Способ внепечной обработки стали

 

Сущность: материалы, используемые для внепечной обработки, предварительно загружают в пустой ковш установки и расплавляют , нагревают и обрабатывают их с . помощью электродугового либо плазменного нагрева, после чего в этот ковш с жидкими материалы выпускают подлежащий обработке полупродукт и по достижении требуемого состава и температуры металла производят его разливку. Расплавление материалов осуществляют с помощью одного электрода либо плазмотрона, расположенного соосно с ковшом, и дуги постоянного тока, а после выпуска из плавильной печи полупродукта в ковш с предварительно расплавленными материалами, дополнительно обрабатывают его на установке печь-ковш. Шлакообразующие материалы вводят поверх слоя частично, либо полностью расплавленных маталлических материалов, которые во время расплавления в печи-ковше подвергают вакуумной обработке. Кроме того, ковш подают к плавильному агрегату под той же крышкой, под которой производилось плавление материалов, а выпуск металла в ковш осуществляют через отверстие в крышке для плазматрона либо электрода. Расплав материалов, используемых для внепечной обработки, продувают аргоном или азотом через пробку в ковше во время его передачи к плавильному агрегату и во время выпуска в него плавки, азотирование также осуществляют путем обработки азотсодержащей плазмой и продувкой азотом через Пробку, причем в качестве материалов могут использоваться замасленные лом, отходы и стружка, которые подвергаются при этом термическому обезжириванию. Кроме того, во время предварительного плавления и обработки материалов в ковше производят их науглероживание из расчета получения углерода в пределах марочного после выпуска в ковш полупродукта из плавильной печи. w Ё 00 го к hO

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s С 21 С 7/10

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) Ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К AW Î ÑÊÎÜÂ СВИ,ЦЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4862856/02 (22) 21.06.90 (46) 30.04.93. Бюл. ¹ 16 (71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им, И.П. Бардина (72) А,И.Донец, Г.H.Îêîðîêîâ, Б.Л.Косов, Я.Л;Кац, B.Â.Øàõíîâè÷ и АУ.Камалов (56) Изв. вузов ЧМ, 1989, ¹ 8, с.23 — 27.

Морозов А.Н, Современное производство стали в дуговых печах. М.: Металлургия, 1987, с. 149-152, (54) СПОСОБ ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ

СТАЛИ (57) Сущность: материалы, используемые для внепечной обработки, предварительно загружают в пустой ковш установки и расплавляют, нагревают и обрабатывают их с . помощью электродугового либо плазменного нагрева, после чего в этот ковш с жидкими материалы выпускают подлежащий обработке полупродукт и по достижении требуемого состава и температуры металла производят его разливку. Расплавление материалов осуществляют с помощью одного электрода либо плазмотрона, расположенного соосно с ковшом, и дуги постоянного тока, а после выпуска из плавильной печи полупродукта в ковш с предварительно рас1

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при внепечной обработке расплава.

Цель изобретения — сокращение времени обработки, затрат на выплавку стали и повышение качества металла, Поставленная цель достигается тем, что в способе внепечной обработки металла на. Ж 1812221 А1 плавленными материалами, дополнительно обрабатывают его на установке печь-ковш.

Шлакообразующие материалы вводят поверх слоя частично, либо полностью расплавленных маталлических материалов, которые во время расплавления в печи-ковше подвергают вакуумной обработке. Кроме того, ковш подают к плавильному агрегату под той же крышкой, под которой производилось плавление материалов, а выпуск металла в ковш осуществляют через отверстие в крышке для плазматрона либо электрода.

Расплав материалов, используемых для внепечной обработки, продувают аргоном или азотом через пробку в ковше во время его передачи к плавильному агрегату и во время выпуска в него плавки, азотирование также осуществляют путем обработки азотсодержащей плазмой и продувкой азотом через пробку, причем в качестве материалов могут использоваться замасленные лом, отходы и стружка, которые подвергаются при этом термическому обезжириванию, Кроме того, во время предварительного плавления и обработки материалов в ковше производят их науглероживание из расчета получения углерода в пределах марочного после выпуска в ковш полупродукта из плавильной печи. установке печь-ковш, включающем выплавку полупродукта в плавильном агрегате, выпуск его в разогретый ковш, введение шлакообразующих материалов на поверхность расплава, рафинировку и доводку по химическому составу и температуре с помощью электрической дуги, и разливку, согласно изобретению, материалы, 1812221 используемые для внепечной обработки, предварительно загружают в пустой ковш установки, нагревают, расплавляют и обрабатывают путем вакуумирования и/или продувки инертным газом или азотом через пористую пробку в ковше, причем продувка не прекращается и во время его передачи от стенда нагрева к плавильному агрегату и во время выпуска в него плавки.

