способ выплавки рельсовой стали

Формула изобретения

Способ выплавки рельсовой стали, 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 плавки твердой шлакообразующей смеси, раскислителей и легирующих, доводку стали на агрегате ковш-печь, отличающийся тем, что на оставшийся в печи шлак и часть металла после выпуска плавки подают металлолом в количестве 15-35% от массы завалки, полуфабрикат композиционный в количестве 10-40% от массы завалки и известь в количестве 2,8-4,2% от массы завалки, подачу жидкого чугуна с содержанием кремния не более 0,45% и фосфора не более 0,09% в количестве 25-75% от массы завалки осуществляют после проплавления металлолома при удельном расходе электроэнергии 130-380 кВт·ч/т суммарной массы металлолома и полуфабриката композиционного, при этом окисление проводят газообразным кислородом с расходом 80-120 м³/ч на тонну металлошихты, после подачи жидкого чугуна производят присадку извести в печь порциями по 50-200 кг в количестве 0,4-1,2% от массы металлошихты и вдувают углеродсодержащую пыль с интенсивностью 35-120 кг/мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки рельсовой стали в электропечах.

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, 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, в котором на оставшийся в печи шлак и часть металла после выпуска плавки перед заливкой жидкого чугуна в количестве 25-70% от массы завалки и металлолома 30-75% от массы завалки присаживают кремнийсодержащие материалы из расчета 0,325-1,625 кг кремния на тонну остатка металла в печи или алюминийсодержащие материалы из расчета 0,425-2,16 кг алюминия на тонну остатка металла в печи, окисление проводят газообразным кислородом с расходом 80-120 м³/ч на тонну металлошихты до содержания углерода 0,10-0,70% и температуры не более 1700°С, перед выпуском шлак и металл в печи не раскисляют, в ковш при выпуске присаживаются марганецсодержащие сплавы из расчета введения марганца на 0,60-0,75% и известь из расчета 3-12 кг/т жидкой стали, дальнейшую доводку стали по температуре и химическому составу проводят на агрегате ковш-печь [1].

Существенными недостатками данного способа выплавки рельсовой стали являются:

- повышенный расход ферросплавов в связи с необходимостью раскисления стали и шлака в печи,

- высокие расходы электроэнергии и извести, связанные с повышенной длительностью плавки,

- высокое содержание фосфора в стали и снижение в связи с этим качественных характеристик стали.

Известна также шихта для выплавки стали, содержащая железоуглеродистый сплав и оксидный материал, в которой в качестве железоуглеродистого сплава используют сплав с содержанием: 2,5-4,8% С, 0,05-1,20% Si, 0,05-0,70% Mn, 0,01-0,16% V, менее 0,15% P, менее 0,030% S, менее 0,15% Cr, менее 0,10% Cu, менее 0,10% Ni, менее 0,05% Al, менее 0,008% As, менее 0,15% Ti, а в качестве оксидного материала используется материал с содержанием: 3,0-98,0% FeO, 0,5-15,0% SiO₂, 0,1-8,5% Al₂O₃, 0,15-12,5% СаО, 0,15-3,8% MgO, 0,1-6,5% MnO, 0,01-0,12% S, 0,03-0,18% P ₂O₅; причем компоненты содержатся в следующем соотношении, мас.%:

железоуглеродистый сплав	70-99,9,
оксидный материал	0,1-30;

шихту изготавливают методом литья в виде чушек массой 5-50 кг, причем оболочка содержит только железоуглеродистый сплав, а оксидный материал фракции 0,01-10 мм располагают в 1-3 слоя в центральной части чушки, при этом отношение концентрации оксидов железа в оксидном материале к содержанию углерода в железоуглеродистом сплаве поддерживают равным 1:(1-2,5) и отношение плотности оксидного материала к плотности железоуглеродистого сплава поддерживают равным 1:(2,2-7,8) [2].

