Патент на изобретение №2346059

(54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки рельсовой стали в дуговых электросталеплавильных печах. Способ включает выплавку стали сериями с подачей в печь металлолома и жидкого чугуна, расплавление, окислительный период с использованием газообразного кислорода, выпуск плавки с оставлением шлака и части металла в печи, присадку в ковш во время выпуска твердой шлакообразующей смеси, раскислителей и легирующих. Продувку стали газообразным кислородом проводят с интенсивностью 80-120 нм³/ч на тонну выплавляемой стали. Перед выпуском стали из печи в течение 0,5-4 мин осуществляют вдувание углеродсодержащего материала с расходом 15-100 кг/мин. Использование изобретения позволяет повысить качество выплавляемой стали, уменьшить расход ферросплавов, легирующих и газообразного кислорода, снизить расход металлошихты и повысить стойкость футеровки печи.

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°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 [1].

Существенными недостатками данного способа выплавки рельсовой стали являются:

– неудовлетворительное качество выплавляемой стали в связи с повышенным уровнем содержания кислорода перед выпуском стали из печи и, как следствие, высокий уровень загрязненности выплавляемой по данному способу стали неметаллическими включениями;

– высокий расход кислорода на тонну выплавляемой стали;

– пониженный выход годного в связи с переокисленностью шлака и высоким содержанием (FeO) в печном шлаке;

– пониженная стойкость футеровки печи в связи с высоким содержанием (FeO) в печном шлаке.

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 нм³/т стали, а температуру в печи при окислении углерода поддерживают не более 1680°С, 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:

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

– неудовлетворительное качество выплавляемой стали в связи с повышенным уровнем содержания кислорода перед выпуском из печи в стали и шлаке и, как следствие, высокий уровень загрязненности выплавляемой по данному способу стали неметаллическими включениями;

– пониженная стойкость футеровки печи в связи с высоким содержанием (FeO) в печном шлаке, связанным с высокой окислительной способностью газообразного кислорода и железной руды.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются: повышение качества выплавляемой стали, уменьшение расхода ферросплавов, легирующих и газообразного кислорода, снижение расхода металлошихты и повышение стойкости футеровки печи.

Для этого предложен способ выплавки рельсовой стали, включающий выплавку стали сериями с подачей в дуговую электросталеплавильную печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление, продувку металла газообразным кислородом, выпуск металла в ковш с оставлением шлака и части металла в печи, присадку в ковш во время выпуска твердой шлакообразующей смеси, раскислителей и легирующих, причем продувку стали газообразным кислородом проводят с интенсивностью 80-120 нм³/ч на тонну выплавляемой стали, при достижении требуемого содержания углерода в стали продувку кислородом прекращают и осуществляют вдувание углеродсодержащего материала с расходом 15-100 кг/мин в течение 0,5-4 мин перед выпуском металла из печи.

Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем.

Продувка стали газообразным кислородом проводится с интенсивностью 80-120 нм³/ч на тонну выплавляемой стали исходя из того, что при снижении интенсивности менее 80 нм³/ч на тонну выплавляемой стали увеличивается длительность плавки за счет снижения скорости обезуглероживания стали. При повышении интенсивности продувки стали кислородом более 120 нм³/ч на тонну выплавляемой стали коэффициент использования кислорода для реакции обезуглероживания снижается, и газообразный кислород используется неэффективно (скорость окисления углерода значительно меньше скорости диффузии кислорода), кроме того, увеличивается содержание (FeO) в печном шлаке и соответственно уменьшается выход годного.

Присадка коксовой пыли позволяет, с одной стороны, проводить успешное вспенивание шлака за счет взаимодействия растворенного кислорода в шлаке по реакции: (FeO)+С={СО}, а с другой стороны, проводить дополнительное раскисление стали углеродом по реакции:

[О]+С={СО}, что, в свою очередь, снижает расход ферросплавов и соответственно загрязненность стали неметаллическими включениями. Таким образом, вспенивание шлака в заявляемом способе происходит только за счет углеродсодержащего материала.

