Способ выплавки стали в дуговой электропечи

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Реслублик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 04.0381 (21) 3253109/22-02

15т)М Кл з с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

С 21 С 5/52

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 300882, Бюллетень ¹ 32

)$3) УДК 669.187. .25(088.8) Дата опубликования описания 3008.82 (72) Авторы изобретения

В.М. Борисов, M.I . Бойко E.H Ивашина Л

М.С. Борисова, А.A. Казьмин и А.А. Хар (71) Заявитель 541 СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В ДУГОВОЙ

ЭЛЕКТРОПЕЧИ

Изобретение относится к электрометаллургическому производству металла для преимущественного использования в черной металлургии.

Известен способ выплавки стали в дуговой электропечи с использованием в шихте железосодержащих оксидных материалов.

Сущность способа заключается в том, что железосодержащий материал — шлам влажностью б-22Ъ смешивают с негашеной известью и полученную смесь,чередуя со скрапом, загружают слоями в бадью. Эту слоистую смесь вводят в электропечь по всей площади ее сечения. Количество загружаемой смеси составляет 5-75 кг на 1 т стали. В шихту, кроме скрапа и шламоизвестковой смеси, вводят чушковый чугун, известь и флюорат. Через 206 мин получают жидкую сталь с содержанием 0,45Ъ

С и 0,0077 S при выходе металла 9898,5t (1) .

Недостатками известного способа являются нерациональная завалка шлама по всему сечению печи, низкая стойкость футеровки печи за счет взаимодействия входящих в ее состав соединений с окислами железа по всему объему печи, увеличение расхода эпектроэнергии за счет низкой теплопроводности шламоизвестковой смеси, попадающей в зону электрической дуги.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ выплавки железа и его сплавов в дуговой электропечи, включающий завалку скрапа, железо-углеродсодержащих, плавление и восстановление окислов железа в твердом и жидком состоянии.

Существо способа заключается в том,.что на находящийся в электропечи металл (1/3-1/4 садки печи), полученный расплавлением металлизованных окатышей, скрапа или их смесей, вводят восстановительную смесь в количестве 20-60Ъ от веса, окислов, содержащихся в железорудном материале, нагревают за счет расплава до 13001600 С, а затем.на поверхность нагретой восстановительной смеси загружают расчетное количество железорудного оксидного материала (2) .

25 Недостатками этого способа являются, во-первых, очень высокий расход твердого восстановителя, обусловленный интенсивным развитием деструкции топлива в процессе высокотемператур3О ного нагрева, во-вторых, черезмерный

Московский ордена Трудового Красного Знам стали и сплавов

954434 вынос железосодержащих материалов и топливной смеси вследствие интенсивного протекания реакции восстановления окислов железа на поверхности высоконагретого восстановителя, в-третьих, низкая стойкость футеров- 5 ки верхних горизонтов и свода печи вследствие взаимодействия частиц пыли с футеровкой с образованием легкоплавких эвтектик, в-четвертых, увеличение расхода электроэнергии 10 за счет нагрева восстановительной смеси.

Цель изобретения — интенсификация процесса повышения стойкости футеровки печи.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу выплавки стали в дуговой электропечи, включающему завалку скрапа железо-углеродсодержащих материалов, плавление и восстановление окислов железа в твердом состоянии согласно изобретению смесь железо-углеродсодержащих материалов в количестве 10-50% от веса садки загружают послойно со скрапом в центральную часть печи, ограниченную площадью внутренней поверхности, расположенной между электродами.

Существо способа заключается в том, что при послойной завалке в электропечь скрапа и железо-углерод- 30 содержащей смеси,,последнюю укладывают не по всей площади сечения печи, а только .в ее центральную часть, ограниченную площадью окружности, диаметр которой равен расстоянию меж- 55 ду внутренней поверхностью электродов.

Необходимость реализации этого технологического приема продиктована рядом факторов, главными из которых 4р являются уменьшение до минимума времени и площади контакта окислов железа с футеровкой печи, формирование горячих пятен между электродами и скрапом; обеспечение высокой эффектив-1 ности восстановления окислов железа в твердом состоянии по всей высоте садки, низкого пылевыноса и высокой степени использования железосодержащих оксидных смесей.

