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, выплавку стали сериями, выпуск плавки с оставлением шлака и части металла в печи, присадку в ковш во время выпуска твердой шлакообразующей смеси, раскислителей и легирующих, отличающийся тем, что на оставшийся в печи шлак и часть металла после выпуска плавки проводят заливку жидкого чугуна в количестве 25-70% от массы завалки, загрузку металлолома в количестве 30-75% от массы завалки в смеси с окалиной машин газокислородной резки в количестве 1-3% от массы завалки, окисление проводят газообразным кислородом с расходом 50-140 м³/ч на тонну металлошихты до содержания углерода не менее 0,10% и температуры не более 1720°С, в ковш при выпуске присаживают карбид кальция в количестве 1-6% от массы стали в ковше или марганецсодержащие сплавы из расчета введения марганца не менее чем 0,50% и известь из расчета 3-10 кг/т жидкой стали, дальнейшую доводку стали по температуре и химическому составу проводят на агрегате ковш-печь.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки рельсовой стали в электропечах.

Известен выбранный в качестве прототипа 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 металлшихты 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 на 180-240°C; 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 [1].

Существенными недостатками данного способа выплавки рельсовой стали являются:

- значительная длительность плавки,

- высокие расходы электродов и электроэнергии,

- повышенный расход легирующих и ферросплавов.

Известен также способ выплавки рельсовой стали, включающий завалку в дуговую электросталеплавильную печь металлолома, чугуна и извести, расплавление металлошихты, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию путем присадки железной руды и извести, скачивание окислительного шлака через порог рабочего окна, раскисление стали и шлака в печи, последующий выпуск стали под печным шлаком в ковш, присадку в ковш во время выпуска смеси, состоящей из извести, плавикового шпата, силикокальция и феррованадия, отличающийся тем, что в завалку дополнительно присаживают железную руду в количестве 4-5% от веса завалки, известь подают в количестве 4-8% от веса завалки, чугун присаживают в виде жидкого чугуна, который заливают сверху в печь после проплавления металлолома при расходе электроэнергии 220-320 кВт·ч/т металлолома в количестве 30-35% от веса завалки со скоростью 6-12 т/мин, при этом газообразный кислород подают с расходом 15-30 нм ³/т стали, а температуру в печи при окислении углерода поддерживают не более 1680°C, железную руду и известь для дефосфорации присаживают с расходом 70-120 кг/т стали в соотношении соответственно (1-2):(2,5-3,5) с последующим спуском окислительного шлака, а расход присаживаемой в ковш во время выпуска стали смеси поддерживают в пределах 18-27 кг/т стали при соотношении в ней извести, плавикового шпата, силикокальция и феррованадия (1-1,50):(0,30-0,40):(0,50-0,65): (0,07-0,15) соответственно [2].

Существенными недостатками данного способа выплавки рельсовой стали являются:

- значительная длительность плавки в связи с разведением операций загрузки металлолома и заливки жидкого чугуна во временном интервале, а также необходимостью раскисления стали и шлака в печи,

- высокий «угар» ферросплавов и легирующих в связи с повышенной окисленностью печного шлака и присадкой значительного количества ферросплавов в печь,

- высокие расходы электроэнергии и электродов, связанные с повышенной длительностью плавки,

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

Желаемыми техническими результатами изобретения являются: сокращение длительности плавки, уменьшение расхода электроэнергии, электродов и ферросплавов, снижение загрязненности стали неметаллическими включениями и повышение уровня механических свойств стали.

Для этого предлагается способ выплавки рельсовой стали, включающий подачу в дуговую электросталеплавильную печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление, окислительный период, выплавку стали сериями, выпуск плавки с оставлением шлака и части металла в печи, присадку в ковш во время выпуска твердой шлакообразующей смеси, раскислителей и легирующих, отличающийся тем, что на оставшийся в печи шлак и часть металла после выпуска плавки проводят заливку жидкого чугуна в количестве 25-70% от массы завалки, загрузку металлолома в количестве 30-75% от массы завалки в смеси с окалиной машин газокислородной резки в количестве 1-3% от массы завалки, окисление проводят газообразным кислородом с расходом 50-140 м³ /ч на тонну металлошихты до содержания углерода не менее 0,10% и температуры не более 1720°С, перед выпуском шлак и металл в печи не раскисляют, в ковш при выпуске присаживают карбид кальция в количестве 1-6% от массы стали в ковше или марганецсодержащие сплавы из расчета введения марганца не менее чем на 0,50% и известь из расчета 3-10 кг/ т жидкой стали, дальнейшую доводку стали по температуре и химическому составу проводят на агрегате ковш-печь.

Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем.

Количество жидкого чугуна в количестве 25-70% от массы завалки выбрано исходя из получения в стали необходимой концентрации углерода, при использовании жидкого чугуна менее 25% от массы завалки не удается получить требуемые для рельсовой стали концентрации остаточных элементов (хрома, никеля и меди) и получаемая концентрация углерода при расплавлении не позволит провести усиленную дегазацию стали и удаление неметаллических включений при повышенном расходе кислорода, а использование жидкого чугуна в количестве более 70% от массы завалки приводит к повышенной концентрации углерода при расплавлении и увеличению длительности плавки в связи с необходимостью окисления «избыточного» углерода стали.

