Способ выплавки стали в дуговой электросталеплавильной печи

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к выплавке стали в дуговой электросталеплавильной печи. Осуществляют заливку жидкого чугуна в печь в количестве 70-90% от массы металлошихты, после чего осуществляют продувку ванны кислородом с расходом 2000-8000 нм³/час в течение 12-25% времени продувки, затем расход кислорода увеличивают до 5000-10000 нм³/час и осуществляют продувку в заданном режиме в течение 12-25% времени продувки, далее расход кислорода повышают до 10000-15000 нм³/час и в заданном режиме ведут продувку до её окончания. Изобретение позволяет разработать технологию выплавки стали в дуговой электросталеплавильной печи с долей жидкого чугуна в металлошихте более 70% и, как следствие, снизить себестоимость стали. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способам получения стали в дуговых сталеплавильных печах.

При изменении цен на металлолом и сырье для производства чугуна необходимо варьировать шихтовку плавки при выплавке стали в электропечи с целью снижения себестоимости производства стали. При цене чугуна ниже цены на металлолом требуется максимальное использование чугуна при выплавке стали в электропечи.

Известен способ выплавки стали в дуговой электросталеплавильной печи, включающий подачу в печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление, присадку извести, окислительный период, выпуск плавки. Выплавку стали осуществляют в два этапа: на первом этапе в печь производят завалку металлического лома в количестве 10-12% от массы металлошихты, извести в количестве 0,7-1,0% от массы металлошихты, заливку жидкого чугуна в количестве 38-40% от массы металлошихты с помощью заливочного желоба со скоростью 4-5 т/мин по израсходованию электроэнергии 70-85 кВт⋅ч/т металлошихты. Затем по израсходованию электроэнергии 200-210 кВт⋅ч/т металлошихты осуществляют отключение тока. Через 1,5-2,0 мин после включения тока осуществляют продувку ванны кислородом до получения окисленности металла не менее 600 ppm. По ходу продувки производят присадку извести порциями по 0,5-1,0 т с расходом 1,5-2,0% от массы металлошихты. Выпуск первой плавки осуществляют в сталеразливочный ковш, на втором этапе осуществляют выплавку второй плавки по той же технологии, после ее готовности под выпуск переставляют сталеразливочный ковш с имеющейся первой плавкой [Патент RU 2437941, МПК С21С 5/52, 2011].

Недостатками данного способа выплавки стали являются:

- невозможность использования жидкого чугуна в количестве более 40% от массы металлошихты, что может приводить к повышению себестоимости стали при повышении цен на металлолом;

- невозможность оставления шлака и части металла в печи, что снижает производительность электропечи.

Известен способ выплавки стали в дуговой электропечи, включающий подачу в печь металлолома и жидкого чугуна, расплавление, окислительный период, выпуск плавки с оставлением шлака и части металла в печи. Перед выпуском в печь присаживают известь в количестве 1-5% от массы завалки. Заливку чугуна при температуре 1250-1360°С в количестве 40-70% от массы завалки проводят на оставшийся в печи шлак и часть металла. После заливки чугуна проводят завалку извести в количестве 1-3% и металлолома в количестве 30-60% от массы завалки. Окисление проводят кислородом с расходом 8000-12000 м³/ч до содержания углерода не менее 0,10%. В ковш при выпуске присаживают кремний и марганецсодержащие ферросплавы из расчета введения кремния 0,10-0,25% и марганца 0,40-0,50% и известь из расчета 3-20 кг/т жидкой стали. Дальнейшую доводку стали по температуре и химическому составу проводят на агрегате ковш-печь [Патент РФ № 2302471, МПК С21С 5/52, 2007].

