способ выплавки стали в дуговой электропечи

Формула изобретения

Способ выплавки стали в дуговой электропечи, включающий подачу в дуговую электросталеплавильную печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление, окислительный период, выплавку стали сериями, выпуск плавки с оставлением шлака и части металла в печи, присадку в ковш во время выпуска твердой шлакообразующей смеси, раскислителей и легирующих, отличающийся тем, что перед выпуском в печь присаживают известь в количестве 1-5% от массы завалки, заливку чугуна при температуре 1250-1360°С в количестве 40-70% от массы завалки проводят на оставшийся в печи шлак и часть металла, после заливки проводят завалку извести в количестве 1-3% и металлолома в количестве 30-60% от массы завалки, окисление проводят газообразным кислородом с расходом 8000-12000 м ³/ч до содержания углерода не менее 0,10% и температуры не более 1700°С, в ковш при выпуске присаживают кремний и марганецсодержащие ферросплавы из расчета введения кремния 0,10-0,25% и марганца 0,40-0,50% и известь из расчета 3-20 кг/т жидкой стали, дальнейшую доводку стали по температуре и химическому составу проводят на агрегате ковш-печь.

Описание изобретения к патенту

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

Известен способ получения стали в дуговой электропечи, включающий завалку в печь металлолома, подачу чугуна, расплавление металлошихты, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию стали путем присадок порций железной руды или агломерата в смеси с известью, скачивание шлака через порог рабочего окна, раскисление стали и шлака в печи, выпуск стали в ковш под печным шлаком, присадку в ковш десульфурирующей смеси, состоящей из извести, плавикового шпата и порошка алюминия, отличающийся тем, что в состав завалки вводят агломерат или железную руду в количестве 30-60 кг/т стали, после проплавления металлошихты при расходе электроэнергии 220-320 кВт·ч/т металлолома в печь заливают жидкий чугун при температуре не ниже 1200°С со скоростью заливки 6-12 т/мин, проводят окисление газообразным кислородом с расходом 1500-3000 нм³/ч, соотношение присаживаемой железной руды или агломерата в смеси с известью поддерживают соответственно (1-2):(2,5-3,5) при расходе 70-110 кг/т стали, после чего спускают шлак через порог рабочего окна, а соотношение извести, плавикового шпата и порошка алюминия в вводимой в ковш десульфурирующей смеси поддерживают соответственно (1,1-1,5):(0,3-0,5):(0,05-0,1) при расходе смеси 14-18 кг/т стали [1].

Существенными недостатками данного способа выплавки стали являются:

- значительная длительность плавки, связанная с необходимостью восстановительного периода в печи;

- повышенный расход электродов и электроэнергии в связи с проведением восстановительного периода плавки;

- повышенный расход ферросплавов и легирующих, связанный с легированием и раскислением стали в печи и в ковше под высокоокисленными шлаками;

- высокий уровень загрязненности стали неметаллическими включениями;

- повышенное содержание "остаточных" ("цветных") примесей (хрома, никеля, меди и др.), находящихся в оборотном ломе, не окисляющихся в ходе окислительного периода и не разбавляющихся при использовании заявляемых количеств жидкого чугуна, что в конечном итоге затрудняет, в ряде случаев не позволяет выплавлять сталь заданного химического состава.

Известен выбранный в качестве прототипа способ выплавки рельсовой стали, включающий подачу в дуговую электросталеплавильную печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление, окислительный период, раскисление в печи стали алюминием и шлака порошком кокса, дробленого ферросилиция и гранулированного алюминия, выпуск плавки в ковш, присадку в ковш при выпуске твердой шлакообразующей смеси, состоящей из извести и плавикового шпата, отличающийся тем, что выплавку стали производят сериями, причем металлошихту первой плавки в серии дают массой на 10-15% больше массы металлошихты последующих плавок, а массу металлошихты последней плавки в серии уменьшают на 10-15%, окислительный период проводят до получения стали с содержанием углерода не менее 0,60% и температуры выше ликвидуса 180-240°С; причем сталь раскисляют на всех плавках серии алюминием в количестве 0,07-0,10% от массы металлошихты, а раскисление шлака в печи порошком кокса, дробленого ферросилиция и гранулированного алюминия в количестве, соответственно, каждого 0,09-0,10% от массы металлошихты проводят на последней плавке в серии, при выпуске первой и последующих плавок отсекают печной шлак, а последнюю плавку выпускают с печным шлаком, при выпуске плавок в ковш присаживают твердую шлакообразующую смесь, состоящую из извести и плавикового шпата, при соотношении (1,0-1,5):(0,3-0,5) соответственно, в количестве 3-3,3% от массы жидкой стали, и необходимые раскислители и легирующие.

