Способ выплавки стали

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способу выплавки стали в дуговых электросталеплавильных печах. Способ включает подачу в печь металлолома и жидкого чугуна, расплавление, окислительный период, выплавку стали с оставлением части металла в печи. При выпуске плавки в ковш осуществляют отсечку шлака. Во время выпуска стали в ковш присаживают твердую шлакообразующую смесь и раскислители. В ковш присаживают известь и карбид кальция при соотношении (0,3-0,9):(0,10-0,70), соответственно, в количестве 1-1,8% от массы жидкой стали и сплавы марганца и кремния из расчета введения марганца 0,30%, кремния 0,15%. Производят обработку стали на агрегате «ковш-печь». Перед обработкой на агрегате «ковш-печь» в ковш присаживают кокс в количестве 0,1-0,3% от массы жидкой стали. Сталь продувают аргоном с расходом 15-45 нм³/ч в течение 20-30 минут. Способ позволяет снизить концентрацию кислорода и серы в стали, уменьшить расход ферросплавов, а также повысить комплекс механических свойств стали.

 

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

Известна шлакообразующая смесь для обработки стали в ковше [1], содержащая известь, алюминий и плавиковый шпат, которая дополнительно содержит карбид кальция, причем она содержит алюминий в гранулах, а известь - в частично обожженном состоянии в виде кусков, содержащих 2-20% известняка, при соотношении в смеси фракционного состава: извести к плавиковому шпату, равном 0,125-5, извести к алюминию - 0,3-7,2 и извести к карбиду кальция - 0,1-5,0 при следующем соотношении в ней компонентов, мас.%:

Известь	30-80
Алюминий	1-30
Карбид кальция	0,5-35,0
Плавиковый шпат	остальное

Существенными недостатками данной шлакообразующей смеси являются:

- повышенное содержание глиноземсодержащих включений в стали в связи с высоким содержанием алюминия в смеси;

- высокая степень загрязненности стали экзогенными включениями из-за эрозии сталеразливочных ковшей агрессивными при высоких температурах по отношению к футеровке компонентами смеси;

- значительные потери тепла в стальковшах из-за повышенного содержания известняка в смеси.

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 [2].

Существенными недостатками данного способа выплавки 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 и серы в стали, уменьшение расхода ферросплавов, повышение комплекса механических свойств стали.

Для этого предлагается способ выплавки стали, включающий подачу в дуговую электросталеплавильную печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление, окислительный период, выплавку стали сериями 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", при котором в ковш присаживают известь и карбид кальция при соотношении (0,3-0,9):(0,10-0,70), соответственно, в количестве 1-1,8% от массы жидкой стали и сплавы марганца и кремния из расчета введения марганца на 0,30%, кремния на 0,15%, перед обработкой на агрегате «ковш-печь» в ковш присаживают кокс в количестве 0,1-0,3% 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.

Соотношение и количество компонентов в смеси выбрано, исходя из рафинирующей и теплоизолирующей способности ковшевого шлака при отсечке печного шлака. При соотношении в смеси извести и карбида кальция соответственно менее 0,3:0,10 не удается получить требуемое низкое содержание кислорода и серы в стали, а также 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 снижающим механические свойства стали. При соотношении в смеси извести и карбида кальция более 0,9:0,7 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 1,8% 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 0,30% и кремния на 0,15% 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, а при присадке кокса более 0,3% 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 обеспечивают 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 способствуют 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 стали был реализован при выплавке стали в дуговой электросталеплавильной печи типа ДСП-100И7, 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 300-900 кг, карбид кальция 100-770 кг, силикомарганец и ферросилиций в количестве из расчета введения марганца на 0,30% и кремния на 0,15%.

Непосредственно перед обработкой на агрегате типа «ковш-печь» в ковш присаживают кокс в количестве 100-330 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. Далее сталь доводилась на агрегате «ковш-печь» по химическому составу и требуемой для разливки температуре и передавалась на разливку на МНЛЗ. Прокатка и аттестация продукции проводилась по действующей на комбинате технологии. По заявляемой технологии была проведена серия опытных плавок (24 шт) стали марок 10, 45, 50Г, 30ХГСА.

Заявляемый способ обеспечивает уменьшение содержания кислорода до 0,0025%, серы до 0,008%, снижен расход марганцевых и кремнийсодержащих ферросплавов на 0,08 кг на тонну выплавляемой стали; механические испытания продукции показывают, что предел текучести и предел прочности увеличены на 4-8 МПа.

Источники информации

1. Патент РФ №2147615, кл С21С 7/076, 7/064.

2. Патент РФ №2235790, кл С21С 5/52, 7/076.

Способ выплавки стали, включающий подачу в дуговую электросталеплавильную печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление, окислительный период, выплавку стали сериями 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 в ковш присаживают известь и карбид кальция при соотношении (0,3-0,9):(0,10-0,70), соответственно, в количестве 1-1,8% от массы жидкой стали и сплавы марганца и кремния из расчета введения марганца на 0,3%, кремния на 0,15%, перед обработкой на агрегате типа «ковш-печь» в ковш присаживают кокс в количестве 0,1-0,3% от массы жидкой стали и осуществляют продувку инертным газом с расходом 15-45 нм³/ч в течение 20-30 мин.