способ получения рельсовой стали
Классы МПК: | C21C7/00 Обработка расплавленных ферросплавов, например стали, не отнесенная к группам 1/00 C21C5/52 получение стали в электрических печах |
Автор(ы): | Павлов В.В. (RU), Козырев Н.А. (RU), Годик Л.А. (RU), Дементьев В.П. (RU), Обшаров М.В. (RU), Ботнев К.Е. (RU), Кузнецов Е.П. (RU), Сычёв П.Е. (RU), Тиммерман Н.Н. (RU), Бойков Д.В. (RU), Александров И.В. (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Новокузнецкий металлургический комбинат" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2003-12-15 публикация патента:
20.06.2005 |
Изобретение относится к металлургии. Способ получения рельсовой стали включает завалку в дуговую электропечь металлолома и извести, расплавление металлолома, заливку жидкого чугуна, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию, скачивание окислительного шлака через порог рабочего окна, последующий выпуск стали в ковш, присадку в ковш во время выпуска шлакообразующей смеси и ферросплавов. Сталь и шлак в печи не раскисляют. При выпуске отсекают печной шлак с оставлением в печи 10-15% жидкого металла от массы плавки. В ковш на выпуске присаживают шлакообразующую смесь, состоящую из извести и плавикового шпата в соотношении (0,8-1,2):(0,2-0,5) с расходом 10-17 кг/т стали, а также кремний и марганецсодержащие ферросплавы из расчета введения в сталь до 0,15% кремния и до 0,75% марганца. Затем сталь обрабатывают на агрегате печь - ковш введением в ковш последовательно до требуемых концентраций марганца, кремния, углерода, ванадия и кальция. При этом осуществляют продувку стали через донную пористую фурму азотом с расходом до 65 нм 3/ч при общем количестве введенного газообразного азота не более 20 нм3 до содержания 0,020% азота. Окончательную продувку проводят аргоном с расходом до 65 нм3/ч. Способ позволяет снизить уровень загрязненности неметаллическими включениями, повысить уровень механических свойств рельсовой стали, уменьшить расход легирующих и раскислителей, снизить длительность плавки и расход электродов и электроэнергии.
Формула изобретения
Способ получения рельсовой стали, включающий завалку в дуговую электросталеплавильную печь металлолома и извести, расплавление металлолома, заливку жидкого чугуна, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию, скачивание окислительного шлака через порог рабочего окна, последующий выпуск стали в ковш, присадку в ковш во время выпуска шлакообразующей смеси и ферросплавов, отличающийся тем, что сталь и шлак в печи не раскисляют, выпуск производят с отсечкой печного шлака с оставлением в печи 10-15% жидкого металла от массы плавки, присаживают в ковш на выпуске шлакообразующую смесь, состоящую из извести и плавикового шпата в соотношении (0,8-1,2):(0,2-0,5) с расходом 10-17 кг/т стали, а также кремний и марганецсодержащие ферросплавы из расчета введения в сталь до 0,15% кремния и до 0,75% марганца, далее сталь обрабатывают на агрегате типа печь - ковш введением в ковш последовательно до требуемых концентраций марганца, кремния, углерода, ванадия и кальция, причем при введении осуществляют продувку стали через донную пористую фурму азотом с расходом до 65 нм3/ч при общем количестве введенного газообразного азота не более 20 нм3 до содержания 0,020% азота, окончательную продувку проводят аргоном с расходом до 65 нм3/ч.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам получения рельсовой стали.
Известен выбранный в качестве прототипа способ получения рельсовой стали, включающий выплавку стали в печи, ее выпуск в ковш, раскисление и последующую продувку в ковше газообразным азотом через фурму, причем газообразный азот подают через щелевую донную огнеупорную фурму, имеющую толщину щели до 0,1 мм в течение 15-30 мин с расходом 40-65 нм3 /ч при давлении (6-8)·105 Па и общим расходом азота 0,10-0,30 нм3/г жидкой стали [1].
Известно, что растворимость азота в железоуглеродистых сплавах повышается при электродуговом переплаве [1, 2], причем наибольшее поглощение азота наблюдается под восстановленными шлаками [3, с 211]. Однако использование данного способа затруднено в связи с непрогнозируемым усвоением азота сталью.
Известен также способ выплавки стали, включающий завалку в дуговую электросталеплавильную печь металлолома, чугуна и извести, расплавление металлошихты, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию стали путем присадок 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, причем 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°С, 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 соответственно (1-1,50):(0,30-0,40):(0,50-0,65):(0,07-0,15) при расходе смеси 14-18 кг/т стали [4].
Способ имеет следующие недостатки:
- выпуск плавки организован под печным шлаком, причем количественный и качественный состав неметаллических включений зависит от окисленности шлака;
- пониженный уровень механических свойств, связанный с загрязненностью стали экзогенными оксидными включениями;
- высокий расход электродов и электроэнергии, связанный с продолжительностью процесса плавления;
- значительная длительность плавки, связанная с проведением восстановительного периода;
- высокий расход ферросплавов и легирующих в связи с присадкой данных материалов в печь через шлак с большой окисленностью.
Известен выбранный в качестве прототипа способ получения рельсовой стали, включающий выплавку стали в печи, ее выпуск в ковш, раскисление и последующую продувку в ковше газообразным азотом через фурму, причем газообразный азот подают через щелевую донную огнеупорную фурму, имеющую толщину щели до 0,1 мм в течение 15-30 мин с расходом 40-65 нм3/ч при давлении (6-8)·10 5 Па и общим расходом азота 0,10-0,30 нм3 /т жидкой стали [1].
Желаемыми техническими результатами изобретения являются: снижение уровня загрязненности неметаллическими включениями, повышение уровня механических свойств рельсовой стали, уменьшение расхода легирующих и раскислителей, снижение длительности плавки, расхода электродов и электроэнергии.