Предварительное расплавление материалов, используемых для внепечной обработки, осуществляют с помощью дуги постоянного тока, горящей между расплавом и одним электродом или плазмотроном, расположенным соосно ковшу, кроме этого в ковш загружают металлические материалы,.зажигают плазменный либо дуговой разряд, после чего поверх слоя частично либо полностью расплавленных металллических материалов вводят шлакообразующие.материалы, помимо этого после предварительного расплавления материалов, используемых для внепеченой обработки, ковш подают к плавильному агрегату под той же футерованной крышкой, под которой производили плавление материалов, а во время выпуска металла в ковш струя проходит через отверстие в крышке для плазмотрона либо электрода, также новизна усматривается в том, что во время предварительного плавления материалов, используемых для внепечной обработки, их азотируют путем обработки азотсодержащей плазмой и продувки азотом через пористую пробку, кроме того в качестве материалов, подвергающихся предварительному плавлению и обработке, используют замасленные лом и отходы, которые при атом подвергаются термическому обезжириванию, помимо этого новизна усматривается в том, что во время предварительного плавления материалов, используемых для внепечной обработки, производят их науглероживание из расчета получения содержания углерода в пределах марочного после. выпуска в ковш полупродукта из плавильной печи.

Сущность изобретения состоит в следующем. Легирующие, раскислители и шлакообразующие материалы, используемые для внепечной доводки металла, заваливаются в ковш установки печи-ковш и расплавляются с помощью дугового либо плазменного разряда. Одновременно с этими материалами в ковш могут заваливаться и подвергаться плавлению отходы выплавляемой марки или других подходящих по химическому составу марок, которые имеют габариты, позволяющие подавать их в ковш, Этот прием позволяет существенно повысить долю обходов в шихте, используемой для производства стали при выплавке полупродукта в агрегатах типа конвертора, а также повысить усвоение из отходов легирующих элементов по сравнению с введением их в плавильный агрегат. Во время плавления материалов в ковше происходит также, высокотемпературный разогрев футеровки ковша, так что не требуется специального стенда, времени

10 и расхода топлива и кислорода для этой операции. В начале плавления после зажигания разряда дуги горит частично или полностью в "колодце" из твердой шихты. В это время вводится мощность максимальная, а

"5 эффективность использования тепла во много раз выше, чем в случае способа-прототипа, когда материалы вводятся по ходу внепечной обработки в ковш с металлом с температурой 1500 — 1600 С, и необходимо

20 передать тепло на их плавление при этой температуре в условиях, когда вводить большую мощность нельзя из-за низкой стойкости футеровки, а тепловые потери ковша велики. После частичного плавления и осе25 дания шихты на дно ковша дуга начинает гореть открыто и происходит высокотемпературный разогрев его футеровки и доплавление материалов, используемых для внепечной обработки, Вводимая в этом слуЗ0 чае мощность может снижаться, Облучение футеровки в этот момент также играет положительную роль, вызывая ее необходимый разогрев и аккумулирование тепла, в отли- . чии от способа-прототипа, когда облучение

З5 дугами предварительно уже разогретой футеровки только увеличивает ее износ.

Образовавшийся во время плавления синтетический шлак раскисляется лигатурой, имеющей высокое содержание легиру40 ющих элементов и раскислителей, что резко повышает его рафинирующие свойства, в том числе способность осуществить десульфурацию, В этот период протекает также интенсивное рафинирование лигатуры из

"5 ферросплавов, раскислителей и отходов от вредных примесей и неметэллических включений, всегда в больших количествах присутствующих в ферросплавах. Затем ковш с расплавом подается к плавильному агрегату

50 и в него производится выпуск. полупродукта.

В случае, если по окончании выпуска металл имеет близкие к требусмому химический состав, температуру и чистоту по содержанию примесей он может непосредственно пере55 даваться на разливку или после продувки аргоном и корректировки согтэвэ без передачи на стенд установки печь-ковш В случае необходимости более серьезной доводки ковш с металлом передается обратно нэ стенд установки печь-коиш.

1812221

Во время предварительного плавления время всего периода плавления и обработки и обработки материалов для внепечной до- материалов для внепечной доводки и првводки на установке печь-ковш производит- кращается только в момент интенсивного ся продувка инертным газом или азотом кипения и вспенивания расплава при его через пористую пробку или их вакуумная 5 вакуумировании. Этот прием обеспечивает обработка. Продувка расплава инертным га- кроме интенсивного перемешивания расзом или азотом через пористую пробку мо- плава его защитуотэтмосферы и дегазации, жет продолжаться и во время передачи а в случае подачи азота и азотирование. При ковша от стенда нагрева к плавильному аг- 10 наличии крышки на ковше целесообразно регату и во время выпуска в него плавки, . продолжать продувку расплава эргоном или.

