Способ выплавки рельсовой стали

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки рельсовой стали. Способ выплавки рельсовой стали включает завалку в дуговую электросталеплавильную печь металлолома и извести. После проплавления металлолома при расходе электроэнергии 180-300 кВт·ч/т металлолома заливают сверху жидкий чугун при температуре 1280-1400°С в количестве 30-60% от массы завалки, содержащий, мас.%: (2,0-3,5) С, менее 0,01 Si, менее 0,015 Р, менее 0,025 S. Окисляют углерод газообразным кислородом при температуре в печи не более 1700°С. При выпуске стали отсекают печной шлак и оставляют 10-15% от общей массы жидкого металла в печи. Подают в ковш во время выпуска шлакообразующую смесь, состоящую из извести и плавикового шпата в соотношении (0,8-1,2):(0,2-0,5) с расходом 10-17 кг/т стали. Способ позволяет сократить длительность плавки, уменьшить расход электроэнергии и электродов, увеличить усвоение легирующих и ферросплавов, уменьшить уровень загрязненности стали неметаллическими включениями. 2 табл.

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки рельсовой стали в электропечах.

Известен выбранный в качестве прототипа способ выплавки рельсовой стали, включающий завалку в дуговую электросталеплавильную печь металлолома, чугуна и извести, расплавление металлошихты, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию путем присадки железной руды и извести, скачивание окислительного шлака через порог рабочего окна, раскисление стали и шлака в печи, последующий выпуск стали под печным шлаком в ковш, присадку в ковш во время выпуска смеси, состоящей из извести, плавикового шпата, силикокальция и феррованадия, отличающийся тем, что в завалку дополнительно присаживают железную руду в количестве 4-5% от веса завалки, известь подают в количестве 4-8% от веса завалки, чугун присаживают в виде жидкого чугуна, который заливают сверху в печь после проплавления металлолома при расходе электроэнергии 220-320 кВт·ч/т металлолома в количестве 30-35% от веса завалки со скоростью 6-12 т/мин, при этом газообразный кислород подают с расходом 15-30 нм³/т стали, а температуру в печи при окислении углерода поддерживают не более 1680°С, железную руду и известь для дефосфорации присаживают с расходом 70-120 кг/т стали в соотношении соответственно (1-2):(2,5-3,5) с последующим спуском окислительного шлака, а расход присаживаемой в ковш во время выпуска стали смеси поддерживают в пределах 18-27 кг/т стали при соотношении в ней извести, плавикового шпата, силикокальция и феррованадия (1-1,50):(0,30-0,40):(0,50-0,65):(0,07-0,15) соответственно [1].

Существенными недостатками данного способа выплавки рельсовой стали являются:

- значительная длительность плавки в связи с необходимостью окисления значительных концентраций кремния и фосфора и формирования шлака для обеспечения качественной дефосфорации стали,

- высокий расход электроэнергии и электродов в связи с повышенной длительностью плавки, связанной со значительным временем для проведения восстановительного периода в печи (раскисления металла и шлака), а также снижением количества и уменьшением времени для формирования печного шлака требуемого химического состава и жидкотекучести для проведения дефосфорации в печи и десульфурации при выпуске металла из печи в ковш,

- высокий «угар» ферросплавов в связи с повышенной окисленностью печного шлака и присадкой значительного количества ферросплавов в печь,

- повышенный уровень загрязненности стали по неметаллическим включениям в связи с высокими концентрациями кислорода в стали и шлаке.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются: сокращение длительности плавки, уменьшение расхода электродов и электроэнергии, увеличение усвоения легирующих и ферросплавов, снижение уровня загрязненности стали неметаллическими включениями.

Для этого предложен способ выплавки рельсовой стали, включающий завалку в дуговую электросталеплавильную печь металлолома и извести, расплавление металлолома, заливку жидкого чугуна, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию путем присадки железной руды и извести, скачивание окислительного шлака через порог рабочего окна, последующий выпуск стали в ковш и присадку в ковш во время выпуска шлакообразующей смеси, состоящей из извести и плавикового шпата, причем заливают жидкий чугун в количестве 30-60% от массы завалки, при содержании в нем, мас.%: углерода 2,0-3,5, менее 0,01 кремния, менее 0,015 фосфора, менее 0,025 серы, причем чугун заливают при температуре 1280-1400°С сверху в печь после проплавления металлолома при расходе электроэнергии 180-300 кВт·ч/т металлолома, температуру в печи при окислении углерода поддерживают не более 1700°С, выпускают сталь в ковш с отсечкой печного шлака с оставлением 10-15% от общей массы жидкого металла в печи, подают в ковш во время выпуска стали шлакообразующую смесь при соотношении в ней из извести и плавикового шпата (0,8-1,2):(0,2-0,5) с расходом 10-17 кг/т стали.

Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем. Количество жидкого чугуна в количестве 30-60% от массы завалки выбрано исходя из получения в стали необходимой концентрации углерода, при использовании жидкого чугуна менее 30% от массы завалки концентрация углерода при расплавлении не позволит провести усиленную дегазацию стали и удаление неметаллических включений, а использование жидкого чугуна в количестве более 60% от массы завалки приводит к повышеной концентрации углерода при расплавлении и увеличению длительности плавки в связи с необходимостью окисления «избыточного» углерода стали.

Концентрация углерода в жидком чугуне выбрана исходя из того, что при содержании углерода менее 2,0% в связи с незначительным перегревом над температурой ликвидус и незначительным временем для кристаллизации невозможна транспортировка жидкого чугуна на большие расстояния, а при увеличении содержания углерода более 3,5% увеличивается продолжительность плавки при окислении «избыточной» концентрации.

При увеличении содержания кремния более 0,01% для нейтрализации SiO₂, образующегося при окислении, необходимо значительное количество извести, в связи с чем наблюдаются значительные теплопотери и увеличиваются расход электроэнергии и электродов.

Превышение заявляемых концентраций фосфора и серы в полупродукте приводят к необходимости проведения интенсивных процессов по дефосфорации и десульфурации стали, что в свою очередь приводит к увеличению длительности плавки и связанных с этим расходом электроэнергии и электродов.

Заливка при температуре 1280-1400°С обеспечивает наименьшее спелеобразование (выделение чешуйчатого графита) и уменьшение вероятности короткого замыкания в электропечных агрегатах. При снижении температуры менее 1280°С происходит кристаллизация полупродукта, а при увеличении температуры более 1400°С высокий перегрев над температурой ликвидус приводит к увеличению износа футеровки ковша и вероятности «ухода» металла из ковша.

Заливка жидкого чугуна при расходе электроэнергии менее 180 кВт·ч/т приводит к увеличению длительности плавки и повышению общего расхода электроэнергии на плавку в связи с образованием чугунно-стального конгломерата. Причем при расплавлении последнего интенсивному излучению подвергаются водоохлаждаемые части свода и панели, а также разрушению огнеупорных частей печи, приводящему к повышению общего уровня загрязненности стали неметаллическими включениями. В случае заливки жидкого чугуна при расходе более 300 кВт·ч/т металлолома сталь перегревается и переокисляется вследствие интенсивного введения в печь газообразного кислорода, в связи с чем могут возникнуть условия непрогнозируемого окисления углерода с последующим выбросом шлака и металла из печи. При этом концентрация углерода в печи позволяет снизить заявляемые пределы до 180-300 кВт·ч/т по сравнению с прототипом 220-320 кВт·ч/т.

При превышении температуры в печи более 1700°С при окислении углерода происходит интенсивный размыв футеровки и загрязнение стали неметаллическими включениями. Выпуск стали с отсечкой печного шлака позволяет снизить вероятность загрязнения стали неметаллическими включениями экзогенного типа, при этом оставление 10-15% от общей массы жидкого металла в печи гарантирует хорошую отсечку. Превышение остатка в печи более 15% снижает технико-экономические показатели плавки, а снижение остатка менее 10% не обеспечивает гарантированную отсечку печного шлака.

Присадка в печь шлакообразующей смеси, состоящей из извести и плавикового шпата в соотношении (0,8-1, 2):(0,2-0,5) и расходом 10-17 кг/т, стали обеспечивает хорошую десульфурацию стали и высокую рафинирующую способность от неметаллических включений.

Заявляемый способ выплавки рельсовой стали был реализован при выплавке стали в дуговых электросталеплавильных печах типа ДСП 100И7. Параметры и показатели 12 опытных плавок приведены в табл.1 и 2. Подготовка жидкого чугуна к плавке проводилась в 420-т мартеновских печах. В чугуновозных ковшах осуществляли доставку в электросталеплавильный цех, где проводили выплавку рельсовой стали марки Э76Ф. Завалка состояла из 40-70 т металлолома и шлакообразующих. Заливка жидкого чугуна проводилась из чугуновозного ковша посредством мостового крана при открытом своде печи после проплавления «колодцев» и частичного осаживания металлолома в печи при расходе электроэнергии 160-320 кВт·ч/т. Сразу же после заливки чугуна осуществляли скачивание шлака через порог рабочего окна печи. Окисление углерода проводили продувкой стали в печи газообразным кислородом через сводовую водоохлаждаемую фурму. Для лучшей дефосфорации в печь присаживались порции железной руды и плавикового шпата. Во время окисления углерода температура в печи не превышала 1700°С, причем температура заливаемого полупродукта изменялась в пределах 1280-1400°С. При достижении требуемого содержания углерода, фосфора и температуры проводили выпуск плавки с отсечкой печного шлака. Для полной осечки печного шлака и снижения вероятности загрязнения стали неметаллическими включениями в печи оставляли 10-15 т стали.

