Способ выплавки рельсовой стали в дуговой электропечи

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки рельсовой стали в дуговой электропечи. Способ включает завалку в печь металлолома, заливку жидкого чугуна, присадку извести, расплавление металлошихты, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию путем присадки железной руды и извести, скачивание окислительного шлака через порог рабочего окна, выпуск стали с отсечкой печного шлака в ковш, присадку в ковш во время выпуска смеси извести, плавикового шпата и ферросплавов и дальнейшую доводку стали по химическому составу на агрегате ковш-печь. Использование изобретения позволяет повысить стойкость футеровки печи, уменьшить расход ферросплавов, снизить содержание в стали газов и уровень загрязненности стали неметаллическими включениями, повысить уровень механических свойств стали и снизить себестоимость выплавляемой стали.

 

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

Известен выбранный в качестве прототипа способ выплавки рельсовой стали в дуговой электропечи, включающий завалку в печь металлолома, заливку жидкого чугуна, присадку извести, расплавление металлошихты, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию путем присадки железной руды и извести, скачивание окислительного шлака через порог рабочего окна, выпуск стали в ковш, присадку в ковш во время выпуска смеси извести, плавикового шпата и ферросплавов, отличающийся тем, что известь вводят в составе смеси, содержащей известково-магнезиальный ожелезненный флюс и известь, при соотношении флюса и извести (0,15-0,50):1 в количестве 25-40 кг/т стали до получения в шлаке концентрации MgO=8-15%, а СаО не менее 35%, причем осуществляют продувку газообразным кислородом для получения концентрации FeO в шлаке не менее 15%, при выпуске стали в ковш осуществляют отсечку печного шлака, известь и плавиковый шпат в ковш присаживают в количестве соответственно 15-20 кг/т стали и 3-5 кг/т стали, а в качестве ферросплава вводят силикомарганец в количестве 0,8-1,0 кг/т стали, и осуществляют доводку стали по химическому составу на агрегате типа «ковш-печь» [1].

Существенными недостатками данного способа получения стали являются:

- повышенный износ футеровки в связи с пониженной начальной концентрацией оксидов магния в печном шлаке и насыщением шлака оксидами магния из огнеупорной кладки печи;

- повышенная концентрация кислорода, водорода и азота в стали, связанная с химическим составом окисленного печного шлака;

- высокий расход ферросплавов в связи с введением значительного количества последних в ковш;

- повышенная загрязненность стали неметаллическими включениями эндогенного и экзогенного характера в связи с выбранным шлаковым режимом в печи и получением готовой стали с низким уровнем механических свойств.

Известен также способ выплавки стали в конвертере, включающий ввод в конвертер металлического лома, заливку чугуна, продувку металла кислородом, присадку извести и в качестве шлакообразующего материала ожелезненного известково-магнезиального флюса [2].

Существенными недостатками изобретения являются:

1. Высокая стоимость известково-магнезиального флюса, связанная с технологией его получения.

2. Количество вводимого MgO с ожелезненным известково-магнезиальным флюсом приводит к получению в шлаке более 17% MgO, вследствие чего формируются густые магнезиальные шлаки, снижающие рафинирующие свойства шлака и способствующие увеличению загрязненности стали неметаллическими включениями экзогенного характера. Кроме того, густые магнезиальные шлаки способствуют оголению зеркала металла и насыщению стали газами (азотом, кислородом и водородом), при этом уровень механических свойств стали заметно снижается.

3. Использование данной шлаковой системы возможно только для кислородного конвертера, применение же смеси для дуговых электросталеплавильных печей приводит к низкой вспенивающей способности шлака, снижающей экранирование дуг шлаком, в связи с чем интенсивное излучение дуг способствует прогару водоохлаждаемых панелей и эрозии футеровки печи.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются: увеличение стойкости футеровки печи, уменьшение расхода ферросплавов, снижение содержания в стали газов и уровня загрязненности стали неметаллическими включениями, повышение уровня механических свойств стали и снижение себестоимости выплавляемой стали.

Для этого предлагается способ выплавки рельсовой стали в дуговой электропечи, включающий завалку в печь металлолома, заливку жидкого чугуна, присадку извести, расплавление металлошихты, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию путем присадки железной руды и извести, скачивание окислительного шлака через порог рабочего окна, выпуск стали с отсечкой печного шлака в ковш, присадку в ковш во время выпуска смеси извести, плавикового шпата и ферросплавов и дальнейшую доводку стали по химическому составу на агрегате «ковш-печь», отличающийся тем, что известь вводят в составе смеси, содержащей магнезитовый порошок фракции 1-10 мм с содержанием MgO не менее 74% и известь, при соотношении магнезитового порошка и извести 1:(3,2-8,1) в количестве 20-78 кг/т стали до получения в шлаке концентрации MgO=6-17%, а СаО не менее 30%, причем осуществляют продувку газообразным кислородом для получения концентрации FeO в шлаке не менее 13%, при выпуске стали в ковш присаживают известь и плавиковый шпат в количестве соответственно 6 -15 кг/т стали и 1-3 кг/т стали, а также марганецсодержащие ферросплавы из расчета введения марганца на нижний предел содержания в готовой стали, причем доводку стали по химическому составу на агрегате типа «ковш-печь» начинают после раскисления ковшевого шлака и получения концентрации FeO в шлаке не более 1,0%.

Заявляемые пределы подобраны исходя из следующих предпосылок.