Для этого сталь и шлак в печи не раскисляют, выпуск производят с отсечкой печного шлака с оставлением в печи 10-15% жидкого металла от массы плавки, присаживают в ковш на выпуске шлакообразующую смесь, состоящую из извести и плавикового шпата в соотношении (0,8-1,2):(0,2-0,5) с расходом 10-17 кг/т стали, а также кремний и марганецсодержащие ферросплавы из расчета введения в сталь до 0,15% кремния и до 0,75% марганца, далее сталь обрабатывают на агрегате типа "печь - ковш" введением в ковш последовательно до требуемых концентраций марганца, кремния, углерода, ванадия и кальция, причем при введении осуществляют продувку через донную пористую фурму азотом с расходом до 65 нм3/ч при общем количестве введенного газообразного азота не более 20 нм 3 до содержания 0,020% азота, окончательную продувку проводят аргоном с расходом до 65 нм3/ч.
Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем. Наиболее полная отсечка печного шлака производится при оставлении в печи 10-15% жидкого металла от массы плавки. При оставлении менее 10% жидкого металла от массы плавки при выпуске в ковш попадает некоторое количество высокоокисленного печного шлака, что приводит к загрязненности стали экзогенными неметаллическими включениями и снижению уровня механических свойств. При увеличении остатка в печи более 15% возрастают экономические потери, связанные с перерасходом энергоресурсов.
Отсечка шлака позволяет исключить рефосфорацию на выпуске и загрязненность стали экзогенными включениями. Шлакообразующая смесь, состоящая из извести и плавикового шпата в соотношении (0,8-1,2):(0,2-0,5), с расходом 10-17 кг/т стали подобрана исходя из десульфурирующей и рафинирующей способности, работа ниже нижних заявляемых пределов не обеспечивает требуемой десульфурации, а при работе выше верхних заявляемых пределов наблюдается необоснованный рост затрат.
Кремнийсодержащие и марганецсодержащие материалы (до 0,15% кремния и до 0,75% марганца) присаживаются в ковш для улучшения растворения ферросплавов и гомогенизации плавки кинетической энергией струи металла на выпуске, кроме того, присадка основного количества ферросплавов в ковш снижает длительность обработки на агрегате «ковш - печь».
Обозначенная последовательность ввода ферросплавов (марганец, кремний, углерод, ванадий и кальций) обеспечивает получение в стали минимального содержания кислорода и, как следствие, получение мелких неметаллических включений. При расходе газа более 65 нм3/ч наблюдается значительный подъем и вынос металла и шлака из ковша, что затрудняет обработку стали на агрегате типа «печь - ковш», а при общем количестве введенного азота более 20 нм3 происходит значительное насыщение стали азотом с образованием дефектов макроструктуры в виде точечной неоднородности и газового пузыря. Для исключения получения избыточной концентрации азота, приводящей к забракованию плавки, после введения газообразного азота более 20 нм3 производится переключение продувки на аргон.
Заявляемый способ получения рельсовой стали был реализован при выплавке стали низкотемпературной надежности марки НЭ76Ф. Сталь выплавлялась в 100-тонных дуговых электропечах с трансформаторами мощностью 80 и 95 МВА. После проведения окислительного периода и доведения температуры, концентрации углерода и фосфора до заданных осуществляли выпуск плавки с отсечкой печного шлака. В печи после выпуска оставляли 10-15% стали и весь высокоокисленный шлак. В печи раскисление шлака и металла не производили. При выпуске плавки в ковш присаживали 800-1200 кг извести и 200-500 кг плавикового шпата, а также ферросилиций и силикомарганец из расчета введения не менее 0,15% кремния и 0,75% марганца. После выпуска сталь обрабатывалась на установке типа «печь - ковш» с мощностью трансформатора 16 МВА. При нагреве стали в ковше для успешной гомогенизации стали по температуре и химическому составу осуществляли продувку через донную пористую фурму газообразным азотом с расходом до 65 нм3/ч. Во время продувки проводили присадку силикомарганца, ферросилиция, вдувание порошкообразного кокса. После введения 20 нм3 азота осуществляли введение феррованадия и силикокальция. Далее нагрев стали до требуемых температур проводили при донной продувке аргоном с расходом до 65 нм3/ч.
Заявляемый способ позволил снизить загрязненность стали неметаллическими включениями (общий индекс загрязненности стали по неметаллическим включениям снижен на 0,1); повысить и стабилизировать механические свойства (снижена отбраковка плавок по ударной вязкости при температуре минус 60°С на 5%); уменьшить «угар» силикомарганца на 5%, ферросилиция на 10%, феррованадия на 0,5%, силикокальция на 30%; снизить длительность плавки с 1 ч 40 мин до 65 мин; уменьшить расход электродов с 3,9-4,2 кг/т до 3,2-3,5 кг/т; сократить расход электроэнергии с 400-420 кВт·ч/т до 360-400 кВт·ч/т.
Источники информации
1. Азот в металлах / Аверин В.В., Ревякин А.В., Федорченко В.И., Козина Л.Н. - М.: Металлургия, 1976. - 224 с.
2. В.И. Лакомский. Плазменно-дуговой переплав. - Киев: Техника, 1974, - 336 с.
3. М.В. Сидоренко. Теория и технология электроплавки стали. - М.: Металлургия, 1985. - 270 с.
4. Патент РФ № 2197536 С 21 С 5/52, 7/06.
5. Патент РФ № 2161205, кл. С 21 С 7/00, 7/072.
Класс C21C7/00 Обработка расплавленных ферросплавов, например стали, не отнесенная к группам 1/00
Класс C21C5/52 получение стали в электрических печах