Способ выплавки рельсовой стали

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки рельсовой стали в электропечах. Способ включает подачу в дуговую электросталеплавильную печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление, окислительный период, выплавку стали сериями, выпуск плавки с оставлением шлака и части металла в печи, присадку в ковш во время выпуска твердой шлакообразующей смеси, раскислителей и легирующих, доводку стали по температуре и химическому составу на агрегате ковш-печь. Заливку жидкого чугуна с содержанием кремния не более 0,40% и фосфора не более 0,09% в количестве 35-80% от массы завалки совместно с ковшевым шлаком с содержанием FeO менее 3% и отношением CaO/SiO₂=2,1-4,3 и в количестве 0,5-6,0% от массы завалки проводят на оставленный в печи шлак и часть металла, после заливки производят завалку металлолома в количестве 20-65% от массы завалки и извести в количестве 1,5-3,8% от массы завалки, при расплавлении и в окислительный период производят продувку газообразным кислородом с расходом 6000-13000 м³/ч, присадку извести в количестве 0,3-1,1% от массы завалки порциями по 50-200 кг и вдувание углеродсодержащего порошка с интенсивностью 15-90 кг/мин. Способ позволяет повысить качество стали, уменьшить расход извести и электроэнергии.

 

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

Известен способ выплавки рельсовой стали, включающий завалку в дуговую электросталеплавильную печь металлолома, чугуна и извести, расплавление металлошихты, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию путем присадки железной руды и извести, скачивание окислительного шлака через порог рабочего окна, раскисление стали и шлака в печи, последующий выпуск стали под печным шлаком в ковш, присадку в ковш во время выпуска смеси, состоящей из извести, плавикового шпата, силикокальция и феррованадия, отличающийся тем, что в завалку дополнительно присаживают железную руду в количестве 4-5% от веса завалки, известь подают в количестве 4-8% от веса завалки, чугун присаживают в виде жидкого чугуна, который заливают сверху в печь после проплавления металлолома при расходе электроэнергии 220-320 кВт·ч/т металлолома в количестве 30-35% от веса завалки со скоростью 6-12 т/мин, при этом газообразный кислород подают с расходом 15-30 нм³/т стали, а температуру в печи при окислении углерода поддерживают не более 1680°C, железную руду и известь для дефосфорации присаживают с расходом 70-120 кг/т стали в соотношении соответственно (1-2):(2,5-3,5) с последующим спуском окислительного шлака, а расход присаживаемой в ковш во время выпуска стали смеси поддерживают в пределах 18-27 кг/т стали при соотношении в ней извести, плавикового шпата, силикокальция и феррованадия (1-1,50):(0,30-0,40):(0,50-0,65):(0,07-0,15) соответственно [1].

Существенными недостатками данного способа выплавки рельсовой стали являются:

- значительная длительность плавки в связи с разведением операций загрузки металлолома и заливки жидкого чугуна во временном интервале,

- высокий расход электроэнергии, связанный с повышенной длительностью плавки,

- высокий расход извести и низкая степень дефосфорации.

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, выплавку стали сериями, выпуск плавки с оставлением шлака и части металла в печи, присадку в ковш во время выпуска твердой шлакообразующей смеси, раскислителей и легирующих, отличающийся тем, что перед выпуском в печь присаживают известь в количестве 1-3% от массы завалки, заливку чугуна при температуре 1250-1360°C в количестве 40-70% от массы завалки проводят на оставшийся в печи шлак и часть металла, после заливки проводят завалку извести в количестве 1-4% и металлолом в количестве 30-60% от массы завалки, окисление проводят газообразным кислородом с расходом 8000-12000 м³/ч до содержания углерода не менее 0,10% и температуры не более 1680°C, в ковш при выпуске присаживается силикомарганец из расчета введения марганца на нижний предел содержания в готовой стали и известь из расчета 3-10 кг/т жидкой стали, дальнейшую доводку стали по температуре и химическому составу проводят на агрегате ковш-печь. [2]

Существенными недостатками данного способа выплавки рельсовой стали являются:

- низкая степень дефосфорации,

- высокие расходы электроэнергии и извести, связанные с повышенной длительностью плавки в связи с необходимостью окисления избыточного углерода чугуна.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются: повышение качества стали, уменьшение расхода извести и электроэнергии.

