Способ выплавки стали из металлолома в дуговой электропечи

Авторы патента:

Богданов Вячеслав Александрович (RU)

C21C5/52 - получение стали в электрических печах (электронагрев как таковой H05B)

Владельцы патента RU 2771888:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" (RU)

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве электростали в дуговых сталеплавильных печах с использованием металлолома. Осуществляют загрузку на подину печи металлолома, его расплавление, науглероживание расплава, окислительный и восстановительный периоды. Науглероживание расплава осуществляют путем вдувания в расплав в струе азота при давлении не менее 9,0 атм порошкообразной смеси магнезита фракции 0,1-3,0 мм и углеродсодержащего материала фракции 0,1-3,0 мм в соотношении соответственно (38-43):(57-62) с расходом смеси 3,8-16,2 кг/т от массы расплава. Изобретение позволяет снизить длительность плавки на 0,3-0,8 мин и расход электроэнергии на 10-15 кВт⋅ч/т, уменьшить расход электродов на 0,02-0,11 кг/т, а также повысить стойкость футеровки печи до 1360 плавок.

Изобретение относится к области металлургии, точнее к производству стали в дуговых сталеплавильных электропечах, и может быть использовано при производстве электростали с использованием металлолома.

Известно, что при выплавке стали в дуговых электросталеплавильных печах с основной футеровкой важной технологической характеристикой шлака является его основность. Мерой основности служит отношение суммы концентрации основных оксидов к сумме концентраций кислотных, в простейшем случае (CaO)/(SiO₂) [Григорян В.А., Белянчиков Л.Н., Стомахин А.Я. Теоретические основы электросталеплавильных процессов. - М.: Металлургия, 1987 - 272 с. С. 70]. Таким образом, основность шлака можно повысить введением в печной шлак основных оксидов магния, при этом снизится износ футеровки.

Известен сталеплавильный флюс, содержащий оксиды магния, кремния, железа, кальция, алюминия и потери при прокаливании, при следующем содержании компонентов флюса, масс. %:

оксид кальция	0,1-2,0
оксид кремния	25,0-50,0
оксид железа	5,0-20,0
оксид алюминия	0,5-10,0
потери при прокаливании	0,5-20,0
оксид магния	остальное

при этом соотношение содержаний оксида магния к оксиду кремния равно 0,4-1,8, а соотношение содержаний суммы оксидов кальция и железа к оксиду кремния равно 0,1-1,0 (RU №2623168 МГЖ С21С 5/36, С21С 5/54 опубл. 27.06.2017).

Существенными недостатками данного флюса являются:

- используемые фракционные и химические составы не позволяют быстро расплавлять и формировать высокоэффективный жидкоподвижный сталеплавильный шлак, обладающий, с одной стороны, защитными свойствами по отношению к футеровке, с другой стороны, высокой степенью вспенивания получаемого печного шлака;

- используемый химический состав предопределяет высокую температуру плавления флюса, что увеличивает длительность плавки.

Известен, выбранный в качестве прототипа, способ выплавки стали из металлолома в дуговой электропечи, включающий загрузку металлолома на подину, его расплавление, науглероживание расплава. В расплав в струе газа вдувают порошкообразную смесь извести и углеродсодержащего материала при их соотношении 1:1 и с расходом смеси, равным 0,4-3,0% от массы расплава. Скорость науглероживания расплава поддерживают в пределах 0,2-0,6% углерода в минуту. Порошкообразную смесь вдувают в расплав до получения в нем требуемого перед началом окислительного периода содержания углерода. В качестве газа используют азот или аргон. В качестве углеродсодержащего материала - порошкообразный кокс, уголь или графит. Порошкообразная смесь вдувается фракцией 0,01-6,00 мм. (RU №2107738 МПК С21С 5/52, опубл. 27.03.1998).

