способ получения стали в дуговой электросталеплавильной печи

Формула изобретения

Способ получения стали в дуговой электросталеплавильной печи, 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 стали твердой шлакообразующей смеси, раскислителей и легирующих и дальнейшую доводку стали, отличающийся тем, что на оставшийся в печи шлак и часть металла после выпуска плавки заливают жидкий чугун в количестве 15-70% от массы завалки и засыпают металлолом в количестве 30-85% от массы завалки в смеси с окалиной от машин газокислородной резки в количестве 1,5-4% 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 и в ковш во время выпуска присаживают карбид кальция в количестве 0,5-3% от массы стали в ковше или марганец и кремнийсодержащие сплавы из расчета среднего содержания марганца и кремния в готовой стали и известь из расчета 3-12 кг/т жидкой стали, а дальнейшую доводку стали по температуре и химическому составу проводят на агрегате печь-ковш.

Описание изобретения к патенту

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

Известен способ получения стали в дуговой электросталеплавильной печи, включающий завалку в печь металлолома, подачу чугуна, расплавление металлошихты, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию стали путем присадок порций железной руды или агломерата в смеси с известью, скачивание шлака через порог рабочего окна, раскисление стали и шлака в печи, выпуск стали в ковш под печным шлаком, присадку в ковш десульфурирующей смеси, состоящей из извести, плавикового шпата и порошка алюминия, отличающийся тем, что в состав завалки вводят агломерат или железную руду в количестве 30-60 кг/т стали, после проплавления металлошихты при расходе электроэнергии 220-320 кВт·ч/т металлолома в печь заливают жидкий чугун при температуре не ниже 1200°С со скоростью заливки 6-12 т/мин, проводят окисление газообразным кислородом с расходом 1500-3000 нм³/ч, соотношение присаживаемых железной руды или агломерата в смеси с известью поддерживают соответственно (1-2): (2,5-3,5) при их расходе 70-110 кг/т стали, после чего спускают шлак через порог рабочего окна, а соотношение извести, плавикового шпата и порошка алюминия вводимой в ковш десульфурирующей смеси поддерживают соответственно (1,1-1,5):(0,3-0,5):(0,05-0,1) при расходе смеси 14-18 кг/т стали [1].

Существенными недостатками данного способа выплавки стали являются:

- значительная длительность плавки;

- высокий расход ферросплавов;

- повышенные расходы электроэнергии и электродов.

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 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 на 180-240°С; 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 [2].

Существенными недостатками данного способа выплавки стали являются:

- повышенная длительность плавки в связи с необходимостью раскисления стали и шлака в печи,

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

- высокий расход ферросплавов и легирующих в связи с присадкой значительного количества ферросплавов в печь и используемой схемой раскисления стали.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются: сокращение длительности плавки, уменьшение расхода электроэнергии, электродов и ферросплавов.

Для этого предлагается способ получения стали в дуговой электросталеплавильной печи, 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, при котором на оставшийся в печи шлак и часть металла после выпуска плавки заливают жидкий чугун в количестве 15-70% от массы завалки и засыпают металлолом в количестве 30-85% от массы завалки в смеси с окалиной машин газокислородной резки в количестве 1,5-4% 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 0,5-3% от массы стали в ковше или марганец и кремнийсодержащие сплавы из расчета введения марганца и кремния на среднее содержание в готовой стали и известь из расчета 3-12 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 15-70% от массы завалки выбрано исходя из получения в стали необходимой концентрации углерода, при использовании жидкого чугуна менее 15% от массы завалки 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 повышенного 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 85% получаемая концентрация углерода при расплавлении не позволит провести усиленную дегазацию стали и удаление неметаллических включений при повышенном расходе кислорода.

Окалина от машин газокислородной резки в количестве 1,5-4% от массы завалки обеспечивает интенсификацию процесса обезуглероживания расплава. При содержании окалины менее 1,5% от массы завалки повышается длительность плавления, при увеличении количества окалины более 4% 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 м³/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 и последующему высокому «угару» ферросплавов.

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 0,5-3% от массы стали в ковше обеспечивает требуемое снижение концентрации кислорода. При присадке в ковш карбида кальция в количестве менее 0,5% от массы стали в ковше не удается снизить содержание кислорода в стали до требуемых значений и получить низкую окисленность стали. При присадке карбида кальция в количестве более 3% от массы стали в ковше возможно повышение концентрации углерода выше требуемых значений для определенных марок низкоуглеродистой стали.

Присадка в ковш марганец и кремнийсодержащих сплавов из расчета введения марганца и кремния на среднее содержание в готовой стали позволяет снизить концентрацию кислорода в стали и повысить усвоение легирующих и раскислителей.

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 12 кг/т жидкой стали возрастают тепловые потери, связанные с формированием шлака.

Заявляемый способ выплавки стали был реализован при выплавке стали марок ст 10-45, 40Х, 45Х, 60Г в дуговых электросталеплавильных печах типа ДСП 100И10. После выпуска плавки на остаток металла и шлака в печь заливался жидкий чугун (15-70 тонн), заливка проводилась из чугуновозного ковша посредством мостового крана при открытом своде печи на остаток печного шлака и металла. Далее бадьей осуществляли завалку 30-85 тонн металлолома в смеси с окалиной машин газокислородной резки с содержанием общего железа не менее 90% в количестве 1,5-4 т.

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 содержания углерода (не менее 0,10%) проводили выпуск плавки с отсечкой печного шлака. Ферросплавы в печь для раскисления металла и шлака в печь не присаживались. Для полной осечки печного шлака и снижения вероятности загрязнения стали неметаллическими включениями в печи оставляли 10-20 т стали.

При выпуске стали в ковш присаживали карбид кальция в количестве 50-300 кг или силикомарганец МнС17 400-1100 кг (в зависимости от выплавляемой марки стали) и известь в количестве 300-1200 кг. Дальнейшую доводку жидкой стали 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.

При выплавке стали по заявляемому способу получения стали в дуговой электросталеплавильной печи сокращена длительность плавки с 70-90 мин до 54-56 мин, расход электроэнергии уменьшен с 300-420 кВт·ч/т до 267-278 кВт·ч/т, электродов с 2,95-3,20 кг/т до 1,96-2,17 кг/т, снижен угар ферросплавов (марганецсодержащих на 8%, кремнийсодержащих на 9,5%).

Список источников

1. Патент РФ №2197535, кл. С21С 5/52, 7/06.

2. Патент РФ №2235790, кл. С21С 5/52, 7/076.