Способ выплавки стали в дуговых печах

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16Р7.80 (21)2962030/22-02 )51) М. КИ. с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

С 21 С 5/52

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

)53) УДК 669.187. .25(.088.8) Опубликовано 07.0982. Бюллетень ¹ 33

Дата опубликования описания 0709.82

Г.Н. Еланский, В.A. Кудрин„ B.C. Петров, E.È.;3jo @.,;,:;..;» .

Ю.Е. Зырянов, Ю.Ф. Комов, P.Ï. Коротеева и В.М,. Бушмелгегв, r. ! т . ";",;;.,:;-.г, г,, ФД г,иВ л п ; -., )(Московский вечерний металлургический институт "- .... и Волгоградский металлургический завод "Красный Октябрь (72) Авторы изобретения (71) Заявители (54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В ДУГОВЫХ ПЕЧАХ

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к способам выплавки стали с минимальным содержанием азота в дуговых печах. 5

Известен способ выплавки стали и сплавов с минимальным содержанием азота. Способ включает введение в металл углеродсодержащих материалов и последующее проведение окислительного периода. Углерод вводят иэ расчета получения в расплаве перед началом окислительного периода 612 кг/т, а затем его окисляют со скоростью 0,07-0,15 кг/т расплава в

1 мин (1).

Недостатком данного способа выплавки стали и сплавов является то, что вместе с металлической шихтой в металл вводится большое количество азота, которое. нужно удалять в окислительный период эа счет кипения ванны, вызванного окислением углерода.

Балансовые плавки, проведенные на г

5 т дуговых печах при выплавке низколегированных сталей с ограниченным содержанием азота, показывают, что основным источником поступления азота в металл является исходная шихта (она .дает 55% азота). 30

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо му эффекту является способ производства низкоазотистой стали в дуговых печах. Способ состоит иэ загрузки шихтовых материалов, например стальных отходов электросталеплавильного, мартеновского и кислородно-конверторного производства и чушкового .чугуна, расплавлечия, окисления примесей газообразным кислородом со скоростью обезуглероживания 0,5-1,5% ч до получения концентрации углерода не менее 0,04% частичного скачивания окислительного шлака и дальнейшего окисления примесей твердыми окислителями (2 ).

Недостатком данного способа выплавки стали является то, что им невоэмож" но выплавить стали с низким содержанием азота при концентрациях углерода более 0,04%, свойственных большинству конструкционных сталей и сварочных марок стали. Кроме того, использова» ние твердых окислителей в конце окислительного периода при содержаниях углерода менее 0,04% является неэффективным.

Скорость окисления углерода при этом остается низкой, не приводящей к удалению азота иэ расплава.

956572

Цель изобретения — получение готового металла с минимальным содержанием азота.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу,.включающему за валку стальных отходов электросталеплавильного,производства, отходов мартеновского и кислородно-конвертврного производства,чушкового чугуна, известняка и твердых окислителей, расплавление шихты и проведение окис-10 лительного периода, окисление углерода за счет присадок железной руды и продувки металла кислородом и арго(ном, стальные отходы электросталеплавильного производства, отходы марте- )5 новского и кислородно-конвертерного производства и чушковый чугун загру" жают в печь в соотношении rio массе

1:(1-10):(0,5-5), известняк и твердые окислители в количестве 1-6 и

0,5-12% от массы садки соответствен но в период плавления окисляют 0,10,4Ъ углерода от массы садки, а окисление углерода в течение первых

1/2-2 3 частей окислительного перио/ 25 да ведут за счет присадки железной руды и продувки металла кислородом, а в течение оставшейся части окислительного периода — за счет продувки металла смесью кислорода и аргона.

Расход железной руды. для окисления углерода в окислительный период

2-10 кг/т.

Расход кислорода для продувки в течение первых 1/2-2/3 частей окислительного периода 0,05-0,5 м /т мин 35

Э

Расход смеси кислорода и аргона в оставшейся части окислительного периода 0,05-0,5 м /т мин при соотно3 шении объемов кислорода и аргона

1:(1-2). 40

Окисление углерода в окислительный период ведут со скоростью 0,0060,020%/мин.

Предлагаемый способ выплавки стали с минимальным содержанием азота осно-.45 ван на результатах научно-исследовательских работ, проведенных на:дуговых печах садкой 5 и 25 т и практических работ, приведенных на дуговых печах садкой 5 и 25. т и практическом опыте работы. Главная задача при выплавке стали с минимальным содержанием азота, заключается в снижении количества азота поступающего с шихтой, и создании условий для удаления азота иэ металла .в период плавле. ния и окислительный период. легированные отходы электросталеплавильного производства., которые. в больших количествах используются при выплавке стали в дуговых печах, имеют повышенное содержание азота

0,018-0,035%. Отходы мартеновского и кислородно-конвертерного производ ства имеют пониженные концентрации азота 0,003-0,00ВЪ. Чушковый чугун содержит 0,002-0,005% азота. Чугун вводится еще и как.углеродсодержащий материал. Отходы электросталеплавильного производства, отходы мартеновского и кислородно-конвертерного производства и чушковый чугун заливают в печь при соотношении по массе 1:(1-10):(0,5-5). При соотношении указанных материалов менее

1:1:0,5 совместно с шихтой будет введено большое количество азота, что делает невозможным получение стали с минимальным содержанием азота.