Вакуумирование материалов для вне- . азотом, смотря по сортаменту, и во время печной доводки на предварительном стенде внепечной обработки к плавильному агрегаобеспечивает дополнительное повышение ту и во время выпуска в него плавки. Данное качества металла при последующей абра- 15 решение создает надежную защиту расплаботке полупродукта синтетическим шлаком ва от взаимодействия с воздухом и не только и лигатурой за счет уменьшения содержа- предотвращает окисление легирующих и ния газов и лучшего раскисления шлака, рост содержания водорода в расплаве лигаКроме этого сокращается суммарное время- ..туры и синтетического шлака, но и позволя. внепечной обработки ввиду того, что из до- 20 ет снизить содержание этого элемента, бавляемых материалов (ферросилиций, из- Этим достигается сокращение необходимовесть) легче удалить газы, в частности го времени внепечной обработки.и повышеводород, предварительно их вакуумируя, ние качества металла. В ковше вэтотпвриод чем когда эти газы растворены во всем объ- также продолжаются процессы раскислееме обрабатываемого металла. Вакуумиро- 25 ния лигатуры и шлака и повышены их рафивэние расплава легирующих раскислителей ниру:ощие свойства. При наличии и шлакообразующих осуществляется как футерованной нагретой крышки. перемешиплавлением их в вакууме с использованием. вание расплава лигатуры и шлака в ковше специального вакуумного плазмотрона, так не сопровождается существенным увеличеи путем плавления при нормальном давле- 30 нием тепловых потерь, Продувка расплава ниии последующего вакуумирования, затем через пробку азотом применяется при выковш подается к плавильному агрегату и в плавке азотируемых марок сталей или станегопроизводится выпускплавки, Приэтом лей, на которых азот не оказывает время предварительного плавления и ваку-. отрицательного влияния. умирования материалов для внепечной об- 35 Во время выпуска плавки полупродукт работки стали меньше в первом случае при интенсивно перемешивается с синтетичеиспользовании вакуумного плазмотрона, ским шлаком и.лигэтурой и происходит рат.к. операции плавления и вакуумирования 40 финирование металла от серы, кислорода, в этом случае совмещаются. включений, а также усреднение состава. Из8 то же время, как показали исследова- вестно, что во время выпуска скорость этих ния, использование вакуумного плазмотро-: процессов возрастает в десятки и сотни раз на и совмещение нагрева и вакуумирования . по сравнению с тем, когда твердые шлакометалла в ковше по известному способу по- 45 1обрэзующие просто вводятся на поверхности ( сле выпуска туда полупродукта из плавиль- расплава в ковше и затем плавится. Этот ного агрегата встречает серьезные эффект и используется в способе-аналоге, 1 рудности, связанные с тем, что во время но в отличие от этого способа, по которому вакуумирования металл "вскипает" и запол- предварительное расплавление легируюняет специально оставляемое свободное 50 щих и шлакообразующих производится в пространство в ковше, которое составляет. специальной плавиковой печи типа ДСП, около 1 м. В то же время длина дуги в ваку- эта операция производится непосредственуме должна быть значительно больше, чем но в ковше. Кроме зкономических преимупри атмосферном давлении, из-за более ществ, связанных со снижением расходов низкого напряжения на ней и соответствен- 55 по переделу при эксплуатации печи-ковша, но не остается места под крышкой ковша это обеспечивает повышение усвоения ледля ее горения. Увеличение высоты ковша гирующих и раскислителей на лигатуры, увеличивает тепловые потери, расход огне- Так, при выпуске лигатуры в ковш на воздуупоров, его массу и грузоподъемность обо" хе из специальной плавильной печи неизрудования, т,е. приводит к существенным бежно происходит окисление этих затратам. элементов. т.е. себес1оимость стали снижаПродувка инертным газом или азотом ется еще и за счет уменьшения расходов нэ через пористую пробку производится во шихтовые материалы, С другой стороны ис1 812221

20

40 пользование изобретения приводит также и к возрастанию качества металла.

Зто происходит потому, что во-первых, отсутствует размыв футеровки ковша во время выпуска в него расплава синтетического шлака и лигатуры и соответственно не ухудшаются свойства шлака и качество обрабатываемого металла, что имеет место в способе-аналоге. Во-вторых, качество ме. талла повышается также и s результате того, что в случае, если зэ время выпуска полупродукта из печи в ковш и последующей продувки металла аргоном через пробку невозможно получить необходимый состав металла и температуру, ковш направляется обратно на установку внепечной доводки. где и производится окончательная обработка расплава, в том числе и вакуумироваиие, когда зто требуется.

Качество сталй по.сравнению с известным способом обработки расплава синтетическим шлаком. и лигатурой возрастает также и в результате снижения водорода даже без применения вакуумироваиия. Это достигается тем, что во время расплавления шлакообразующих и лигатуры в печи-ковше производится продувка расплава через по ристую пробку в днище сухим аргоном или азотом, При этом эффективно удаляется как водород, содержащийся в расплавляемых материалах, так и предотвращается пост пление влаги нй воздухе. При расплавлении же синтетических шлаков в обычной флюсоплавильиой печи содержание водорода в них наоборот повышается по сравнению с исходными материалами и в дальнейшем ведет к росту концентрации водорода в обрабатываемом металле.

