Способ выплавки стали в дуговой электропечи

 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно, к способам выплавки стали в дуговых электропечах. Технической задачей изобретения является максимальная замена металлического лома жидким чугуном, улучшение качества стали, снижение себестоимости металла. Технический результат достигается тем, что в способе выплавки стали в дуговой электропечи, включающем загрузку металлошихты из металлического лома и железорудных материалов, флюсов, заливку жидкого чугуна, расплавление и нагрев, ввод в расплав оставшейся части твердой металлошихты, расплавление и легирование жидкого металла, на подину печи заливают легковесный лом в количестве 2 - 5% садки, затем на него загружают железорудные материалы в количестве менее 15% от общей массы металлошихты, а жидкий чугун заливают на них в количестве 40,5 - 55% от массы садки в течение 0,5 - 20 мин, при этом оставшуюся твердую металлошихту вводят при температуре расплава 1500 - 1580^oC. С применением данного способа выплавки стали повысился выход высших марок стали, расход электроэнергии уменьшился на 5 - 9%, расход кислорода уменьшился на 11 - 15%. 1 табл.

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

В ряде случаев, особенно при недостатке стального лома, в шихту электрических печей вводят чугун. При небольшом количестве чугуна (10 20%) в шихте его используют в твердом виде, при большом (30 50%) в жидком. В настоящее время сталь в электропечах на жидком чугуне выплавляют редко. Однако в связи с появлением новых крупных электропечей потребность в стальном ломе возрастает, поэтому можно ожидать, что в будущем жидкий чугун в шихте электропечей будет применяться в больших масштабах. К тому же, в настоящее время увеличивается дефицит стального лома.

При выплавке стали с применением жидкого чугуна необходимо вводит в шихту большое количество железной руды и извести. Эти материалы можно частично загружать во время завалки, частично во время плавления шихты. После загрузки шлакообразующих и железного лома включают печь и прогревают материалы в течение 0,8 1 ч, затем заливают чугун. Количество жидкого чугуна обычно составляет 30 50% от массы металлической части шихты. После заливки чугуна происходит окисление примесей металла; образующийся при этом шлак сливают из печи. В этом отношении электроплавка стали на чугуне аналогична скрап-рудному процессу в мартеновских печах. Во время плавления, а также после расплавления ванну продувают кислородом.

Известно также, что согласно способу получения железа и его сплавов из железорудных материалов, включающем загрузку железорудных материалов, металлического лома, заливку жидкого чугуна, расплавление, восстановление и выпуск металла, сначала в печь заливают жидкий чугун в количестве 30 40 мас. шихты, после чего вводят расчетное количество железорудных материалов в виде рудноугольных окатышей и известь в количестве 5 15 кг на тонну железорудных материалов [1] прототип.

Окислы железа, находящиеся в окатышах, при нагреве их за счет тепла чугуна и электрической дуги активно восстанавливаются в твердом состоянии углеродом, находящимся в окатышах, по схеме Fe₂O₃ __→ Fe₃O₄ --L FeO --L Fe. При этом большая часть окислов железа восстанавливается в твердом состоянии по мере их нагрева до температуры плавления. Окислы железа, не восстановленные в твердом состоянии, переходят в расплав и восстанавливаются в жидком состоянии за счет углерода, кремния и марганца чугуна. Ванна при этом интенсивно кипит.

Технической задачей указанного выше способа является снижение использования дефицитного стального лома и недостаточное повышение качества выплавляемой стали, а также снижение расхода газообразного кислорода.

Технический результат достигается тем, что в способе выплавки стали в дуговой электропечи, включающем загрузку металлошихты из металлического лома и железорудных материалов, флюсов, заливку жидкого чугуна, расплавление и нагрев, ввод в расплав оставшейся части твердой металлошихты, расплавление и легирование жидкого металла, на подину печи заливают легковесный лом в количестве 2 5% от общей массы металлошихты, затем на него загружают железорудные материалы в количестве менее 15% от общей массы металлошихты, а жидкий чугун заливают на них в количестве 40,5 55,0% от массы ссадки в течение 0,5 20,0 мин, при этом оставшуюся твердую металлошихту вводят при температуре расплава 1500 1580^oC.

Наличие легковесного лома на подине печи первой порции завалки в количестве 2 5% предохраняет подину от зарастания ее при подаче на подину в начале завалки шлакообразующих и флюсов, а также и от стравливания подины железорудным материалом при нагреве их в процессе плавления до температуры плавления и особенно при контакте подины с жидким железорудным материалом в процессе плавления.

Легковесная шихта в данном случае также предохраняет подину и от пропитки ее жидким чугуном, который при температуре его от 1500^oC и выше обладает высокой жидкотекучестью и при длительном контакте горячего чугуна с разогретой до этой температуры подиной, слой подины пропитывается чугуном и поднимается в металл.

При количестве легковесного лома менее 2% не получают должного технического эффекта по предохранению подины от зарастания и пропитки ее жидким чугуном.

При количестве легковесного лома более 5% отрицательно сказывается его увеличение на технико-экономических показателях электроплавки.

Последующая загрузка на легковесный лом менее 15% железорудных материалов (железорудные окатыши, агломерат, окалины, металлический концентрат и др. ) позволяет уже к моменту расплавления ванны достигать необходимое содержание углерода, фосфора, серы и во время окислительного периода требуется только небольшая корректировка содержания углерода в металле и его температуры. В связи с более низкой по сравнению с ломом температурой плавления железорудных материалов уже через 6 15 минут на подине печи образуется слой жидкого металла. Что позволяет исключить непосредственный контакт заливаемого высокоуглеродистого сплава с подиной печи.