Для формирования требуемого для плавки шлака и обеспечения концентрации MgO÷6-17% и СаО не менее 30% соотношение смеси, содержащей магнезитовый порошок и известь должно быть в пределах соответственно 1:(3,2-8,1). Причем при присадке в печь фракции магнезитового порошка менее 1 мм наблюдается вынос последнего в газоотсос печи, а при увеличении фракции более 10 мм затрудняет формирование печного шлака. Содержание MgO не менее 74% обеспечивает требуемую концентрацию в шлаке при присадке материала.

Количество смеси менее 20 кг/т не обеспечивает требуемое «защитное» свойство шлака по концентрации MgO в печном шлаке и способствует эрозии футеровки.

При количестве смеси более 78 кг/т стали значительно увеличивается количество печного шлака, что приводит к потерям тепловой энергии на нагрев шлака, повышение эксплуатационных затрат, при этом шлак не обеспечивает требуемые «укрывные» свойства шлака от проникновения газов из атмосферы в сталь.

При концентрации FeO менее 13% в связи с высокой вязкостью шлака снижается степень дефосфорации и повышается загрязненность стали неметаллическими включениями экзогенного характера.

Для формирования в ковше шлака с целью снижения загрязненности стали неметаллическими включениями и десульфурации в период выпуска плавки в ковш присаживается известь и плавиковый шпат. При присадке в ковш извести менее 6 кг/т стали и плавикового шпата менее 1 кг/т не удается обеспечить требуемые рафинировочные свойства шлака, а при увеличении присадки извести более 15 кг/т стали и плавикового шпата более 3 кг/т возрастают тепловые потери и эксплуатационные затраты.

С целью снижения «угара» марганца осуществляется присадка марганецсодержащих ферросплавов на нижний предел выплавляемой стали. С целью снижения «угара» ферросплавов легирование стали в ковше перенесено на агрегат типа «ковш-печь», причем присадку ферросплавов и легирующих начинают после операции раскисления шлака в ковше до концентрации FeO в шлаке не более 1%.

Заявляемый способ выплавки рельсовой стали в дуговой электропечи был реализован при выплавке рельсовой стали марки Э76Ф в дуговых электросталеплавильных печах типа ДСП-100Н10 с трансформаторами 95 МВА.

На опытных плавках использовался магнезитовый порошок, получаемый разделкой использованного кирпича из подин дуговых электросталеплавильных печей путем дробления (фракция 1-10 мм), содержащий, мас.%: FeO_общ≤8,9%; СаО_общ≥20%; MgO≥74,0%; SiO₂≤1,0%.

Выплавка осуществлялась по следующей схеме. Завалка состояла из металлолома и жидкого чугуна. В печь в период плавления присаживалась смесь, состоящая из магнезитового порошка и извести в количестве 2000-7800 кг на плавку в соотношении 1:(3,2-8,1). При этом обеспечивалась концентрация MgO=6-17%, СаО≥30%, FeO≥13%. Шлак и сталь в печи не раскислялись. Выпуск был организован с отсечкой печного шлака, в ковш во время выпуска присаживались 600-1500 кг извести и 100-300 кг плавикового шпата, а также в зависимости от концентрации марганца в ферросплавах 800-1200 кг силикомарганца МнС17. Дальнейшую доводку стали (присадку феррованадия, силикокальция и других ферросплавов) проводили на агрегате «ковш-печь», причем перед присадкой ферросплавов осуществляли раскисление шлака в ковше присадками порошка кокса и ферросилиция до концентрации FeO в шлаке менее 1,0%.

Заявляемый способ позволил увеличить стойкость футеровки на 1,5-4,2% снизить расход ферросплавов: кремнийсодержащих на 11-14%, марганецсодержащих на 0,5-1,5%, ванадийсодержащих на 0,5-2,3%, кальцийсодержащих - в 1,2-1,7 раза; уменьшить содержание азота на 8-11 ppm, кислорода на 1-1,5 ppm, водорода на 0,1-0,6 ppm; снизить длину строчки оксидных включений на 0,15 мм; повысить ударную вязкость рельсовой стали в среднем на 0,023 МДж/м², снизить себестоимость выплавляемой стали на 0,74-1,68 руб./т стали.

Список источников

1. Пат. РФ №2269578, кл. С21С 5/52.

2. Пат. РФ №2164952, кл. С21С 5/28.

Способ выплавки рельсовой стали в дуговой электропечи, включающий завалку в печь металлолома, заливку жидкого чугуна, присадку извести, расплавление металлошихты, окисление углерода продувкой газообразным кислородом, дефосфорацию путем присадки железной руды и извести, скачивание окислительного шлака через порог рабочего окна, выпуск стали с отсечкой печного шлака в ковш, присадку в ковш во время выпуска смеси извести, плавикового шпата и ферросплавов и дальнейшую доводку стали по химическому составу на агрегате типа ковш-печь, отличающийся тем, что известь вводят в составе смеси, содержащей магнезитовый порошок фракции 1-10 мм с содержанием MgO не менее 74% и известь, при соотношении магнезитового порошка и извести 1:(3,2-8,1) в количестве 20-78 кг/т стали до получения в шлаке концентрации MgO=6-17%, а СаО не менее 30%, причем осуществляют продувку газообразным кислородом для получения концентрации FeO в шлаке не менее 13%, при выпуске стали в ковш присаживают известь и плавиковый шпат в количестве соответственно 6-15 кг/т стали и 1-3 кг/т стали, а также марганецсодержащие ферросплавы из расчета введения марганца на соответствующее нижнему пределу его содержания в готовой стали, причем доводку стали по химическому составу на агрегате типа ковш-печь начинают после раскисления шлака в ковше и получения концентрации FeO в шлаке не более 1,0%.