Для этого предложен способ выплавки рельсовой стали, включающий подачу в дуговую электросталеплавильную печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление, окислительный период, выплавку стали сериями, выпуск плавки с оставлением шлака и части металла в печи, присадку в ковш во время выпуска твердой шлакообразующей смеси, раскислителей и легирующих, доводку стали по температуре и химическому составу на агрегате ковш-печь, при котором заливку жидкого чугуна с содержанием кремния не более 0,40% и фосфора не более 0,09% в количестве 35-80% от массы завалки совместно с ковшевым шлаком с содержанием FeO менее 3% и отношением CaO/SiO₂=2,1-4,3, в количестве 0,5-6,0% от массы завалки проводят на оставшийся в печи шлак и часть металла, после заливки производят завалку металлолома в количестве 20-65% от массы завалки и извести в количестве 1,5-3,8% от массы завалки, при расплавлении и в окислительный период производят продувку газообразным кислородом с расходом 6000-13000 м³/ч, присадку извести в количестве 0,3-1,1% от массы завалки порциями по 50-200 кг и вдувание углеродсодержащего порошка с интенсивностью 15-90 кг/мин.

Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем.

Количество жидкого чугуна в количестве 35-80% от массы завалки выбрано исходя из получения в стали необходимой концентрации углерода. При использовании жидкого чугуна менее 35% от массы завалки концентрация углерода при расплавлении не позволит провести усиленную дегазацию стали и удаление неметаллических включений при повышенном расходе кислорода, а использование жидкого чугуна в количестве более 80% от массы завалки приводит к повышенной концентрации углерода при расплавлении и увеличению длительности плавки в связи с необходимостью окисления «избыточного» углерода стали и необходимостью увеличения окислительного периода для успешного процесса дефосфорации стали и получения требуемых Государственным стандартом содержаний фосфора. Кроме того, при количестве жидкого чугуна менее 35% от массы завалки возможно получение недопустимо высоких концентраций хрома, никеля и меди.

Содержание кремния не более 0,40% и фосфора не более 0,09% в чугуне обеспечивает проведение хорошей дефосфорации при обеспечении желаемой продолжительности плавления.

Количество и состав ковшевого шлака выбран из следующих предпосылок. Отношение CaO/SiO₂=2,1-4,3 обеспечивает совместно с присаживаемой известью требуемую для усиления дефосфорации основность печного шлака. При этом при отношении CaO/SiO₂ менее 2,1 и количестве шлака менее 0,5% от массы завалки необходимо увеличивать расход извести, присаживаемой в печь, а при отношении CaO/SiO₂ более 4,3 и количестве шлака более 6% от массы завалки значительно увеличивается количество печного шлака и увеличиваются непроизводительные энергетические расходы. Концентрация в ковшевом шлаке FeO менее 3% позволяет осуществлять совместную присадку ковшевого шлака и жидкого чугуна без резкого вскипания и выбросов шлакостальной эмульсии из печи при заливке жидкого чугуна.

Завалка извести в количестве 1,5-3,8% совместно с ковшевым шлаком, подаваемым в печь с жидким чугуном, обеспечивает формирование печного шлака, обладающего высокой рафинирующей способностью. При количестве извести менее 1,5% невозможно формирование требуемых количеств печного шлака для успешной дефосфорации, а при количестве извести более 3,8% в печи увеличивается количество печного шлака и возрастают непроизводительные расходы и длительность плавки.

Количество металлолома связано с жидким чугуном. При использовании металлолома в количестве менее 20% от массы завалки возрастает концентрация углерода в расплаве, в связи с чем увеличивается длительность плавки в связи с ограничением скорости выгорания углерода.

Расход кислорода выбран исходя из следующих условий: при расходе кислорода менее 6000 м³/ч, при выбранной шихтовке плавки, увеличивается продолжительность плавки, а при расходе кислорода более 13000 м³/ч скорость окисления углерода значительно меньше скорости диффузии кислорода, в связи с чем снижается коэффициент полезного использования кислорода.