Существенными недостатками данной шихты для выплавки стали являются:

- высокий расход электроэнергии при проплавлении шихты в связи с необходимостью плавления по сравнению с использованием жидкого чугуна при электроплавке;

- повышенный расход извести при плавке в связи с высокими концентрациями кремния и фосфора в шихте;

- снижение качественных показателей стали из-за высокого содержания фосфора в шихте.

Известен также способ выплавки рельсовой стали, включающий завалку в дуговую электросталеплавильную печь металлолома, чугуна и извести, расплавление металлошихты, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию путем присадки 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, отличающийся тем, что 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 (1-1,50):(0,30-0,40):(0,50-0,65):(0,07-0,15) соответственно [3].

Существенными недостатками данного способа выплавки рельсовой стали являются:

- низкий расход жидкого чугуна,

- значительная длительность плавки в связи с необходимостью раскисления стали и шлака в печи;

- высокие расходы электроэнергии, связанные с повышенной длительностью плавки;

- высокий «угар» ферросплавов и легирующих в связи с повышенной окисленностью печного шлака и присадкой значительного количества ферросплавов в печь;

- низкая степень дефосфорации при значительном расходе извести.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются:

- повышение качества стали;

- сокращение длительности плавки;

- уменьшение расхода извести, электроэнергии и ферросплавов.

Для этого предложен способ выплавки рельсовой стали, 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, доводку стали на агрегате ковш-печь, в котором на оставшийся в печи шлак и часть металла после выпуска плавки заваливают металлолом в количестве 15-35% от массы завалки, полуфабрикат композиционный в количестве 10-40% от массы завалки и известь в количестве 2,8-4,2% от массы завалки, заливку жидкого чугуна с содержанием кремния не более 0,45% и фосфора не более 0,09% в количестве 25-75% от массы завалки осуществляют после проплавления металлолома при удельном расходе электроэнергии 130-380 кВт·ч/т суммарной массы металлолома и полуфабриката композиционного, окисление проводят газообразным кислородом с расходом 80-120 м³/ч на тонну металлошихты, присадку извести в печь после заливки жидкого чугуна производят порциями по 50-200 кг в количестве 0,4-1,2% от массы металлошихты, вдувание углеродсодержащей пыли проводят с интенсивностью 35-120 кг/мин. Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем.

Количество жидкого чугуна в количестве 25-75% от массы завалки выбрано исходя из получения в стали необходимой концентрации углерода, при использовании жидкого чугуна менее 25% от массы завалки не удается получить требуемые для рельсовой стали концентрации остаточных элементов (хрома, никеля и меди) и получаемая концентрация углерода при расплавлении не позволит провести усиленную дегазацию стали и удаление неметаллических включений при повышенном расходе кислорода, а при использование жидкого чугуна в количестве более 75% от массы завалки повышенная концентрация углерода при расплавлении приводит к увеличению длительности плавки в связи с необходимостью окисления «избыточного» углерода стали. Причем для обеспечения успешной дефосфорации чугун должен содержать не более 0,45% кремния и до 0,09% фосфора.

Количество металлолома и полуфабриката композиционного связано с жидким чугуном. При использовании металлолома в количестве менее 15% от массы завалки и полуфабриката композиционного менее 10% от массы завалки возрастает концентрация углерода в расплаве, в связи с чем увеличивается длительность плавки в связи с ограничением скорости выгорания углерода, при количестве данных материалов соответственно более 35% и 40% возможно получение высоких концентраций остаточных металлов.

Расход извести выбран исходя из того, что при присадке в количестве менее 2,8% от массы завалки не удается получить требуемую степень дефосфорации, а при присадке более 4,2% от массы завалки повышенный расход извести приводит к увеличению расхода электроэнергии и увеличению длительности плавки.

Заливку жидкого чугуна осуществляют после проплавления металлолома и полуфабриката композиционного при удельном расходе электроэнергии 130-380 кВт·ч/т суммарной массы металлолома и полуфабриката композиционного. При удельном расходе электроэнергии менее 130 кВт·ч/т металлолома происходит закозление металла при заливке жидкого чугуна, а при расходе более 380 кВт·ч/т при заливке наблюдается резкое вскипание и выбросы из печи.

