Способ выплавки рельсовой стали

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки рельсовой стали в дуговых электросталеплавильных печах. Способ включает подачу металлошихты в печь, расплавление, окислительный период, выплавку стали с оставлением части металла в печи, отсечку шлака при выпуске, выпуск плавки в ковш, присадку в ковш во время выпуска твердой шлакообразующей смеси и раскислителей. Окислительный период проводят до содержания углерода 0,15-0,65% в стали. В ковш присаживают известь и карбид кальция при соотношении (0,3-0,5):(0,15-0,80) соответственно. Присаживают 1-1,5% от массы жидкой стали сплавы марганца из расчета введения марганца 0,7%. Перед обработкой на агрегате «ковш-печь» в ковш присаживают кокс в количестве 0,1-0,6% от массы жидкой стали. Продувают аргоном с расходом 15-45 нм³/ч в течение 20-30 минут. Способ позволяет снизить концентрацию кислорода в стали и загрязненность неметаллическими включениями, уменьшить расход ферросплавов, а также повысить комплекс физико-механических свойств рельсовой стали.

 

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

Известен выбранный в качестве прототипа 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 делают массой на 10-15% больше массы металлошихты 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;

- высокий расход 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 загрязненностью стали неметаллическими включениями эндогенного типа.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются снижение концентрации кислорода в стали и загрязненности неметаллическими включениями, уменьшение расхода 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, окислительный период, выплавку стали с оставлением части металла в печи, отсечку шлака при выпуске, выпуск плавки в ковш, присадку в ковш во время выпуска твердой шлакообразующей смеси и раскислителей, при которм окислительный период проводят до получения стали с содержанием углерода 0,15-0,65%, в ковш присаживают известь и карбид кальция при соотношении (0,3-0,5):(0,15-0,80) соответственно в количестве 1-1,5% от массы жидкой стали и сплавы марганца из расчета введения марганца на 0,7%, перед обработкой на агрегате типа «ковш-печь» в ковш присаживают кокс в количестве 0,1-0,6% от массы жидкой стали и осуществляют продувку инертным газом с расходом 15-45 нм³/ч в течение 20-30 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. При увеличении концентрации углерода более 0,65% возможно в результате науглероживания карбидом кальция получение концентрации углерода значительно выше определенных государственными стандартами.

В связи с отсечкой печного шлака в ковш при выпуске плавки вводится смесь, состоящая из извести и карбида кальция. Соотношение и количество компонентов в смеси выбрано исходя из рафинирующей и теплоизолирующей способности ковшевого шлака. При соотношении в смеси извести и карбида кальция менее 0,3:0,15 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 карбида кальция 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, ферросилиция и кокса более 0,5:0,8 соответственно возможно повышение концентрации кремния 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% от массы жидкой стали приводит к низкой рафинирующей и теплоизолирующей способности ковшевого шлака, при увеличении количества смеси более 1,5% от массы жидкой стали возрастают тепловые потери, связанные с формированием шлака и возможно загрязнение стали экзогенными шлаковыми включениями.

Сплавы марганца из расчета введения марганца на 0,7% вводятся из экономических соображений - для снижения длительности обработки на агрегате «печь-ковш» и повышения раскисленности стали перед обработкой на агрегате «печь-ковш».

Перед обработкой на агрегате типа «ковш-печь» присадка в ковш кокса в количестве менее 0,1% от массы жидкой стали не позволяет получить низкие требуемые концентрации кислорода и 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 20 минут не обеспечивает хорошее перемешивание металла и требуемое удаление кислорода посредством диффузии кислорода и всплывания неметаллических включений. Продувка инертным газом с расходом более 45 нм³/ч в течение более 30 минут способствует вторичному насыщению стали кислородом атмосферы в связи с оголением поверхности стали в стальковше 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 заволок, 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 300-500 кг, карбид кальция 150-880 кг и силикомарганец в количестве из расчета введения марганца на 0,7%.

Непосредственно перед обработкой на агрегате типа «ковш-печь» в ковш присаживают кокс в количестве 100-660 кг от массы жидкой стали и осуществляют продувку через огнеупорные фурмы, установленные в днище стальковша аргоном с расходом 15-45 нм³/ч в течение 20-30 минут. 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 происходило дополнительное насыщение стали азотом и соответственно экономились дорогостоящие азотированные ферросплавы. 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 проводились по действующей на комбинате технологии. По заявляемой технологии была проведена серия опытных плавок (36 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 0,1 мм, в то время как по базовой достигает 2 мм), снижен расход азотированных ванадийсодержащих ферросплавов на 0,1 кг на тонну выплавляемой стали, механические испытания рельсовой продукции показывают, что предел текучести и предел прочности увеличены на 6-9 МПа, ударная вязкость при отрицательных температурах на 0,6 Дж/см².

Источники информации

1. Патент РФ №2235790, кл. С21С 5/52, 7/076, 2004 г.

Способ выплавки рельсовой стали, включающий подачу в дуговую электросталеплавильную печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление, окислительный период, выплавку стали с оставлением части металла в печи, отсечку шлака при выпуске, выпуск плавки в ковш, присадку в ковш во время выпуска твердой шлакообразующей смеси и раскислителей, обработку стали на агрегате «ковш-печь», отличающийся тем, что окислительный период проводят до получения стали с содержанием углерода 0,15-0,65%, в ковш присаживают известь и карбид кальция при соотношении (0,3-0,5):(0,15-0,80) соответственно в количестве 1-1,5% от массы жидкой стали и сплавы марганца из расчета введения марганца 0,7%, перед обработкой на агрегате типа «ковш-печь» в ковш присаживают кокс в количестве 0,1-0,6% от массы жидкой стали и осуществляют продувку инертным газом с расходом 15-45 нм³/ч в течение 20-30 мин.