По сравнению с прототипом, по которому твердые шлакообразующие, легирующие и раскислители вводят в ковш установки внепечной доводки во время или после выпуска в него полупродукта из плавильного агрегата, изобретение обеспечивает сокращение времени внепечной доводки и затрат иа ее проведение, а также повышение качества металла. Сокращение времени обработки связано с резким ускорением процессов десульфурации, раскисления, удаления иеметаллических включений во время интенсивного перемешивакия жидких шлака и лигатуры с полупродуктов во время его выпуска, а также с резким повышением эффективности плавления и нагрева материалов, используемых для внепечкой обработки согласно изобретению, кэк зто описано выше, При этом сокращаются ие только время обработки после выпуска полупродукта в ковш, но и суммарное время с учетом длительности плавления материалов в ковше. Во время внепечной обработки сокращается также и потому, что во время плавления шлакообразующих и легирующих, содержащих иногда значительное количество водорода, в ковше с продувкой аргоком или азотом происходит эффективное его удаление и в дальнейшем отпадает необходимость в проведении вакуумирования — длительной и дорогостоящей операции и связэнкого с ней дополнительного нагрева металла или сокращается время этих операций; Вакуумирование материалов для внепечной обработки также требует меньше времени, чем вакуумироваиие всего объема металла и позволяет достичь высокого качества, т,к. сам исходный. металл, например конверторный, содержит незначительное количество газов, Повышение качества металла определяется несколькими факторами, Во-первых, достичь необходимого качества металла при использовании известного способа-прототипа часто не удается из-за недостатка времени иа проведение обработки, т.к. установка печь-ковш должна работать в комплексе с такими высокопроизводительными агрегатами, как конвертор или дуговая печь. 8 этом случае применение изобретения, требующего меньше времени, ведет и к повышению качества металла, а также позволяет большую часть стали обрабатывать на установке внепечиой обработки.

Во-вторых, качество металла повышает- ся благодаря формированию высокоактивного хорошо раскислекного шлака с очень, низкой активностью кислорода. Зто происходит потому, что плавлекие шлакообразующих производится в контакте с лигатурой: из легирующих и раскислителей и при этом концентрация в ней раскислителей во много раз больше, чем в обьеме всего металла, когда они вводятся в ковш, после выпуск плавки.

В-третьих, качество металла возрастает в результате снижения содержания в ием газов, и при продувке расплава инертными газами при передаче ковша.кэ разливку и во время выпуска в него плавки, Себестоимость стали, производимой с использованием внепечной обработки по настоящему изобретению, снижается по сравнению с обработкой по способу-прототипу благодаря двум факторам, В результате сокращения затрат непосредственно нэ вкепечную обработку ввиду сокращения времени обработки, исключение в некоторых случаях необходимости вэкуумирования металла, а также из-за отсутствия необходимости в специальном стенде и проведения соответствующей опе1812221

10 ния разряда. Кроме этого более позднее введение шлакообразующих материалов способствует повышению стойкости футеровки ковша. Конкретный момент введения шлакообразующих определяется количеством расплавляемых металлических матери55 рации по высокотемпературному разогреву футеровки ковша.

Себестоимость стали снижается в ре- зультате повышения доли отходов в шихте, идущей на производство стали. в случае вы- 5 плавки исходного мсталла в агрегате с ограниченным использованием отходов (типа конветора) и повышения усвоения легирующих из этих отходов при выплавке исходного металла как в конверторе так и в 10 электропечи, Предварительное расплавление материалов, используемых для внепечной обработки в печи-ковше осуществляется с помощью одного вводимого по оси ковша 15 электрода либо плазмотрона и соответственно дуги постоянного тока, Этот прием обеспечивает увеличение стойкости футе ровки по сравнению с трех электродной схемой,и плавлением дугой переменного тока. 20

Это связано не только с равномерной тепловой нагрузкой на стены, но и стем, что при, плавке дугой постоянного тока под электродом образуется значительно более широкий

"колодец" конической формы и соответст- 25 венно больший слой расплава защищает в первый период дно плавильной камеры.

