Способ производства стали в дуговой электропечи
METHOD FOR THE PRODUCTION OF STEEL IN AN ELECTRIC ARC FURNACE

Предлагаемое изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству стали в дуговой электропечи.
Известен способ выплавки стали в дуговой электропечи (патент на изобретение RU 2092574, опубл. 10.10.1997), включающий загрузку твердых окислителей, шлакообразующих материалов, твердой металлошихты из железостального дома, их прогрев, заливку жидкого чугуна, продувку ванны газообразным окислителем, плавление, окислительное и восстановительное рафинирование расплава и его выпуск, согласно изобретению, твердые окислители и твердый чугун вводят в виде чушек из твердого окислителя, залитого жидким чугуном, а в качестве металлошихты используют твердый и жидкий чугуны, при этом суммарное количество чугуна выдерживают в пределах 51-95% от общей массы металлошихты, выдерживая отношение твердого чугуна к жидкому, равным соответственно 1: (0,1-10).
Известен способ выплавки стали в дуговой электропечи (патент на изобретение RU 2543658, опубл. 10.03.2015), включающий подачу в печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление металлолома, присадку шлакообразующих материалов, продувку ванны кислородом и выпуск плавки, согласно изобретению, 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 ванны 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. Указанный способ выбран заявителем в качестве ближайшего аналога.
Недостатком известных способов является необходимость расплавления твердой части электродугами, что повышает себестоимость стали за счет расхода электроэнергии и электродов.
Технической проблемой, решаемой заявляемым изобретением, является снижение расхода электроэнергии и электродов.
Техническим результатом является создание способа производства стали, позволяющего произвести выплавку стали без расхода электроэнергии и электродов при одновременном обеспечении условий для эффективного шлакообразования и дефосфоризации.
Благодаря тому, что исключаются затраты на электроэнергию и электроды, себестоимость выплавки стали заявляемым способом снижается.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе производства стали в дуговой электропечи, включающем подачу в печь металлошихты, в том числе твердой металлошихты и жидкого чугуна, продувку кислородом и выпуск плавки, согласно изобретению, сначала производят заливку в печь жидкого чугуна, одновременно осуществляют продувку ванны кислородом с постепенным увеличением его расхода, во второй половине окислительного процесса вводят твердую металлошихту в виде горячебрикетированного железа, при этом количество жидкого чугуна составляет 85-95% от массы металлошихты. При этом в процессе продувки расход кислорода увеличивают от 8000 до 14000 м3/час по мере заливки чугуна.
Необходимость увеличения расхода кислорода обусловлена следующими факторами:
- необходимостью окисления большого количества примесей (углерод, кремний, фосфор), поступающих в ванну по мере заливки чугуна;
- в начале плавки расход кислорода снижен для предотвращения разрушающего действия струи кислорода на футеровку печи и предотвращения слишком интенсивного процесса обезуглероживания для исключения вскипания остатков шлака от предыдущей плавки.
Снижение расхода кислорода менее 8000 м3/час приведет к увеличению длительности окисления углерода и других примесей, а повышение расхода кислорода выше 14000 м3/час приведет к слишком интенсивному процессу обезуглероживания, в результате которого может произойти переокисление расплава и снижение стойкости футеровки.
Горячебрикетированное железо вводят  во второй половине окислительного процесса в качестве охладителя.
Повышенный расход жидкого чугуна от 85 до 95 % позволяет за счет экзотермической реакции, возникающей при окислении углерода чугуна, обеспечить необходимую для проведения шлакообразования и дефосфорации температуру расплава без подвода энергии электродуг. Таким образом, способ позволяет исключить расход электроэнергии и электродов.
Заявляемые пределы подобраны опытным путем. Параметры и показатели опытных плавок приведены в таблице:
Вариант выплавки
Доля жидкого чугуна в шихте, %
Расход электроэнергии,КВт*час/т
Расход электродов, кг/т
Содержание фосфора перед выпуском, %
Температураметаллапередвыпуском,градус
Продолжительность заправки, мин
Прототип
55
272
1,6
0,005
1655
3
Предлагаемый вариант
80
0
0
0,007
1655
3
85
0
0
0,006
1660
3
90
0
0
0,004
1655
3
95
0
0
0,004
1660
4
100
0
0
0,008
1680
9
Снижение доли жидкого чугуна менее 85%  приводит к необходимости увеличения доли горячебрикетированного железа, что ухудшает условия дефосфорации расплава. При увеличении доли жидкого чугуна более 95% снижается доля горячебрикетированного железа, что приводит к перегреву расплава, повышенному износу футеровки печи и увеличению периода ее заправки.
Заявляемый способ выплавки стали был реализован при выплавке стали в дуговой 120 т электропечи.
Выплавку производили с использованием жидкого чугуна в количестве 91% (120 т) от массы металлошихты. Чугун заливали в печь через специальный желоб двумя 60 т чугуновозными ковшами последовательно. В процессе заливки в печь вводили через 4 инжектора газообразный кислород с изменяющемся по ходу продувки расходом от 8000-до 14000 м3/час. В процессе заливки второго ковша в печь присадили 12 т горячебрикетированного железа. Выпуск плавки произвели с температурой расплава 1655 градусов.