Реализация предлагаемого способа, как показали опытные плавки, позволяет увеличить количество железо-углеродсодержащей смеси до 10-50% от веса садки в зависимости от степени развития процесса восстановления окис-55 лов железа, обусловленного (при одинаковом расходе восстановителя) скоростью теплопередачи.

В качестве железо-углеродсодержащих материалов предусматривается ис- .

60 пользование железо-углеродсодержащих отходов металлургического производства (окалины, колошниковой пыли, шламов агломерационного, доменного и сталеплавильного производства, отсе- 65 ва агломерата и окатышей), содержащих 3-28% С, 40-65% железа, 8-15Ъ окиси кальция . Допускается также использование железорудного концентрата в смеси с твердым восстановителем и флюсом.

Основным направлениЕм утилизации железосодержащих отходов металлургического производства является их окускование с получением агломерата и окатышей и проплавка последних в доменных или сталеплавильных печах.

Многооперационность данной схемы предопределяет высокие капитальные и эксплуатационные расходы на подготовку и окускование железосодержащих материалов. Конечным этапом этой технологической схемы является расплавление и восстановление (довосстановлеяие) окислов железа в жидком состоянии с получением чугуна или стали.

Расчеты показывают, что расходы по переделу на предварительное восстановление окатышей (с учетом расходов на восстановитель) при степени металли,зации 80-90% составляют 20-35% от себестоимости стали.

Изобретение предусматривает утилизацию железо-углеродсодержащих отходов, полученных при очистке отходящих газов различных металлургических производств, без их окомкования и дополнительного введения твердого восстановителя или значительного сокращения его расхода при совмещении процессов плавления и восстановления окислов железа в твердом и жидком состоянии в ванне электропечи.

Прерванные плавки и разборка шихты по высоте загрузки в лабораторной электропечи показали, что через 30 и

50 мин от момента начала процесса степень металлизации смеси. окалины и колошниковой пыли (содержащей

15,5Ъ С), взятых в соотшошении 1:1, по мере .перехода от нижних к верхним горизонтам печи увеличивается с 3344% до 67-77% соответственно. К моменту полного расплавления скрапа окислы железа в смеси были восстановлены на 90-93%, что свидетельствует о высокой эффективности восстановления окислов железа в твердом состоянии и незначительных энергетических затратах на их довосстановление в жидкой ванне.

Кроме указанных преимуществ, центральная загрузка железо-углеродсодержащей смеси позволяет до минимума уменьшить пыМевынос, а также продолжительность и площадь контакта железорудных частиц и расплавленных окислов железа с футеровкой печи и свода, что значительно увеличивает их стойкость.

При увеличении расхода смеси свыше 50% от веса садки степень металлизации окислов железа в твердом сос954434 тоянии резко снижается и в среднем по высоте загрузки не превышает 4042Ъ. Центральные участки смеси из-за ее низкой теплопроводности остаются практически невосстановленными к моменту полного расплавления.скрапа.

Основная масса окислов железа рас- . плавляется, вступает во взаимодействие с футеровкой печи и переходит в шлак, а неиспользованный восстановитель науглероживает металл. При уменьшении расхода смеси ниже оптимальных значений (10Ъ от веса садки) мелкие частицы рудной и топливной составляющей смеси тонким слоем располагаются в трещинах, изломах и неровностях скрапа, что обеспечивает высокую удельную поверхность контакта материалов и черезмерно высокую скорость теплопередачи. В этих условиях твердофазное восстановление окислов железа не успевает завершиться, и они практически полностью переходят в шлак, ухудшая технико-.экономические показатели использования железо-углеродсодержащей смеси и процесса в целом.

Таким образом, для осуществления предлагаемого способа необходимо реализовать по крайней мере два условия: организовать формирование дуг (горячих пятен) между электродами и высокотеплопроводной частью шихты (скрапом) и обеспечить наибольшую степень восстановления окислов железа в твердом состоянии до момента расплавления всего скрапа.