Большая стойкость футеровки способствует повышению рафинирующих свойств шлака и повышению качества металла. Большая 30 длина дуги на постоянном токе полезна при осуществлении изобретения, т.к. способствует прогреву стен ковша; Кроме этого применение плазменного нагрева более эффективно защищает поверхность распла- -35 ва от взаимодействия с воздухом, что также ведет к повышению качества металла, B ковш сначала загружают металлические материалы, после чего зажигают плазменный либо дуговой разряд и после этого 40 поверх слоя частично либо полностью расплавленных металлических материалов вводят шлакообразующие материалы, Этот прием обеспечивает более простое и надежйое зажигание дуги (разряда), т.к, если сна- 45 чала заваливаются шлакообразующие .материалы, а затем электрод ИЛИ плазмотрои. опускается до контакта с шихтой, под электродом или катодом плазмотрона могут оказаться не электропроводные материалы и 50 цепь не замыкается. В этом случае необходимо использовать йлазмотрон с дежурной независимой дугой для стартового периода или какие-либо другие приемы для зажигаалов и шлакообразующих, из газонасыщенностью, конкретной технологией внепечной обработки и стоящими перед ней задачами.

Ковш после предварительного расплавления в нем материалов для внепечной обработки подают к плавильному агрегату под той же футерованной крышкой, под которой производили плавление материалов, а во время выпуска металла в ковш струя металла проходит через отверстие в крышке для плазмотрона либо электрода. Этот прием обеспечивает снижение тепловых потерь во время передачи ковша от стенда нагрева к плавильному агрегату, а также снижение окисления легирующих элементов и раскислителей из расплава лигатуры. Также повышается качество обрабатываемого металла, т.к. расплав лигатуры и синтетического шлака защищен в этом случае от контакта с воздухом и в нем не возрастает содержание газов.

Во время предварительного плавления в ковше материалов их азотируют путем обработки азотсодержащей плазмой и продувке азотом через пористую пробку. Этот технологический прием применяется при производстве азотируемых марок сталей и обеспечивает экономию азотированных ферросплавов или сокращение времени плавки если азотирование осуществляется из газовой фазы. Эффективность проведейия азотирования во время плавления ферросплавов и раскислителей в ковше. определяется тем, что лигатура имеет значительно большее содержание таких элементов, повышающих растворимость и скорость перехода азота в металл, как хром, марганец, ванадий. Другим фактором, увеличивающим скорость азотирования, является развитая поверхность крупных материалов в начале плавления, их низкая температура и наличие интенсивного перемешивания образующегося расплава азотом через пробку. При этом для повышения скорости азотирования желательно одновременно с продувкой азота через пробку осуществлять обработку расплавляемых материалов азотсодержащей плазмой посредством плазмогрона. Все это обеспечивает преимущества перед проведением азотирования как в плавильной печи, например плазменной, так и в ковше после выпуска туда плавки;

В качестве материалов подвергающихся предварительному плавлению и обработке, используют подходящие па составу и крупности лом и отходы, в том числе стружку. На металлургических заводах всегда имеются лом и отходы, имеющие состав, близкий к выплавляемой марке и не требу1812221 ющие окислительной обработки. В то же время при выплавке металла по известным способам они заваливаются в плавильный агрегат (электропечь или конвертор) вместе с остальной.шихтой и производится кисло. родная продувка для обезуглероживания, дефосфорации и т.д. При этом неизбежно окисляются легирующие элементы и раскислители,.содержащиеся в этих отходах. Повышение эффективности теплопередачи s ковше установки при обработке металла по заявляемому способу и снижейие времени необходимого для внепечной обработки по-. зволяет производить плавление значительно больших крличеств материалов, чем обычно присаживаемых в ковш 1-5% от массы обрабатываемого металла. Вследствие этого имеется возможность загружать. упомянутые лом и отходы в ковш для предварительного плавления и обработки и этим повысить эффективновть их использования и снизить себестоимость стали.

В качестве материалов, подвергающихся предварительному плавлению и обработке используются замасленные лом и отходы, которые при этом подвергают термическому обезжириванию Утилизация замасленных отходов встречает серьезные трудности на металлургических заводах, Так. при их непосредственной завалке в электропечь или конвертор продукты разложения масел. выделяясь через различные неплотности, загрязняют атмосферу в цехе и ане его. Надежно уплотнить эти агрегаты не представляется возможным, поэтому единственным решением для снижения пы легазовыделений является оснащение их мощной газоотсасывающей системой. Эта систеЖ, естественно, всегда рассчитывается на удаление пыли и газов, образующихся при кислородной продувке ванны, и быстро выходит из строя при попадании в нее паров масла, т.к. она для этого не приспособлена. Все это конечно увеличивает расходи на ремонт и эксплуатациэсистемы во время ее простоев. Другим, иопользуемым на практике путем для утилизации замасленных отходов, является создание специального дорогостоящего оборудования для предварительной обработки этих материалов.

По предлагаемому способу загрязненные маслом отходы загружаются в ковш установки печь-ковш и во время их предварительного плавления происходит термическое разложение органических соединений и удаление образующихся продуктов.

