Способ выплавки стали в дуговой печи
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5012032/02 (22) 29.07.91 (46) 15.12.93 Бюл, Na 45 — 46 (71) Череповецкий металлургический комбинат (72) Комельков B.Ê.; Салаутин ВА; Морозов С.С.;
Агарышев А.И.; Гавриленко Ю.В.; Балдаев Б.Я:, Уйманов ВА.; Шурыгин А.В. (73) Череповецкий металлургический комбинат (54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В ДУГОВОЙ
ПЕЧИ (57) Сущность изобретения: в период неустойчивой работы электрических дуг через канальные блоки подают инертный газ с расходом 10-15 нм /ч до з расплавления 60 — 75% металлической шихты, после чего в течение 30 — 50 мин до начала закипания ванны устанавливают расход инертного газа (в) RU (и) 2004597 С1 (51) 5 С21С5 52
30-40 нм /ч, в период интенсивного обезуглероз живания расплава снижают расход газа до
10-15 нм /ч, с уровня содержания углерода в меэ талле 0,15 — 0,30% до начала присадки легирующих материалов снова увеличивают расход инертного газа до 30-40 нм /ч на период присадок и з легирования металла в печи уменьшают расход инертного газа до уровня 10-15 нм /ч, а за 5 — 10 з мин до выпуска плавки из печи устанавливают макз симальный режим продувки стали 30-40нм /ч, причем в межплавочный период через канальные блоки подины печи подают газ, например азот, с расходом 10-15 нм /ч. 2 табл. э
2004597
Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к производству нержавеющих марок сталей в крупных дуговых печах.
Известен способ продувки металла газами в дуговой печи, например аргоном и кислородом, Продувку газообразным кислородом в печи осуществляют специальной вертикальной сводовой водоохлаждаемой фурмой. Продувку инертным газом-аргоном осуществляют через металлическую дюймовую трубу с порога рабочего окна дуговой печи. Продувку газами осуществляют раздельно при расходе кислорода до 1 м /мин т и аргона 0,5-0,8 м /т. Благодаря дополниз тельному перемешивани»о ванны струей аргона скорость окисления углерода в заключительный период продувки возрастает, что приводит к сокращени»о длительности периода на 7 — 12 мин и уменьшению потерь хрома.
Недостатками известного способа явля»отся невозможность продувки металла арго»»ом на ранней стадии образования жидкого металла. что ведет к снижению и роизводительности печи; невозможность 6blcтрого наведения активного жидкого шлака и оперативного его удаления из печи. Кроме того, при попадании потока газообразного кислорода вертикально сверху на поверхности жидкого металла формируется пленка тугоплавких окислов, препятству»ощих интенсификации окисления углерода при высоком содержании хрома.
Иэвесте»» способ аргоно-кислородного рафинирования особонизкоуглеродистой стали в дуговых печах, который осуществляют в дуговой печи обработкой жидкого металла аргоном и кислородом сверху.
Кинетика глубокого окисления примесей металла в ванне осуществлена на относительно небольшой массе жидкого металла, при этом удалось снизить угар металлической части шихты в среднем Ila 25-40/ по сравнению с наблюдаемым при продувке металла одним кислородом, Недостатком известного способа обработки металла газами является низкая эффективность перемешивания стали при подаче аргона через трубку в рабочем окне печи и кислорода через вертикальную фурму сверху. Этот способ может быть эффективен только для условий рафинирования небольших масс металла.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому способу выплавки стали в дуговой печи является способ совершенствования технологии выплавки стали в электропечи с донной продувкой расплава инертными газами.