При соотношении расхода шихтовых материалов выше наибольшего 1:10:5 проиэходит черезмерное удорожание стали за счет необходимости дополнительного использования ферросплавов и повышенного расхода дорогого чугуна.Это снижает технико-экономические показатели способа выплавки стали.

Для образования шлака и окисления углерода в период плавления в завалку вводятся известняк и твердые окислители. Использование известняка, а не извести, в завалку приводит к ,газообразованию в ванне за счет разложения известняка по реакции

CaCO = СаО + СО- и выделения дву-. окиси углерода СО . Последняя реагирует с углеродом шихты по реакции

С + СО = 2СО.

Это способствует дополнительному гавообразованию в ванне. выделение

СО и СО из ванны в период плавления экранирует металл от проникновения азота из атмосферы и удаляет его из жидкого металла. Известняк является также поставщиком СаО в шлак. Расход известняка в эавалку равен 1-6% от массы садки. При расходе известняка менее 1Ъ не может быть получено достаточного количества шлака в период плавления, являющегося поглотителем фосфора из металла и защищающего расплав от непосредственного контакта металла с атмосферной печи, содержащей азот. При расходе известняка свыше 6% количество образовавшегося шлака будет черезмерно большим, что приводит к возрастанию потерь железа с оксидами, кроме того, сильно .воэрастают потери технологического электричества для разложения.

Твердые окислители ускоряют растворение извести и окисляют углерод.

Расход твердых окислителей в завалку равен 0,5-12Ъ от массы садки.

При расходе окислителей менее 0,5% не может быть достигнута поставленная цель выплавки стали с минимальным содержанием азота, так как в период плавления будет окисляться мало углерода, и соответственно, азот не будет удаляться. При расходе окислителей более 12% происходит черезмерное окисление углерода шихты, что требует

956572 увеличение расхода чугуна в завалку

)сверх указанных выше соотношений.

Балансовые плавки показывают,что одним из главнейших условий предотвращения поглощения азота в период расплавления из атмосферы печи является окисление углерода. В период плавления окисляют. 0,1-0,4Ъ углерода от массы садки. При окислении углерода в количестве менее 0,1% происходит поглощение, а не удаление 1О азота в период плавления. Окисление углерода сверх 0,4% нецелесообразно, так как это приводит к возрастанию расхода чугуна свыше указанных ранее соотношений. .15

Балансовые плавки показывают, что в окислительный период про исходит удаление азота из металла за счет кипения (-окисления углерода).

При»этом окислительный период можно 20 разбить на две части. В первой части продолжительностью 1/2-2/3 длительности окислительного периода принципиальной безразличен источник кислорода, так как димитирующим звеном ре- yg акции окисления углерода является доставка кислорода к месту реакции. В это время углерод может окисляться интенсивно со скоростями более

0,006%/мин, что приводит к дегазации расплава от азота. Во второй части окислительного периода при понижении концентрации менее критических происходит снижение скорости окисления углерода, так как процесс обезуглероживания лимитируется в этом случае массопереносом углерода к месту реакции.

Окисление металла рудой или кислородом становится малоэффективным. Продувка металла смесью кислорода и аргона облегчает условия зарождения пузырей СО (собственно, газовые полости аргона внутри расплава) и ускоряет окисление углерода до скоростей выше

0,006Ъ/мин.

Расход железной руды в окислитель- 45 ный период для окисления углерода равен 2-10 кг/т. При меньшем расходе руды не могут быть достигнуты скорости окисления углерода долее 0,006%/мин, что не приводит к дегазации расплава от азота. При расходе руды более

10 кг/т скорости окисления углерода снижается из-за черезмерного охлаждения металла, так как окисление углерода рудой является эндотермическим процессом.

Расход кислорода в течение первых

1/2-2/3 частей окислительного периода равен 0,05-0,5 м /т мин. При расходе

Э кислорода менее 0,05 м /т мин не моЭ жет быть достигнута поставленная цель получения металла с минимальным содержанием азота, так как скорость окисления углерода будет низкой. Расходы кислорода более 0,5 м /т мин

3 нецелесообразны из -за черезмерного ° 65 ускорения процесса окисления углерода и невозможности проведения в полном объеме других операций окислительного периода (наводки нового шлака, взятия проб металла, измерения температур, удаления Фосфора). Это приводит.к снижению качества стали.

