способ выплавки ванадийсодержащей стали

Формула изобретения

Способ выплавки ванадийсодержащей стали, включающий подачу в дуговую электросталеплавильную печь металлошихты, состоящей из металлолома и жидкого чугуна, расплавление, окислительный период, раскисление и легирование стали, отличающийся тем, что выплавку стали производят сериями, причем масса металлошихты первой плавки на 10-20% больше массы металлошихты последующих плавок, а масса металлошихты последней плавки в серии меньше на 10-20% массы металлошихты предыдущей плавки, окислительный период проводят до получения концентрации углерода не ниже 0,10% нижнего его содержания в готовой стали и при температуре выше температуры ликвидуса на 180-240°С, причем при выпуске первой и последующих плавок отсекают печной шлак и раскисляют и легируют сталь в ковше, а на последней в серии плавке осуществляют раскисление шлака в печи порошком кокса, дробленого ферросилиция в количестве 0,08-0,10% каждого, и выпускают последнюю плавку в ковш с печным шлаком, при этом при выпуске всех плавок в ковш после наполнения 1/4 высоты ковша присаживают твердую шлакообразующую смесь, состоящую из извести и ванадийсодержащего конвертерного шлака при соотношении соответственно (1,2-1,9):(0,5-0,9) в количестве 1,7-2,8% от массы жидкой стали в ковше, и необходимые раскислители и легирующие, при этом присадку шлакообразующей смеси, раскислителей и легирующих заканчивают до наполнения 3/4 высоты ковша сталью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки ванадийсодержащей стали в дуговых электросталеплавильных печах.

Известны способы выплавки ванадийсодержащих сталей в дуговых электросталеплавильных печах, включающие завалку шихты, проведение окислительного периода, проведение восстановительного периода, ввод ванадийсодержащего материала, раскисление шлака и металла в печи, выпуск стали в ковш и последующее раскисление металла в ковше, где в качестве ванадийсодержащего материала используют ванадиевый шлак, который вводят в печь в завалку [1, 2, 3], в завалку и окислительный период [4], в окислительный период с последующим раскислением шлака и металла в печи [5, 6], в восстановительный период [7].

Существенными недостатками данных способов выплавки ванадийсодержащих сталей являются:

- большая длительность плавки в связи с проведением легирования ванадием в печи и необходимости проведения восстановительного периода и раскисления металла и шлака в печи;

- большие эксплуатационные затраты, связанные с длительным периодом плавки (расход электродов, электроэнергии, огнеупоров);

- повышенный расход ферросплавов в связи с высоким угаром, связанным с проведением раскисления стали в печи.

Известен также способ получения стали, легированной ванадием, включающий выплавку стали, выпуск в ковш, присадку в ковш конвертерного шлака, раскислителей, легирующих, плавикового шпата, отличающийся тем, что с целью повышения усвоения ванадия, выхода годного металла, снижения расхода марганецсодержащих ферросплавов, после наполнения металлом 1/7-1/6 объема ковша под струю присаживают алюмошлак от производства вторичного алюминия в количестве 0,1-0,3 кг/т стали, а при наполнении 1/6-1/5 объема ковша вводят конвертерный ванадиевый шлак [8].

Существенными недостатками данного способа являются:

1. Повышенная загрязненность стали неметаллическими шлаковыми включениями и увеличение концентрации кислорода в стали в связи с предварительным раскислением стали ферросплавами с последующим вводом необходимого количества конвертерного ванадиевого шлака.

2. Возможность "закозления" шлака и металла, приводящая к снижению извлечения ванадия из ванадийсодержащего шлака в связи с присадкой ванадийсодержащего шлака в ковш при недостаточных объемах наполнения (1/6-1/5 объема ковша).

3. Пониженный уровень физико-механических свойств в связи со значительной концентрацией в стали кислорода и загрязненностью стали неметаллическими включениями эндогенного типа.

Известен также выбранный в качестве прототипа способ выплавки ванадийсодержащей стали, включающий завалку шихты, плавление, окисление расплава, легирование стали путем присадки ванадиевого шлака с последующим восстановлением ванадия из окислов с помощью восстановителя, причем ванадиевый шлак присаживают совместно со шлаком от переплава алюминия в соотношении 2,5:(1-1,5) после скачивания окислительного шлака [9].