Существенными недостатками известного способа являются:

- низкая стойкость стен печи в связи с отсутствием в составе оксида магния,

- высокая длительность плавки в связи с низкой степенью эффективности вспенивания шлака,

- повышенный расход электродов из-за неэффективного укрытия дуг при вспенивании шлака в печи,

- высокий расход электроэнергии в связи с присадкой шлакообразующих материалов крупной фракции.

Техническая проблема, решаемая заявляемым изобретением, заключается в обеспечении высокой стойкости футеровки стен электросталеплавильной печи, а также повышении технико-экономических показателей при выплавке стали в частности: снижении расхода электродов, электроэнергии и длительности плавки.

Для решения существующей технической проблемы в расплав в струе газа вдувают порошкообразную смесь магнезита и углеродсодержащего материалов.

Для этого предлагается способ выплавки стали из металлолома в дуговой электропечи, включающий загрузку на подину печи металлолома, его расплавление, науглероживание расплава путем вдувания в расплав в струе газа углеродсодержащего материала, окислительный и восстановительный периоды, согласно изобретению, науглероживание расплава осуществляют путем вдувания в расплав в струе азота при давлении не менее 9,0 атм порошкообразной смеси магнезита фракции 0,1-3,0 мм и углеродсодержащего материала фракции 0,1-3,0 мм в соотношении соответственно (38-43):(57-62) с расходом смеси 3,8-16,2 кг/т от массы расплава.

Технические результаты, получаемые в результате использования изобретения, заключаются:

- в повышении стойкости футеровки печи за счет образования гарнисажа, вследствие ввода в состав смеси магнезита;

- в снижении длительности плавки за счет интенсификации процессов вспенивания шлака за счет образования СО и СО₂ и поддержания шлака во вспененном состоянии за счет оксидов магния из магнезита;

- в снижении расхода электродов за счет хорошего вспенивания шлака;

- в уменьшении расхода электроэнергии за счет сокращения длительности плавки и интенсификации процессов плавления шихты.

Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем, исходя из полученных результатов, в частности образования гарнисажа на футеровке печи и связанную с этим стойкость стен; эффективностью процесса вспенивания шлака и получения высоких технико-экономических показателей - расхода электродов, электроэнергии и длительности плавки.

Использование порошка магнезита и углеродсодержащего материала фракцией более 3,0 мм замедляет процесс растворения вдуваемой смеси, что сказывается на степени эффективности вспенивания шлака, а при снижении фракции менее 0,1 мм наблюдается неэффективное использование материала за счет улета мелкой фракции магнезита через газоочистку.

Содержание магнезита выбрано исходя из обеспечения требуемого содержания оксида магния в шлаке, обеспечивающего наличие гарнисажа на футеровке печи. При этом, при расходе магнезита менее 38% образование гарнисажа было незначительным, а повышение расхода более 43% приводило к повышению вязкости шлака и связанным с этим увеличением температуры плавления смеси, что сказывалось на повышении расхода электроэнергии и электродов.

При расходе углеродсодержащего материала менее 57% наблюдалось неэффективное укрытие дуг, что приводило к повышенному износу футеровки печи и высокому расходу электроэнергии и электродов. Увеличение расхода углеродсодержащего материала более 62% приводило к резкому вспениванию шлака и в ряде случаев выбросам из печи.

При вдувании порошкообразной смеси с давлением несущего газа менее 9 атм, осуществить процесс вдувания не удается, а при давлении более 9 атм, значительно увеличивается расход несущего газа и соответственно увеличиваются затраты, что нежелательно.

На опытных плавках использовался магнезит Халиловского месторождения (марки МАХГ по ТТ 08.99.29-002-23860774-2017) с химическим составом, % масс. на не прокаленное вещество: MgO не менее 42,0%, СаО не более 5,0%, SiO₂ не более 5,0%, Fe₂O₃ не более 1,5% при показателе изменения массы при прокаливании не более 52,0%.

В качестве углеродсодержащего материала использовали антрацит Горловского бассейна (по ТУ 05.10.10.-001-53872533-2019) с химическим составом, в масс. %: нелетучего углерода не менее 78%, зольность не более 14%, выход летучих веществ не более 8,0%), при содержания серы не более 0,4%.

