СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ
PROCEDURE FOR STEEL MELTING

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки стали в электропечах.
Известен выбранный в качестве прототипа способ выплавки стали в дуговой электросталеплавильной печи, включающий загрузку в печь завалки, содержащей металлолом, заливку жидкого чугуна, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию, последующий выпуск стали в ковш с отсечкой печного шлака и оставлением 10-15% от общей массы жидкого металла в печи, подачей в ковш шлакообразующей смеси и ферросплавов, отличающийся тем, что в состав завалки в количестве 3-8% от ее массы вводят железосодержащий концентрат, полученный в результате переработки отвальных шлаков мартеновского и доменного производства, фракцией 80-300 мм и массовой долей железа не менее 75% [1].
Существенными недостатками данного способа выплавки стали в дуговой электропечи являются:
- повышенная себестоимость стали в связи с использованием дорогостоящего металлического лома;
- повышение расхода извести и электроэнергии в связи с длительным периодом плавления металлошихты;
- увеличенная длительность плавки из-за продолжительного времени, затрачиваемого на формирование печного шлака;
- невозможность снижения остаточных элементов (хрома, никеля и меди) в связи с использованием металлолома;
- невозможность получения низкой концентрации азота в связи с незначительным количеством окисленного углерода.
2
2
3
2
5
Известна также шихта для выплавки стали, содержащая железоуглеродистый сплав и оксидный материал, в которой в качестве железоуглеродистого сплава используют сплав с содержанием: 2,5-4,8% С, 0,05-1,20% Si, 0,05-0,70% Mn, 0,01-0,16% V, менее 0,15% P, менее 0,030% S, менее 0,15% Cr, менее 0,10% Cu, менее 0,10% Ni, менее 0,05% Al, менее 0,008% As, менее 0,15% Ti, а в качестве оксидного материала используется материал с содержанием: 3,0-98,0% FeO, 0,5-15,0% SiO, 0,1-8,5% AlO, 0,15-12,5% СаО, 0,15-3,8% MgO, 0,1-6,5% MnO, 0,01-0,12% S, 0,03-0,18% РО; причем компоненты содержатся в следующем соотношении, масс.%:
железоуглеродистый сплав
70-99,9
оксидный материал
0,1-30
шихту изготавливают методом литья в виде чушек массой 5-50 кг, причем оболочка содержит только железоуглеродистый сплав, а оксидный материал фракции 0,01-10 мм располагают в 1-3 слоя в центральной части чушки, при этом отношение концентрации оксидов железа в оксидном материале к содержанию углерода в железоуглеродистом сплаве поддерживают равным 1:(1-2,5) и отношение плотности оксидного материала к плотности железоуглеродистого сплава поддерживают равным 1:(2,2-7,8) [2].
Существенными недостатками данной шихты для выплавки стали являются:
- высокий расход электроэнергии при проплавлении шихты в связи с необходимостью плавления по сравнению с использованием жидкого чугуна при электроплавке;
- повышенный расход извести при плавке в связи с высокими концентрациями кремния и фосфора в шихте.
Желаемыми техническими результатами изобретения являются:
- снижение себестоимости стали;
- повышение качества стали в связи со снижением массовой доли остаточных элементов (хрома, никеля и меди) и азота;
- сокращение длительности плавки за счет интенсификации окисления углерода;
- уменьшение расхода извести и электроэнергии за счет сокращения окислительного периода плавки.
3
Для этого предложен способ выплавки стали, включающий подачу в дуговую электросталеплавильную печь твердой металлошихты, расплавление, окислительный период, выплавку стали сериями, выпуск плавки с оставлением шлака и части металла в печи, присадку в ковш во время выпуска твердой шлакообразующей смеси, раскислителей и легирующих, доводку стали на агрегате ковш-печь, отличающийся тем, что на оставшийся в печи шлак и часть металла после выпуска плавки заваливают твердый чугун в количестве 0-25% от массы завалки, полуфабрикат композиционный в количестве 25-60% от массы завалки и известь в количестве 3,0-6,0% от массы завалки, заливку жидкого чугуна с содержанием кремния не более 0,60% и фосфора не более 0,10% в количестве 40-50% от массы завалки осуществляют после проплавления твердой металлошихты при удельном расходе электроэнергии 46-70 кВт·ч/т суммарной массы твердого чугуна и полуфабриката композиционного, окисление проводят газообразным кислородом с расходом 60-120 м/ч на тонну металлошихты, присадку извести в печь после заливки жидкого чугуна производят порциями по 50-150 кг в количестве 0,1-0,2% от массы металлошихты, вдувание углеродсодержащей пыли проводят с интенсивностью 25-180 кг/мин.
Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем.
Количество жидкого чугуна 40-50% от массы завалки и твердого чугуна 0-25% выбрано исходя из получения в стали необходимой концентрации углерода, при использовании жидкого чугуна менее 40% от массы завалки не удается получить пониженные концентрации остаточных элементов (хрома, никеля и меди) и получаемая концентрация углерода при расплавлении не позволит провести требуемую дегазацию стали и удаление неметаллических включений, а при использовании жидкого чугуна более 50% и твердого чугуна более 25% от массы завалки повышенная концентрация углерода при расплавлении приводит к увеличению длительности плавки в связи с необходимостью окисления «избыточного» углерода стали. Причем для обеспечения необходимой дефосфорации чугун должен содержать не более 0,60% кремния и до 0,10% фосфора.
