Способ выплавки стали

 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно - к способам выплавки стали в дуговых электрических печах. Сущность изобретения: способ выплавки стали включает послойную завалку металлошихты из металлолома и шихтовой заготовки в виде твердого окислителя, залитого чугуном, загрузку флюсующих добавок, нагрев и расплавление, продувку кислородом, в котором металлошихту загружают двумя порциями, при этом в начале в завалку дают шихтовую заготовку в количестве 3 - 32% от массы садки печи совместно с металлоломом, располагая ее между его слоями при соотношении соответственно 1: /0,1 - 20,0/, затем продолжают загрузку оставшейся металлошихты, при этом загружают вначале металлолом, а сверху его - шихтовую заготовку. В качестве твердого окислителя применяют агломерат, окатыши, окалину и др. Способ выплавки стали в дуговых электропечах обеспечивает повышение технико-экономических показателей за счет сокращения продолжительности плавки и удельного расхода электроэнергии. 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способам выплавки стали в дуговых электропечах.

Известен способ производства стали в дуговой печи, включающий загрузку скрапа, флюсующих добавок, вдувания кислорода. Вначале загружается одна корзина скрапа, после расплавления части этой загрузки и создания условий для непрерывной подачи гранулированного чугуна начинают загрузку последнего вместе с флюсующими добавками (гранулированная известь) со скоростью, соответствующей скорости их проплавления. Одновременно может вдуваться кислород. Затем загружают смесь низкоуглеродистой шихты и фрагментированного скрапа или смесь гранулированного чугуна, губчатого железа скрапа и извести при возможном вдувании кислорода (патент Англии N1569887, кл. C 07 D).

Недостатки известного способа состоят в высокой себестоимости, учитывая, что шихта (гранулированный чугун, металлизованные окатыши, фрагментированный скрап), применяемая для выплавки стали, наиболее дорогая из всех известных видов при повышенном износе футеровки, так как до начала непосредственно загрузки гранулированного чугуна требуется расплавить и нагреть часть шихты - корзину скрапа, что сопряжено с открытыми дугами, разрушающими футеровку, при этом также повышается расход электроэнергии; сложности способа, так как для его осуществления требуются различные виды шихтовых материалов скрап, фрагментированный скрап, гранулированный чугун, металлизованные окатыши, окалины, гранулированная известь.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ производства стали в дуговой печи, включающий загрузку скрапа, флюсующих добавок, вдувания кислорода, загрузку шихтовой заготовки в виде железорудных окатышей, залитых чугуном, в количестве 0,5 - 5,0 т на 1 т скрапа (а.с. N 985063).

Недостатки известного способа состоят в том, что завалка шихты, состоящей из скрапа и шихтовой заготовки и располагаемой послойно, осуществляется в один прием. Вследствие этого масса холодной металлошихты, находящейся в печи, достигнет максимальной величины, а мощность трансформатора, отнесенная к единице массы шихты, получается минимальной. Это затрудняет проплавление шихты и увеличивает общую длительность плавления, которая уже не компенсируется сокращением времени плавления вследствие исключения операции подвалки шихты.

Кроме того, недостатком известного способа является относительно большая доля шихтовой заготовки в металлозавалке, составляющей 33 83,4% Наличие в составе исходной завалки большого количества плотной и тяжеловесной шихты, к которой относится шихтовая заготовка, ухудшает условия плавления металлошихты в начальный период плавления, когда печь холодная и содержит в рабочем пространстве максимальное количество твердой холодной металлошихты. Это увеличивает длительность плавления и плавки в целом и расход электроэнергии. Одновременная разовая загрузка скрапа и шихтовой заготовки при большом относительном количестве последней, ее высокой плотности и пониженной по сравнению с ломом температуре плавления вызывает сваривание кусков шихтовой заготовки между собой и с кусками лома, вследствие чего образуются массивные трудноплавящиеся конгломераты и мосты. Это дополнительно удлиняет плавку и увеличивает расход электроэнергии, а также увеличивает качество шлака. Завалка легковесного лома сверху в бадью на шихтовую заготовку и скрап (лом) не позволяет получить плотную укладку шихты в рабочем пространстве печи, что снижает стабильность горения дуг и потребляемую мощность во второй половине плавления, увеличивая тем самым длительность плавления и энергозатраты.

