способ выплавки железоуглеродистых сплавов в подовых печах

Формула изобретения

1. СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ В ПОДОВЫХ ПЕЧАХ, включающий закрытие подины слоем из шихтовых материалов, загрузку карбюризатора, загрузку остальной части шихты, плавление шихты и науглераживание расплава, доводку, отличающийся тем, что науглераживание расплава осуществляют в присутствии свежевосстановленного железа, получаемого при восстановлении карбюризатором загруженного в печь окисленного железосодержащего материала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оксиленный железосодержащий материал загружают на карбюризатор.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окисленных железосодержащих материалов используют окалину, или шлам, или отходы от резки и зачистки металла, или колошниковую пыль, или руду, или агломерат, или окатыши, или железосодержащие брикеты.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что подину закрывают слоем из оставленной части расплава предыдущей плавки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, к выплавке железоуглеродистых сплавов в подовых печах, а именно в мартеновских и электрических печах.

Известен жидкофазный способ восстановления железа (ПЖВ) из железосодержащих отходов (пылей газоочистки, окалины и др.) с получением жидкого железосодержащего полупродукта для выплавки стали, включающий непрерывную подачу в шлаковый расплав железосодержащий материал, твердое углеродистое топливо, флюс и другие добавки, барботирование расплава кислородосодержащим дутьем и подачу кислородосодержащее дутье над уровнем барботирумого расплава для дожигания выделяющихся из ванны горючих газов.

Недостатком этого способа являются трудности в получении заданного содержания углерода в расплаве, двухстадийность при выплавке стали и дополнительные капитальные затраты на проектирование и строительство специализированного агрегата.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является выплавка железосодержащего сплава в сталеплавильных печах, включающая загрузку карбюризатора на "подушку" из шихтовых материалов с расходом его в первой порции 60-70% от расчетного, затем стальной лом или стальную стружку и в последнюю очередь отходы собственного производства, прогрев шихты, плавление и науглероживание расплава, ввод оставшейся части углеродосодержащего материала [2] Этот способ принят за прототип.

Недостатками прототипа является высокая стоимость шихтовых материалов, невозможность утилизировать вторично окисленные железосодержащие материалы, невозможность получать высокоуглеродистые сплавы на свежей шихте.

Задачей изобретения является получение высокоуглеродистых сплавов на свежей шихте, утилизация окисленных железосодержащих отходов в типовых действующих сталеплавильных агрегатах.

При решении этой задачи достигается технический результат, связанный с экономией количества металлошихты и ее стоимости, утилизацией отходов находящихся в виде окисленных железосодержащих материалов.

Поставленная задача решается тем, что при выплавке железоуглеродистых сплавов, предусматривающей закрытие подины слоем ("подушкой") из шихтовых материалов, последовательные операции: загрузки карбюризатора, остальной части шихты, плавление и науглераживания расплава и последующей его доводки, науглераживание осуществляют в присутствии свежевосстановленного железа, которое получают при восстановлении карбюризатором загруженного в печь окисленного железосодержащего материала.

Окисленный железосодержащий материал может загружаться в печь на карбюризатор.

В качестве окисленного железосодержащего материала используют материалы из группы: окалина, шлам, отходы от резки и зачистки металла, колошниковая пыль, руда, агломерат, окатыши, железосодержащие брикеты.

"Подушку", закрывающую подину, можно также получать и оставлением части расплава предыдущей плавки.

Известно, что свежевосстановленное железо является катализатором для прохождения реакции: 2СО= С_с+СО₂, в результате которой выделяется сажистый углерод, существенно ускоряющий науглераживание расплава, в котором создаются условия для эффективного восстановления в нем окислов железа.

Исследования показали, что в сталеплавильных агрегатах при загрузке карбюризатора в слой металлошихты создается в этом слое зона с восстановительной атмосферой и условиями, близкими к необходимым для протекания приведенной реакции. Для получения свежевосстановленного железа нужно в эту зону ввести окисленные железосодержащие материалы. В качестве таких материалов могут быть использованы материалы из группы: окалина,шлам, отходы от резки и зачистки металла, колошниковая пыль, руда, агломерат, окатыши, железосодержащие брикеты.

