Патент на изобретение №2258084

(54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки стали в дуговых электросталеплавильных печах. Способ выплавки стали включает завалку металлолома и извести. После проплавления металлолома при расходе электроэнергии 180-300 кВт·ч/т металлолома заливают сверху жидкий чугун при температуре 1280-1400°С в количестве 30-60% от массы завалки, содержащий, мас.%: (2,0-3,5) С, менее 0,01 Si, менее 0,015 Р, менее 0,025 S. Окисляют углерод газообразным кислородом при температуре в печи не более 1700 °С. При выпуске стали отсекают печной шлак и оставляют 10-15% от общей массы жидкого металла в печи. Подают в ковш во время выпуска шлакообразующую смесь, состоящую из извести и плавикового шпата в соотношении (0,8-1,2):(0,2-0,5) с расходом 10-17 кг/т стали, и присаживают ферросплавы. Способ позволяет снизить расход электроэнергии и электродов при выплавке стали, сократить длительность плавки, повысить качество стали, уменьшить расход раскислителей и легирующих.

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

Известен выбранный в качестве прототипа 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 присаживаемой железной руды или агломерата в смеси с известью поддерживают соответственно (1-2):(2,5-3,5) при расходе 70-110 кг/т стали, после чего спускают шлак через порог рабочего окна, а соотношение извести, плавикового шпата и порошка алюминия в 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, связанная с необходимостью окисления примесей, находящихся в чугуне (углерод, кремний, фосфор);

– повышенный расход электродов в связи с затягиванием плавки, вызванным окислением примесей;

– высокий расход электроэнергии, связанный с формированием большого количества шлака, получаемого при связывании оксидов окислившегося кремния чугуна с оксидами кальция, а также необходимостью расплавления требуемых присадок шлакообразующих;

– повышенный расход ферросплавов, связанный с легированием и раскислением стали в печи и в ковше под высокоокисленными шлаками;

– высокий уровень загрязненности стали неметаллическими включениями;

– повышенное содержание «остаточных» («цветных») примесей (хрома, никеля, меди и др.), находящихся в оборотном ломе, не окисляющихся в ходе окислительного периода и не разбавляющихся при использовании заявляемых количеств жидкого чугуна, что в конечном итоге затрудняет, в ряде случаев не позволяет выплавлять сталь заданного химического состава.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются: сокращение расхода электроэнергии и электродов, уменьшение длительности плавки, снижение расхода раскислителей и легирующих при выплавке стали, повышение качества стали.

Для этого предложен способ выплавки стали в дуговой электропечи, включающий завалку металлолома и извести, расплавление металлолома, заливку жидкого чугуна, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию, последующий выпуск стали в ковш и присадку в ковш во время выпуска шлакообразующей смеси, состоящей из извести и плавикового шпата, причем заливают жидкий чугун в количестве 30-60% от массы завалки, при содержании в нем, мас.%: углерода 2,0-3,5, менее 0,01 кремния, менее 0,015 фосфора, менее 0,025 серы, причем чугун заливают при температуре 1280-1400°С сверху в печь после проплавления металлолома при расходе электроэнергии 180-300 кВт·ч/т металлолома, температуру в печи при окислении углерода поддерживают не более 1700°С, выпуск стали в ковш проводят с отсечкой печного шлака с оставлением 10-15% от общей массы жидкого металла в печи, подают в ковш во время выпуска стали шлакообразующую смесь при соотношении в ней извести и плавикового шпата (0,8-1,2):(0,2-0,5) с расходом 10-17 кг/т стали и присаживают ферросплавы.

Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем. Количество жидкого чугуна (30-60% от массы завалки) выбрано исходя из получения в стали необходимой концентрации углерода, при использовании жидкого чугуна менее 30% от массы завалки концентрация углерода при расплавлении не позволит провести усиленную дегазацию стали и удаление неметаллических включении, а использование жидкого чугуна в количестве более 60% от массы завалки приводит к повышенной концентрации углерода при расплавлении и увеличению длительности плавки в связи с необходимостью окисления «избыточного» углерода стали.

Концентрация углерода в жидком чугуне выбрана исходя из того, что при содержании углерода менее 2,0% в связи с незначительным перегревом над температурой ликвидус и незначительным временем для кристаллизации невозможна транспортировка полупродукта на большие расстояния, а при увеличении содержания углерода более 3,5% увеличивается продолжительность плавки при окислении «избыточной» концентрации.

При увеличении содержания кремния более 0,01% для нейтрализации SiO₂, образующегося при окислении, необходимо значительное количество извести, в связи с чем наблюдаются значительные теплопотери и увеличивается расход электроэнергии и электродов.

Превышение заявляемых концентраций фосфора и серы в полупродукте приводит к более интенсивным дефосфорации и десульфурации стали, что в свою очередь приводит к увеличению длительности плавки, расхода электроэнергии и электродов.

Заливка при температуре 1280-1400°С обеспечивает наименьшее спелеобразование (выделение чешуйчатого графита) и уменьшение вероятности короткого замыкания в электропечных агрегатах. При снижении температуры менее 1280°С происходит кристаллизация полупродукта, а при увеличении температуры более 1400°С высокий перегрев над температурой ликвидус приводит к увеличению износа футеровки ковша и вероятности «ухода» металла из ковша.

