидкого чугуна, присадку извести, расплавление металлошихты, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию путем присадки железной руды и извести, скачивание окислительного шлака через порог рабочего окна, выпуск стали в ковш, присадку в ковш во время выпуска смеси извести, плавикового шпата и ферросплавов, при котором известь вводят в составе смеси, содержащей известково-магнезиальный ожелезненный флюс и известь, при соотношении флюса и извести (0,15-0,50):1 в количестве 25-40 кг/т стали до получения в шлаке концентрации MgO=8-15%, а СаО не менее 35%, причем осуществляют продувку газообразным кислородом для получения концентрации FeO в шлаке не менее 15%, при выпуске стали в ковш осуществляют отсечку печного шлака, известь и плавиковый шпат в ковш присаживают в количестве соответственно 15-20 кг/т стали и 3-5 кг/т стали, а в качестве ферросплава вводят силикомарганец в количестве 0,8-1,0 кг/т стали, и осуществляют доводку стали по химическому составу на агрегате типа «ковш-печь» [2].

Существенными недостатками данного способа выплавки рельсовой стали являются:

- высокий расход ферросплавов в связи с повышенным содержанием кислорода в стали;

- высокий уровень неметаллических включений эндогенного типа вследствие повышенного содержания кислорода в стали;

- низкий уровень физико-механических свойств, связанный с загрязненностью стали оксидными неметаллическими включениями.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются: снижение концентрации кислорода в стали и загрязненности неметаллическими включениями, уменьшение расхода азотированных ферросплавов, повышение комплекса физико-механических свойств рельсовой стали.

Для этого предлагается способ выплавки рельсовой стали, включающий подачу в дуговую электросталеплавильную печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление металлошихты, окислительный период, отсечку печного шлака и части металла при выпуске, выпуск плавки в ковш, присадку в ковш при выпуске твердой шлакообразующей смеси и раскислителей, обработку плавки на агрегате типа «ковш-печь» с присадкой ферросплавов, при котором окислительный период проводят до получения стали с содержанием углерода не менее 0,15%, в ковш в качестве твердой шлакообразующей смеси и раскислителей присаживают известь, силикомарганец, кокс при соотношении (0,4-0,7):(0,75-1,0):(0,15-0,30) соответственно, в количестве 1,3-2,0% от массы жидкой стали, перед вводом ферросплавов на агрегате типа «ковш-печь» в ковш присаживают кокс в количестве 0,4-0,6% от массы жидкой стали и осуществляют продувку инертным газом с расходом 15-25 нм³/ч в течение 15-30 минут.

Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем. Содержание углерода выбрано исходя из того, что при понижении концентрации углерода менее 0,15% значительно возрастает содержание кислорода в стали и необходима длительная обработка стали на агрегате типа «ковш-печь» с целью снижения содержания углерода и науглероживания.

В связи с отсечкой печного шлака в ковш при выпуске плавки вводится смесь, состоящая из извести, силикомарганца и кокса. Соотношение и количество компонентов в смеси выбрано исходя из рафинирующей и теплоизолирующей способности ковшевого шлака. При соотношении в смеси извести, силикомарганца и кокса менее 0,4:0,75:0,15 соответственно не удается снизить содержание кислорода в стали до требуемых значений и получить рафинирующий шлак с высокой степенью десульфурации и низкой окисленностью, при этом основное количество растворенного кислорода при присадке смеси взаимодействует с углеродом с образованием оксида углерода СО, в результате чего сталь не загрязняется неметаллическими включениями (типа МеО) значительно снижающими физико-механические свойства стали. При соотношении в смеси извести, силикомарганца и кокса более 0,7:0,75:0,30 соответственно возможно повышение концентрации кремния, марганца и углерода выше требуемых значений для определенных марок стали, кроме того, наблюдается плохое формирование шлака из-за длительного растворения большого количества извести.

Количество смеси менее 1,3% от массы жидкой стали приводит к низкой рафинирующей и теплоизолирующей способности ковшевого шлака, при увеличении количества смеси более 2,0% от массы жидкой стали возрастают тепловые потери, связанные с формированием шлака, и возможно загрязнение стали экзогенными шлаковыми включениями.

Перед вводом ферросплавов на агрегате типа «ковш-печь» присадка в ковш кокса в количестве менее 0,4% от массы жидкой стали не позволяет получить низкие требуемые концентрации кислорода и высокие концентрации азота (так как кокс содержит некоторое количество азота в своем составе), а при присадке кокса более 0,6% от массы жидкой стали возможно получение содержания углерода выше верхнего предела содержания его в готовой стали.

