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, раскисление в печи стали алюминием и шлака порошком кокса, дробленого ферросилиция и гранулированного алюминия, выпуск плавки в ковш, присадку в ковш при выпуске твердой шлакообразующей смеси, состоящей из извести и плавикового шпата, отличающийся тем, что выплавку стали производят сериями, причем металлошихту первой плавки в серии дают массой на 10-15% больше массы металлошихты последующих плавок, а массу металлошихты последней плавки в серии уменьшают на 10-15%, окислительный период проводят до получения стали с содержанием углерода не менее 0,60% и температуры выше температуры ликвидуса на 180-240С, причем сталь раскисляют на всех плавках серии алюминием в количестве 0,07-0,10% от массы металлошихты, а раскисление шлака в печи порошком кокса, дробленого ферросилиция и гранулированного алюминия в количестве, соответственно, каждого 0,09-0,10% от массы металлошихты проводят на последней плавке в серии, при выпуске первой и последующих плавок отсекают печной шлак, а последнюю плавку выпускают с печным шлаком, при выпуске плавок в ковш присаживают твердую шлакообразующую смесь, состоящую из извести и плавикового шпата, при соотношении (1,0-1,5):(0,3-0,5), соответственно, в количестве 3-3,3% от массы жидкой стали, и необходимые раскислители и легирующие.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки рельсовой стали в дуговых электросталеплавильных печах.

Известен выбранный в качестве прототипа способ выплавки рельсовой стали в дуговых электросталеплавильных печах, включающий завалку металлолома в печь, заливку чугуна, расплавление, окислительный период, раскисление стали и шлака, выпуск плавки в ковш [1].

Существенными недостатками данного способа выплавки рельсовой стали являются:

- большая длительность плавки в связи с проведением восстановительного периода и раскисления металла и шлака в печи;

- высокий расход электроэнергии и электродов в связи с проведением выплавки на непрогретой металлошихте;

- повышенный уровень неметаллических включений экзогенного типа вследствие механических разрушений футеровки при завалке металлолома;

- повышенный уровень концентрации кислорода в стали в связи со значительной окисленностью печного шлака и отсутствием возможности отсечки шлака из печи;

- значительное содержание фосфора в стали вследствие раскисления печного шлака в печи и значительной рефосфорации в печи и при выпуске плавки в ковш;

- пониженный уровень физико-механических свойств в связи со значительной концентрацией в стали кислорода и загрязненностью стали неметаллическими включениями эндогенного типа.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются: сокращение длительности плавки, уменьшение расхода электроэнергии и электродов, снижение концентрации кислорода и фосфора, уменьшение загрязненности неметаллическими включениями и повышение комплекса физико-механических свойств.

Для этого выплавку стали производят сериями, причем металлошихту первой плавки в серии дают массой на 10-15% больше массы металлошихты последующих плавок, а массу металлошихты последней плавки в серии уменьшают на 10-15%, окислительный период проводят до получения стали с содержанием углерода не менее 0,60% и температуры выше ликвидуса 180-240С; причем сталь раскисляют на всех плавках серии алюминием в количестве 0,07-0,10% от массы металлошихты, а раскисление шлака в печи порошком кокса, дробленого ферросилиция и гранулированного алюминия в количестве, соответственно, каждого 0,09-0,10% от массы металлошихты, проводят на последней плавке в серии, при выпуске первой и последующих плавок отсекают печной шлак, а последнюю плавку выпускают с печным шлаком, при выпуске плавок в ковш присаживают твердую шлакообразующую смесь, состоящую из извести и плавикового шпата, при соотношении (1,0-1,5):(0,3-0,5), соответственно, в количестве 3-3,3% от массы жидкой стали, и необходимые раскислители и легирующие.

Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем. Шихтовка первой плавки на 10-15% больше массы металлозавалки (металлолом и жидкий чугун) обеспечивает переходящий от плавки к плавке расплавленный шлакостальной остаток, обеспечивающий, во-первых, при завалке металлолома в печь защиту от механических ударов и разрушений футеровки и, во-вторых, гарантированную отсечку печного шлака. При остатке в печи менее 10% возникает вероятность попадания печного шлака в ковш, а при остатке в печи более 15% от массы снижаются технико-экономические показатели плавки.

