способ выплавки стали из металлолома в дуговой электропечи

Формула изобретения

1. Способ выплавки стали из металлолома в дуговой электропечи, включающий загрузку на подину печи металлолома, его расплавление, науглероживание расплава путем вдувания в него в струе газа порошкообразного углеродсодержащего материала, подачу извести, окислительный и восстановительный периоды, отличающийся тем, что в расплав в струе газа вдувают порошкообразную смесь извести и углеродсодержащего материала при их соотношении 1 : 1 и с расходом смеси, равным 0,4 - 3,0% от массы расплава, при этом скорость науглероживания расплава поддерживают в пределах 0,2 - 0,6% углерода в 1 мин, а порошкообразную смесь вдувают в расплав до получения в нем требуемого перед началом окислительного периода содержания углерода.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве газа используют азот или аргон.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего материала используют порошкообразный кокс, уголь или графит.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют порошкообразную смесь фракции 0,01 - 6,00 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, точнее к производству стали в дуговых сталеплавильных электропечах, и может быть использовано при производстве стали с использованием лома.

Известен способ получения стали в дуговых печах, где после проплавления 50 - 75 мас.% лома в печь вводят металлизованные окатыши в количестве 0,3 - 0,9 массы жидкого металла, что позволяет выпустить из печи металл с суммарным содержанием Cr, Ni, Cu, As - 0,15-0,30% и азота 0,003-0,07% [1].

Недостатком известного способа получения стали в дуговых печах является его высокая стоимость, связанная с применением металлизованных окатышей и большим расходом дорогой электроэнергии.

Наиболее близким к предлагаемому, принятому за прототип, способу выплавки стали из металлолома в дуговых электрических печах по технической сущности и достигаемому результату является принятый за прототип способ выплавки стали из металлолома. В дуговой печи, включающей загрузку на подину печи металлолома, его расплавление, науглероживание расплава путем вдувания в него в струе газа порошкообразного углеродсодержащего материала, подачу извести, окислительный и восстановительный периоды [2].

Недостатком прототипа является необходимость циклического прерывания процесса науглероживания расплава путем вдувания в него порошкообразного угля для подачи в расплав извести, обеспечивающей десульфурацию металла, что приводит к снижению производительности печи.

Желаемым техническим результатом описываемого изобретения является повышение производительности печи за счет увеличения скорости науглероживания путем совмещения процессов растворения углерода и активного процесса шлакообразования по отношению к сере, уменьшение расхода углеродсодержащего материала, извести и электроэнергии при полном исключении из состава металлошихты чугуна.

Это достигается тем, что в известном способе выплавки стали из металлолома в дуговой электропечи, включающем загрузку на подину печи металлолома, его расплавление, науглероживание расплава путем вдувания в него в струе газа порошкообразного углеродсодержащего материала, подачу извести, окислительный и восстановительный периоды, по изобретению в расплав в струе газа вдувают порошкообразную смесь извести и углеродсодержащего материала при их соотношении 1: 1 с расходом смеси, равным 0,4-3,0% от массы расплава, при этом скорость науглероживания расплава поддерживают в пределах 0,2-0,6% углерода в минуту, а порошкообразную смесь вдувают в расплав до получения в нем требуемого перед началом окислительного периода содержания углерода.

При этом в качестве газа используют азот или аргон.

В качестве углеродсодержащего материала могут использовать порошкообразный кокс, уголь, или графит.

Кроме того, желательно использовать порошкообразную смесь фракции 0,01-6,00 мм.

Введение мелких фракций углеродсодержащего вещества в жидкий металл облегчает растворимость углерода, а мелкие фракции извести способствуют полному его усвоению жидким металлом за счет глубокого и равномерного эмульгирования частиц смеси всем объемом расплава.

Использование порошков извести и углеродсодержащего вещества с частицами менее 0,01 мм малоэффективно из-за повышенной летучести смеси, так как приводит к удалению ее из расплава вместе с пузырьками несущего газа в их объемах.

