способ выплавки стали в мартеновской печи

Формула изобретения

1. СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В МАРТЕНОВСКОЙ ПЕЧИ преимущественно скрап-процессом, включающий завалку сыпучих шлакообразующих материалов, послойную загрузку металлошихты из скрапа и твердого чугуна, загрузку твердых окислителей, прогрев, плавление шихты, доводку и выпуск расплава, отличающийся тем, что твердые окислители и часть чугуна загружают в виде твердого полуфабриката из окислителей, залитых жидким чугуном, полуфабрикат загружают послойно порциями с общим расходом 5-85% от массы металлошихты, при этом первую порцию в количестве 10-80% от общего его количества загружают на сыпучие шлакообразующие материалы, а последнюю на скрап под твердый чугун.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полуфабрикат дополнительно содержит углеродосодержащий материал при следующем содержании компонентов, мас. %:

Железнорудные окатыши - 5,0-17,0

Углеродосодержащий материал - 0,2-5,0

Чугун - Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к мартеновскому производству стали.

Известен способ выплавки стали мартеновским скрап-угольным или карбюраторным процессом, когда шихта состоит преимущественно на 75-80% из лома и 20-25% твердого чугуна, а также науглероживателя в виде кокса, боя электродов и других углеродистых материалов, вводимых в завалку для обеспечения получения по расплавлении ванны требуемой концентрации углерода [1]

Недостатком этого способа является большая длительность плавки и повышенный расход топлива и огнеупоров.

Наиболее близким по технической сущности является способ выплавки стали скрап-процессом, когда доля твердого чугуна в шихте составляет 35-50% что исключает необходимость ввода науглероживателя в завалку [2] Известный способ включает завалку сыпучих шлакообразующих материалов (известняка 6-8% боксита 0,5-1%), послойную загрузку металлошихты из скрапа и твердого чугуна, загрузку железной руды 1-3% прогрев, плавление шихты, доводку и выпуск расплава. Недостатками известного способа являются значительная длительность периодов плавления, рудного кипения и всей плавки в целом.

Техническим результатом предлагаемого способа является сокращение продолжительности плавки за счет ускорения расплавления ванны и уменьшения длительности рудного кипения путем ускорения дефосфорации.

Достигается это тем, что в способе выплавки стали в мартеновской печи скрап-процессом, включающем завалку сыпучих шлакообразующих материалов, послойную загрузку металлошихты из скрапа и твердого чугуна, загрузку твердых окислителей, прогрев, плавление шихты, доводку и выпуск расплава (металла), твердые окислители и часть чугуна загружают в виде твердого полуфабриката из окислителей, залитых жидким чугуном, полуфабрикат загружают порциями с общим расходом 5-85% от массы металлошихты, при этом первую порцию в количестве 20-80% от общего его количества загружают на сыпучие шлакообразующие материалы, а последнюю на скрап под твердый чугун.

Для повышения эффективности способа полуфабрикат дополнительно содержит углеродсодержащий материал в количестве 0,2-5% от общей массы при следующем содержании компонентов, мас. железорудные окатыши 5,0-17,0; углеродсодержащий материал 0,2-5,0, чугун остальное.

Полуфабрикат представляет собой чушку металла с частицами окислителя и углеродсодержащего компонента, распределенными по объему чушки. Для получения полуфабриката можно использовать разливочную машину, заливая жидким чугуном частицы твердого окислителя либо смеси окислителя с углеродсодержащим компонентом, предварительно помещенные (загруженные) в литейную форму (мульду).

Загрузка части чугуна и твердого окислителя в виде полуфабриката в мартеновскую печь в количестве 5% от массы металлошихты вызывает раннее окисление углерода чугуна кислородом, содержащимся в твердом окислителе. Эта реакция начинается при 900-1100^оС еще до расплавления чугуна, постепенно ускоряясь с повышением температуры. В момент расплавления чугуна (1150-1180^оС) скорость окисления сильно возрастает. Второй пик на кривой окисления углерода наблюдается при температуре, соответствующей температуре плавления твердого окислителя (1350-1420^оС). По данным лабораторных опытов интенсивность окисления углерода кислородом твердого окислителя благодаря большой поверхности их контакта при высоком темпе нагрева может достигать скоростей 0,2-0,5% С/мин.