Количества карбюризатора и окисленного материала следует брать в количестве, определяемом стехнометрическим соотношением согласно состава веществ. Материалы могут вноситься в смеси послойно и иным способом. Железо, не являющееся свежевосстановленным, химически не активно и не оказывает влияния на описанный процесс. Загрузка окисленных железосодержащих материалов на карбюризатор позволяет регулировать процесс науглераживания и облегчает организацию работы агрегата. "Подушка" служит для предотвращения контакта карбюризатора с подиной. Она может быть организована из шихтовых материалов как в жидком, так и в твердом виде. Толщина "подушки" выбирается таким образом, чтобы обеспечить наиболее ранний контакт карбюризатора с образующимся расплавом. Если указанные условия не будут выдержаны, то это вызовет уменьшение степени усвоения углерода из карбюризатора, выбросы и хлопки.

Наиболее рациональным приемом организации "подушки" являются оставленные части расплава предыдущей плавки, что позволяет уменьшить потери тепла, способствует раннему контакту карбюризатора с расплавом и более полному усвоению углерода, предотвращению выбросов и хлопков, ускорению шлакообразования и повышению производительности печи.

В этой связи наиболее предпочтительно использовать изобретение в электропечах (дуговых, индукционных) т.е. там, где применяется технология плавки с оставлением на подине жидкой составляющей "болото". Все эти факторы: выбор способа и места загрузки реагентов и толщины подушки в сочетании с выбором соотношения окисленного железосодержащего материала и карбюризатора позволяют выплавлять на свежей шихте в электропечах и в мартеновских печах высокоуглеродистые сплавы и стали.

Предлагаемый способ был реализован на 25 и 100-тонных дуговых электрических печах и 350-тонной мартеновской печи с основной футеровкой. Выплавлялись чугун и сталь.

П р и м е р 1. В 25-тонную электропечь с неконтролируемой атмосферой на "подушку" из остатков шлака предыдущей плавки загрузили 2,5 т коксовой мелочи и на него 4 т окалины, далее по обычной технологии загрузили 27 т низкоуглеродистого металлолома и 1,5 извести. Кислород не использовали. В конце периода плавления отбиралась проба на углерод, содержание которого составило 3,5% Дальнейшая обработка проводилась по обычной технологии. В результате плавки получили чугун, соответствующий составу, мас. С 3,5; Si 0,46; Mn 0,87; S 0,010; P 0,030.

П р и м е р 2. В 100-тонной электропечи с неконтролируемой атмосферой от предыдущей плавки составили 7 т расплава ("болото"). На расплав загрузили 1,0 т коксовой мелочи и на нее 16 т окалины, далее по обычной технологии загрузили 92 т низкоуглеродистого металлолома и 6 т извести. Кислород не использовали. В конце периода плавления отбиралась проба на углерод, содержание которого составило 0,56% Дальнейшая обработка проводилась по обычной технологии. В результате получили сталь 35 ГС соответствующую ГОСТу.

П р и м е р 3. В 350-тонную мартеновскую печь на "подушку" из 30 т низкоуглеродистого мелкого лома в среднее завалочное окно ближе к задней стенке заваливали 13,2 т коксовой мелочи и на нее 20 т отходов от огневой резки непрерывнолитых заготовок, далее по обычной технологии загрузили 310 т низкоуглеродистого металлолома и 21 т известняка. Кислород не использовался. В конце периода плавления отбиралась проба на углерод, содержание которого составило 0,87% Дальнейшая обработка проводилась по обычной технологии. В результате плавки получили сталь 17 ГС соответствующую ГОСТу.

Для сравнения технико-экономических данных проводились плавки по технологии прототипа.

Результаты всех плавок приведены в таблице. Из таблицы видно, что использование предложенной технологии позволяет полностью исключить из завалки чугун, до 20% сократить долю стальной части шихты, снизить стоимость шихтовых материалов за счет утилизации окисленных железосодержащих материалов.