Способ производства ванадийсодержащей рельсовой стали в электропечах

 

Изобретение относится к области черной металлургии и предназначено для получения высококачественной рельсовой стали в дуговых электропечах с использованием ванадийсодержащих материалов. Способ производства ванадийсодержащей рельсовой стали с электропечах включает расплавление шихты, проведение окислительного периода с наведением и удалением окислительного шлака, проведение восстановительного периода, ввод ванадийсодержащего материала, раскисление шлака и металла в печи, выпуск стали и шлака в ковш и последующее раскисление металла в ковше. В качестве ванадийсодержащего материала используют ванадиевый шлак, который вводят после удаления окислительного шлака в смеси с известью и плавиковым шпатом при их соотношении (0,8 - 1,0) : (0,4 - 1,0) : (0,2 - 0,4) соответственно. В востановительный период наводят шлак с основностью 1,5 - 3,0 при его общем количестве, равном не более 2% от веса плавки. Раскисление шлака производят порционными присадками раскислителей до достижения содержания в шлаке менее 3% оксида железа. Вначале из печи выпускаю шлак, а затем - сталь. 2 табл.

Изобретение относится к области черной металлургии и предназначено для получения высококачественной рельсовой стали в дуговых электропечах с использованием ванадийсодержащих материалов.

Известен выбранный в качестве прототипа способ выплавки ванадийсодержащей рельсовой стали в дуговых электросталеплавильных печах с использованием ванадийсодержащих ферросплавов [1].

Известны также способы выплавки ванадийсодержащей стали, при которых ванадийсодержащий шлак присаживается в завалку [2, 3, 4], перед окислительным периодом [5], в восстановительный период с раскислителями [6, 7].

Существенным недостатком данного прототипа является то, что для обеспечения требуемого содержания ванадия необходимо введение дорогостоящих ванадийсодержащих ферросплавов. Известные же способы выплавки ванадийсодержащей стали с использованием ванадийсодержащего шлака в связи с неудачным выбором периода для присадки, а также нерегламентированным введением шлакообразующих и раскислителей не обеспечивают высокого качества стали при высокой степени извлечения ванадия из шлака в сталь при интенсивном ведении плавки.

Желаемым техническим результатом предложенного изобретения является получение высококачественной ванадийсодержащей рельсовой стали в дуговых электропечах без использования ванадийсодержащих ферросплавов.

Для достижения этого при производстве рельсовой стали в электропечах ванадий вводится в виде ванадийсодержащего шлака в конце окислительного периода после спуска шлака из печи, в смеси с известью и плавиковым шпатом при их соотношении (0,8-1,0):(0,4-1,0):(0,2-0,4) соответственно, при этом в восстановительный период наводят шлак с основностью 1,5-3,0 при общем количестве шлака менее 2% от веса плавки, а его раскисление производят порционными присадками раскислителей до достижения содержания в шлаке менее 3% оксида железа, причем вначале из печи выпускают шлак, а затем - сталь.

Введение ванадийсодержащего шлака в завалку не позволяет проводить хорошую дефосфорацию стали, т.к. спуск окислительного шлака с целью удаления фосфора из печи приводит к неизбежным потерям ванадия со шлаком, в противном случае возможно получение стали с высоким содержанием фосфора.

Введение ванадийсодержащего шлака в восстановительный период плавки приводит к повышенному угару раскислителей за счет высокого окислительного потенциала шлака (FeO, MnO, TiO₂, V₂O₅) и соответственно к увеличению затрат и длительности плавки. Присадка шлака в восстановительный период с использованием алюминиевых раскислителей приводит к получению стали с повышенной загрязненностью включениями глинозема.

Наиболее приемлемым для ввода ванадийсодержащего шлака является окислительный период плавки, т. к. в процессе обезуглероживания стали возможно значительное снижение окислительного потенциала шлака за счет восстановления FeO, MnO, TiO₂, кроме того, происходит восстановление углеродом ванны и V₂O₅, что приводит к экономному расходованию раскислителей в восстановительный период. Ранее обезуглероживание проводилось за счет железной руды и газообразного кислорода, в связи с этим длительность плавки не увеличивается. Однако присадку шлака необходимо проводить после скачивания окислительного фосфористого шлака, что позволяет получать сталь с низким содержанием фосфора.