Применение в завалке 15% и более железорудных материалов приведет к увеличению количественного содержания шлака.

Применение в металлозавалке повышенного (40,5 55%) расхода жидкого чугуна позволяет уменьшить содержание вредных примесей, прежде всего цветных металлов, содержащихся в металлическом ломе. Кроме того, это позволяет резко сократить потребность в металлическом ломе. Твердые окислители, залитые жидким чугуном, всплывая и при нагреве ванны, вступают в реакцию с последней, перемешивают расплав пузырьками окиси углерода, образующимися в результате окисления углерода жидкого чугуна кислородом твердых железорудных материалов. Это ускоряет передачу тепла от жидкого расплава к кускам нерасплавившейся шихты и увеличивает скорость их проплавления.

Кроме того, на протяжении всего периода плавления наблюдается окисление углерода жидкого расплава и поддержание шлака во вспененном состоянии за счет непрерывного кипения ванны. Жидкий чугун заливают на заваленные ранее материалы в количестве 40,5 55% от массы садки в течение 0,5 20 мин.

Время 0,5 мин. необходимо для заливки жидкого чугуна печей малой емкости (до 1 т).

Время 20 мин. необходимо для заливки жидкого чугуна в электропечь большой емкости (свыше 100 тонн).

Если жидкое количество чугуна заливаемое в электропечь меньше 40,5% то при выплавке стали достигается заметное снижение дефицитного металлического лома.

Если жидкое количество чугуна заливаемое в электропечь более 55% то имеет место повышенное содержание углерода в расплаве, что приведет к повышенному расходу газообразного кислорода и увеличению длительности плавки.

При соотношении чугуна и железорудных материалов в ванне электропечи соответственно в пределах 40,5 55% и 10 14,9% количество кислорода, находящегося в железорудных материалах и переходящего в жидкий расплав, оказывается достаточным для окисления всех примесей жидкого чугуна и вводимой затем твердой металлошихты, включая углерод, кремний, марганец и полного восстановления оксидов железа до металлического состояния. При этом обеспечивается кипение ванны, обеспечиваются благоприятные условия для рафинирования металла и сокращение продолжительности плавки.

Затем включают дуги и нагревают ванну, ведут расплавление и нагрев, при температуре расплава равным 1500 1580^oC вводят оставшуюся часть твердой металлошихты.

Если температура расплава менее 1500^oC, то на подине могут оставаться нерасплавившиеся куски лома. Выше температуры равной 1580^oC расплав нагревать нецелесообразно. Заканчивают процесс выплавки стали по традиционно известной технологии.

Пример конкретного выполнения.

Выплавка трубной стали марки 20 осуществляется в 100 т дуговой электропечи. Шихта состоит из 2,5 5 т легковесного металлолома, который заливают на подину печи после ее заправки и осмотра. На легковесный металлолом загружают 15 16 т железорудных материалов. Сверху на железорудный материал заливают жидкий чугун в количестве 45 55 т следующего состава C 4,6% Mn 0,5% Si 0,7% S 0,02% P 0,08% Fe остальное. Электропечь включают и подогревают расплав до температуры 1500 1580^oC. После нагрева до этой температуры вводят оставшуюся часть шихты в виде металлолома, без чугуна и снова печь включат на расплавление. По расплавлении всей шихты был получен металл следующего состава: C 0,22, Si нет, Mn 0,16, P 0,005, S 0,034, Cr 0,08, Ni 0,11, Cu 0,18. В процессе расплавления плавильный шлак сливают самотеком, а после полного расплавления металл раскисляют и выпускают в ковш.

Пример второй выплавка трубной стали марки 09Г2С.

После слива металла и шлака, печь осматривают и производят заправку подины и откосов. На заправленную подину загружают легковесный скрап в количестве 2 3 т, а на него железорудный материал 15^oC16 т в виде окатышей с содержанием Fe_общ 60,0% Fe₂O₃ 83% FeO 2,4% S 0,02% P 0,02% На загруженный материал допускается загрузка металлолома (на окатыши) в количестве 2 3 т любого вида (легковеса или другого вида, (чтобы окатыши не всплывали). После всего этого заливают жидкий чугун состава, C 4,5, Mn 0,6, Si 0,9, P 0,08, S 0,03 в количестве 45 55 т.

Печь включают и подогревают загруженные материалы до температуры 1520 - 1560^oC. После нагрева до этой температуры загружают остальной металлолом и скрап в количестве 50 60 т и снова печь включат на расплавление. По расплавлении всей шихты получен металл состава, C 0,10, Si нет, Mn 0,10, P 0,014, S 0,018, Cr 0,05, Ni 0,07, Cu 0,11. В процессе расплавления шлак сливали самотеком, после полного расплавления и нагрева металла до температуры 1660^oC легировали ферромарганцем и ферросилицием и выпускали в ковш.

Результаты проведенных плавок по показателям количественному составу примесей и длительности плавок показаны в таблице.

Формула изобретения

Способ выплавки стали в дуговой электропечи, включающий загрузку металлошихты из металлического лома и железорудных материалов, флюсов, заливку жидкого чугуна, расплавление и легирование жидкого металла, отличающийся тем, что на подину печи заваливают легковесный лом в количестве 2 5% садки, затем на него загружают железорудные материалы в количестве менее 15% от общей массы металлошихты, а жидкий чугун заливают на них в количестве 40,5 55,0% от массы садки в течение 0,5 20 мин, при этом оставшуюся твердую металлошихту вводят при температуре расплава 1500 1580^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1