Эти условия реализуются за счет центральной загрузки и оптимального расхода железо-углеродсодержащей смеси.

Уменьшение площади, загружаемой железо-углеродсодержащей смеси ниже площади, расположенной между электродами, при оптимальном расходе смеси приводит к образованию термана — столба сыпучих материалов, обладающих низкой теплопроводностью, увеличению продолжительности процесса и расхс>да электроэнергии на прогрев и восстановление окислов железа в твердом состоянии.

Увеличение площади, занимаемой железо-углеродсодержащей смесью, сверх указанных параметров сопровождается снижением скорости теплопередачи от горячих .пятен к нижележащим горизонтам, увеличением воздействия излучения и пылевыноса на футеровку печи и свода вследствие попадания в зону горячих пятен материала с низкой теплопроводностью, переходом основной массы окислов железа в шлак с образованием карбидных соединений и соответствующим ухудшением показателей процесса.

Пример. Опытные плавки проводят в трехбетонной дуговой электропечи переменного тока. Для сравнения одну из плавок проводят известным способом.

В качестве шихты используют стальной лом и смесь колошниковой пыли с окалиной (вторичные отстойники прокатных цехов Чер.ИЗ), содержащую

51Ъ Fe, 14,2% FeO, 51,7Ъ Fe O, 6,5Ъ СаО, 15,5% С, 4,1% SiO, 0,16Ъ 5., 0,1Ъ Zn 5,1% Н О, остальное. — окис10 лы Al, Mn, Mg, Cr. 1200 кг этой смеси и 2500 кг скрапа послойно загружают в печь. Первый слой мелкого стального лома толщиной около 200 мм укладывают на подину печи. Второй слой

15 железо-углеродсодержащей смеси загружают на поверхность скрапа таким образом, чтобы диаметр засыпки не превышал 1150 мм (диаметр окружности, описанной между электродами). Толщина слоя составляет 80-100 мм. Последующие слои укладывают аналогичным образом.

По известному способу, вначале в печь загружают скрап 2500 кг, расплавляют его и на зеркало металла. загружают 360 кг мелкого коксика. Через 10-12 мин после разогрева восстановителя из бункера доэатора загружают 1200 кг окалины. Состав и расход шлакообразующих компонентов во всех опытах поддерживают постоянным.

Через 3 ч 20 мин предлагаемым способом получают жидкую сталь с содержанием 0,4-0,45Ъ С. Выход металла составляет 98Ъ. Известным способом

З5 через 3 ч 30 мин получают сталь с содержанием углерода 0,78Ъ при выходе металла 81,6Ъ.

Увеличение продолжительности плавки связано с прогревом восстановите40 ля. В этом периоде интенсивно протекает науглероживание металла. Введение окислов железа. на поверхность раскаленного восстановителя сопровождается значительным выносом пыли.

45 Степень выхода металла уменьшается . как за счет уменьшения степени перехода железа в металл, так и высокого выноса пыли.

Таким образом, предлагаемый спо ц соб существенно отличается от известных и обладает практической полезностью, подтвержденной результатами опытных плавок.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанного способа в условиях электродуговой плавки составит 20484 руб. в год.

Формула изобретения

Способ выплавки стали в дуговой электропечи, включающий завалку скрапа, железо-углеродсодержащих материа- лов, плавление и восстановление окис954434

Составитель Л. Магаюмова

Редактор А. Фролова Техред M.Ãåðãåëü Корректор В. Бутяга

Заказ 6369/22 Тираж 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 лов железа в твердом и жидком состоянии, о т,л и ч а ю шийся тем, что, с целью интенсификации процесса и повышения стойкости футеровки печи смесь железо-углеродсодержащих материалов в количестве 10-50% от веса садки загружают послойно со скрапом в центральную часть печи, ограниченную площадью внутренней поверхности, расположенной между электродами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Японская заявка М 52-152811, кл. 10 3 153, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

9 572504. кл. С 21 С 5/52, 1977.