Техническая задача повышение эффективности электроплавки за счет сокращения продолжительности плавления и снижения энергозатрат.

Технический результат достигается тем, что в способе выплавки стали, включающем послойную завалку металлошихты из металлолома и шихтовой заготовки в виде твердого окислителя, залитого чугуном, загрузку флюсующих добавок, нагрев и расплавление, продувку кислородом, металлошихту загружают двумя порциями, при этом в начале в завалку дают шихтовую заготовку в количестве 3 32% от массы садки печи совместно м металлоломом, располагая ее между его слоями при соотношении 1:(0,1 20,0), затем продолжают загрузку оставшейся металлошихты. При этом в начале загружают металлолом, а сверху его шихтовую заготовку.

Загрузка металлошихты двумя порциями резко увеличивает тепловую мощность на единицу массы шихты в период плавления, облегчая ее проплавление и снижая расход электроэнергии.

Сочетание в первой порции лома и шихтовой заготовки, обладающей по сравнению с ломом пониженной температурой плавления благодаря наличию в ее основе легкоплавкого чугуна, ускоряет образование на подине печи слоя жидкого расплава, формирующегося преимущественно из расплавившейся шихтовой заготовки. При этом дальнейшее плавление кусков лома происходит в жидкой металлической ванне, имеющей повышенную величину коэффициента теплоотдачи. Перемешивание расплава пузырьками окиси углерода, образующимися в результате реакции окисления углерода чугуна кислородом твердого окислителя, входящими в исходный состав шихтовой заготовки, ускоряет передачу тепла от жидкого расплава к кускам твердой нерасплавившейся шихты и увеличивает скорость их проплавления. Быстрое образование на подине печи слоя жидкого расплава закрывает подину от электрических дуг, дает возможность в течение 1 3 минут выйти на предельную мощность, обеспечивает возможность более ранней подачи кислорода, способствует устойчивому горению дуг, увеличивает среднюю потребляемую мощность, ускоряет шлакообразование и получение вспененного шлака.

Загрузка оставшейся металлошихты со второй порцией на частично расплавившуюся шихту облегчает ее проплавление. Наличие поверх лома шихтовой заготовки способствует уплотнению слоя шихты и устойчивому горению дуг. Кроме того, при этом на протяжении всего периода плавления наблюдается окисление углерода шихтовой заготовки твердым окислителем и поддержание шлака во вспененном состоянии за счет непрерывного кипения ванны. Благодаря этому резко увеличивается коэффициент использования энергии дуг и ускоряются плавление шихты и нагрев ванны.

Таким образом, загрузка металлошихты двумя порциями позволяет сократить длительность периода плавления и общую продолжительность плавки, а также снизить удельный расход электроэнергии.

Дальнейшее увеличение числа порций загружаемой шихты нецелесообразно, так как это сопровождается потерями времени и тепловой энергии, вызванными паузами в работе печи, которые уже не компенсируются преимуществами, создаваемыми в результате увеличения количества порций.

При количестве шихтовой заготовки в первой порции менее 3% от массы садки печи объем образующегося из нее жидкого металла оказывается недостаточным для образования на подине печи слоя жидкого металла, погружения в него кусков твердой шихты и защиты подины от прожога мощными дугами.

Это снижает вводимую мощность и расход кислорода и в целом технико-экономические показатели плавки, не позволяет использовать полностью преимущества предлагаемого способа.

При количестве шихтовой заготовки более 32% от массы садки печи длительность плавления исходной завалки и расход энергии начинают возрастать вследствие того, что доля тяжеловесной шихты, плавящейся более медленно, превышает оптимальную величину. Кроме того, коэффициент заполнения рабочего пространства печи шихтой вследствие наличия в металлошихте тяжеловесного и плотного материала уменьшается, что не позволяет использовать максимальную мощность трансформатора из-за опасности снижения стойкости футеровки свода и стен. При этом длительность плавления и плавки возрастают, а энергозатраты увеличиваются. Поэтому дальнейшее увеличение доли шихтовой заготовки в первой порции нецелесообразно.