Существенными недостатками данного способа являются:

1. Повышенная загрязненность стали неметаллическими глиноземсодержащими включениями в связи с использованием шлака от переплава алюминия в качестве восстановителя.

2. Увеличенная длительность плавки в связи с присадкой ванадиевого шлака в печь, а не в ковш при выпуске плавки.

3. Пониженный уровень физико-механических свойств в связи со значительной степенью загрязнения стали глиноземсодержащими включениями.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются: сокращение длительности плавки, уменьшение расхода электроэнергии и электродов, огнеупоров и повышение сквозного извлечения ванадия.

Для этого предлагается способ выплавки ванадийсодержащей стали, включающий подачу в дуговую электросталеплавильную печь металлошихты, состоящей из металлолома и жидкого чугуна, расплавление, окислительный период, раскисление и легирование стали, при этом выплавку стали производят сериями, причем металлошихту первой плавки в серии делают массой на 10-20% больше массы металлошихты последующих плавок, а массу металлошихты последней плавки в серии уменьшают на 10-20% относительно предыдущей, окислительный период проводят до получения концентрации углерода не ниже 0,10% нижнего его содержания в готовой стали и при температуре выше температуры ликвидуса на 180-240°С, причем при выпуске первой и последующих плавок отсекают печной шлак, раскисляют и легируют сталь в ковше, а на последней в серии плавки осуществляют раскисление шлака в печи порошком кокса, дробленого ферросилиция в количестве 0,08-0,10% каждого, и выпускают последнюю плавку в ковш с печным шлаком, при этом при выпуске всех плавок в ковш после наполнения 1/4 высоты ковша присаживают твердую шлакообразующую смесь, состоящую из извести и ванадийсодержащего конвертерного шлака при соотношении соответственно (1,2-1,9):(0,5-0,9) в количестве 1,7-2,8% от массы жидкой стали в ковше, и необходимые раскислители и легирующие, при этом присадку шлакообразующей смеси, раскислителей и легирующих заканчивают до наполнения 3/4 высоты ковша сталью.

Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем. Шихтовка первой плавки на 10-20% больше массы металлозавалки (металлолом и жидкий чугун) обеспечивает переходящий от плавки к плавке расплавленный шлакостальной остаток, обеспечивающий, во-первых, при завалке металлолома в печь защиту от механических ударов и разрушений футеровки и, во-вторых, гарантированную отсечку печного шлака. При остатке в печи менее 10% возникает вероятность попадания печного шлака в ковш, а при остатке в печи более 20% от массы снижаются технико-экономические показатели плавки.

Содержание углерода выбрано исходя из того, что при концентрации углерода менее 0,10% ниже нижнего его содержания в готовой стали увеличивается содержание кислорода в стали и отмечается повышенный угар ферросплавов.

Температура выбрана исходя из теплопотерь и условий разливки; при температуре ниже перегрева над температурой ликвидус на 180°С из-за высоких теплопотерь в ковше невозможно осуществить разливку на МНЛЗ, при перегреве над температурой ликвидус на 240°С необходимо для оптимизации температурно-скоростных режимов разливки охлаждать жидкую сталь в ковше. Раскисление шлака порошком кокса, дробленого ферросилиция на последней плавке в количестве 0,08-0,10% от массы металлозавалки обеспечивает требуемый уровень кислорода в стали при попадании раскисленного печного шлака в ковш.

Соотношение извести и ванадийсодержащего конвертерного шлака выбрано исходя из степени извлечения ванадия в сталь. При снижении соотношения извести менее 1,2 и ванадийсодержащего шлака менее 0,5 уменьшается степень извлечения ванадия до 40%, а при увеличении соотношения извести более 1,9 и ванадийсодержащего шлака более 0,9 увеличивается кратность шлака, возрастают затраты при неизменной степени извлечения ванадия.

Соотношение и количество смеси выбрано исходя из оптимальной основности шлака способствующего повышению извлечения марганца, а также теплоизолирующей способности шлака. При количестве шлака менее 1,7% от массы велики теплопотери через шлак, при количестве шлака более 2,8% от массы необходимо значительное количество тепла для расплавления шлакообразующей смеси.