Количество полуфабриката композиционного связано с жидким и твердым чугуном. При использовании полуфабриката композиционного менее 25% от массы завалки возрастает концентрация углерода в расплаве, в связи с чем увеличивается длительность плавки, а при количестве полуфабриката композиционного более 60% возможно получение низких концентраций углерода, не позволяющих провести усиленную дегазацию и удаление неметаллических включений.
Расход извести выбран исходя из того, что при присадке в количестве менее 3,0% от массы завалки не удается получить требуемую степень дефосфорации, а при присадке более 6,0% от массы завалки повышенный расход извести приводит к увеличению расхода электроэнергии и увеличению длительности плавки.
Заливку жидкого чугуна осуществляют после проплавления твердого чугуна и полуфабриката композиционного при удельном расходе электроэнергии 46-70 кВт·ч/т суммарной массы твердого чугуна и полуфабриката композиционного. При удельном расходе электроэнергии менее 46 кВт·ч/т твердой металлошихты происходит закозление металла при заливке жидкого чугуна, а при расходе более 70 кВт·ч/т при заливке наблюдаются резкое вскипание и выбросы из печи.
3
3
Расход кислорода выбран исходя из следующих условий: при расходе кислорода менее 60 м/ч на тонну металлошихты увеличивается продолжительность плавки, а при расходе кислорода более 120 м/ч на тонну металлошихты скорость окисления углерода значительно меньше скорости диффузии кислорода, в связи с чем снижается коэффициент полезного использования кислорода.
Размер присадки извести порциями по 50-150 кг в количестве 0,1-0,2% от массы металлошихты выбран исходя из того, что при присадке извести более 150 кг происходит локальное захолаживание шлака в зоне присадки и неэффективное использование извести при дефосфорации, а порция менее 50 кг малоэффективна. При снижении количества извести менее 0,1% от массы металлошихты не удается получить требуемую степень дефосфорации и обеспечить требования стандартов по содержанию фосфора в стали. При количестве более 0,2% от массы металлошихты возрастают непроизводительный расход извести, электроэнергии, а также длительность плавки.
Вдувание углеродсодержащей пыли выбрано исходя из следующих условий. При снижении количества пыли менее 25 кг/мин невозможно провести хорошее вспенивание печного шлака, а при увеличении более 180 кг/мин пыль используется неэффективно.
2
2
3
Заявляемый способ выплавки стали был реализован при выплавке стали марок 5сп, Л53 и 35ГС в дуговых электросталеплавильных печах типа ДСП 100Н10. После выпуска плавки на остаток металла и шлака в печь осуществляли завалку твердого чугуна в количестве 0-25 тонн, полуфабриката композиционного в количестве 25-60 тонн и извести в количестве 3,0-6,0 тонн. Полуфабрикат композиционный, содержащий в качестве железоуглеродистого материала сплав с содержанием: 3-4% С, 0,1-0,50% Si, 0,1-0,50% Mn, 0,07-0,11% P, а в качестве оксидного материала окатыши с содержанием: 50-70% Fe, 2-10% SiO, 1-8% AlO, 0,5-10% СаО, в виде чушек массой 10-20 кг, изготовленный при разливке чугуна в доменном цехе. Проводили расплавление и при удельном расходе 46-70 кВт·ч/т суммарной массы твердого чугуна и полуфабриката композиционного проводили заливку жидкого чугуна в печь сверху из чугуновозного ковша в количестве 40-50 т.
3
Работа проводилась без подвалок в печь. Окисление углерода проводили продувкой стали в печи газообразным кислородом через систему газокислородных горелок с расходом 60-120 м на тонну металлошихты. В период плавления и окислительный период осуществляли присадку в печь через сводовое отверстие известь порциями по 50-150 кг в количестве 100-200 кг. Для вспенивания шлака осуществляли вдувание углеродсодержащего порошка с интенсивностью 25-180 кг/мин.
При выпуске стали в ковш присаживали силикомарганец и известь. Дальнейшую доводку сталей по температуре и химическому составу проводили на агрегате типа ковш-печь. Разливку стали проводили на четырехручьевых МНЛЗ с сечением кристаллизатора 300×(330÷360) мм. Далее проводили нагрев непрерывнолитых заготовок в печи с шагающими балками и прокатку на требуемый профиль.
При опытной выплавке стали по заявляемому способу сокращается длительность плавки с 56-60 до 55-59 мин, электроэнергии с 276-295 до 245-261 кВт·ч/т, расход извести сокращен с 58-59 до 56-57 кг/т, получено содержание в стали Cr≤0,05%, Ni≤0,05%, Cu≤0,08%, N≤0,09%.
Список источников
1. Заявка №2007123047/02 (025095) кл. С21С 5/52.
2. Заявка №2007110459, кл. С21С 5/00.