Экспериментальные плавки проводили на ДСП 100Н10 при выплавке стали марки Э76ХФ.

Выплавка проводилась по следующей схеме. Завалка состояла из 100-120 т металлолома, 5-35 т твердого чугуна и 2-45 т извести. Окисление углерода проводили в печи до концентрации 0,05-0,20% посредством продувки кислородом, при этом температура в печи изменялась в пределах 1630-1710°С.

В процессе плавки после отработки (140-250) кВт⋅ч/т завалки производилось вдувание в струе азота при давлении несущего газа (азота) 9,0 атм смеси порошка магнезита и углеродсодержащего материала фракции 0,1-3,0 мм с расходом 400-1600 кг на плавку, что соответствует 3,8-16,2 кг/т от массы расплава.

Использование заявляемого способа производства стали по сравнению с прототипом позволяет:

- снизить длительность плавки на 0,3-0,8 мин;

- уменьшить расход электродов на 0,02-0,11 кг/т;

- снизить расход электроэнергии на 10-15 кВт⋅ч/т;

- повысить стойкость футеровки печи до 1360 плавок.

Способ выплавки стали из металлолома в дуговой электропечи, включающий загрузку на подину печи металлолома, его расплавление, науглероживание расплава путем вдувания в расплав в струе газа углеродсодержащего материала, окислительный и восстановительный периоды, отличающийся тем, что науглероживание расплава осуществляют путем вдувания в расплав в струе азота при давлении не менее 9,0 атм порошкообразной смеси магнезита фракции 0,1-3,0 мм и углеродсодержащего материала фракции 0,1-3,0 мм в соотношении соответственно (38-43):(57-62) с расходом смеси 3,8-16,2 кг/т от массы расплава.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве стали в дуговых сталеплавильных электропечах. Способ включает загрузку на подину печи металлолома, его расплавление, науглероживание расплава путем вдувания в расплав в струе газа порошкообразной смеси извести и углеродсодержащего материала, окислительный и восстановительный периоды.

Способ плавки стали в дуговой сталеплавильной печи трехфазного тока фасоннолитейного цеха // 2767318

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению стали в дуговых сталеплавильных печах трехфазного тока фасоннолитейных цехов. В рабочее пространство печи осуществляют загрузку мелкой шихты, размерами до 200×150×100 мм, которая заполняет образующиеся пустоты между кусками шихты, при этом в период расплавления электрические дуги прорезают в мелкой шихте колодец с обеспечением попадания 92-95% теплового излучения электрических дуг на мелкую шихту до ее полного расплавления в рабочем пространстве печи к окончанию упомянутого периода.

Способ плавки сверхнизкоуглеродистой нержавеющей стали марки 13cr // 2764914

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству сверхнизкоуглеродистой нержавеющей стали марки 13Cr, содержащей, мас.%: С≤0,03 и Cr 12,5-13,5. Способ включают очистку расплавленной стали путем переведения примесей в шлак с последующим вакуум-кислородным обезуглероживанием, проведение вакуумного обезуглероживания, проведение вакуумного шлакоудаления и деоксигенации, при которых основность шлака составляет 5-10, а массовое отношение СаО к Al2O3 в шлаке составляет 1,6-2,4, проведение девакуумирования, при котором подают алюминиевую проволоку, проведение вакуумной обработки и вторичного девакуумирования.

Способ выпуска шлака в процессе производства стали со сверхнизким содержанием фосфора и способ производства стали со сверхнизким содержанием фосфора // 2761852

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству стали со сверхнизким содержанием фосфора, содержащей менее 0,003% фосфора. Жидкую сталь сначала смешивают с известью, получая основной шлак, затем проводят кислородную продувку, повышая окисляемость основного шлака, добавляют углеродсодержащий восстановитель, так что в процессе окисления углерода с выделением большого количества газообразного монооксида углерода улавливаются фосфаты, и основной шлак быстро вспенивается и вытекает из отверстия сталеразливочного ковша, исключая условия для последующей рефосфорации.