В отличие от электропечи или конвертор". а этом спу4эе не представляет спожности хорошо уплотнить крышку ковша и полностью удалять газы из рабочего пространства ковша без подсоса воздуха с помощью дымоотсосной системы небольшой производи5 тельности, которая специально рассчитана на такой режим работы. Пары масла при ,этом могут конденсироваться нэ холодильнике и образующийся продукт может применяться как вторичные нефтепродукты, 10 Все это снижает расходы на производство стали и ее себестоимость.

Во время предварительного плавления материалов, используемых для внепечной обработки, производится их наугперожива15 ние из расчета получения содержания углерода,в пределах марочного после выпуска в ковш полупродукта из плавильной печи. Известно, что значительное наугпероживание металла представляет серьезную проблему

20 в большой металлургии, Эта операция, в частности, необходима, когда при выплавке стали с высоким содержанием углерода в конверторе осуществляется значительная передувка расплава чугуна и лома, э затем

25 производится науглероживание металла в ковше до марочного состава.

По .известным способам для науглероживания применяется продувка стали в ковше порошком графита с помощью

30 специальной установки дпя вдувания порошков. Этот способ относительно дорог, т.к. требует расходов на строительство и эксплуатацию установки для продувки порошками, а также на.специальное отделе35 ние помола порошков. Кроме того, необходимо время как собственно на введение порошка графита, так и на нагрев металла из-за эндотермичности реакции растворения углерода, и не гарантируется

40 стабильное содержание этого элемента. По данному изобретению углерод вводится в ковш в виде кокса и графитового боя вместе с другими материалами для внепечной обработки стали и во время их предварительного

45 плавления науглероживает расплав. После выпуска металла {полупродукта) в ковш с этим расплавом лигатуры и синтетического шлака обеспечивается быстрое и стабильное получение необходимого содержания

50 углерода в стали без специальных затрат времени и специального оборудования.

Кроме того, углерод, когда он имеет значительную концентрацию, является хорошим раскислителем, не образующим неметалли55 ческих включений Поэтому в высокоуглеродистом рэсплаве лигатуры, состоящей из ферросплавов и отходов, происходит активное восстановление неметалпических включений, всегда в большом количестве содержащихся в ферросплавах. нэ стадии

1812221

50 левыпускного отверстия. Печной шлак при этом отсекался. Общая продолжительность предварительного плавления материалов предварительного плавления материалов, При этом также повышаются рафинирующие сгойства шлака. Развитию углеродного раскисления способствует локальный перегрев расплава в зоне пятна дуги. Многократно эффект углеродного раскисления усиливается при предварительном плавлении материалов для внепечной обработки в вакууме, Описанный технический прием обеспечивает уменьшение времени внепечной обработки стали, повышение ее качества и снижение затрат на ее производство. Пример использования изобретения.

Исходный металл (полупродукт) выплавлялся в плазменной печи с керамическим тиглем емкостью 1 т, ооборудованной эркерным выпуском. При этом в той же печи моделировалась в случае необходимости выплавка полупродукта в конвертере. Предварительное плавление материалов, используемых для внепечной обработки, и собственно внепечная обработка проводи,лась нэ установке печь-ковш емкостью 1 т.

Установка печь-ковш состоит из стенда подогрева плазменной дугой постоянного тока, сталевознай тележки и корша. В соСтав стенда входит один плазмотрон с механизмом перемещения, две стальные водоохлаждаемые крышки с механизмом перемещения {одна вакуумная, а другая для работы при нормальном давлении), система подачи кусковых материалов в ковш, вакуумная система, система снабжения технологическими газами, гаэоотсос и рабочая площадка. Стенд подключен к источнику питания с иристорным управлением, рассчитанным на максимальный ток до 5 кА и максимальное напряжение 400 В.Крометого, установка для внепечной доводки оборудована специальным загрузочным устройством, и редназначенным для завалки в ковш материалов, подлежащих рас плавлению, с помощью специальной корзины, аналогичной используемой для загрузки дуговых печей, поскольку система 4 подачи кусковых материалов не рассчитана на использование отходов, Сталевозная тележка перемещается по рельсам с помощью привода и имеет контактные приспособления для подвода тока к выводам подовых электродов, установленных на ковше. КовШ. установки внепечной обработки оборудован двумя металлокерамическими подовыми электродами и пористой пробкой в днище для продувки 5 расплава газами. Когда ковш обрабатывается на стенде, он накрывается специальной вадаахлаждаемой крышкой, состыкованной с системой подачи кусковых материалов, газоотсосом и т,д., э под этой крышкой раэме5

° a

40 щается неводоохлаждаемая огнеупорная крышка-свод, опирающаяся на сводовое кольцо, Эта вторая крышка-свод применяется для снижения тепловых потерь и крепится быстроразъемными соединениями к верхней крышке, Поэтому, когда ковш после предварительного плавления в нем материалов подается к плавильному агрегату, она может отсоединяться от верхней стационарной крышки и перемещаться вместе с ковшом. На описанном металлургическом оборудовании осуществлялось опытно-промышленное опробование изобретения при производстве конструкционнай легированной стали 15Г2АФ и шарикоподшипниковой стали ШХ15.

