Способ выплавки стали

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки стали в дуговых электросталеплавильных печах. Способ включает выплавку стали сериями с подачей в дуговую электросталеплавильную печь металлолома и жидкого чугуна, расплавление, окислительный период с использованием газообразного кислорода, выпуск плавки с оставлением шлака и части металла в печи, присадку в ковш во время выпуска твердой шлакообразующей смеси, раскислителей и легирующих. Продувку стали газообразным кислородом проводят с интенсивностью 80-120 нм³/ч на тонну выплавляемой стали до содержания углерода в стали не более чем на 0,05% ниже нижнего предела содержания его в готовой стали. За 0,5-4 мин перед выпуском стали из печи продувку кислородом прекращают и осуществляют вдувание углеродсодержащего материала с расходом 10-80 кг/мин. Использование изобретения позволяет снизить расход ферросплавов, легирующих и газообразного кислорода, повысить стойкость футеровки печи.

 

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

Известен способ получения стали в дуговой электросталеплавильной печи, включающий завалку в печь металлолома, подачу чугуна, расплавление металлошихты, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию 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 присаживаемых железной руды или агломерата в смеси с известью поддерживают соответственно (1-2):(2,5-3,5) при их расходе 70-110 кг/т стали, после чего спускают шлак через порог рабочего окна, а соотношение извести, плавикового шпата и порошка алюминия 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 [1].

Существенными недостатками данного способа являются:

- высокий «угар» ферросплавов и легирующих в связи с повышенной окисленностью печного шлака и присадкой значительного количества ферросплавов в печь;

- высокий расход кислорода, приводящий к увеличению содержания (FeO) и, как следствие, повышенному «угару» металлошихты;

- пониженная стойкость футеровки печи в связи с высоким содержанием (FeO) в печном шлаке, связанным с высокой окислительной способностью газообразного кислорода и железной руды.

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 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 на 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 являются:

- повышенный уровень концентрации кислорода перед выпуском стали из печи и, как следствие, высокий расход ферросплавов;

- высокий расход кислорода на тонну выплавляемой стали;

- пониженный выход годного в связи с переокисленностью шлака и высоким содержанием (FeO) в печном шлаке;

- пониженная стойкость футеровки печи в связи с высоким содержанием (FeO) в печном шлаке.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются: снижение расхода ферросплавов, легирующих и газообразного кислорода, уменьшение расхода металлошихты и повышение стойкости футеровки печи.

Для этого предложен способ выплавки стали сериями в дуговой электросталеплавильной печи, включающий подачу в печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление, продувку металла газообразным кислородом, выпуск плавки в ковш с оставлением шлака и части металла плавки в печи, присадку в ковш во время выпуска твердой шлакообразующей смеси, раскислителей и легирующих, при котором продувку стали газообразным кислородом проводят с интенсивностью 80-120 нм³/ч на тонну выплавляемой стали до содержания углерода в стали не более 0,05% ниже нижнего предела содержания его в готовой стали, а за 0,5-4 мин перед выпуском стали из печи продувку кислородом прекращают и осуществляют вдувание углеродсодержащего материала с расходом 10-80 кг/мин.

Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем.

Продувка стали газообразным кислородом выбрана исходя из следующих предпосылок. При снижении интенсивности менее 80 нм³/ч на тонну выплавляемой стали увеличивается длительность плавки за счет снижения скорости обезуглероживания стали. При повышении интенсивности продувки стали кислородом более 120 нм³/ч на тонну выплавляемой стали коэффициент использования кислорода для реакции обезуглероживания снижается и газообразный кислород используется неэффективно (скорость окисления углерода значительно меньше скорости диффузии кислорода), кроме того, увеличивается содержание (FeO) в печном шлаке и соответственно уменьшается выход годного.

Присадка коксовой пыли позволяет, с одной стороны, проводить успешное вспенивание шлака за счет взаимодействия растворенного кислорода в шлаке по реакции: (FeO)+С={СО}, а, с другой стороны, проводить дополнительное раскисление стали углеродом по реакции: [О]+С={СО}, что, в свою очередь, снижает расход ферросплавов. Таким образом, вспенивание шлака в заявляемом способе происходит только за счет углеродсодержащего материала. Особая эффективность данной операции наблюдается при выплавке стали с низкими концентрациями углерода - интенсивная продувка кислородом при этом определяет высокие концентрации растворенного кислорода как в печном шлаке (30-44% FeO), так и в жидкой стали (600-800 ppm).

