шихтовая заготовка для сталеплавильного производства

Формула изобретения

ШИХТОВАЯ ЗАГОТОВКА ДЛЯ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА, включающая углерод, кремний, марганец, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит углерод в свободном виде в соотношении 0,1 - 2,3 к связанному углероду при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Углерод (свободный и связанный) - 2,4 - 10

Кремний - 0,15 - 2,0

Марганец - 0,25 - 2,5

Железо - Остальное,

при этом размер частиц углерода в свободном виде составляет 0,01 - 0,125 от толщины шихтовой заготовки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к получению стали в сталеплавильных агрегатах различного типа, прежде всего в электродуговых и мартеновских печах.

Известна шихта для выплавки стали, включающая металлическую составляющую, шлакообразующие и науглероживатель, в которой в качестве науглероживателя используется комплексный материал, содержащий углерод, кремний и карбид кремния с отношением углерода к кремнию 5-35.

При этом компоненты взяты в следующем соотношении, мас. науглероживатель 0,2-3,6; шлакообразующие 2,0-4,0; металлическая составляющая остальное. Недостатками известного материала являются его дефицитность и высокая стоимость.

В целях экономии чугуна иногда применяется карбюраторный (или скрап углеродный) мартеновский процесс, в котором доля чугуна в шихте снижена до 20-25% а недостающий углерод, обеспечивающий получение требуемой по расплавлении концентрации его в ванне, вводят в завалку в виде кокса, электродного боя и др. Совместный, но раздельный ввод чугуна и карбюризатора в сочетании с увеличением доли лома в шихте резко увеличивает длительность расплавления твердой шихты и всей плавки в целом. Поэтому этот процесс не получил распространения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому материалу является шихтовая заготовка в виде передельного чугуна, выплавляемая по ГОСТ 805-80, широко используемого при выплавке стали, в частности, мартеновским скрап-процессом и в дуговых электропечах.

Чугун включает компоненты, взятые в следующем соотношении, мас. углерод до 4,5; кремний 0,05-1,2; марганец 0,1-2,0.

Доля этой заготовки в шихте мартеновского скрап-процесса 25-45% К недостаткам указанного выше материала относится его повышенный расход, обусловленный относительно низким количеством углерода в нем, увеличивает себестоимость выплавляемой стали, а также удлиняет продолжительность расплавления из-за повышенной температуры его плавления.

Цель изобретения сокращение расхода твердого чугуна и ускорение расплавления твердой шихты.

Поставленная цель достигается тем, что шихтовая заготовка, включающая железо, углерод, кремний, марганец, дополнительно содержит углерод в свободном виде в соотношении 0,1-2,3 к связанному углероду при следующем соотношении ингредиентов, мас.

Углерод 2,4-10,0

Кремний 0,15-2,0

Марганец 0,25-2,5

Железо Основа, при этом размер частиц углеродистого материала в свободном виде выбирают в пределах 0,01-0,125 от толщины шихтовой заготовки. Применение шихтовой заготовки, содержащей чугун и дополнительное количество свободного углерода, обеспечивает ввод в исходную шихту повышенного количества углерода. Это дает возможность сократить расход чугуна в завалку пропорционально дополнительному количеству углерода. Наличие свободного углерода в шихтовой заготовке приводит к частичному переходу его в чугун и скрап, что увеличивает концентрацию растворенного в них углерода и понижает температуру плавления, ускоряя тем самым расплавления чугуна и скрапа. Часть свободного углерода сгорает за счет горячего кислорода печной атмосферы, вызывая тем самым дополнительное выделение тепла в зоне контакта свободного углерода с чугуном и скрапом и их ускоренный нагрев. Благодаря этому повышается равномерность прогрева твердой шихты и ускоряется ее расплавление. Получение заготовки не требует капзатрат и может быть осуществлено на различных машинах путем смещения в процессе разливки жидкого чугуна и углеродосодержащих добавок. Соотношение размеров частиц углеродистого материала и толщины шихтовой заготовки 0,01-0,125 отвечает условиям равномерного распределения этих частиц по объему заготовки. В случае, если соотношение менее 0,01, наблюдается частичный унос их вместе с жидким чугуном и перетекание в соседнюю мульду, что уменьшает содержание вводимого углерода в шихтовой заготовке; при соотношении более 0,125 верхние слои углеродистого материала вследствие значительной разности плотностей жидкого чугуна и углерода выталкиваются на поверхность расплава. По этой причине имеет место неравномерное распределение частиц углеродистого материала по объему металла, осыпание их с поверхности шихтовой заготовки в процессе извлечения из мульд разливочной машины и снижение концентрации углерода. При этом эти негативные явления тем сильнее, чем выше указанное соотношение. Поэтому увеличение величины этого соотношения более 0,125 нецелесообразно.