Существенными недостатками данного способа выплавки стали являются:

- повышенная длительность плавки, связанная с необходимостью введения ферросплавов в печь и разведением во временном интервале заливки чугуна и завалки металлолома;

- высокие расходы электродов и электроэнергии в связи со значительной продолжительностью плавки;

- повышенный расход ферросплавов, связанный с легированием и раскислением стали в печи и в ковше под высокоокисленными шлаками;

- высокий уровень загрязненности стали неметаллическими включениями экзогенного характера в связи с заявляемыми режимами заливки жидкого чугуна и завалки металлолома;

- используемое количество жидкого чугуна не позволяет снизить методом разбавления содержание "остаточных" ("цветных") примесей (хрома, никеля, меди и др.), находящихся в оборотном ломе, что в конечном итоге не позволяет выплавлять сталь заданного химического состава.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются повышение качества стали, сокращение длительности плавки, снижение расхода электроэнергии и электродов, уменьшение расхода раскислителей и легирующих.

Для этого предлагается способ выплавки стали в дуговой электропечи, включающий подачу в дуговую электросталеплавильную печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление, окислительный период, выплавку стали сериями, выпуск плавки с оставлением шлака и части металла в печи, присадку в ковш во время выпуска твердой шлакообразующей смеси, раскислителей и легирующих, причем перед выпуском в печь присаживают известь в количестве 1-5% от массы завалки, заливку чугуна при температуре 1250-1360°С в количестве 40-70% от массы завалки проводят на оставшийся в печи шлак и часть металла, после заливки проводят завалку извести в количестве 1-3% и металлолом в количестве 30-60% от массы завалки, окисление проводят газообразным кислородом с расходом 8000-12000 м³/ч до содержания углерода не менее 0,10% и температуры не более 1700°С, в ковш при выпуске присаживаются кремний и марганецсодержащие ферросплавы из расчета введения кремния 0,10-0,25% и марганца 0,40-0,50% и известь из расчета 3-20 кг/т жидкой стали, дальнейшую доводку стали по температуре и химическому составу проводят на агрегате ковш-печь.

Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем. Количество жидкого чугуна (40-70% от массы завалки) выбрано исходя из получения в стали необходимой концентрации углерода. При использовании жидкого чугуна менее 40% от массы завалки концентрация углерода при расплавлении не позволит провести усиленную дегазацию стали, удаление неметаллических включений, а также разбавить остаточные металлы. Использование жидкого чугуна в количестве более 70% от массы завалки приводит к повышенной концентрации углерода при расплавлении и увеличению длительности плавки в связи с необходимостью окисления "избыточного" углерода стали.

Известь в количестве 1-5% выбрана исходя из того, что введение извести в количестве менее 1% не позволяет загустить шлак и, соответственно, не обеспечивается полная отсечка печного шлака, при введении извести в количестве более 5% растут непроизводственные затраты (кратность шлака и тепловые потери).

Заливка при температуре 1250-1360°С обеспечивает наименьшее спелеобразование (выделение чешуйчатого графита) и уменьшение вероятности короткого замыкания в электропечных агрегатах, а также снижение вероятности разрушения футеровки печи. При снижении температуры менее 1250°С происходит кристаллизация полупродукта, а при увеличении температуры более 1360°С высокий перегрев над температурой ликвидус приводит к увеличению износа футеровки печи, загрязнению неметаллическими включениями и вероятности "ухода" металла из ковша.