Расход кислорода выбран исходя из следующих условий: при расходе кислорода менее 80 м /ч на тонну металлошихты увеличивается продолжительность плавки, а при расходе кислорода более 120 м³/ч на тонну металлошихты скорость окисления углерода значительно меньше скорости диффузии кислорода, в связи с чем снижается коэффициент полезного использования кислорода.

Присадка извести порциями по 50-200 кг в количестве 0,4-1,2% от массы-металлошихты выбрана исходя из того, что присадка извести более 200 кг приводит к локальному захолаживанию шлака в зоне присадки и неэффективному использованию извести при дефосфорации, а порция менее 50 кг малоэффективна. При снижении количества извести менее 0,4% от массы металлошихты не удается получить требуемую степень дефосфорации и обеспечить требования стандартов по содержанию фосфора в стали. При количестве более 1,4% от массы металлошихты возрастает непроизводительный расход извести, электроэнергии, а также длительность плавки.

Вдувание углеродсодержащей пыли выбрано исходя из следующих условий. При снижении количества пыли менее 35 кг/мин невозможно провести хорошее вспенивание печного шлака, а при увеличении более 120 кг/мин пыль используется неэффективно.

Заявляемый способ выплавки рельсовой стали был реализован при выплавке рельсовой стали марок Э76Ф, стали в дуговых электросталеплавильных печах типа ДСП 100Н10. После выпуска плавки на остаток металла и шлака в печь осуществляли завалку металлолома в количестве 15-35 тонн, полуфабриката композиционного в количестве 10-40 тонн и извести в количестве 2,8-4,2 тонны. Полуфабрикат композиционный, содержащий в качестве железоуглеродистого материала сплав с содержанием: 3-4% С, 0,1-0,50% Si, 0,1-0,50% Mn, 0,07-0,11% P, а в качестве оксидного материала окатыши с содержанием: 50-70% Fe, 2-10% SiO ₂, 1-8% Al₂O₃, 0,5-10% СаО, в виде чушек массой 10-20 кг, изготовленный при разливке чугуна в доменном цехе. Проводили расплавление и при удельном расходе 130-380 кВт·ч/т суммарной массы металлолома и полуфабриката композиционного проводили заливку жидкого чугуна в печь сверху из чугуновозного ковша в количестве 25-75 т.

Работа проводилась без последующих подвалок металлолома в печь. Окисление углерода проводили продувкой стали в печи газообразным кислородом через систему газокислородных горелок с расходом 80-120 м³ на тонну металлошихты. В период плавления и окислительный период осуществляли присадку в печь через сводовое отверстие извести порциями по 50-200 кг в количестве 400-1200 кг. Для вспенивания шлака осуществляли вдувание углеродсодержащего порошка с интенсивностью 35-120 кг/мин.

При выпуске стали в ковш присаживали силикомарганец и известь. Дальнейшую доводку стали марок НЭ76Ф и Э76Ф по температуре и химическому составу проводили на агрегате типа ковш - печь и обработку на вакууматоре камерного типа. Разливку стали проводили на 4-ручьевых МНЛЗ с сечением кристаллизатора 300×330 мм. Далее проводили нагрев непрерывнолитых заготовок в печи с шагающими балками и прокатку на рельсы типа Р65.

При опытной выплавке стали по заявляемому способу сокращается длительность плавки с 55-59 мин до 53-56 мин, электроэнергии с 276-295 кВт·ч/т до 259-289 кВт·ч/т, снижен угар ферросплавов (марганецсодержащих на 1,8%, кремнийсодержащих на 2,1%), расход извести сокращен с 58-59 кг/т до 51-56 кг/т.

Источники информации

1. Патент РФ № 2328534, кл. С21С 5/52, 7/07.

2. Заявка № 2007110459, кл. С21С 5/00.

3. Патент РФ № 2197536, кл. С21С 5/52, 7/06.