Раннее и интенсивное окисление углерода, сопровождающееся выделением газообразных продуктов реакции (моно- и диоксида углерода), усиливает перенос тепла от факела к шлаку и металлу, ускоряя нагрев ванны и ее расплавление. Одновременно с этим выделяющиеся при окислении углерода газы защищают скрап от излишнего окисления его кислородом из атмосферы печи, а также ускоряют формирование шлака. Оптимальным количеством полуфабриката является 5-85% При этом нижний предел относится к выплавке рядовых углеродистых марок стали неответственного сортамента, а верхний предел относится к производству качественных и высококачественных углеродистых сталей. Дальнейшее повышение расхода полуфабриката выше 85% нецелесообразно, поскольку при этом содержание углерода по расплавлении ванны оказывается ниже требуемого, что требует ввода в завалку дополнительного количества твердого чугуна. При расходе полуфабриката менее 5% длительность его расплавления получается значительно короче продолжительности периода плавления, поэтому воздействие на ванну полуфабриката получается недостаточным.

Ввод полуфабриката послойно обусловлен необходимостью рассредоточения влияния реакции окисления углерода, происходящий в полуфабрикате во время его нагрева и раскисления на весь период плавления. При этом достигается равномерное проплавление всех исходных компонентов, загружаемых в печь во время завалки и максимальное воздействие реакции обезуглероживания в полуфабрикате на плавление ванны. Оптимальным вариантом является завалка полуфабриката в два слоя, так как чрезмерное увеличение числа слоев усложняет завалку. Если количество полуфабриката в первом слое превышает 80% то проплавление ее задерживается и приходится на вторую половину плавления полуфабриката, повышая тем самым возможность выбросов. Количество полуфабриката в верхнем слое (менее 10%) оказывается недостаточным, он быстро расплавляется и не оказывает в дальнейшем влияния на ход плавления. При снижении расхода полуфабриката в нижнем слое ниже 10% и соответствующем увеличении его в верхнем слое выше 80% полуфабрикат, загруженный в верхние слои опережает в своем расплавлении проплавление остальной металлошихты. В результате этого эффективность способа несколько ухудшается. Наилучшие результаты дает загрузка полуфабриката на сыпучие в количестве 10-80% а остальное на скрап под чугун.

Использование полуфабриката, содержащего 5-17% железорудных окатышей и 0,2-5,0 углерода, остальное чугун позволяет компенсировать снижение содержания углерода в чугуне, окисляемого кислородом твердого окислителя. Это позволяет сократить расход твердого чугуна в завалку до минимума. Соотношение окатышей и углерода в полуфабрикате соответственно в пределах 5-17% и 0,2-5,0% отвечает условиям получения по расплавлении ванны углерода в пределах 0,5-1,5% при доле чугуна в шихте 10-40% Это делает возможной выплавку сталей с самым различным содержанием углерода в готовом металле от 0,2 до 1% при изменении шихтовки плавки в значительных пределах, в том числе при отсутствии чугуна.

Предлагаемый способ может быть использован при выплавке стали мартеновскими скрап-рудным процессом, а также карбюраторным процессом. Эффект способа будет проявляться в том, что при вводе в завалку полуфабриката, состоящего из чугуна и твердого окислителя, окисление углерода начнет протекать с момента нагрева полуфабриката до 900-1100^оС и получит сильное развитие при переходе в жидкое состояние чугуна и окислителя. Это способствует ускоренному плавлению ванны.

П р и м е р. Выплавку стали по предлагаемому способу осуществляли в 250 т мартеновских печах. Проплавляли колесную сталь по ГОСТ 10791-81 состава, мас. C0,55-0,65; Mn 0,5-0,9; Si 0,2-0,42; P0,035; S0,04.

Завалку осуществляли следующим образом.

На подину печи загружали чистую стружку от обработки колес и мелкий лом в количестве 8-15% от массы садки, далее давали известняк в количестве 6-10 т от общей массы металлозавалки, производили прогрев известняка в течение 12-15 мин. После прогрева загружали часть полуфабриката, оборотный лом и пакеты, оставшуюся часть полуфабриката и поверх него передельный чугун. Общий расход полуфабриката в металлозавалке варьировался в пределах 10-210 т, что составляло 4-87% от общей массы завалки. Расход полуфабриката в первой порции, загружаемой на сыпучие материалы, был равен 7-83% от общего количества полуфабриката на плавку.

После завалки начинали прогрев шихты, ее расплавление, скачивание шлака и доводку металла до заданного состава и температуры согласно действующей технологической инструкции. Результаты плавок по известной и предлагаемой технологии приведены в таблице.

Из приведенных данных следует, что предлагаемый способ по сравнению с известным обеспечивает сокращение продолжительности плавки в целом на 35-90 мин, в том числе продолжительность доводки на 20-45 мин.