Использование фракции более 6 мм замедляет процесс расплавления извести внутри расплава за счет тепла металлической ванны из-за низкой теплопроводности смеси и вместо эмульгирования смеси расплавом приводит к всплыванию твердой смеси на поверхность расплава, окислению углерода за счет атмосферы печи и других факторов и, следовательно, к снижению степени усвоения углерода металлом.

При этом наиболее эффективно процесс науглероживания протекает при вдувании в токе нейтрального газа порошкообразной смеси из извести и углеродсодержащего материала при соотношении компонентов 1:1. При избытке в смеси извести затрудняется доступ частиц углерода к поверхности их реагирования с жидким металлом, что замедляет процесс растворения углерода, снижает коэффициент его усвоения и производительность печи. При недостатке извести в смеси избыточный углерод не эмульгируется вместе с расплавившимися частицами извести в объем расплава, а в токе нейтрального газа выносится на его поверхность, где реагирует с окислами компонентов шлака, что приводит к его потерям и к снижению скорости науглероживания.

Расход порошкообразной смеси равен 0,4-3,0% от массы расплава. При расходе смеси меньше 0,4% от массы расплава, объем образовавшегося шлака оказывается недостаточным для качественного проведения окислительного периода с точки зрения дефосфорации металла. Расход смеси сверх 3,0% приводит к повышенному расходу электроэнергии на выплавку 1 т стали.

Скорость науглероживания поддерживают в пределах 0,2 - 0,6% углерода в минуту. Меньшая скорость науглероживания приводит к искусственному затягиванию процесса плавки, а при большей скорости режим науглероживания становится неустойчивым и сопровождается выбросами смеси в атмосферу печи.

В известном способе известь является кусковым материалом. Использование кусковых материалов затрудняет расплавление извести и растворение углерода в металле из-за их низкой теплопроводности, что удлиняет процесс выплавки и увеличивает расход электроэнергии.

Присутствие нейтрального газа препятствует окислению углерода, что снижает расход углеродсодержащего материала на плавку за счет снижения окислительного потенциала газовой фазы.

В прототипе для продувки используется кислород, который способствует окислению углерода и вызывает его дополнительный расход.

В качестве углеродсодержащего материала в предлагаемом способе используют порошкообразный кокс, уголь или графит.

После завершения процесса науглероживания расплава плавку проводят по обычной технологии, включающей окислительный и восстановительный периоды и выпуск металла.

Предлагаемый способ выплавки стали из металлолома позволяет полностью отказаться от использования в составе шихты дорогостоящего и дефицитного передельного чугуна.

Пример. Для выплавки углеродистой инструментальной стали марки У12(1,16-1,23% C, 0,17-0,33% Mn, 0,17-0,30 Si, S менее 0,028%, P менее 0,03%) в 10-тонной электродуговой печи на подину загружали 100% однородного металлолома (0,10% C, 0,18% Si, 0,60 Mn, 0,030% S, 0,025% P). По расплавлении лома при температуре металла 1620-1630^oC в расплав с помощью инжектора в токе азота вводили смесь молотого кокса и извести фракции от 0,01 до 6,00 мм в соотношении 1:1 в количестве 28 кг/т (2,8% от веса расплава). Расход азота составил 32 л/кг смеси. Продувка велась в течение 3 мин. Скорость науглероживания составила 0,47 % мин. В результате продувки содержание углерода в расплаве составило с учетом имеющегося в металлоломе 1,50%/ Далее проводили окислительный и восстановительный периоды по обычной технологии.

При выплавке металла по прототипу с загрузкой кусковой извести и цикличной подачей в расплав порошкообразного угля их расход возрос в 1,7 раза. Расход электроэнергии составил 480 квт-ч/т в предлагаемом способе против 520 квт-г/т по прототипу. Время от момента включения печи до начала окислительного периода составило в предлагаемом способе 49 мин, а в прототипе 52 мин.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет выплавить качественную сталь и существенно снизить затраты на проведение плавки за счет снижения расхода кокса, извести и электроэнергии и полного отказа от использования в шихте чугуна.