Способ непрерывной плавки стали

 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при непрерывной выплавке стали из железосодержащих материалов, например чугуна и/или скрапа. Сущность изобретения: при непрерывной плавке стали в качестве железосодержащих материалов используют чугун и/или скрап, флюсов - чистые материалы из группы форстерит, оливин, пироксен, ортосиликат магния или железа, в качестве восстановителя, алюминий. Ферросилиций и алюминий вводят на дно ковша или при выпуске расплава, при этом ферросилиций вводят в количестве обеспечивающем в расплаве 0,15 - 0,4% кремния, а алюминий и флюсы вводят в расплав в количестве, обеспечивающем получение кислого железистого шлака, содержащего, %: 20 - 77,2 FeO; 10 - 30 SiO₂; 2 - 15 Al₂O₃; 5 - 20 MgO; 0,13 - 6,45 MnO; 1 - 10 CaO; 0,1 - 5 Cr₂O₃; S и P - следы.

Изобретение относится к металлургии, а именно к способу непрерывной выплавки стали из железосодержащих материалов, например чугуна и/или скрапа.

Для получения стали из твердых железосодержащих материалов, в частности, скрапа, твердого чугуна, окатышей, губчатого железа или их смесей, используют, как правило, конвертеры с продувкой кислорода сверху или через расплав, причем для получения необходимого для плавления тепла в конвертер вдувается углеродсодержащее топливо. Довольно просто можно получить сталь из скрапа, не используя, при этом, жидкого чугуна, в электродуговых печах. Однако, в этом случае расход энергии относительно велик, и поэтому при обычном оформлении такие процессы недостаточно экономичны. В случае известных конвертерных способов, когда кислород продувается сверху или через расплав, процесс, как правило, протекает быстрее и сам способ является более экономичным. При таких способах плавки в расплаве образуется довольно большое количество оксидов, а образующийся в процессе плавки шлак, как правило, имеет сравнительно большую вязкость. Такие вязкие шлаки, кроме того, большей частью обладают недостаточно высокой газонепроницаемостью, что может явиться причиной слишком сильного вспенивания, а иногда приводить и к выкипанию расплава.

Задачей изобретения является проведение вышеуказанного процесса плавления таким образом, чтобы предотвратить чрезмерное кипение и существенно снизить опасность вспенивания.

Решение этой задачи обеспечивается за счет того, что в качестве железосодержащих материалов используют чугун и/или скрап, флюсов чистые материалы из группы фостеррит, оливин, пироксен, ортосиликат магния или железа, а в качестве кремнистых соединений ферросилиций, а восстановителя алюминий, ферросилиций и алюминий вводят на дно ковша перед выпуском или при выпуске, при этом, ферросилиций вводят из расчета получения 0,15-0,4% кремния в расплаве, а флюсы и алюминий в количестве, обеспечивающем получение в ковше кислого железистого шлака следующего состава, 20-77,2 FeO, предпочтительно 25,7-50 FeO; 10-30 SiO₂; 2-15 Al₂O₃; 5-20 MgO; 0,13-6,45 MnO, предпочтительно 0,5-5 MnO; 1,0-10 CaO; 0,1-5% Cr₂O₃; P+S следы.

При образовании шлака такого состава помимо известных изменений вязкости происходит также ( в благоприятном направлении) изменение и механической газопроницаемости. При проведении процесса с образованием шлака вышеуказанного состава оказалось возможным подавлять вспенивание шлака, происходящего в результате металлургических реакций, протекающих с газообразованием. Кроме того, образование шлака такого состава позволяет осуществлять и последующие металлургические процессы, такие, как, например, экзотермические реакции и/или получение расплава с определенным содержанием кремния.

Железо и марганец в подавляющем большинстве случае находятся в шлаке в виде многооксидов, FeO, соответственно MnO.

При разливке расплава в ковш весьма существенное значение имеет возможность задания определенных температур расплава и металлургического шлака.