Приведены результаты, достигнутые при донной продувке стали в 80 т печи азотом, Для ввода азота в расплав использовали один канальный блок, внутри которого были установлены 24 канала из нержавеющей стали диаметром 1,5 мм. Давление азота в трубопроводе составило 0 8 МПа, а расход изменялся от 30 до 60 нмз/ч. Так как в электропечи основным источником тепла является электрическая дуга, в результате продувки увеличилась однородность ванны по температуре, что привело к лучшему плавлению лома на дне печи и, в результате, к сокращени»о расхода энергии на 5,, За счет улучшения условий восстановления окислов хрома I»a границе шлак — металл усвоение хрома увеличилось»la 0,7/, температура выпуска снизилась с 1581 до 1535 С, а так>ке уменьшилось время разливки.
Следует отметить следу»ощие недостатки »13BecTIIQI способа (прототипа). Использование одного канального блока в подине печи для перемешивания стали»»едостаточно, Подина печи емкость»о 80 т довольно плоская и неглубокая (диаметр печи на уровне откосов "— 6 м, глубина ванны 0,8 — 0,9 м).
Поэтому установка только одного канально30 го блока позволяет охватить небольшу»о площадь продуваемого азотом металла и не позволяет с наивысшей эффектив»»остью рафинировать металл. Эффект рафинирования в данном примере зависит также еще
35 как минимум от двух важных факторов. В данном случае не рационально решена подача кислорода и разрешен фактор режима совместной подачи кислорода, особенно инертного газа в сочетании с кислородом.
Целью изобретения является повышение производительности дуговой печи, сни>кение расхода электродов и > с.ирующих ферросплавов.
Это достигается тем, что наряду с расплавлением лома, интенсивным окислением углерода газообразным кислородом подачей его через верхнюю фурму продувкой жидкой стали через канальные блоки подины печи инертными газами, в период неустойчивой работы электрических дуг через канальные блоки подают инертный газ с расходом 10-15 нм /ч до расплавления з
60-75 металлической шихты, после чего в течение 30-50 мин до начала закипания ванны устанавлива»от расход инертного газа
30-40 нм /ч, в период интенсивного обеэугз лероживания расплава снижают расход газа до 10-15 нм /ч с уровня содержания з углерода в металле 0,15-0,30 и до начала присадки легирующих материалов снова
2004597
55 увеличивают расход инертного газа до 3040 нм /ч, на период присадок и легирования металла н печи уменьшают расход инертного газа до уровня 10 — 15 нм /ч, а за з
5 — 10 мин до выпуска плавки снова устанавливают максимальный режим продувки стали 30 — 40 нм /ч, причем в межплавочный з период через канальные блоки подины печи подают газ, например, азот с расходом
10 — 15 нм /ч.
Актуальность предлагаемого способа заключается в комплексном решении ряда задач при современном состоянии электросталеплавильного производства. Изобретение предлагает решение экологической задачи за счет снижения кратности окислительных газов в 1Я раза вследствие изменения окислительного потенциала печного пространства дуговой печи.
При условии соблюдения предлагаемого режима продувки успешно решаются еще дне очань важные задачи: снижение расхода электродов, за счет уменьшения парциального давления кислорода и увеличения парциального давления инертного газа, и снижение тем самым окисления боковой поверхности графитовых электродов, Это такг«e увеличивает производительность дуговой печи примерно на 20 мин (8 ) при производстве нержавеющей стали. Разумеется, что повышение производительности дуговой печи сократит расходы по первому переделу стали и существенно снизит себестоимость стали. Снижение себестоимости нержавеющей стали происходит за счет снижения угара легирующих элементов, хрома, кремния, марганца, что в свою очередь объясняется опять же снижением окислительного потенциала металла и шлака в периоды безокислительной продувки расплава инертными газами, напоимер аргоном, азотом, Нельзя не отметить благотворное влияние специально отработанного режима продувки стали не только на тепловую работу печи и скоростные характеристики интенсивного обезуглероживания металлического расплава, но также на повышение качества стали в части снижения газонасыщенности металла, Так, на опытных плавках было показано, что содержание азота перед выпуском металла из печи находилось в пределах 0,015-0,020 мас.% против 0,025—
0,028 мас. в металле, выплавленном по действующей B цехе технологии.