Заливка жидкого чугуна при расходе электроэнергии менее 180 кВт·ч/т приводит к увеличению длительности плавки и повышению общего расхода электроэнергии на плавку в связи с образованием чугунно-стального конгломерата. Причем при расплавлении последнего интенсивному излучению подвергаются водоохлаждаемые части свода и панели, а также разрушению огнеупорные части печи, приводящему к повышению общего уровня загрязненности стали неметаллическими включениями. В случае заливки чугуна при расходе более 300 кВт·ч/т металлолома сталь перегревается и переокисляется вследствие интенсивного введения в печь газообразного кислорода, в связи с чем могут возникнуть условия непрогнозируемого окисления углерода с последующим выбросом шлака и металла из печи. При этом концентрация углерода в печи позволяет снизить заявляемые пределы до 180-300 кВт·ч/т по сравнению с прототипом 220-320 кВт·ч/т.

При превышении температуры в печи более 1700°С при окислении углерода происходит интенсивный размыв футеровки и загрязнение стали неметаллическими включениями. Выпуск стали с отсечкой печного шлака позволяет снизить вероятность загрязнения стали неметаллическими включениями экзогенного типа, при этом оставление 10-15% от общей массы жидкого металла в печи гарантирует хорошую отсечку. Превышение остатка в печи более 15% снижает технико-экономические показатели плавки, а снижение остатка менее 10% не обеспечивает гарантированную отсечку печного шлака.

Присадка в печь шлакообразующей смеси, состоящей из извести и плавикового шпата в соотношении (0,8-1,2):(0,2-0,5) и расходом 10-17 кг/т стали, обеспечивает хорошую десульфурацию стали и высокую рафинирующую способность от неметаллических включений.

Заявляемый способ получения стали был реализован при выплавке стали в 100-тонных дуговых электропечах с трансформатором мощностью 95 МВА.

Подготовка жидкого чугуна к плавке проводилась в 420-т мартеновских печах. В чугуновозных ковшах осуществляли доставку в электросталеплавильный цех, где проводили выплавку стали марок 60Г-70Г, ст.45-65. Завалка состояла из 40-70 т металлолома и шлакообразующих. Заливка жидкого чугуна проводилась из чугуновозного ковша посредством мостового крана при открытом своде печи после проплавления «колодцев» и частичного осаживания металлолома в печи при расходе электроэнергии 180-300 кВт·ч/т. Сразу же после заливки чугуна осуществляли скачивание шлака через порог рабочего окна печи. Окисление углерода проводили продувкой стали в печи газообразным кислородом через сводовую водоохлаждаемую фурму. Для лучшей дефосфорации в печь присаживались порции железной руды и плавикового шпата. Во время окисления углерода температура в печи не превышала 1700°С, причем температура заливаемого полупродукта изменялась в пределах 1280-1400°С. При достижении требуемого содержания углерода, фосфора и температуры проводили выпуск плавки с отсечкой печного шлака. Для полной осечки печного шлака и снижения вероятности загрязнения стали неметаллическими включениями в печи оставляли 10-15 т стали.

При выпуске стали для лучшей десульфурации в ковш присаживали известь и плавиковый шпат в количестве соответственно 800-1200 и 200-500 кг и расходом 10-17 кг/т стали. В ковш при выпуске присаживались требуемые ферросплавы, что уменьшило угар ферросплавов.

При выплавке по заявляемому способу на 87 плавках сокращен расход электродов с 3,8-3,9 кг/т до 3,5-3,6 кг/т, расход электроэнергии с 400-420 кВт·ч/т до 380-400 кВт·ч/т, длительность плавки снижена с 1 ч 40 мин до 1 ч 10 мин – 1 ч 30 мин, уменьшено содержание хрома и никеля до 0,03%, меди до 0,05%, загрязненность стали неметаллическими включениями (средний бал загрязненности не превышает 0,8).

Источники информации

1. Патент РФ №2197535, кл. С 21 С 5/52, 7/06.

Формула изобретения

Способ выплавки стали в дуговой электропечи, включающий завалку металлолома и извести, расплавление металлолома, заливку жидкого чугуна, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию, последующий выпуск стали в ковш и присадку в ковш во время выпуска шлакообразующей смеси, состоящей из извести и плавикового шпата, отличающийся тем, что заливают жидкий чугун в количестве 30 – 60% от массы завалки при содержании в нем, мас.%: углерода 2,0 – 3,5, менее 0,01 кремния, менее 0,015 фосфора, менее 0,025 серы, причем чугун заливают при температуре 1280 – 1400°С сверху в печь после проплавления металлолома при расходе электроэнергии 180 – 300 кВт·ч/т металлолома, температуру в печи при окислении углерода поддерживают не более 1700°С, выпуск стали в ковш проводят с отсечкой печного шлака с оставлением 10 – 15% от общей массы жидкого металла в печи, подают в ковш во время выпуска стали шлакообразующую смесь при соотношении в ней извести и плавикового шпата (0,8 – 1,2):(0,2 – 0,5) с расходом 10 – 17 кг/т стали и присаживают ферросплавы.