СПОСОБ ВЫПЛАВКИ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ
PROCEDURE FOR MELTING RAIL STEEL

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки рельсовой стали в электропечах.
3
Известен способ выплавки рельсовой стали, включающий завалку в дуговую электросталеплавильную печь металлолома, чугуна и извести, расплавление металлошихты, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию путем присадки железной руды и извести, скачивание окислительного шлака через порог рабочего окна, раскисление стали и шлака в печи, последующий выпуск стали под печным шлаком в ковш, присадку в ковш во время выпуска смеси, состоящей из извести, плавикового шпата, силикокальция и феррованадия, отличающийся тем, что в завалку дополнительно присаживают железную руду в количестве 4-5% от веса завалки, известь подают в количестве 4-8% от веса завалки, чугун присаживают в виде жидкого чугуна, который заливают сверху в печь после проплавления металлолома при расходе электроэнергии 220-320 кВт·ч/т металлолома в количестве 30-35% от веса завалки со скоростью 6-12 т/мин, при этом газообразный кислород подают с расходом 15-30 нм/т стали, а температуру в печи при окислении углерода поддерживают не более 1680°С, железную руду и известь для дефосфорации присаживают с расходом 70-120 кг/т стали в соотношении, соответственно, (1-2):(2,5-3,5) с последующим спуском окислительного шлака, а расход присаживаемой в ковш во время выпуска стали смеси поддерживают в пределах 18-27 кг/т стали при соотношении в ней извести, плавикового шпата, силикокальция и феррованадия (1-1,50):(0,30-0,40):(0,50-0,65):(0,07-0,15) соответственно [1].
Существенными недостатками данного способа выплавки рельсовой стали являются:
- значительная длительность плавки в связи с необходимостью раскисления стали и шлака в печи, а также разведением операций загрузки металлолома и заливки жидкого чугуна во временном интервале,
- высокие расходы электроэнергии и электродов, связанные с повышенной длительностью плавки,
- высокий расход извести и низкая степень дефосфорации,
- высокий «угар» ферросплавов и легирующих в связи с повышенной окисленностью печного шлака и присадкой значительного количества ферросплавов в печь.
3
Известен, выбранный в качестве прототипа, способ выплавки рельсовой стали, включающий подачу в дуговую электросталеплавильную печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, 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, отличающийся тем, что перед выпуском в печь присаживают известь в количестве 1-3% 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 проводят завалку извести в количестве 1-4% и металлолом в количестве 30-60% от массы завалки, окисление проводят газообразным кислородом с расходом 8000-12000 м/ч до содержания углерода не менее 0,10% и температуры не более 1680°С, в ковш при выпуске присаживается силикомарганец из расчета введения марганца на нижний предел содержания в готовой стали и известь из расчета 3-10 кг/т жидкой стали, дальнейшую доводку стали по температуре и химическому составу проводят на агрегате ковш-печь.
Существенными недостатками данного способа выплавки рельсовой стали являются:
- низкая степень дефосфорации,
- высокие расходы электроэнергии и извести, связанные с повышенной длительностью плавки в связи с необходимостью окисления избыточного углерода чугуна.
Желаемыми техническими результатами изобретения являются: повышение качества стали, уменьшение расхода извести и электроэнергии.
3
Для этого предложен способ выплавки рельсовой стали, включающий подачу в дуговую электросталеплавильную печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, 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, доводка стали по температуре и химическому составу на агрегате ковш-печь, отличающийся тем, что заливку жидкого чугуна с содержанием кремния не более 0,40% и фосфора не более 0,09% в количестве 35-75% от массы завалки проводят на оставшийся в печи шлак и часть металла, после заливки производят завалку металлолома в количестве 25-65% от массы завалки и извести в количестве 3,0-4,2% от массы завалки, при расплавлении и в окислительный период производят продувку газообразным кислородом с расходом 6000-15000 м/ч, присадку извести в количестве 0,4-1,3% от массы завалки порциями по 50-200 кг и вдувание углеродсодержащего порошка с интенсивностью 15-65 кг/мин, при этом концентрацию FeO в шлаке поддерживают в интервале 13-28%, а отношение CaO/FeO в диапазоне 2,6-4,5.
Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем. Количество извести, присаживаемой в печь, определяется эффективной степенью дефосфорации. При количестве извести менее 3% от массы завалки степень дефосфорации недостаточная для обеспечения требований стандартов по содержанию фосфора, при увеличении извести более 4,2% от массы завалки растут тепловые потери, связанные с расплавлением извести, в связи с чем увеличивается длительность плавки.