Урозень фактора перемешивания металла при интенсивной продувке наклонной сверхзвуковой кислородной фурмой в сочетании с продувкой аргоном (т,е, смеси газов через фурму), а такжс в сочетании с продувкой через канальные блоки подины дуloBQA печи является оптимальным и отработан во всех возможных выгодных вариантах. При этом учтены, во-первых, высокие скорости окисления углерода за счет максимального количества подаваемого кислорода в металл, во-вторых, достаточность интенсивного перемешивания инертным газом снизу с учетом пульсации газа и энергии электрических дуг и в-третьих, максимальный массоперенос жидкого металла под воздействием наклонно подаваемой к поверхности металла сверхзвуковой "жесткой" струи кислорода. Это позволяет глубже внедрить кислород в жидкий металл и перемещать от места ввода струи кислорода в единицу воемени в 1,7 — 2,0 раза больше жидкого металла нежели при подаче кислорода через сводовую фурму при обычных, не сверхзвуковых скоростях, По данным опытных плавок следует отметить, что усвоение металлом кислорода повышается до 80-85% против 60 при обычных существующих способах подачи кислорода в дуговые печи. Наконец, вследствие отработанных соотношений подаваемых энергоносителей (аргона и кислорода) было существенно предотвращен перегрев металла после окончания периода интенсивного обезуглероживания металла, Снижение перегрева металла составило
34 С (no данным опытных плавок).
Известно, что перегрев нержавеющей стали к концу окислительного периода огрицательным образом влияет на работу оборудования печи, на качественные характеристики металла и расходные коэффициенты ферросплавов. В процессе расплавления лома в дуговой печи вследствие частого прерывания дуги короткого замыкания с одной твердой поверхности кусков шихты на близлежащие тепловая работа печи неустойчива. Увеличение ионизации плазмы дуги повышает устойчивость тепловой работы печи, Подача аргона способствует повышению ионизации (т,е. уменьшает работу отрыва электрона с катода). При уменьшении суммарного расхода аргона на тои канальных блока до уровня менее 10 нм /ч недостаточно стабильно работают дуги печи, при этом cos 2004597 10 4О 55 достигают максимум 0,8. а дальше cos p не повышается, При подаче газов через подину печи (азота или аргона) с расходом их в период плавления, при образовании достаточного для барботажа количества металла в ванне менее 30 нм /ч угар хрома в виде окислов достигает 13-15%. В дополнение к этому при таком заданном расходе газа слабо развиты конвективные потоки, что ухудшает теплопередачу в процессе плавления шихты. Подача газа в количестве более 40 нм /ч в период плавления при уже имеющемся в достаточном количестве жидкого металла способствует созданию при еще относительно холодном (до 1600 С) металле более восстановительного потенциала газовой фазы пространства дуговой печи, снижения окисления хрома. Однако. при увеличении расхода газов сверх этого уровня не уменьшается угар хрома менее чем до 8,8-9,0%, Увеличение расхода инертного газа до расплавления 60% твердой металлошихты не дает эффекта повышения теплопередачи в печи из-за больших воздушных промежутков кусков металлической шихты и не способствует поэтому снижению длительности расплавления. Увеличение расхода инертного газа после расплавления 75% металлошихты нецелесообразно с точки зрения "запаздывания" использовать для улучшения теплопередачи способом интенсивного перемешивания жидкой ванны за счет инертного газа. Использование в период интенсивного обезуглероживания расхода аргона менее 10 нм /ч не позволяет при существующем давлении аргона создать эффективный режим продувки жидкой стали. Применение расхода аргона более 15 нм /ч в период интенсивного обеэуглероживания снижает окислительный потенциал газообразного кислорода, скорость окисления углерода, удлиняет окислительный период плавки. При насыщении металла кислородом, т.