При выпуске стали для лучшей десульфурации в ковш присаживали известь и плавиковый шпат в количестве соответственно 800-1200 и 200-500 кг и расходом 10-17 кг/т стали. В ковш при выпуске присаживались требуемые ферросплавы, что уменьшило угар ферросплавов.

При выплавке стали по заявляемому способу сокращается длительность плавки с 1 ч 40 мин до 1 ч 10 мин -1 ч 30 мин, электроэнергии с 400-420 кВт·ч/т до 380-400 кВт·ч/т, электродов с 3,9 кг/т до 3,5-3,6 кг/т, уменьшена загрязненность стали по неметаллическим включениям (снижен индекс общей загрязненности неметаллическими включениями на 0,2), снижен угар ферросплавов (марганецсодержащих на 5%, кремнийсодержащих на 10-15%).

Источники информации

1. Патент РФ №2197536, кл. С 21 С 5/52, 7/06.

Таблица 1 Параметры опытных плавок
№ плавки	Марка стали	Количество полупродукта, т	Температура заливки полупродукта, °С	Расход электроэнергии перед заливкой полупродукта, кВт·ч/т	Температура в печи при окислении углерода,°С	Шлакообразующая смесь (известь и плавиковый шпат) расход, кг/т стали	Соотношение
1	Э76Ф	30	1280	160	1655	10	0,8-0,2
2	Э76Ф	40	1300	180	1655	13	0,8-0,5
3	Э76Ф	40	1300	180	1680	12	0,8-0,4
4	Э76Ф	40	1350	250	1690	14	0,9-0,5
5	Э76Ф	45	1380	280	1670	13	0,9-0,4
6	Э76Ф	45	1360	300	1685	12	0,9-0,3
7	Э76Ф	50	1310	210	1700	12	1,0-0,2
8	Э76Ф	50	1320	270	1690	15	1,0-0,5
9	Э76Ф	55	1380	220	1690	16	1,1-0,5
10	Э76Ф	60	1400	240	1670	14	1,2-0,2
11	Э76Ф	60	1290	300	1660	15	1,2-0,3
12	Э76Ф	65	1410	320	1700	17	1,2-0,5
прототип	30-35	не оговаривается	220-320	1680°С	-	(1-1,5):(0,3-0,4)

Таблица 2 Технологические показатели
№ плавки	Марка стали	Степень дефосфорации, %	Степень десульфурации, %	Индекс загрязненности, балл	Общий расход электроэнергии, кВт·ч/т	Общий расход электродов, кг/т	Длительность плавки, ч-ми
1	Э76Ф	41	74	0,76	400	3,57	1-20
2	Э76Ф	45	70	0,78	395	3,50	1-10
3	Э76Ф	42	75	0,79	380	3,58	1-10
4	Э76Ф	44	76	0,80	380	3,54	1-10
5	Э76Ф	44	76	0,76	385	3,59	1-10
6	Э76Ф	40	75	0,78	390	3,60	1-20
7	Э76Ф	40	75	0,74	390	3,58	1-20
8	Э76Ф	40	76	0,70	385	3,59	1-20
9	Э76Ф	41	74	0,71	390	3,59	1-20
10	Э76Ф	46	74	0,73	380	3,60	1-15
11	Э76Ф	44	73	0,75	385	3,54	1-20
12	Э76Ф	45	75	0,81	380	3,55	1-30
прототип	30-40	70-74	0,8-1,0	400-420	3,9-4,5	1-20-1-40

Способ выплавки рельсовой стали, включающий завалку в дуговую электросталеплавильную печь металлолома и извести, расплавление металлолома, заливку жидкого чугуна, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию путем присадки железной руды и извести, скачивание окислительного шлака через порог рабочего окна, последующий выпуск стали в ковш и присадку в ковш во время выпуска шлакообразующей смеси, состоящей из извести и плавикового шпата, отличающийся тем, что заливают жидкий чугун в количестве 30 - 60% от массы завалки при содержании в нем, мас.%: углерода 2,0 - 3,5, менее 0,01 кремния, менее 0,015 фосфора, менее 0,025 серы, причем чугун заливают при температуре 1280 - 1400°С сверху в печь после проплавления металлолома при расходе электроэнергии 180 - 300 кВт·ч/т металлолома, температуру в печи при окислении углерода поддерживают не более 1700°С, выпускают сталь в ковш с отсечкой печного шлака с оставлением 10 - 15% от общей массы жидкого металла в печи, подают в ковш во время выпуска стали шлакообразующую смесь при соотношении в ней извести и плавикового шпата (0,8 - 1,2):(0,2 - 0,5) с расходом 10 - 17 кг/т стали.