Продувка инертным газом с расходом менее 15 нм³/ч в течение менее 15 минут не обеспечивает хорошее перемешивание металла и требуемое удаление кислорода посредством диффузии кислорода и всплывания неметаллических включений. Продувка инертным газом с расходом более 25 нм³/ч в течение более 30 мин способствует вторичному насыщению стали кислородом атмосферы и загрязнению стали экзогенными неметаллическими включениями, связанными с эрозией футеровки стальковша.

Заявляемый способ выплавки рельсовой стали был реализован при выплавке рельсовой стали в дуговой электросталеплавильной печи ДСП-100Н10. Выплавка проводилась «на болоте» по следующей схеме. Завалка первой плавки в серии по металлозавалке была на 10-15 т больше последующих завалок, а последней в серии плавки на 10-15 т меньше. Завалка состояла из 80-90 т металлолома и 3-8 т извести. Заливка чугуна в количестве 30-35 т проводилась из чугуновозного ковша посредством мостового крана при открытом своде после проплавления «колодцев» и частичного осаживания металлолома в печи. Окисление углерода проводили в печи до концентрации не менее 0,15% посредством продувки стали через водоохлаждаемые стеновые фурмы. Выпуск плавки проводили через эркерную подину, обеспечивающий оставление в печи всего печного шлака и 10-15 т металла. В ковш выпускали 100-110 т металла.

В ковш присаживали известь 400-700 кг, силикомарганец 750-1000 кг, кокс 150-300 кг соответственно. На опытных плавках использовали кокс сухого тушения (при изготовлении в коксовых батареях после полного периода коксования и выдачи кокс тушится с применением азота) с повышенным содержанием азота (1,2-1,4% N), в связи с чем проходило дополнительное насыщение стали азотом и соответственно экономились дорогостоящие азотированные ферросплавы. Непосредственно перед введением ферросплавов на агрегате типа «ковш-печь» в ковш присаживали кокс в количестве 400-600 кг от массы жидкой стали и осуществляли продувку через огнеупорные фурмы, установленные в днище стальковша аргоном расходом 15-25 нм³/ч в течение 15-30 минут. Далее сталь доводилась на агрегате «ковш-печь» по химическому составу и требуемой для разливки температуре и передавалась на разливку на МНЛЗ. Прокатка и аттестация рельсов проводилась по действующей на комбинате технологии. По заявляемой технологии была проведена серия опытных плавок (18 шт.) рельсовой стали марки НЭ76Ф с прокаткой на рельсовый профиль Р65.

Заявляемый способ обеспечивает уменьшение содержания кислорода до 20 ppm, снижение загрязненности стали (длина строчки неметаллических включений для стали, выплавленной по заявляемой технологии, не более 1 мм, в то время как по базовой достигает 2 мм), снижен расход азотированным ванадийсодержащих ферросплавов на 0,1 кг на тонну выплавляемой стали, механические испытания рельсовой продукции показывают, что предел текучести и предел прочности увеличены на 5-8 МПа, ударная вязкость при отрицательных температурах на 0,5 Дж/см².

Источники информации

1. Патент РФ 2235790 РФ, кл. С21С 5/52, 7/076.

2. Патент РФ 2269578 РФ, кл. С21С 5/52.

Способ выплавки рельсовой стали, включающий подачу в дуговую электросталеплавильную печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление металлошихты, окислительный период, отсечку печного шлака и части металла при выпуске, выпуск плавки в ковш, присадку в ковш при выпуске твердой шлакообразующей смеси и раскислителей, обработку плавки на агрегате типа "ковш-печь" с присадкой в него ферросплавов, отличающийся тем, что окислительный период проводят до получения стали с содержанием углерода не менее 0,15%, в ковш в качестве твердой шлакообразующей смеси и раскислителей присаживают известь, силикомарганец, кокс при соотношении (0,4-0,7):(0,75-1,0):(0,15-0,30) соответственно, в количестве 1,3-2,0% от массы жидкой стали, перед вводом ферросплавов на агрегате типа "ковш-печь" в ковш присаживают кокс в количестве 0,4-0,6% от массы жидкой стали и осуществляют продувку инертным газом с расходом 15-25 нм³/ч в течение 15-30 мин.