Присадки извести порциями по 50-200 кг в количестве 0,3-1,1 от массы завалки обеспечивают хорошую степень дефосфорации. Порция более 200 кг требует значительного временного интервала для ассимиляции шлаком, что снижает степень дефосфорации. Порция менее 50 кг приводит к непроизводительным расходам (загрузке оборудования) при задаче, увеличению длительности плавки в связи с временными затратами при формировании шлака. Присадка извести в количестве менее 0,3% от массы завалки приводит к снижению степени дефосфорации. При использовании извести в количестве более 1,1% от массы завалки значительно повышается количество печного шлака, соответственно возрастает расход электроэнергии, при этом фосфидная емкость сформированной шлаковой системы используется неполностью.

Вдувание углеродсодержащего порошка с интенсивностью менее 15 кг/мин не обеспечивает требуемого вспенивания шлака и, как следствие, увеличивает расход электроэнергии.

Использование углеродсодержащего порошка с интенсивностью более 90 кг/мин нецелесообразно, т.к. при этом происходит раскисление шлака и процесс рефосфорации (переход фосфора из шлака в металл).

Заявляемый способ выплавки рельсовой стали был реализован при выплавке стали в дуговых электросталеплавильных печах типа ДСП 100И10 с номинальной емкостью 100 тонн.

Оставшийся после разливки ковшевой шлак сливали в наполненный чугуном чугуновозный ковш в разливочном пролете. Количество чугуна в ковше составляло 35-80 тонн. После этого чугуновозный ковш передавали в печной пролет.

Заливка жидкого чугуна проводилась из чугуновозного ковша посредством мостового крана при открытом своде печи на остаток печного шлака и металла. Далее бадьей осуществляли завалку 20-65 тонн металлолома без последующих подвалок металлолома в печь. Окисление углерода проводили продувкой стали в печи газообразным кислородом через систему газокислородных горелок с расходом 6000-13000 м³/ч. Вдувание углеродсодержащего порошка проводили с помощью фурм «карб-джет» с интенсивностью 15-90 кг/мин. Для полной отсечки шлака и снижения вероятности загрязнения стали неметаллическими включениями в печи оставляли неснижаемый переходящий остаток в количестве 10-15 тонн стали.

При выпуске стали в ковш присаживали марганецсодержащие ферросплавы и известь. Дальнейшую доводку стали марок НЭ76Ф и Э76Ф по температуре и химическому составу проводили на агрегате типа «ковш - печь». Разливку стали проводили на 4-ручьевых МНЛЗ с сечением кристаллизатора 300×330 мм. Далее проводили нагрев непрерывнолитых заготовок в печи с шагающими балками и прокатку на рельсы типа Р65.

При выплавке стали по заявляемому способу сокращен расход извести на 8-16 кг/т стали, электроэнергии на 3-7 кВт·ч/т стали, уменьшена загрязненность стали по неметаллическим включениям (снижен индекс общей загрязненности неметаллическими включениями на 0,16), снижено содержание фосфора в готовой стали в среднем на 0,002%, степень дефосфорации увеличена на 6-8%.

Список источников

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

2. Патент РФ № 2312901, кл С21С 5/52, 7/07.

Способ выплавки рельсовой стали, включающий подачу в дуговую электросталеплавильную печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление, окислительный период, выплавку стали сериями, выпуск плавки с оставлением шлака и части металла в печи, присадку в ковш во время выпуска твердой шлакообразующей смеси, раскислителей и легирующих, доводку стали по температуре и химическому составу на агрегате ковш-печь, отличающийся тем, что заливку жидкого чугуна с содержанием кремния не более 0,40% и фосфора не более 0,09% в количестве 35-80% от массы завалки совместно с ковшевым шлаком с содержанием FeO менее 3% и отношением CaO/SiO₂=2,1-4,3 и в количестве 0,5-6,0% от массы завалки проводят на оставленный в печи шлак и часть металла, после заливки производят завалку металлолома в количестве 20-65% от массы завалки и извести в количестве 1,5-3,8% от массы завалки, при расплавлении и в окислительный период производят продувку газообразным кислородом с расходом 6000-13000 м³/ч, присадку извести в количестве 0,3-1,1% от массы завалки порциями по 50-200 кг и вдувание углеродсодержащего порошка с интенсивностью 15-90 кг/мин.