Вдувание углеродсодержащего материала с расходом менее 15 кг/мин, а также время вдувания менее 0,5 мин не обеспечивают требуемого снижения содержания (FeO) в печном шлаке, а также кислорода в жидкой стали.

При вдувании углеродсодержащего материала с расходом более 100 кг/мин, а также при увеличении времени вдувания более 4 мин происходит неэффективное использование углеродсодержащего материала (снижение вспенивающего эффекта шлака и повышение степени науглероживания стали), в результате чего в конечном итоге увеличивается длительность плавки.

Заявляемый способ выплавки рельсовой стали был реализован при выплавке рельсовой стали марки Э76Ф, НЭ76Ф в дуговых электросталеплавильных печах типа ДСП 100И10. На остаток металла и шлака в печи заваливался металлолом и заливался жидкий чугун. Окисление углерода проводили продувкой стали в печи газообразным кислородом через систему газокислородных горелок, причем интенсивность продувки составляла 80-120 нм³/ч на тонну выплавляемой стали. Вспенивание шлака (для защиты футеровки и водоохлаждаемых элементов печи от дуг электродов) проводили введением в печь углеродсодержащего материала через систему инжекции порошкообразных материалов виртуальных стеновых горелок фирмы BSE. В качестве углеродсодержащего материала использовали раздельно:

коксовую пыль установок сухого тушения кокса с содержанием углерода более 86%;

шлам коксохимического производства: 4,5% SiO₂; 0,9% CaO; 2,1% MgO; 2,8% Al₂O₃; 0,1% TiO₂; 0,11% K₂O; 0,12% NaO; 1,03% SO₃; 0,67% P₂O₅; 86,4% C;

уголь ССПК: углерода более 76%; зола 9,5%; влага 5-7%; сера 0,32%; выход летучих веществ 22,6%.

При достижении требуемого содержания углерода и температуры непосредственно за 0,5-4 мин до выпуска стали из печи прекращали подачу кислорода через систему газокислородных горелок и при работающей печи проводили вдувание через систему инжекции порошкообразных материалов коксовую пыль с расходом 15-100 кг/мин. Выпуск плавки проводили с отсечкой печного шлака. Ферросплавы в печь для раскисления металла и шлака в печь не присаживались. Для полной отсечки печного шлака и снижения вероятности загрязнения стали неметаллическими включениями в печи оставляли 10-20 т стали. При выпуске стали в ковш присаживали силикомарганец из расчета введения на нижний предел содержания его в готовой стали и известь. Дальнейшую доводку стали по температуре и химическому составу проводили на агрегате типа ковш-печь. Разливку стали проводили на четырех ручьевых МНЛЗ с сечением кристаллизатора 300×330 мм. Далее проводили нагрев непрерывнолитых заготовок в печи с шагающими балками и прокатку на рельсы типа Р65.

Заявляемый способ обеспечивает уменьшение содержания кислорода до 20 ppm, снижение загрязненности стали (длина строчки неметаллических включений для стали, выплавленной по заявляемой технологии, не более 0,8 мм, в то время как по базовой 1 мм). При использовании заявляемого способа снижен расход ферросплавов (марганецсодержащих на 0,5%, кремнийсодержащих на 0,15%), расход кислорода уменьшен от 0,65 до 8 м³ на тонну выплавляемой стали, расход металлошихты снижен с 1132,0 до 1131,8 кг на тонну годной непрерывнолитой заготовки, расход печных огнеупоров снижен на 0,01 кг на тонну выплавляемой стали.

Источники информации

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

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

Формула изобретения

Способ выплавки рельсовой стали сериями в дуговой электросталеплавильной печи, включающий подачу в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление, продувку металла газообразным кислородом, выпуск металла в ковш с оставлением шлака и части металла в печи, присадку в ковш во время выпуска металла твердой шлакообразующей смеси, раскислителей и легирующих, отличающийся тем, что продувку стали газообразным кислородом проводят с интенсивностью 80-120 нм³/ч на тонну выплавляемой стали, при достижении требуемого содержания углерода в стали продувку кислородом прекращают и осуществляют вдувание углеродсодержащего материала с расходом 15-100 кг/мин в течение 0,5-4 мин перед выпуском металла из печи.