Способ выплавки стали в дуговых печах

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сеоз Советских

Социалистических

Республик

<1908842 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 160780 (21) 2962029/22-02 ($g) + К 1 3 с присоединением заявки М (23) Приоритет

С 21 С 5/52

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (33} УДК 669 ° 187 °.25(088.8) Опубликовано 280282,Бюллетень No 8

Дата опубликования описания 280232

В.А. Кудрин, Б.С. Петров, Г. Н. Еланский, Е. И. Тюрин, A.Ô.ÊàáëóêoâñKèé, Л.A.Ðèìàà, A.Â.Ïîïîâ, Е.Ф азуроВ, С.С.Сивков, В.Т.Карпешин, В.Д.Кристич н Р.Г ЩЕрбакоа (72) Авторы изобретены я

Московский вечерний металлургический институт и Волгоградский металлургический завод ".Красный Октябрь" (71) Заявители (54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В ДУГОВЫХ ПЕЧАХ

2О

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к способам выплавки стали в дуговых электросталеплавильных печах большой садки.

Известен способ выплавки стали в дуговых печах, включающий закалку и расплавление шихты, скачнвание части шлака периода плавления, присадку свежеобожженной извести шамота и плавикового шпата для наводки нового шлака окнслительного периода, присадку порция ли железной руды или агломерата в жидкоподвижный шлак для окисления углерода, кипения металлической ванны и дегаэации расплава, à 15 также продувку металла кислородом через свободные фурье илн железные трубки (al .

Такой способ выплавки наиболее полно применим для дуговых электросталеплавильных печей малой и средней емкости. Однако.он не учитывает особенности дуговых печей большой садки, имеющих глубокие ванны, в которых условия зарождения и роста пузырей окиси углерода на подине затруднены из-за высокого давления столба расплавленного металла на подину и большой ошлакованности подины шлаком восстановительного периода, про-. исходящей при выпуске металла иэ печно

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ выплавки стали в дуговых печах, включающий завалку и расплавленна шихты, скачивание части шлака периода плавления любым известным способом, наводку нового шлака присадками сыпучих матери" алов и продувку металла кислородом.

Вдуваиие кислорода продолжается до тех пор, пока не достигается требуемое содержание углерода в металле (2) ..

Поскольку в сыпучих материалах одним иэ компонентов является железная руда, то ее применение для окисления углерода в дуговых печах большой садки, клевых глубокие (до

1,5 M) ванны, приводит к неконтролируемым вскипанням ванны и выбросам металла. Причины этих вскипаний и выбросов связаны с трудностями зарождения и роста пузырей окиси углерода в порах огнеупорной кладки печи и накоплечием кислорода в расплаве.

Цель изобретения - исключение неконтролируеьплх вскипаний ванны и выбросов металла из дуговой печи.

908842

Указанная цель достигается тем, что в способе плавки стали н дуговых печах, включающем заналку и расплавление шихты, скачивание части шлака периода плавления, наведение нового шлака,например присадкой извести и шамотного боя, продувку металла кислородом,про,дувку кислородом ведут при температуРе металла, превышающей температуру линии ликвидуса на 70-120 С с периоr дическими присадками смеси извести и шамотного боя в Количестве 1030 кг/т с соотношением компонентов в смеси (3-2):(1"0,5).

Продувку металла кислородом ведут одновременно через сводоную форму и погружаемую трубку н течение 50- 1З

85% длительности окислительного периода при соотношении объемов вдуваемого кислорода через фурму и трубку соответственно {3-1):(1-3) и сум ларном расходе кислорода 0,05-0,6 мут мин:2©

Кислород через трубку вводят в металл под углом 10-25 .

Исключение присадок железной руды н окислительный период благоприятно сказывается на снижении концентрации кислорода в расплавленном металле. Это, н свою очередь, исключает вероятность неконтролируемых вскипаний ванны и выбросов металла. При продувке металла кислородом зона преимущественного окисления углерода сосредотачивается н месте внедрения газообразного кислорода. При этогл продукт взаимодействия углерода и кислорода, окись углерода, сразу же переходит н газовую полость в месте внедрения струи кислорода. При продувке металла кислородом окисленность расплавленного металла не превышает значений, обычных для кислородных процессов, и составляет в зависимос- Щ) ти от концентрации углерода 0,0050,025.

В пеРиод продувки металла кислородом неконтролируемых нскипаний ванны и выбросов металла не возникает, так как происходит непрерывное окисление углерода и незатрудненный переход окиси углерода в газовую полость в месте внедрения кислородной струи.

После прекращения продувки окисление о углерода протекает за счет кислорода, растворенного н расплавленном металле, и окислов железа шлака, при этом скорость обезуглерожинания постепенно снижается. Концентрация кислорода также снижается и становится недостаточной для неконтролируемых вскипаний при случайном образовании газовой полости в объеме металла.