Понижение содержания углерода в стали (особенно на низкоуглеродистых марках стали) более чем на 0,05% ниже нижнего предела содержания его в готовой стали приводит к повышению концентрации кислорода и к повышенному угару ферросплавов и легирующих. Кроме того, за счет высокой агрессивности печных шлаков (высокая концентрация FeO) наблюдается повышенный износ футеровки печи.

Вдувание углерод содержащего материала с расходом менее 10 кг/мин, а также время вдувания менее 0,5 мин не обеспечивают требуемого снижения содержания (FeO) в печном шлаке, а также кислорода в жидкой стали.

При вдувании углеродсодержащего материала с расходом более 80 кг/мин, а также при увеличении времени вдувания более 4 мин происходит неэффективное использование углеродсодержащего материала (снижение вспенивающего эффекта шлака и повышение степени науглероживания стали), в результате чего в конечном итоге увеличивается длительность плавки.

Заявляемый способ выплавки стали был реализован при выплавке стали марок ст.3 сп, ст.5 сп, ст.45, ст.60, 40Х, 45Х в дуговых электросталеплавильных печах типа ДСП 100И10. На остаток металла и шлака в печи заваливался металлолом (50-90 т) и заливался жидкий чугун (10-40 т). Окисление углерода проводили продувкой стали в печи газообразным кислородом через систему газокислородных горелок фирмы BSE, причем интенсивность продувки составляла 80-120 нм³/ч на тонну выплавляемой стали. Вспенивание шлака (для защиты футеровки и водоохлаждаемых элементов печи от дуг электродов) проводили введением в печь углеродсодержащего материала через систему инжекции порошкообразных материалов. В качестве углеродсодержащего материала использовали коксовую пыль установок сухого тушения кокса. При достижении требуемого содержания углерода и температуры непосредственно за 0,5-4 мин до выпуска стали из печи прекращали подачу кислорода через систему газокислородных горелок и при работающей печи проводили вдувание через систему инжекции порошкообразных материалов коксовую пыль с расходом 10-80 кг/мин. Выпуск плавки проводили с отсечкой печного шлака. Ферросплавы в печь для раскисления металла и шлака в печь не присаживались. Для полной отсечки печного шлака и снижения вероятности загрязнения стали неметаллическими включениями в печи оставляли 10-20 т стали. При выпуске стали в ковш присаживали необходимые ферросплавы (в зависимости от выплавляемой марки стали силикомарганец 100-1100 кг и ферросилиций 50-400 кг) и известь (100-900 кг). Дальнейшую доводку стали по температуре и химическому составу проводили на агрегате типа ковш-печь. Разливку стали проводили на 4-х ручьевых МНЛЗ с сечением кристаллизатора 300×330 мм. Далее проводили нагрев непрерывнолитых заготовок в печи с шагающими балками и прокатку.

При использовании заявляемого способа снижен расход ферросплавов (кремнийсодержащих на 0,20%, марганецсодержащих на 0,5%), расход кислорода уменьшен от 0,65 до 8 м³ на тонну выплавляемой стали, расход металлошихты снижен с 1134,0 до 1131,8 кг на тонну годной непрерывнолитой заготовки, расход печных огнеупоров снижен на 0,02 кг на тонну выплавляемой стали.

Список источников информации

1. Патент РФ №2197536, кл. С21С 5/52, 7/06.

2. Патент РФ №2235790, Кл. С21С 5/52, 7/07.

Способ выплавки стали сериями в дуговой электросталеплавильной печи, включающий подачу в печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление, продувку металла газообразным кислородом, выпуск плавки в ковш с оставлением шлака и части металла плавки в печи, присадку в ковш во время выпуска металла твердой шлакообразующей смеси, раскислителей и легирующих, отличающийся тем, что продувку стали газообразным кислородом проводят с интенсивностью 80-120 нм³/ч на тонну выплавляемой стали до содержания углерода в стали не более чем на 0,05% ниже нижнего предела содержания его в готовой стали, а за 0,5-4 мин перед выпуском плавки из печи продувку кислородом прекращают и осуществляют вдувание в печь углеродсодержащего материала с расходом 10-80 кг/мин.