Соотношение шихтовой заготовки и лома 1:(0,1 20,0) отвечает условиям достижения наилучших технико-экономических показателей. Если это соотношение более 1:0,1, то эффективность способа снижается из-за чрезмерно большой доли шихтовой заготовки, имеющей большую плотность и образующей плотный слой, склонный к свариванию кусков в монолит. Последний плавится значительно медленнее отдельных кусков, образующих этот слой.

Если это соотношение менее 1:20, то эффект положительного влияния заготовки снижается из-за относительно малой массы в металлошихте. Шихтовая заготовка, опережающая по скорости плавления лом, при этом образует жидкий расплав, стекающий по холодным кускам лома, образование таких монолитов затрудняет их проплавление. При этом образующегося расплава оказывается недостаточно для формирования слоя жидкого расплава на подине печи. Это препятствует использованию максимальных мощностей и раннему вводу кислорода. При этом затягивается плавление шихты и возрастают энергозатраты.

Загрузка оставшегося лома с расположением шихтовой заготовки поверх лома позволяет увеличить плотность шихты, обеспечить стабильное горение дуг, максимальное использование вводимой мощности, а также создает эффект кипения ванны во второй период плавления и окислительный период. Благодаря этому шлак поддерживается во вспененном состоянии, что повышает термический КПД и защищает футеровку от излучения дуг, а также создает условия для работы с максимальными мощностями. Кроме того, непрерывное кипение металла в периоды плавления и окисления обеспечивает удаление газов и включений и способствует получению более высокого качества стали.

Пример конкретного выполнения.

Опытные плавки проводили в 100 т дуговых электропечах, сортамент стали - электротехническая анизотропная сталь. В составе металлозавалки использовали лом (обрезь прокатных цехов, бракованные слябы, амортизационный лом), шихтовую заготовку при различном их соотношении.

Шихту, состоящую из заготовки и лома, послойно загружали в бадью и загружали в печь. В завалку давали также известь в количестве 1,5 4 т, агломерат 2 4 т, а на отдельных плавках плавиковый шпат в количестве до 300 500 т на плавку. После проплавления исходной завалки производили подвалку, загружая в бадью при этом шихтовую заготовку поверх лома. Выплавку стали производили по действующей технологической инструкции с использованием сводовой фурмы для вдувания в ванну кислорода. По ходу плавления осуществляли в случае необходимости присадки агломерата и шпата. Для получения шихтовой заготовки использовали передельный чугун и железорудные окатыши Михайловского ГОКа с соотношением чугуна и окатышей в пределах (61 84):(19 16). По расплавлении шихты в пробе 1 получали металл следующего химсостава, C 0,18 1,00; Mn 0,10 0,20; F 0,009 0,016; S 0,005 0,027; Cr 0,03 0,09; Ni 0,05 0,09; Cu 0,05 0,13.

После рафинирования и предварительного раскисления металл выпускали в ковш.

Технико-экономические показатели электроплавки электротехнической стали, выплавленной по предлагаемому способу, в сравнении с плавками текущего производства (средние по 20 плавкам), приведены в таблице.

Как видно из таблицы, предлагаемый способ выплавки стали в дуговой печи обеспечивает повышение технико-экономических показателей плавки за счет сокращения продолжительности периода плавления на 7 12 и удельного расхода электроэнергии на 4 10

Формула изобретения

Способ выплавки стали, включающий послойную завалку металлошихты из металлолома и шихтовой заготовки в виде твердого окислителя, залитого чугуном, загрузку флюсующих добавок, нагрев и расплавление, продувку кислородом, отличающийся тем, что металлошихту загружают двумя порциями, при этом вначале в завалку дают шихтовую заготовку в количестве 3 32% от массы садки печи совместно с металлоломом, располагая ее между его слоями при соотношении соответственно 1:0,1 20,0, затем продолжают загрузку оставшейся металлошихты, при этом загружают в начале металлолом, а сверху него шихтовую заготовку.

РИСУНКИ

Рисунок 1