Недостатками данного способа выплавки стали являются:

- наличие выбросов металла и шлака из печи при увеличении интенсивности продувки металла кислородом;

- увеличение цикла электроплавки, связанного с необходимостью проведения длительного окислительного периода - продувки ванны газообразным кислородом, отвода повышенного количества образующихся отходящих газов и необходимостью дожигания оксида углерода.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ выплавки стали в дуговой электросталеплавильной печи, включающий подачу в печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление металлолома, присадку шлакообразующих материалов, продувку кислородом, выпуск плавки. Заливку жидкого чугуна в печь осуществляют в количестве 40-70% от массы металлошихты. После чего осуществляют продувку ванны кислородом с расходом 1800-2200 нм³/час в течение 12-25% времени продувки. Затем расход кислорода увеличивают до 5000-7000 нм³/час и осуществляют продувку в заданном режиме в течение 28-40% времени продувки. Далее расход кислорода снижают до 3000-5000 нм³/час и в заданном режиме ведут продувку до ее окончания [Патент РФ №2543658, МПК С21С 5/52, 2015].

Недостатками данного способа выплавки стали является то, что он не позволяет эффективно осуществлять выплавку при значительном количестве доли жидкого чугуна в металлошихте (более 70%).

Технический результат изобретения - разработка технологии выплавки стали в дуговой электросталеплавильной печи с долей жидкого чугуна в металлошихте более 70 % и снижение себестоимости выплавки стали в электропечи.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе выплавки стали в дуговой электросталеплавильной печи, включающем подачу в печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление металлолома, присадку шлакообразующих материалов, продувку кислородом, выпуск плавки, согласно изобретению заливку жидкого чугуна в печь осуществляют в количестве 70-90% от массы металлошихты, после чего осуществляют продувку ванны кислородом с расходом 2000-8000 нм³/час в течение 12-25% времени продувки, затем расход кислорода увеличивают до 5000-10000 нм³/час и осуществляют продувку в заданном режиме в течение 12-25% времени продувки, далее расход кислорода повышают до 10000-15000 нм³/час и в заданном режиме ведут продувку до её окончания.

В течение периода продувки ванны с расходом кислорода 10000-15000 нм³/час осуществляют ввод коксовой мелочи в количестве до 200 кг/мин. В качестве шлакообразующих материалов присаживают известь в количестве 10-70 кг/т стали и/или известняк в количестве до 20 кг/т стали.

Сущность изобретения.

Суммарное количество жидкого чугуна (70-90% от массы металлошихты) выбрано исходя из необходимости снижения себестоимости, выплавляемой стали. Использование жидкого чугуна в количестве менее 70% не ведет к снижению себестоимости стали. Использование жидкого чугуна в количестве более 90% от массы металлошихты приводит к увеличению длительности плавки и как следствие, к снижению производительности печи.

На первом этапе продувка ванны кислородом с расходом 2000-8000 нм³/час в течение 12-25% времени продувки обеспечивает начало обезуглероживания полупродукта. При продувке ванны кислородом с расходом менее 2000 нм³/час и 12% времени продувки не будет обеспечено требуемое содержание углерода к концу плавки, что увеличит ее длительность. Продувка ванны кислородом с расходом более 8000 нм³/час и 25% времени продувки приведет к повышенному окислению еще не расплавившегося полупродукта.

На втором этапе продувка ванны с увеличенным до 5000-10000 нм³/час расходом кислорода, в течение 12-25% времени продувки, необходима для окисления углерода в полностью расплавившемся полупродукте. При продувке ванны кислородом с расходом менее 5000 нм³/час и 12% времени продувки не обеспечивается требуемое содержание углерода к концу плавки. Продувка ванны кислородом с расходом более 10000 нм³/час и 25% времени продувки может привести к выбросам расплава из печи и как следствие, заскраплению стен и свода печи.

На третьем этапе производят последующее увеличение расхода кислорода до 10000-15000 нм³/час для продувки ванны расплава без переокисления металла (обеспечение активности кислорода в металле ниже 850 ppm). При продувке с расходом кислорода менее 10000 нм³/час может прекратиться процесс кипения ванны. Продувка ванны кислородом с расходом более 15000 нм³/час приведет к переокислению расплава (активность кислорода в металле составит более 850 ppm).