Способ электроплавки стали из железорудного металлизованного сырья и дуговая печь для его осуществления // 2761189

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при выплавке стали из железорудного металлизованного сырья (ЖМС) в дуговой печи. Способ включает непрерывную подачу ЖМС в ванну печи двумя потоками: через полые электроды и через конус с трубой и горелкой, причем один поток ЖМС включает металлизованные окатыши (МО), а другой - металлизованные брикеты и сыпучие материалы.

Способ выплавки стали в дуговой электропечи с кислой футеровкой // 2760903

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству нержавеющей стали в дуговой электропечи с кислой футеровкой. Заправку шлакового пояса футеровки производят послойно смесью кварцевого песка с жидким стеклом и порошкообразными отходами производства алюминиевых сплавов (ОПАС), содержащими не менее 70-80 мас.% трехоксида алюминия.

Способ выплавки стали в дуговой электросталеплавильной печи // 2757511

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к выплавке стали в дуговой электросталеплавильной печи. Осуществляют подачу в печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление металлолома, присадку шлакообразующих известковых и магнезиального материалов, продувку кислородом, ввод коксового порошка, выпуск плавки, при этом после заливки жидкого чугуна в качестве магнезиального материала присаживают бруситсодержащий флюс, состоящий на 70-95 масс.

Способ получения суперчистой стали, раскисленной алюминием, для производства высококачественной металлопродукции // 2740949

Изобретение относится к области чёрной металлургии и, в частности, к технологии производства суперчистой стали, раскисленной алюминием, для производства высококачественной металлопродукции, которая включает мониторинг всех этапов производства от выпуска жидкого полупродукта из сталеплавильного агрегата, внепечной обработки до разливки стали и кристаллизации слитка в кристаллизаторе установки непрерывной разливки стали (УНРС).

Способ переработки мелкокускового сырья для получения высококачественной стали // 2738742

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения высококачественной стали во всех сталеплавильных агрегатах. В качестве мелкокускового железосодержащего сырья (МЖС) используют мелкокусковой железосодержащий лом (МКЛ), и/или мелкодисперсное железо (МДЖ), и/или окалину, при этом до момента начала плавки осуществляют укладку рассчитанного количества мелкокускового железосодержащего лома, и/или мелкодисперсного железа, и/или окалины в контейнеры типа биг-бэг с последующим их размещением в сталеплавильном агрегате между крупнокусковым ломом в нижней части сталеплавильного агрегата ближе к подине или ванне жидкого металла.

Локальная система слежения за подвижными объектами и термозащищенный транспондер для неё // 2736795

Предложена локальная система слежения за подвижными объектами. Система содержит транспондер, установленный на отслеживаемом подвижном объекте, множество стационарно установленных радиочастотных считывателей, связанных между собой в сеть.

Способ выплавки стали из металлолома в дуговой электропечи // 2771889

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве стали в дуговых сталеплавильных электропечах с использованием металлолома. Осуществляют загрузку на подину печи металлолома, его расплавление, науглероживание расплава, окислительный и восстановительный периоды. Науглероживание расплава осуществляют путем вдувания в расплав в струе азота при давлении не менее 9,0 атм порошкообразной смеси, состоящей из серпентинитомагнезита, магнезита и углеродсодержащего материала в соотношении соответственно (25-30):(10-15):(55-65) и с расходом смеси 4,0-16,2 кг/т от массы расплава, при этом фракция каждой составляющей смеси соответствует 0,1-3,0 мм. Изобретение позволяет снизить длительность плавки на 1,0-1,2 мин и расход электроэнергии на 8-14 кВт⋅ч/т, уменьшить расход электродов на 0,08-0,12 кг/т, а также повысить стойкость футеровки печи до 1460 плавок.