Содержание углерода выбрано исходя из того, что при понижении концентрации углерода менее 0,60% возрастает содержание кислорода в стали. Температура выбрана исходя из теплопотерь и условий разливки; при температуре ниже перегрева над температурой ликвидус на 180С из-за высоких теплопотерь в ковше невозможно осуществить разливку на МНЛЗ, при перегреве над температурой ликвидус на 240С необходимо для оптимизации температурно-скоростных режимов разливки охлаждать жидкую сталь в ковше. С целью стабилизации углерода в печь вводится алюминий, при этом при количестве алюминия менее 0,07% от массы металлозавалки концентрация алюминия в стали не обеспечивает необходимое зерно и комплекс требуемых физико-механических свойств, а при введении алюминия более чем на 0,10% “избыточная” концентрация приводит к значительной загрязненности стали недопустимыми неметаллическими включениями - алюминатами и глиноземом. Высокая окисленность печного шлака позволяет повысить степень дефосфорации, при этом плохая отсечка шлака (попадание окисленного печного шлака приводит как к повышению концентрации кислорода, так и уровня неметаллических включений). Раскисление шлака порошком кокса, дробленого ферросилиция и гранулированного алюминия на последней плавке в количестве 0,09-0,10% от массы металлозавалки обеспечивает требуемый уровень кислорода в стали при попадании раскисленного печного шлака в ковш.

В связи с отсечкой печного шлака в ковше наводится шлак из твердой шлакообразующей смеси, соотношение и количество смеси выбрано исходя из рафинирующей и теплоизолирующей способности ковшевого шлака. При количестве шлака менее 3% от массы велики теплопотери через шлак, при количестве шлака более 3,3% от массы необходимо значительное количество тепла для расплавления шлакообразующей смеси.

Заявляемый способ выплавки рельсовой стали был реализован при выплавке стали в дуговых электросталеплавильных печах ДСП-100И7. Выплавка проводилась по следующей схеме. Завалка первой плавки в серии по металлозавалке была на 10-15 т больше последующих завалок, а последней в серии плавки на 10-15 т меньше. Завалка состояла из 80-90 т металлолома и 3-8 т извести. Заливка чугуна в количестве 30-35 т проводилась из чугуновозного ковша посредством мостового крана при открытом своде после проплавления “колодцев” и частичного осаживания металлолома в печи. Окисление углерода проводили в печи до концентрации не менее 0,60% посредством продувки стали через сводовую водоохлаждаемую фурму, при этом температура в печи изменялась в пределах 1650-1710С. Далее проводили раскисление стали чушковым алюминием в количестве 70-100 кг, а на последней в серии плавке проводили дополнительно раскисление шлака порошком кокса, дробленого ферросилиция и гранулированного алюминия по 100 кг каждого. При выпуске в ковш присаживали твердую шлакообразующую смесь, состоящую из извести (1000 и 1500 кг) и плавикового шпата (300-500 кг), и необходимые раскислители и легирующие. Параметры опытных плавок приведены в таблице.

Заявляемый способ обеспечивает снижение длительности плавки в среднем на 20 мин и расход электроэнергии на 15 кВт ч/т, так же расхода электродов на 0,2 кг/т. Снижена загрязненность стали (длина строчки неметаллических включений для стали, выплавленной по заявляемой технологии, не более 2 мм, в то время как по базовой достигает 4 мм), уменьшается концентрация кислорода на 5%, фосфора в готовой стали на 9%; механические испытания рельсовой продукции показывают, что предел текучести и предел прочности увеличены на 4-6 МПа.

Источники информации

1. Технологическая инструкция ОАО “КМК” ТИ 103-ЭС-512-99 “Производство железнодорожных рельсов из электростали, разлитой на МНЛЗ и в изложницы”.