Ввод коксовой мелочи в количестве до 200 кг/мин в период продувки ванны с расходом кислорода 10000-15000 нм³/час позволяет поддерживать шлак во вспененном состоянии при высоком расходе кислорода. Присадка коксовой мелочи в количестве более 200 кг/мин не ведет к увеличению вспененности шлака и поэтому не целесообразна.

Присадка шлакообразующих материалов в заявляемых количествах позволяет получить требуемый состав шлака для дефосфорации полупродукта. Присадка шлакообразующих материалов в количествах, выходящих за рамки заявляемых, приводит либо к низкой степени дефосфорации металла, либо к большому количеству образующегося шлака, что в свою очередь ведет к увеличению расхода электроэнергии на его расплавление.

Примеры осуществления способа.

Заявляемый способ получения стали был реализован при выплавке стали в 150-тонных дуговых электропечах с мощностью трансформатор 85 МВА. Плавки осуществлялись на болоте (порядка 25 т).

В электропечь производили завалку металлолома в количестве 13-65 т и извести. После израсходования электроэнергии в размере 10-70 кВтч/т металлошихты осуществляли заливку жидкого чугуна, а затем начинали продувку ванны кислородом. Во время плавления производили присадку шлакообразующих материалов и, при необходимости, коксовой мелочи. Отключение тока проводили по израсходованию электроэнергии в размере 67-192 кВтч/т металлошихты.

Варианты реализации способа приведены в таблице 1. В таблице 2 приведены результаты экспериментов. Примеры 1-3 с соблюдением предложенных технологических параметров, примеры 4-6 с несоблюдением некоторых параметров.

Таблица 1
Условия проведения экспериментов
№ примера	Расход жидкого чугуна, %	Расход кислорода на первом этапе продувки м3/ч	Расход кислорода на втором этапе продувки м3/ч	Расход кислорода на третьем этапе продувки м3/ч	Расход коксовой мелочи, кг/мин	Расход извести, кг/т стали	Расход известняка, кг/т стали
1	71	2400	8800	11000	30	40	-
2	82	3800	6500	12500	75	-	65
3	89	6500	5400	13900	175	60	20
4	48	1500	4500	6500	100	68	1
5	75	1700	7100	4000	80	10	12
6	72	2300	6000	2700	-	60	22

Из представленных результатов видно, что при выполнении всех предложенных технических решений (примеры 1-3), наблюдается снижение себестоимости производства стали. Напротив, при невыполнении предложенных технических решений (примеры 4-6) себестоимость производства стали возрастает.

Таким образом, выплавка стали по заявляемому способу позволяет снизить себестоимость выплавляемой стали за счет более низкой стоимости жидкого чугуна по сравнению с металлоломом, а также за счет снижения расхода электроэнергии.

Таблица 2
Результаты проведения экспериментов
№ примера	Расход электроэнергии, кВтч/т металлошихты	Изменение относительного показателя себестоимости, %*
1	100	- 1,4
2	93	- 1,8
3	67	- 2,9
4	170	+ 1,1
5	192	+ 2,9
6	187	+ 1,7
* - изменение относительного показателя себестоимости указано по отношению к базовой технологии производства стали с расходом жидкого чугуна 60% и цене чугуна равной цене лома

1. Способ выплавки стали в дуговой электросталеплавильной печи, включающий подачу в печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление металлолома, присадку шлакообразующих материалов, продувку кислородом, выпуск плавки, отличающийся тем, что заливку жидкого чугуна в печь производят в количестве 70-90% от массы металлошихты, после чего осуществляют продувку ванны кислородом с расходом 2000-8000 нм³/час в течение 12-25% времени продувки, затем расход кислорода увеличивают до 5000-10000 нм³/час и осуществляют продувку в заданном режиме в течение 12-25% времени продувки, далее расход кислорода увеличивают до 10000-15000 нм³/час и в заданном режиме ведут продувку до её окончания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в течение периода продувки ванны с расходом кислорода 10000-15000 нм³/час осуществляют ввод коксовой мелочи в количестве до 200 кг/мин.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве шлакообразующих материалов присаживают известь в количестве 10-70 кг/т стали и/или известняк в количестве до 20 кг/т стали.