Количество жидкого чугуна в количестве 35-75% от массы завалки выбрано исходя из получения в стали необходимой концентрации углерода. При использовании жидкого чугуна менее 35% от массы завалки концентрация углерода при расплавлении не позволит провести усиленную дегазацию стали и удаление неметаллических включений при повышенном расходе кислорода, а использование жидкого чугуна в количестве более 75% - к увеличению длительности плавки в связи с необходимостью окисления «избыточного» углерода стали. Кроме того, при количестве жидкого чугуна менее 35% от массы завалки возможно получение недопустимо высоких концентраций хрома никеля и меди.
Содержание кремния не более 0,40% и фосфора не более 0,09% в чугуне обеспечивает проведение хорошей дефосфорации при обеспечении желаемой продолжительности плавления.
Завалка извести в количестве 3,0-4,2% позволяет увеличить скорость формирования печного шлака, обладающего высокой рафинирующей способностью. При количестве извести менее 3% невозможно формирование требуемых количеств печного шлака для успешной дефосфорации, а при количестве извести более 4,2% в печи увеличивается количество печного шлака и возрастают непроизводительные расходы и длительность плавки.
Количество металлолома связано с жидким чугуном. При использовании металлолома в количестве менее 25% от массы завалки возрастает концентрация углерода в расплаве, в связи с чем увеличивается длительность плавки в связи с ограничением скорости выгорания углерода.
3
3
Расход кислорода выбран исходя из следующих условий: при расходе кислорода менее 6000 м/ч увеличивается продолжительность плавки, а при расходе кислорода более 15000 м/ч скорость окисления углерода значительно меньше скорости диффузии кислорода, в связи с чем снижается коэффициент полезного использования кислорода.
Присадки извести порциями по 50-200 кг в количестве 0,4-1,3 от массы завалки обеспечивает хорошую степень дефосфорации. Порция более 200 кг приводит к локальному захолаживанию шлака и требует значительного временного интервала для ассимиляции шлаком, что снижает степень дефосфорации. Порция менее 50 кг приводит к непроизводительным расходам (загрузке оборудования) при задаче, увеличению длительности плавки в связи с временными затратами при формировании шлака. Присадка извести в количестве менее 0,4% от массы завалки, малое количество шлака приводит к снижению степени дефосфорации и, как следствие, - получению стали бракованной по содержанию фосфора. При использовании извести в количестве более 1,3% от массы завалки значительно повышается количество печного шлака, соответственно возрастает расход электроэнергии, а фосфидная емкость сформированной шлаковой системы используется неполностью.
Вдувание углеродсодержащего порошка с интенсивностью менее 15 кг/мин не обеспечивает требуемого вспенивания шлака и, как следствие, увеличивает расход электроэнергии.
Использование углеродсодержащего порошка с интенсивностью более 65 кг/мин нецелесообразно, т.к. при этом происходит раскисление шлака и процесс рефосфорации (переход фосфора из шлака в металл).
Концентрация FeO в шлаке в интервале 13-28% и соотношение CaO/FeO в диапазоне 2,6-4,5 обеспечивают оптимальную дефосфорацию при минимальных расходах извести и электроэнергии.
Заявляемый способ выплавки рельсовой стали был реализован при выплавке стали в дуговых электросталеплавильных печах типа ДСП 100И10 с номинальной емкостью 100 тонн.
3
Заливка жидкого чугуна (35-75 тонн) проводилась из чугуновозного ковша посредством мостового крана при открытом своде печи на остаток печного шлака и металла. Далее бадьей осуществляли завалку 25-65 тонн металлолома без последующих подвалок металлолома в печь. Окисление углерода проводили продувкой стали в печи газообразным кислородом через систему газокислородных горелок с расходом 6000-15000 м/ч. Вдувание углеродсодержащего порошка проводили с помощью фурм «карб-джет» с интенсивностью 15-65 кг/мин. Для полной отсечки шлака и снижения вероятности загрязнения стали неметаллическими включениями в печи оставляли 10-15 тонн стали.
При выпуске стали в ковш присаживали силикомарганец МнС17 800-1000 кг и известь в количестве 300-1000 кг. Дальнейшую доводку стали марок НЭ76Ф и Э76Ф по температуре и химическому составу проводили на агрегате типа ковш-печь. Разливку стали проводили на 4-х ручьевых МНЛЗ с сечением кристаллизатора 300×330 мм. Далее проводили нагрев непрерывнолитых заготовок в печи с шагающими балками и прокатку на рельсы типа Р65.
При выплавке стали по заявляемому способу сокращена длительность плавки с 57-60 мин до 53-57 мин, снижен расход электроэнергии с 276-295 кВт·ч/т до 240-270 кВт·ч/т, уменьшена загрязненность стали по неметаллическим включениям (снижен индекс общей загрязненности неметаллическими включениями на 0,18), снижено содержание фосфора в готовой стали на 0,002%, степень дефосфорации увеличена на 10%.
Источники информации
1. Патент РФ №2197536, кл. С21С 5/52, 7/06.
2. Патент РФ №2312901, кл С21С 5/52, 7/07.