Температура (перегрев над температурой линин ликнидуса) металла в 60 момент продувки играет важную роль.

При низком перегреве металла (менее

70 С) скорость окисления углерода и степень использования кислорода низки. Повышение перегрева металла сверх 65

120 С нецелесообразно с точки зрения повышенного износа футеровки печи и повышения содержания газов н стали.

В окислительный период периодически присажинают известь и шамотный бой. Расход этих материалов долкен быть таким, чтобы с учетом шлака периода плавления, частично оставшегося н печи, обеспечить достаточный шлаковый покроз металла и высокую дефосфорирующую способность шлака.

При расходе смеси менее 10 кг/т н дуговой печи находится менее 2-3% шлака от массы металла, что недостаточно для создания надлежащего шлакового покрова и успешного удаления фосфора. При расходе смеси более

30 кг/т н печи находится свыше 5-6% шлака от массы металла. Такой большой шлаковый покров заметно не улучшает деформацию, но приводит к значительному износу футеровки печи шлаком, к возрастанию потерь железа в виде окислов и удорожанию стали.

Присаживаемая смесь извести и ша мотного боя имеет соотношение компонентов (3-2}:(1-0,5). При соотношении расходов извести и шамотного боя менее 2:1 не может быть обеспечена высокая основность шлака н конце . окислительного периода. При соотношении смеси 3:0,5, наоборот, основность шлака будет ныще рациональной.

2,3-2,6. Как низкая, так и черезмерно высокая оснонность шлака затрудняет удаление фосфора: в первом случае иэза низкой концентрации свободной извести в шлаке, во втором иэ-эа повышенной вязкости шлака, поскольку при оснонности более 2,6 шлак становится гетерогенным. Кроме того, при основности 2,3-2,6 активность эакисн железа в шлаке, как показывают неоднократные исследования, достигает мак-. симума. Это способствует наибольшему участию окислов железа шлака в окислении углерода и получению шлака в конце окислительного периода с пониженной концентрацией окислов железа. Последнее способстнует снижению потерь железа со шлаком при плавке стали н дуговой печи.

Продувку металла кислородом наиболее целесообразно производить одновременно через сводовую форму и погружаемую трубку. При этом достигается рассредоточенная подача кислорода и образуются две зоны активного окисления углерода: под сводовой фурмой и в месте введения трубки в расплав. Подача кислорода н дна места ускоряет окисление углерода прн .том же расходе кислорода эа счет его более полного использования, повышает интенсивность перемешивания расплавленного металла н печи и уменьшает температурную неоднородность ванны. Это особенно важно для дуго вых печей большой садки с глубЬкими

908842 ваннами, в которых затруднены условия нагрева нижних горизонтов металла.

Продувку металла кислородом ведут с остановкмли и перерывами. Они необходимы для скачивания части шлака, периодических присадок извести и шамотиого боя, отбора проб металла,измерения его температуры, ожидания анализов, выдержки металла после продувки в конце окислительного периода.

Суммарная продолжительность продувЙи металла кислородом определяется расходом кислорода с концентрацией углерода, которую нужно окислить в окислительный период. Длительность же окислительного периода определяется временем продувки и временем )S без продувки. Наиболее целесообразным продувку металла вести таким образом, чтобы длительность продувки составляла 50-85В времени окислительного периода. При длительности про- Щ дувки менее 50% и больших перерывах в продувке суммарная продолжительность периода черезмерно большая {более 2 ч), что снижает производительность дуговой печи. При длительности продувки более 85Ъ времени окислительного периода не могут быть в полном объеме выполнены операции скачивания шлака, присадки извести и шамотного боя, отбора проб и замера температуры. Это в конечном счете, приводит к снижению качества стали.

Наиболее оптимальным является одинаковый расход кислорода по фурме и трубке. В таком случае создаются две примерно равные реакционные зоны в разных частях печи. Равенство расходов кислорода через фурму и трубку технически трудновыполнимо из-эа различной конструкции продувочных устройств и различного сопротивления для 40 прохода газа. Соотношение расходов кислорода через фурму и трубку выбрано в пределах (3-1):(1-3). При отклонении расходов кислорода в ту или иную сторойу от пределов 3:1 или 1:3 не могут быть обеспечены условия создания двух примерно равных окислительных зон.

Суммарный расход кислорода по фурме и трубке выбран равным 0,05- 30

0,6 м /т мин. Нижний предел. соответствует условию достижения высокой скорости окисления углерода при продувке. При расходе кислорода менее

0,05 м /т-мин скорость окисления углерода и степень использования кислорода сильно понижаются нз-за малой глубины проникновения струй газа в металл, а длительность окислительного периода возрастает более чем до

2 ч. Верхний предел расхода кислоро- N да ограничен 0,6 м /т.мин. При большем расходе кислорода затрудняются условия отвода отходящих газов иэ дуговой печи, значительная часть od- разующихся в печи газов удаляется уже 65 через рабочее окно и электродные отверстия, загрязняя окружающее прост-, ранс=во. При расходе кислорода 0,050,6 м /т мин достигается высокая скорость окисления углерода, а длительность окислительного периода на ходится в пределах 1,1-1,5 ч.