Известен способ, по которому для установления заданных значений температур используют силикотермические реакции. При этих реакциях необходимое возрастание температуры может быть достигнуто за счет использования FeSi. Однако, для того, чтобы при проведении таких силикотермических реакций можно было предупредить переливание пены и исключить опасность чрезмерно интенсивного кипения, очень важно правильно выбрать состав металлургического шлака, который по вязкости и механической газопроницаемости отвечал бы требованиям последующих силикотермических стадий. Поэтому, при проведении процесса в рамках способа наиболее целесообразно вводить в расплав при выпуске его в разливочный ковш, вступающие в экзотермические реакции, добавки такие, как, например, Si, Al или экзотермические реагирующие сплавы. Благодаря контролю шлакового режима в соответствии с настоящим изобретением и образованию шлака вышеуказанного состава становится возможным вести процесс с образованием большого количества шлака при использовании разливочных ковшей технически разумных размеров, не опасаясь, при этом, переполнения ковша.

Проще всего, способ можно осуществить путем добавления в качестве флюса соединений, представляющих собой систему FeO-MgO-SiO₂, например, оливинов или пироксенов. Предпочтительно, в качестве флюса использовать форстерит, ортосиликат магния или железа.

Таким образом, достигается направленное влияние на вязкость и температуру плавления шлака, причем, одновременно достигается и высокая газопроницаемость образующегося шлака, благодаря чему уменьшается вспениваемость его в разливочном ковше. Соединения типа FeO-MgO-SiO₂, например, оливины или пироксены, сами по себе имеют высокую температуру плавления. При взаимодействии их с кислыми шлаками с высоким содержанием железа образуются соединения с температурами плавления 1100-1200^оС, в результате чего, при температурах, при которых обычно проводится процесс, получается шлак с низкой вязкостью и высокой газопроницаемостью. Применение таких флюсов дает существенное преимущество по сравнению с обычно используемым для этих целей плавиковым шпатом. Хотя плавиковый шпат, как и известь, переходит в силикат кальция, однако, скорость реакции, при этом, значительно меньше, чем в случае использования, например, форстерита. Энергетически более благоприятная реакция в случае использования ортосиликатов магния и железа приводит к образованию нейтральных шлаков, что обеспечивает более длительный срок службы футеровки. Кроме того, при использовании вместо плавикового шпата силикатов, в частности, ортосиликата магния и ортосиликата железа, не образуется токсичных, загрязняющих окружающую среду газов.

Применение форстерита, который сам по себе имеет высокую температуру плавления, приводит при взаимодействии его с SiO₂, CaO, FeO и Fe₂O₃ к значительному снижению температуры плавления. Выделяющаяся, при этом, теплота смешения может быть полностью использована. При взаимодействии с кремнием образуется дополнительное количество SiO₂, что тормозит образование дисиликата кальция, и в результате образуется моносиликат кальция с более низкой температурой плавления.

В частности, в случае переокисленных расплавов стали с кислыми шлаками с высоким содержанием железа предлагаемое изменение состава шлака приводит к тому, что в последующем становится возможным проведение силикотермических реакций с малой склонностью к вспениванию.

Кроме того, предлагаемый способ дает возможность довольно точно устанавливать нужную температуру и проводить процесс при незначительном перегреве в плавильной печи перед выпуском расплава в разливочный ковш. Целесообразно при осуществлении способа добавлять в разливочный ковш СаО перед или в процессе выпуска расплава. Находящийся в ковше или попадающий в него в процессе выпуска СаО реагирует с кремнием по следующему уравнению: 1 кг Si + 5,1 кг FeO + 4 кг СаО 4 кг Fe + +6,1 кг (2 СаО SiO₂) + 13816 кДж, в результате чего происходит разогрев расплава. Вследствие протекания этой реакции, с одной стороны, происходит разогрев шлака, а с другой стороны происходит частичное восстановление, входящего в состав шлака FeO, образующегося в результате неизбежного окисления железа в плавильном тигле для скрапа. В результате увеличивается степень извлечения металла. Для равномерного распределения, выделяющегося в шлаке, тепла по всей массе металла и для предупреждения сильного перегрева шлака, отрицательно воздействующего на футеровку разливочного ковша, расплав можно перемешивать с помощью аргона, вводимого через продувочный патрубок в днище ковша. Предпочтительно вводить СаО в количестве 4-16, а Si в количестве 2-8 кг/т металла, что является оптимальным для протекания силикотермической реакции. Стехиометрического и количественного превращения можно добиться при введении СаО и Si в массовом соотношении 4:1.