е. с уровня содержания углерода в стали 0,15-0,30%, доставка кислорода для химической реакции с углеродом уже не лимитирует процесс. В этом случае важен интенсивный барботаж металла только аргоном. Однако увеличение расхода аргона более чем 40 нм /ч приводит к большому перерасходу аргона. Уменьшение до менее чем 30 нм /ч расхода аргона в этот период не дает необходимой мощности перемешивания массы плавки в печи. Уменьшение расхода аргона на период присадок легирующих ферросплавов и раскислителей объясняется высокой температурой нержавеющей стали после интенсивной продувки в печи кислородом. Растворение добавок в печи даже при малом расходе аргона через канальные блоки определяется только высокой температурой стали. Однако уменьшение расхода аргона менее чем 10 нм /ч недопустимо в целях закупоривания капилляров канальных блоков металлом. Увеличение расхода аргона более чем 15 нм /ч нецелесообразно в целях экономии аргона. Максимальный уровень расхода аргона перед выпуском плавки из печи предусматривает максимальное раскисление шлака, восстановление окислов хрома. В межплавочный период уменьшение менее чем 10 нм /ч расхода аргона приводит к заметалливанию капилляров канальных блоков, увеличение более чем 15 нм /ч расхода приводит к перерасходу аргона и увеличению себестоимости готовой стали. Ниже приведены примеры исполнения предложенного способа выплавки стали. в дуговой печи, не исключающие других примеров в пределах заявленных параметров, Пример 1. Шихту для выплавки стали марок 08 — 12Х18Н10Т составляют из отходов нержавеющих марок стали, высокоуглеродистого феррохрома, дешевых материалов, содержащих никель, углеродистого лома. В межплавочный период подачу, например, инертного газа через канальные блоки подины печи осуществляют с минимальным расходом, не более 15 нм /ч газа. В период начала плавления, т.е. с начала включения тока, снизу подают аргон через канальные блоки с расходом 15 нм /ч. По мере проплавления шихты до з образования 75% жидкой ванны в центре ванны печи давление и расход аргона не изменяют. Послв этого о течение 50 мин, до начала закипания ванны, изменяют подачу аргона через канальные блоки до уровня 30 нм /ч и не изменяют режим подачи аргоз на практически до полного расплавления металла в печи. С начала периода интенсивной подачи газообразного кислорода, например, с расходом до 4500 нм /ч через наклонную водоохлаждаемую сверхзвуковую фурму уровень расхода устанавливают 10 нм /ч, а после достижения содержания углерода 0,3% и до начала присадки легирующих материалов снова увеличивают расход инертного газа до 40 нм /ч. По окончании окислительного периода, в процессе присадок и легирования, продолжают продувать сталь только аргоном с расходом 10 нм /ч, а затем, не прекращая продувки стали перед выпуском плавки в течение 10 мин, устанавливают расход аргона — 40 нм /ч, а в з ° Э 2004597 35 (56) РЖ, Металлургия, 1-88, ре<1ь 3В282. яб !;!. 1 Технико-экономические показатели опытных и сравнительных пла;v:< Hàð.,<îâå.;2!2, = .". ст=:n!: 08Х18Н10Т в период плавления Сни>кание дл: 1тельности, — 1 ПЕ ТИОДЯ ПЛЯВЛЕНИЯ,,!III <ание азота в металле,,<, h ПОЕ >ЕЛЬН. Оасход яргочя зяпреаргоня и ред. сход ргона ел, од она I t ! 