Кислородная погружаемая трубка вводйтся в расплавленную сталь под углом 10-25 . Такое размещение трубки с учетом вертикальной составляющей за счет выделения пузырей окиси углерода создает наибольший импульс в горизонтальном направлении и наибольшую интенсивность движения металла в зоне дуг, что способствует движению хороших условий нагрева металла. При введении трубки менее

10 кислородная струя практически не внедряется в расплав, значительная часть кислорода покидает металл, не прореагировав, т.е. при угле ввода трубки менее 10 не могут быть обеспечены условия активного окисления металла кислородом. Угол введения трубки более 25 не может быть обес» печен в силу конструктивных особенностей печи и устройств для ввода трубки.

Пример. В электросталеплавильную печь номинальной садкой

200 т при выплавке стали марки 40Х загружают 50000 кг чушкового чугуна и 170000 кг стального скрапа, 4000 кг извести н 1200 кг железной руды. Расплавление ведут при максимальной мощности трансформатора. В период плавления спускают шлак самотеком и присаживают бросковой машиной две порции извести по 500 кг.

После полного расплавления шихты отбирается проба на полный химаналиэ и в печь присаживается известь в количестве 2000 кг (10 кг/т) и шамотный бой в количестве 600 кг (3 кг/т).

Вторую порцию извести в количестве

1000 кг (5 кг/т) и шамотного dos в количестве 200 кг (1 кг/т) вводят во второй половине окислительного периода.

Продувку металла кислородом под давлением 11 атм ведут через сводовую фурму с расходом 26 и /мин и трубку с расхом 18 м /мнн. Продувку прекращают в момент взятия проб и введения извести и шамотного боя. Суммарное время продувки составляет 50 мин при длительности окислительного периода 85.мин. Температура металла в начале продувки при концентрации углерода 0,833 составляет 1560 С,а перегрев — 70 С. В конце окислительного периода при концентрации углерода 0,276 температура металла равна1620 С, à nepergea над температурой ликвидуса — 110 С. В конце окислительного периода шлак имеет основность СаО/SiOg 2,55.

908842

Техническая эффективность предла гаемого способа выплавки стали в дуговых печах большой садки заключается в исключении неконтролируемых вскипаний ванны и выбросов металла и повышении безопасности рабОтЫ обслуживающего персонала.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа заключается в том, что на опытных плавках стали МХ15 достигнуто снижение расхода железной руды на 9,7 кг/т, извес" о ти на 1,6 кг/т, плавикового шпата на 4,9 кг/т, повышение расхода шамот,ного боя на 3,1 кг/т, снижение расхода технологической электроэнергии ! на 23 кВт-ч/т, повышение расхода кис- Я лорода на 1,5 м /т. Суммарная эконо-., мическая эффективность при выплавке только стали марки ШХ15 (220 тыс т в год) составляет более 200 тыс,руб.

Предлагаемый способ не требует Я значительных дополнительных капитальных затрат и легко реализуется на действующих печах большой садки, Формула изобретения

Источники информации, 25 принятые во внимание при экспертизе

1. Еднерал Ф.П. Электрометаллургия стали и ферросплавов. И., "Металлургия", 1977, с. 103-114.

2. Заявка ФРГ 9 235624, кл. С 21 С 5/52, 1976.

Составитель Л.Магаюмова

Редактор Ю. Ковач Техред Ж.Кастелевич Корректор О.Билак

Заказ 755/30 Тираж 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного -комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35, Раушская, наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент"; r. Ужгород, ул.Проектная, 4

1. Способ выплавки стали в дуговых печах, включающий завалку и расплавление шихты, скачивание части шлака периода плавления, наведение нового шлака, например присадкой извести и шамотного боя, продувку металла кислородом, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью исключения неконтролируемых вскипаний ванны и выбросов металла, продувку кислородом ведут при температуре металла, превышающей температуру линии ликвидуса на 70-120 С, с периодическими присадками смеси извести и шамотного боя в количестве 10-30 кг/т с соотношением компонентов в смеси 3-2 (1-0,5).

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что продувку кислородом ведут одновременно через сводовую фурму и .погружаемую трубку в течение 50-85Ъ длительности окислительного периода при соотношении объемов вдуваемого кислорода через фурму и трубку соответственно (3-1)г, 1-3) и суммарном расходе 0,050,6 м /т мин.

3. Способ по п. 2, о т л и ч а юшийся тем, что кислород через трубку вводят в металл под углом

10-25 .