Было установлено, что наиболее предпочтительными являются шлаки следующих составов, 54 FeO; 20 SiO₂; 7 Al₂O₃; 8 MgO; 3,9 MnO, 4,0 CaO; 0,8 Cr₂O₃; S+P следы, и 40 FeO; 20 SiO₂; 7 Al₂O₃; 8 MgO; 3,9 MnO; 4 CaO; 0,8 Cr₂O₃; S+P следы.

Осуществляя контроль шлакового режима по способу можно, используя FeSi, в частности FeSi (75%), точно устанавливать нужное содержание кремния в расплаве. Предпочтительно, при этом, проводить процесс таким образом, чтобы содержание кремния в расплаве, устанавливаемое за счет использования FeSi, составляло 0,15-0,40% Осуществляя контроль шлакового режима по способу, процесс выпуска расплава можно производить лишь с небольшим перегревом, в частности, с перегревом в 10-30^оС, причем, вводя в разливочный ковш добавки, реагирующие с выделением тепла, можно предотвратить или, по меньшей мере, замедлить затвердевание расплава. Такой слабо перегретый металл (с перегревом 10-30^оС) можно выпускать из плавильного тигля для скрапа и вместе с обогащенным FeO шлаком выливать в приемный разливочный ковш. Этот приемный ковш предварительно может быть нагрет до температуры 1500-1600^оС. Необходимое для проведения в разливочном ковше последующих вторичных металлургических операций повышение температуры позволяет в дальнейшем проводить в конвертере с добавкой или без добавки чугуна такие процессы, как обезгаживание, низкочастотная обработка и дополнительная продувка. В процессе заполнения разливочного ковша, в него можно периодически вводить FeSi (75%) и известь. По другому варианту в пустой разливочный ковш предварительно вводят известь и затем в процессе разливки непрерывно добавляют в него FeSi (75%).

Формула изобретения

1. СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ ПЛАВКИ СТАЛИ, включающий завалку в расплавной реактор железосодержащих материалов, ввод флюсов, плавление шихты, перегрев расплава, выпуск шлака и расплава в ковш, ввод кремнистых материалов и восстановителя до получения кислого железистого шлака, отличающийся тем, что, с целью предотвращения вспенивания шлака, в качестве железосодержащих материалов используют чугун и/или скрап флюсов, чистые материалы из группы форстеррит, оливин, пироксен, ортосиликат магния или железа, в качестве кремнистого материала ферросилиций, а в качестве восстановителя алюминий, ферросилиций, алюминий вводят на дно ковша перед выпуском или при выпуске, при этом ферросилиций вводят из расчета получения 0,15 0,4% кремния в расплаве, а флюс и алюминий в количесвте, обеспечивающем получение в ковше кислого железистого шлака следующего состава, FeO 20 77,2 SiO₂ 10 30 Al₂O₃ 2 15 MgO 5 20 MnO 0,13 6,45 CaO 1 10
Cr₂O₃ 0,1 5,0;
S и P Следы
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расплав перегревают на 10 - 30^oС над температурой ликвидуса.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в ковш перед выпуском или в процессе выпуска дополнительно вводят известь.

4. Способ по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что соотношение количества введенной извести и кремния в расплаве составляет 4 1.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в ковше получают кислый железистый шлак следующего состава,
FeO 54
SiO₂ 20
Al₂О₃ 7
MgO 8
MnO 3,9
CaO 4
Cr₂O₃ 0,8
S и P Следы
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в ковше получают кислый железистый шлак следующего состава,
FeO 40
SiO₂ 20
Al₂O₃ 7
MgO 8
MnO 3,9
CaO 4
Cr₂O₃ 0,8
S и P Следы
Приоритет по пунктам:
13.10.87 пп. 1 3, 4 и 6.

10.18.87 пп. 1 5.