Заявляемый способ выплавки рельсовой стали был реализован при выплавке стали в дуговых электросталеплавильных печах ДСП-100И7. Выплавка проводилась по следующей схеме. Завалка первой плавки в серии по металлозавалке была на 10-20 т больше последующих завалок, а последней в серии плавки на 10-20 т меньше. Завалка состояла из 80-90 т металлолома и 3-8 т извести. Заливка чугуна в количестве 30-40 т проводилась из чугуновозного ковша посредством мостового крана при открытом своде после проплавления "колодцев" и частичного осаживания металлолома в печи. Окисление углерода проводили в печи посредством продувки стали через сводовую водоохлаждаемую фурму, при этом температура в печи была выше линии ликвидус на 180-240°С. На последней в серии плавке проводили дополнительно раскисление шлака порошком кокса, дробленого ферросилиция по 80-100 кг каждого. При выпуске в ковш присаживали твердую шлакообразующую смесь, состоящую из извести (1200 и 1900 кг) и ванадийсодержащего шлака (500-900 кг), и необходимые раскислители и легирующие. На опытных плавках использовали ванадийсодержащий шлак следующего химического состава: 16,0-19,8% V₂O₅; 12-14,5% SiO₂; 2,0-2,8% CaO; P 0,05%; 9,8-11,4% MnO. Параметры опытных плавок приведены в таблице.

Заявляемый способ обеспечивает снижение длительности плавки в среднем на 18 мин и расхода электроэнергии на 15 кВт ч /т, расхода электродов на 0,18 кг/т, расхода огнеупоров на печь на 0,08 кг/т.

Источники информации

1. А.с. 358374 С 21 С 5/52

2. А.с. 394437 С 21 C 5/52

3. А.с. 665003 С 21 С 5/52

4. А.с. 663728 С 21 С 5/52

5. А.с. 2133281 МПК⁶ С 21 С 5/52

6. А.с. 1046294 С 21 С 5/52

7. А.с. 1014919 С 21 С 5/52

8. А.с. 1788750 С 21 С 7/00

9. А.с. 1014919 С 21 С 5/52

Таблица
Параметры опытных плавок
№ плавки	№ в сери и	Извлечение ванадия, %	Концентрация углерода ниже нижнего передела	Температура в печи перед выпуском (выше ликвидус)	Масса порошка кокса, дробленого ферросилиция, %	Смесь (известь и ванадийсодержащий шлак)	Масса твердой шлакообразующей смеси, %	Длительность плавки, мин	Расход электроэнергии, кВт.ч/т	Расход электродов кг/т	Масса металлозавалки, т	Извлечение ванадия, %
1	1	82	0,15	180	0,08:0,08	1,2:0,5	1,7	140	440	3,81	125	82
2	2	40	0,10	240	0,10:0,10	1.0:0,5	2,9	100	410	3,81	109	40
3	3	88	0,10	180	0,10:0,10	1,3:0,8	2,8	90	410	3,81	105	88
4	4	91	0,10	190	0,10:0,10	1,5:0,6	2,7	70	420	3,81	95	91
5	1	94	0,05	200	0,10:0,10	1,9:0,5	2,1	150	450	3,8	120	94
6	2	96	0,10	200	0,10:0,10	1,8:0,6	2,3	100	420	3,8	105	96
7	3	89	0,10	210	0,10:0,10	1,8:0,9	2,1	90	425	3,8	106	89
8	4	92	0,10	220	0,10:0,10	1,9:0,9	1,9	90	435	3,8	107	92
9	5	92	0,05	180	0,10:0,10	1,9:0,8	1,8	85	425	3,8	110	92
10	6	95	0,09	190	0,10:0,10	1,4:0,9	1,8	85	425	3,8	109	95
11	7	88	0,06	180	0,10:0,10	1,2:0,6	2,1	65	410	3,8	91	88
12	1	94	0,09	220	0,10:0,10	1,3:0,8	2,5	150	440	3,81	120	94
13	2	90	0,07	220	0,10:0,10	1,5:0,8	2,7	75	430	3,81	110	90
14	3	95	0,10	210	0,10:0,10	1,6:0,9	2,1	70	420	3,81	106	95
15	4	96	0,11	240	0,09:0,09	2,0:0,5	2,2	65	410	4,0	90	96