0,022 0,028 межплавочный период оасход, например, азота поддерживают на уровне 15 нм /ч. Пример 2, Шихту для выплавки стали составляют по принципу, указанному в примере 1. Далее, после включения печи подают через канальные блоки суммарно аргон с расходом 10 нм /ч до образования в центре расплавленной шихты 60% от общей массы завалки. После этого устанавлива от расход аргона 40 нм /ч и в течение 30 мин з соблюдя от этот режим продувки до начала закипания ванны, В период интенсивного обезуглероживания посредством подачи кислорода через наклонную водоохлаждаемую фурму с расходом до 4400 нм /ч расход аргона устанавливают 15 нм /ч, При этом 3 после достижения содержания углерода 0 15 j в металле и до начала присадки легирующих материалов, снова увеличивают расход аргона до 30 нмз/ч. На период присадки легирующих материалов устанавливя от расход аргона 15 нм /ч, При этом з режиме продувки осуществляют все операции охлаждения, раскисления и легирования в печи, а за 15 мин до выпуска плавки устанавливают расход аргона 30 нм /ч, В з ме>кплавочный период устанавливают режим продувки канальных блоков азотом с расходом его на уровне 10 нм /ч, Пример 3. Составление шихты для плавки нержавеющей стали и завалку осуществляют аналогично примерам 1 и 2, В ме>кплавочный период осуществля от постоянно продувку азотом (или аргоном) через канальные блоки подины печи. До расплавления 70/ шихты, .т,е, до появления жидкого металла, режим продувки составляет 13 нм, ч. Ня жидкой ванне до закипания, з в течение 40 мин осуществля От продувку 5 яргоном уже с расходом нескольк<7 выше, т.е. 35 нм /ч, В процессе интенсивного обезуглеро>кивания плавки расход яргона сни3 жают до 12 нм"/ч, ПО этому режиму П РОДУ!3BIOT МЕТЯЛЛ ДО ПРЕК 2ЯЩЕНИЯ ПОДЯЧИ 10 кислорода сверху, после чего гн>вьнвяют расход аргона q<2 ..>8 .П.l !ч, я ня перис>д выполнения всех необходимых технологических операций охлаждения металла, раскисления и легировяния его устанавливают 15 расход аргоня ня уровне 13 нм /ч. Зя 7 мин перед выпуском пляв <и из печи продолжа от продувать металл B Ilc÷ë яргоном с расходом 38 нм /ч через канальные блоки п<7дины 3 печи, 20 В табл,1 и 2 приведень усредненные технико-экономические показатели опытных (18 пл,) и сравнительных (. 1 пл., плавок, проведенных по пред-0>Kp!", Ой технологии ПО ОПТИМЯЛЬНОМУ БЯРИЯНТУ (ПО ВЯРИЯIIJQI:1 25 с запредельными расходами инергных азов. Повышение п(7оизвоoèTcëьности д",говой печи ня 8 (20 мин) в пе эиод плявлен;.1я 30 и на 4% (10 r .èII) в .Ориод сосстя.-Овления хрома, а также уме;- ь иенис Окислительного потенциала печного пространства сокрящ;.ет на 0,5 кг/т расход элекгродов, 2004597 Таблица 2 Технико-экономические показатели опытных и сравнительных плавок нержавеющей стали 08Х18Н10Т в окислительный и восстановительный периоды Формула изобретения Составитель В,Комельков Техред М,Моргентал Корректор О. Кравцова Редактор Т.Смирнова Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Заказ 3380 Производственно-иэдате ательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101 СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В ДУГОВОЙ ПЕЧИ, включающий расплавление лома, интенсивное окисление углерода газообразным кислородом, вводимым через верхнюю фурму, продувку жидкой стали инертными газами через канальные блоки, расположенные в падине печи, отличающийся тем, что в период неустойчивой работы электрических дуг через канальные блоки подают инертный газ с расходом 10- 15 нм /ч до расплавления 60 - 75% металлической шихты, после чего в течение 30 - 50 мин до начала закипания 5 ванны устанавливают расход инертного газа 30 - 40 нм /ч, в период интенсивного обезуглероживания расплава расход газа снижают до 10 - 15 нм /ч, а с уровня соз держания углерода в металле 0.15 - 0,30 и до начала присадки легирующих материалов расход инертного газа увеличивают до 30 — 40 нм /ч, на период присадок и лез гирования расхода газа уменьшают до 1015 нм /ч, а за 5- 10 мин до выпуска плавки з из печи устанавливают максимальный расход инертного газа 30 - 40 нм /ч, причем в межплавочный период через канальные блоки подины подают газ, например азот, с расходом 10 - 15 нм /ч.