Количество загружаемой в печь извести после заливки жидкого чугуна обеспечивает раннее формирование шлака и защиту водоохлаждаемых элементов от брызг металла и шлака при загрузке металлолома. При введении извести менее 1% от массы завалки количество сформировавшегося шлака не позволяет получить шлак с достаточными рафинировочными свойствами, кроме того не обеспечивается защита водоохлаждаемых элементов печи от брызг металла и шлака при завалке металлолома. При увеличении количества извести более 3% от массы завалки растет кратность шлака и увеличиваются непроизводственные затраты.

Количество металлолома связано с количеством жидкого чугуна и связано с концентрацией углерода и остаточным содержанием хрома, никеля и меди в металлоломе.

Расход кислорода выбран исходя из следующих условий: при расходе кислорода менее 8000 м ³/ч увеличивается продолжительность плавки, а при расходе кислорода более 12000 м³/ч скорость окисления углерода значительно меньше скорости диффузии кислорода, в связи с чем снижается коэффициент полезного использования кислорода. При этом снижение концентрации углерода менее 0,1% приводит к высокой переокисленности стали и повышенному расходу ферросплавов при дальнейшей обработке на агрегате "ковш-печь"

При превышении температуры в печи более 1700°С при окислении углерода происходит интенсивный размыв футеровки и загрязнение стали неметаллическими включениями.

Присадка кремний и марганецсодержащих ферросплавов в ковш из расчета введения кремния на 0,10-0,25% и марганца на 0,40-0,50% позволяет снизить концентрацию кислорода в стали и повысить усвоение легирующих и раскислителей без значительных теплопотерь в ковше при выпуске плавки. Присадка извести позволяет сформировать рафинирующий шлак в ковше и снизить тепловые потери. При расходе извести менее 3 кг/т жидкой стали невозможно получить требуемую рафинирующую способность шлака, а при увеличении свыше 20 кг/т жидкой стали возрастают тепловые потери, связанные с формированием шлака.

Заявляемый способ получения стали был реализован при выплавке стали марок 3 сп, 5 сп, 45, 30ХГСА, 12ГС в 100-тонных дуговых электропечах с трансформатором мощностью 95 МВА.

Заливка жидкого чугуна (40-70 тонн) проводилась из чугуновозного ковша посредством мостового крана при открытом своде печи на остаток печного шлака и металла. Далее загружали 1000-3000 кг извести и бадьей осуществляли завалку 30-60 тонн металлолома. Работа проводилась без последующих подвалок металлолома в печь. Окисление углерода проводили продувкой стали в печи газообразным кислородом через систему газокислородных горелок с расходом 8000-12000 м³/т. Во время окисления углерода температура в печи не превышала 1700°С, причем температура заливаемого чугуна изменялась в пределах 1250-1360°С. При достижении требуемого содержания углерода, фосфора и температуры проводили выпуск плавки с отсечкой печного шлака. Перед выпуском плавки в печь сверху по труботечкам загружалась известь в количестве 1000-5000 кг, после чего производили выпуск с оставлением в печи всего шлака и 10-15 тонн металла.

При выпуске стали в ковш присаживали ферросилиций и ферромарганец или силикомарганец в заявляемых пределах и известь в количестве 300-2000 кг. Дальнейшую доводку по температуре и химическому составу проводили на агрегате типа ковш-печь. Разливку стали проводили на 4-х ручьевых МНЛЗ с сечением кристаллизатора 300×330 мм.

При выплавке стали по заявляемому способу сокращается длительность плавки с 70-80 мин до 59-68 мин, электроэнергии с 300-420 кВт·ч/т до 290-320 кВт·ч/т, электродов с 3,50-3,60 кг/т до 2,00-2,90 кг/т, уменьшено содержание хрома и никеля до 0,03%, меди до 0,04%, загрязненность стали неметаллическими включениями (средний бал загрязненности не превышает 0,7).

Источники информации

1. Патент РФ №2197535, кл. С21С 5/52, 7/06.

2. Патент РФ №2235790, кл. С21С 5/52, 7/07.