Количество металлолома связано с жидким чугуном. При использовании металлолома в количестве менее 30% от массы завалки возрастает концентрация углерода в расплаве, в связи с чем увеличивается длительность плавки в связи с ограничением скорости выгорания углерода, при количестве более 75% возможно получение высоких концентраций остаточных металлов.

Окалина от машин газокислородной резки в количестве 1-3% от массы завалки обеспечивает интенсификацию процесса обезуглероживания расплава. При содержании окалины менее 1% от массы завалки повышается длительность плавления, при увеличении количества окалины более 3% возможно резкое протекание процесса обезуглероживания с последующими выбросами шлака и стали из печи.

Расход кислорода выбран исходя из следующих условий: при расходе кислорода менее 50 м ³/ч на тонну металлошихты увеличивается продолжительность плавки, а при расходе кислорода более 140 м³ /ч на тонну металлошихты скорость окисления углерода значительно меньше скорости диффузии кислорода, в связи с чем снижается коэффициент полезного использования кислорода. При этом снижение содержания углерода в печи менее 0,10% приводит к значительной переокисленности стали в печи, высокому «угару» ферросплавов, повышению загрязненности стали неметаллическими включениями и снижению качественных показателей выплавляемой стали.

При превышении температуры в печи более 1720°C при окислении углерода происходит интенсивный размыв футеровки и загрязнение стали неметаллическими включениями, увеличивается расход электродов и электроэнергии.

Присадка карбида кальция в количестве 1-6% от массы стали в ковше обеспечивает требуемое снижение концентрации кислорода и обеспечивает необходимую длину строчки по неметаллическим включениям. При присадке в ковш карбида кальция в количестве менее 1% от массы стали в ковше не удается снизить содержание кислорода в стали до требуемых значений и получить низкую окисленность стали, при этом основное количество растворенного кислорода при присадке взаимодействует с углеродом карбида кальция с образованием оксида углерода СО, в результате чего сталь не загрязняется неметаллическими включениями (типа МеО), значительно снижающими физико-механические свойства стали. При присадке карбида кальция в количестве более 6% от массы стали в ковше возможно повышение концентрации углерода выше требуемых значений для определенных марок рельсовой стали.

Присадка марганцевых сплавов в ковш из расчета введения марганца не менее чем на 0,50% позволяет снизить концентрацию кислорода в стали до требуемых значений.

Присадка извести позволяет сформировать рафинирующий шлак в ковше и снизить тепловые потери. При расходе извести менее 3 кг/т жидкой стали невозможно получить требуемую рафинирующую способность шлака, а при увеличении свыше 10 кг/т жидкой стали возрастают тепловые потери, связанные с формированием шлака.

Заявляемый способ выплавки рельсовой стали был реализован при выплавке рельсовой стали марок Э76Ф, стали в дуговых электросталеплавильных печах типа ДСП 100И10. После выпуска плавки на остаток металла и шлака в печь заливка жидкого чугуна (25-70 тонн) проводилась из чугуновозного ковша посредством мостового крана при открытом своде печи на остаток печного шлака и металла. Далее бадьей осуществляли завалку 30-75 тонн металлолома в смеси с окалиной машин газокислородной резки с содержанием общего железа не менее 90% в количестве 1-3 т. Работа проводилась без последующих подвалок металлолома в печь. Окисление углерода проводили продувкой стали в печи газообразным кислородом через систему газокислородных горелок. Во время окисления углерода температура в печи не превышала 1720°C. При достижении требуемого (в зависимости от марки стали) содержания углерода (0,10-0,70%) и фосфора проводили выпуск плавки с отсечкой печного шлака. Ферросплавы для раскисления металла и шлака в печь не присаживались. Для полной осечки печного шлака и снижения вероятности загрязнения стали неметаллическими включениями в печи оставляли 10-15 т стали.

При выпуске стали в ковш присаживали карбид кальция 100-600 кг или силикомарганец МнС17 800-900 кг и известь в количестве 300-1200 кг. Дальнейшую доводку стали марок НЭ76Ф и Э76Ф по температуре и химическому составу проводили на агрегате типа ковш-печь. Разливку стали проводили на 4-ручьевых МНЛЗ с сечением кристаллизатора 300×330 мм. Далее проводили нагрев непрерывнолитых заготовок в печи с шагающими балками и прокатку на рельсы типа Р65.

При выплавке стали по заявляемому способу сокращена длительность плавки с 70-90 мин до 54-57 мин, электроэнергии с 300-420 до 267-285 кВт·ч/т, электродов с 2,95-3,20 до 1,96-2,45 кг/т; снижен угар ферросплавов (марганецсодержащих на 9%, кремнийсодержащих на 12%); уменьшена максимальная длина строчки 0,1 мм (по базовой достигает 2 мм); увеличены предел текучести и предел прочности на 6-8 МПа, повышена ударная вязкость при отрицательных температурах на 0,4-0,6 Дж/см ².

Список источников

1. Патент РФ №2235790, кл С21С 5/52, 7/07.

2. Патент РФ №2197536, кл. С21С 5/52, 7/06.