Технология внепечной обработки конструкционннай легированной. стали 15Г2АФ следующая. Полупродукт выплавляли в плазменной печи, для чего углеродистый железный лом и отходы типа 15Г2ЯФ и близких по составу марок расплавляли, а затем обезуглероживали до 0,12%. Во время плавки полупродукта ковш ставился на тележку и подавался на стенд обогрева, При этом производилась завалка в него посредством корзины, как это описано выше, 17,5 кг ферромарганца, 2,7 ферросилиция ФС65, 1,4 кг алюминия, 2,1 кг феррованадия и 150 кг собственных чистых и подходящих по гябаритам отходов выплавляемой марки. Ферросплавы загружались на низ корзины, а сверху отходы вместе.со шлакообраэующими (25 кг извести и шпата в соотношении

4:1), После этого ковш накрывался крышкой, подавался аргон в плазмотрон и нэ пробку и производилось зажигание дуги, В первый период после этого дуга полностью горела в проплавленном колодце и происходило интенсивное плавление шихты, После ее оседания дуга начинала облучать стены и прогревать футеравку. Длина дуги в этот период поддерживалась около 15 см. После расплавления ферросплавов и отходов, а также образования активного хорошо восстановленнога шлака ковш подавался к плазменной печи, в которой в этот момент заканчивалэсь плавка, и производился выпуск в него полупродукта из аркерного стадля внепечной доводки составила 25 мин, Вслед за выпуском ковш обратно перемещался на стенд, где обогревался в течение 5 мин при перемешивании расплава аргоном и после этого передавался на разливку, В результате существенно снизилось суммарное время внепеЧной доводки металла по сравнению с прототипом с учетом кэк

1812221

1б времени предварительного плавления материалов, так и обработки плавки после выпуска, исключена операция высокотемпературного разогрева футеровки ковша на специальном стенде, повышено качество металла и снижена себестоимость стали 15Г2АФ. Время внепечной обработки снизилось с 55 до 30 мин в сумме.

Существенно возроела ударная вязкость листов из стали 15Г2АФ (с 11,0 до

14,3 кгс,м/см", которая является основным качественным показателем для этой марки, идущей на производстве сосудов. работающих под давлением. Возрастание ударной вязкости произошло, как в результате повышения чистоты металла по таким вредным примесям, как сера и кислород, так и в результате изменения условий раскисления кальцием. За счет уменьшения содержания водорода в металле с 4,1 до 2,0 см /100 r был ликвидирован брак по флокенам. Себестоимость слитков из стали 15Г2АФ в условиях опытного производства снизилась.

Стойкость футеровки ковша повысилась с

31 до 61 плавки, в среднем..

Технология внепечной обработки шарикоподшипниковой стали ШХ15 следующая, В плазменной печи расплавляли чушковый чугун, при его нагреве до 1300 С, печь отключалась, и производились завалка лома (9%) и продувка ванны кислородом. Печь после этого не включалась. После окончания кислородной продувки производился выпуск полупродукта в,ковш с предварительно расплавленными и обработанными материалами. Расплавление и обработка материалов производилась следующим образом, Ковш на тележке подавался к стенду

* нагрева установки печь-ковш и в печь заваливались с помощью корзины 200 кг отходоа и лома стали LUX15; 15,7 кг углеродистого феррохрома; 4,5 кг ферросилиция; 3,4 кг ферромарганца и 0,5 кг алюминия. 8 качестве JloMa использовались вышедшие из строя подшипники и машиностроительные отходы производства подшипников, а также стружка. Эти материалы были загрязнены смазочными органическими веществами и специальной очистке и обработке не подвергались. Вслед за этим ковш перемещался под крышку установки печь-ковщ, зажигалась дуга и производилось плавление этих материалов и разогрев футеровки ковша. Масла при этом под действием высоких температур возгонялись, разлагались и образующиеся продукты этих процессов удалялись дымоотсосной системой из ковЩЭ.

Нэ пути отходящих газов был установлен специальный холодильник, нэ котором условиях опытного производства снизилась с 597 до 467 руб/т

40. Возросла доля использования лома и, отходов в шихте с 9 до 27 2% в сумме в печи и в ковше, снизился расход легирующих и раскислителей.

45 При опробовании изобретения была также отработана технология выплавки стали ШХ15, позволяющая еще больше повысить экономичность процессов за счет увеличения доли отходов и лома в шихте.