Содержание оксида железа более 3% ведет к понижению извлечения ванадия в сталь в связи с тем, что свободные анионы кислорода сдвигают равновесие реакции V₂O₅+5B= 2V+5BO (B - восстановитель) влево и препятствуют переходу ванадия в сталь. Количество шлака более 2% приводит к снижению концентрации катионов ванадия V⁵⁺ в шлаке, и, как следствие, уменьшается извлечение последнего в сталь. Снижение основности шлака (отношение CaO/SiO₂ менее 1,5) ведет к уменьшению содержания ванадия в стали, т.к. оксид ванадия V₂O₅ относится к основным оксидам, и оксид кальция CaO вытесняет V₂O₅ из кремнекислородных соединений, чем способствует извлечению ванадия в сталь. Повышение основности выше 3 приводит к сильному загущению шлака, повышению его кратности и, как следствие, уменьшению извлечения ванадия.

Выбранное соотношение (0,8-1): (0,4-1): (0,2-0,4) ванадийсодержащего шлака, извести и плавикового шпата позволяет регламентировать необходимое соотношение смеси для получения высокого сквозного извлечения ванадия из шлака в сталь.

Предложенный способ был реализован при выплавке рельсовой стали марки Э76В в 100-тонных дуговых электросталеплавильных печах ДСП-100И7. Металл выплавляли по следующей технологии. После расплавления спускали максимально возможное количество окислительного шлака из печи через порог рабочего окна и наводили новый с основностью 1,5-3,0 в количестве менее 2% от веса плавки из ванадийсодержащего шлака, извести и плавикового шпата в соотношении (0,8-1): (0,4-1): (0,2-0,4). В опытах использовали ванадийсодержащий шлак следующего химического состава: 16-24% V₂O₅, 15-18% SiO₂, 1,2-3,0% CaO, 7-12% MnO, 7-10% TiO₂, 2-5% Cr₂O₃, 1,5-5% MgO, 25-35% Fe_общ, 1-3% Al₂O₃, 0,01-0,03% P. Раскисление шлака в печи производили присадками порошка кокса, дробленого ферросилиция марки ФС75 и гранулированного алюминия марки АВ-88 в количестве 0,8-1,2 кг/тонну стали каждого, при этом раскисление проводили порционно-последовательно (после отдачи порции кокса присаживали дробленый ферросилиций и далее алюминий с перерывами между порциями 0,5-2 мин) и достигали содержания FeO в шлаке менее 3%. Раскисление металла в печи производили силикомарганцем и ферросилицием, в ковше силкокальцием. Для лучшего извлечения ванадия из шлака, а также рафинирования стали выпуск плавки осуществляли с опережающим спуском шлака. Опережающий спуск шлака позволяет при дополнительном извлечении ванадия в сталь проводить рафинирование стали от неметаллических включений.

Данные некоторых опытных плавок с граничными, заграничными и заявляемыми значениями приведены в табл. 1. На плавках, проведенных по заявляемой технологии, достигнуто извлечение ванадия в сталь из шлака 95-97,5%. Для сравнения приведены средние данные 78 плавок рельсовой стали, выплавленных с использованием ванадийсодержащих ферросплавов. Металл разлит в слитки 8,5 т и прокатан на рельсы Р65. Свойства стали, выплавленной с использованием заявляемой технологии, и стали, выплавленной с использованием феррованадия, приведены в табл. 2.

Источники информации 1. ТИ КМК 103-СТ.П. - 12-88 "Производство железнодорожных рельсов".

2. А.с. СССР N 358374 C 21 C 5/52.

3. А.с. СССР N 665003 C 21 C 5/52.

4. А.с. СССР N 663728 C 21 C 5/52.

5. А.с. СССР N 394437 C 21 C 5/52.

6. А.с. СССР N 605839 C 21 C 5/52.

7. А.с. СССР N 1014919 C 21 C 5/52.

Формула изобретения

Способ производства ванадийсодержащей рельсовой стали в электропечах, включающий расплавление шихты, проведение окислительного периода с наведением и удалением окислительного шлака, проведение восстановительного периода, ввод ванадийсодержащего материала, раскисление шлака и металла в печи, выпуск стали и шлака в ковш и последующее раскисление металла в ковше, отличающийся тем, что в качестве ванадийсодержащего материала используют ванадиевый шлак, который вводят после удаления окислительного шлака в смеси с известью и плавиковым шпатом при их соотношении (0,8 - 1,0) : (0,4 - 1,0) : (0,2 - 0,4) сответственно, при этом в восстановительный период наводят шлак с основностью 1,5 - 3,0 при его общем количестве, равном не более 2% от веса плавки, а его раскисление производят порционными присадками раскислителей до достижения содержания в шлаке менее 3% оксида железа, причем вначале из печи выпускают шлак, а затем - сталь.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2