Во второй части окислительного периода расход смеси кислорода и аргона равен 0,05-0,5м /т мин. Снижение расхода смеси ниже 0,05 мЭ/т мин приводит к снижению скорости окисления углерода и невозможности получения стали с минимальным содержанием азота. Увеличение расхода смеси сверх

0,5 м3/т-мин из-за ускорения процесса делает невозможным проведение других операций в полном объеме. Соотношение объемов кислорода и аргона в смеси равно 1:(1:2). Такое соотношение обосновано расчетом окислительного потенциала смеси. При расходе более 1:1 (избыток лорода) окислительный потенциал смеси практически не увеличивается. При соотношении газов в смеси менее 1:2 окислительный потенциал смеси резко снижается, что приводит к снижению скорости окисления углерЬда и невозможности выполнения поставленной цели получения стали с минимальным содеожанием азота.

Скорость окисления углерода играет важную роль в процессе удаления или поглощения азота из металла.

При скорости окисления в окислительный период менее 0,006Ъ/мин удаления азота из металла не происходит.

Наоборот, наблюдается поглощение азота из атмосферы печи. Скорости окисления углерода более 0,020%/мин нецелесообразны, так как это приво- . дит к черезмерному сокращению длительности окислительного периода и затруднению проведения всех операций окислительного периода в полном объеме, что приводит к снижению качества стали.

Пример. В электросталеплавильную печь номинальной садкой 25 т при выплавке стали 10ХСНД, содержание . азота в которой не должно быть выше

0,015%, заливают 8 т легированных отходов электросталеплавильного производства, 11,2 т отходов мартеновского производства 0,8 т (3%) железной руды, 6,5 т чушкового чугуна (соотношение отходов и чугуна 1:1,4:0,8) и

1,1 т (4,3Ъ) известняка. Металл по расплавлении содержит 0,71Ъ углерода и 0,011Ъ азота. 3а период плавления окисляется 0,28% углерода. В первую часть окислительного периода длительностью 45 0,48% при скорости обезуглероживания

0,0105Ъ/мин. При этом израсходовано

180 кг (7 кг/т) железной руды и

100 м кислорода (при длительности

956572

Формула изобретения

Составитель Л. Магаюмова

Редактор Н. Киштулинец Техред А.Ач Корректор Г.Решетник

Заказ 6522/6 Тираж 587

ВНИИПИ Государственного комИтета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 продувки 21 мин с расходом 0,18 м /т мин,)

Во второй части окислительного периода продолжительностью 20 мин углерод окисляется с 0,23 до 0,09% со скоростью 0,0077%/мин. Металл продувают смесью кислорода и аргона в соотношении объемов газов 1:1. За вре мя продувки 14 мин израсходуют 58 м смеси (0,165 м /т мин). В конце окисэ литель ного периода . концентрация азота

0,007%. Концентрация азота в. готовой стали 0,012%. Повышение концентрации азота происходит в восстановительный период и при выпуске стали в ковш.

Технико-экономическая эффектив" ность предлагаемого способа выплавки 15 стали в дуговых печах заключается в реализации возможности выплавки стали с регламентированно низким содержанием азота в стали (не более 0,013%).

На плавках, проведенных по предла- 20 гаемому способу, концентрация азота в готовой стали 0,011-0,012%, а по известному 0,014-0,016%. Ожидаемый экономический эффект около 50 тыс. руб.

Внедрение способа не требует допол-25 нительных капитальных затрат и легко реализуется в электросталеплавильных цехах.

1. Способ выплавки стали в.дуговых печах, включающий загрузку шихтовых материалов, например стальных отходов З5 электросталеплавильного производства., отходов мартеновского и кислородноконвертерного производства, чушкового чугуна, известняка и твердых окислителей, расплавление шихты и проведение окислительного периода, окисление углерода за счет присадок железной руды и продувки металла кислородом и аргоном, о т л и.ч а ю шийся тем, что, с целью получения готового металра с минимальным содержанием азота, стальные отходы электросталеплавильного производства, отходы мартеновского и кислородно-конвертерного производства и иушковый чугун загружают в печь в соотношении по массе 1:(1-10):

:(0,5-. 5),известняк и твердые окислители в количестве 1-6% и 0,5-12% от массы садки соответственно в период плавления окисляют 0,1-0,4% углерода. от массы садки, а окисление углерода в течение первых 1/2-2/3 частей окислительного периода ведут за счет присадки железной руды и продувки металла кислородом, а в течение оставшейся части окислительного периода за .счет продувки металла смесью кислорода и аргона.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что расход железной руды для окисления углерода в окислительный.период составляет 2-10 кг/т.

3. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что расход кислорода для продувки металла в течение первых 1/2-2/3 частей окислительного периода составляет 0,05-0,5 м /т мин.

-3

4. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что расход смеси кислорода и аргона для окисления углерода в оставшейся части окислительного периода составляет 0,05-0,5 м /т мин при соотношении объемов кислорода и аргона 1:(1-2).

5.,Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что окисление углерода в окислительный период ведут со скоростью 0,006-0,020%/мин.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 539077, кл. С 21 С 5/52, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 582297, кл. С 21 С 5/52, 1977.