Использование шихтовой заготовки, в которой отношение количества свободного углерода к связанному составляет менее 0,1 (нижний предел), приводит к низкому содержанию углерода в расплаве, что не позволяет провести нормальным образом окислительный период плавки. При использовании шихтовой заготовки с соотношением свободного углерода к связанному более 2,3 содержание углерода в металле по расплавлении получается чрезмерно большим. Это требует дополнительного количества кислорода для его окисления и увеличивает продолжительность окислительного периода плавки и всей плавки в целом.

Шихтовая заготовка содержит в своем составе, мас. углерод (суммарного) 2,1-10,0; кремний 0,15-2,0; марганец 0,25-2,5; железо основа.

При содержании углерода в шихтовой заготовке менее 2,1% существенно повышается температура ее плавления, что увеличивает длительность расплавления шихтовой заготовки. При содержании суммарного углерода в шихтовой заготовке более 10% имеет место неполный охват частиц углеродистого материала жидким чугуном и частичное осыпание углерода в периоды перегрузки и транспортировки, что нарушает стабильность состава шихтовой заготовки.

Нижний предел содержания кремния и марганца выбран для исключения значительного окисления железа шихтовой заготовки в процессе от ее получения до использования при производстве стали, наличие кремния и марганца защищает заготовку от чрезмерного окисления поверхности.

Учитывая, что кремний окисляется в первую очередь, задерживая тем самым окисление углерода, верхний предел его содержания в шихтовой заготовке ограничен пределом 2% Предельное содержание марганца в шихтовой заготовке определяется тем, что одновременно с марганцем в шихтовую заготовку вносится дополнительное количество фосфора. Последнее затрудняет проведение плавки, требуя ввода дополнительных количеств извести и оксидов железа и времени.

С целью проверки эффективности предложенного материала провели две серии плавок. В первой серии (по прототипу) в качестве шихты для выплавки стали использовали передельный чугун, отвечающий требованиям ГОСТ 805-80 производства АК "Тулачермет". Вторую серию плавок проводили на шихте, состоящей из стального лома и шихтовой заготовки с различным соотношением углерода свободного и связанного с ней при различном соотношении размеров частиц свободного углерода и толщины шихтовой заготовки (предлагаемый материал).

Шихтовую заготовку получали путем расплавления в 400 кг индукционной печи передельного чугуна. В качестве литейной формы использовали стандартные мульды разливочной машины чугуна. Мульды предварительно заполнялись коксиком различной фракции, предварительно просушенным. Мульды с коксиком заливались жидким чугуном. Полученную шихтовую заготовку с массой 10-14 кг использовали при выплавке углеродистых сталей на 3 т дуговой электропечи ДСП-3А с мощностью трансформатора 2000 КВА. Технология выплавки стали в обеих сериях была одинакова и заключалась в загрузке на остаток жидкого металла и шлака от предыдущей плавки чугуна шихтовой заготовки, проплавления завалки, доводки и выпуска металла. Результаты плавок представлены в таблице.

Как свидетельствуют результаты испытаний, использование шихтовой заготовки предлагаемого состава позволяет снизить расход чугуна в 2-3 раза и сократить длительность периода расплавления на 10-35%