Для этого производили науглероживание отходов и ферросплавов прй их предварительном плавлении в ковше, а полупродукт в печи передувался до низких концентраций углерода (0,03%) . Науглероживание на стадии предварительного плавления материалов обеспечивает высокое и надежное усвоение этого элемента и стабильность механических свойств стали ШХ15, Эту операцию при проведении исследований осуществляли по двум в ри нт",.,1 Г1о парад пары масла конденсировались с образованием вторичных нефтепродуктов, Через 1215 мин после включения установки осуществлялось введение шлакообразую5 щих (известь и шпат в соотношении 4:1) в количестве 25 кг поверх слоя расплавляемых металлических материалов, За 2-3 мин до окончания плавки полупродукта стенд нагрева отключался и ковш вместе с нижней

10 футерованной крышкой-сводом. подавался на тележке к плавильной печи, где в него производился выпуск металла, Время предварительного расплавления материалов в ковше с одновременным обезжириванием с

15 последующей обработкой шлаком составили 30 мин. При этом непрерывно производи-. . лась продувка расплава через пробку, которая не прекращалась и когда ковш подавался к печи и во время выпуска из печи

20 плавки. Вслед за выпуском ковш перемещался обратно на стенд и подвергался обработке на нем в течение 7 мин с подогревом и после этого подавался на разливку.

25 Использование изобретения позволило существенно снизить время внепечной обработки металла. Повысилось его качество и снизилась себестоимость. В. несколько раз повышено количество лома и отходов в ших30 те, исключена. операция высокотемпературного разогрева футеровки ковша на отдельном стенде. Так, время внепечной об- . работки снизилось по сравнению с прототипом с 50 до 37 мин, содержание серы и

35 кислорода уменьшилось с 0,003 и 0,002 до

0,001% тTоoг о o и д р у г оotг.оo, содержание неметаллических включений уменьшилось с $004 до

0,002. Себестоимость слитков стали ШХ15 в

1812221

Формула изобретения

Составитель А.Донец

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор А.МОтыль

Редактор

Заказ 1559 Тираж Подписное

ВНИЦПИ Государственного комитета по изобретениям и открытия 1 при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская нэб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 му варианту науглероживание производили при нормальном давлении. а по второму в вакууме, что создавало благоприятные условия для углеродного раскисления металла и снижения содержания неметаллических включений.

Таким образом, установка печь-ковш, которую раньше можно было так назвать с большой натяжкой, т,к. в ней расплавлялось

1-5 шихты от всей плавки. действительно стала выполнять функции плавильного агрегата, в котором можно предварительно расплавлять и обрабатывать с большой эффективностью до 20О/, и больше материалов от всей шихты.

1. Способ внепечной обработки стали на установке печь-ковш, включающий выплавку полупродукта в плавильном агрегате, выпуск его в разогретый ковш, введение шлэкообразующих. материалов на поверхность расплава, рафинировку-и доводку по химическому составу и температуре с помощью электрической дуги и разливку, о т ли ч а ю шийся тем, что, с целью сокращения времени обработки и затрат на выплавку стали, а также повышения качества стали, материалы, используемые для внепечной обработки, предварительно загружают в пустой ковш установки, нагревают, расплавляют и обрабатывают путем вакуумирования и/или продувки инертным газом или азотом через пористую пробку в ковше во время его передачи.от стенда нагрева к плавильному агрегату и во время выпуска в него плавки.

2, Cnocob no п1,отл ича ю щи йся тем, что предварительное расплавление материалов, используемых для внепечной обработки, осуществляют с помощью дуги постоянного тока, горящей между расплавом и одним электродом или плазмотроном, расположенным соосно с ковшом, 3, Способ по п.1, отличающийся тем, что в ковш загружают металлические материалы, зажигают плазменный либо дуговой разряд, после чего поверх слоя час5 тично либо полностью расплавленных металлических материалов вводят шлакообразующие материалы.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что после предварительного расплав10 ления материалов, используемых для вне. печной обработки, ковш подают к плавильному агрегату под той же футерованной крышкой, под которой производили .плавление материалов, а во время выпуска

15 металла в ковш струя проходит через отверстие в крышке для плазмотрона, либо электрода.

5. Способ по п1,отл ичаю щийся

20 тем, что во время предварительного плавления материалов, используемых для внепечной обработки, их азотируют путем обработки азотсодержащей плазмой и продувки азотом через пористую пробку.

25 б.- Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве материалов, подвергающихся предварительному плавлению и об-, работке, используют. необходимые йо составу и крупности лом и отходы, в том

30 числе стружку.

7, Способ по и 1, отл ич а ю щи йс я тем, что в качестве материалов, подвергающихся предварительному плавлению и обработке, используют замасленные лом и

35 отходы, которые при этом подвергают термическому обезжириванию.

8.Способпоп1,отличающийся тем, что во время предварительного плавления

40 материалов, используемых для внепечной обработки, производят их науглероживэние из расчета получения содержания углерода в пределах марочного после выпуска в ковш полупродукта из плавильной печи.