СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ
STEEL-MAKING METHOD IN ARC ELECTRIC STEEL-SMELTING FURNACE

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам получения стали в дуговых электросталеплавильных печах.
3
Известен способ получения стали в дуговой электропечи, включающий завалку в печь металлолома, подачу чугуна, расплавление металлошихты, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию стали путем присадок порций железной руды или агломерата в смеси с известью, скачивание шлака через порог рабочего окна, раскисление стали и шлака в печи, выпуск стали в ковш под печным шлаком, присадку в ковш десульфурирующей смеси, состоящей из извести, плавикового шпата и порошка алюминия, отличающийся тем, что в состав завалки вводят агломерат или железную руду в количестве 30-60 кг/т стали, после проплавления металлошихты при расходе электроэнергии 220-320 кВтч/т металлолома в печь заливают чугун при температуре не ниже 1200°С со скоростью заливки 6-12 т/мин, проводят окисление газообразным кислородом с расходом 1500-3000 нм/ч, соотношение присаживаемой железной руды или агломерата в смеси с известью поддерживают соответственно (1-2):(2,5-3,5) при расходе 70-110 кг/т стали, после чего спускают шлак через порог рабочего окна, а соотношение извести, плавикового шпата и порошка алюминия в вводимой в ковш десульфурирующей смеси поддерживается соответственно (1,1-1,5):(0,3-0,5):(0,05-0,1) при расходе смеси 14-18 кг/т стали (патент РФ №2197535, кл. С21С 5/52, 7/06).
Существенными недостатками данного способа выплавки стали являются:
- повышенная длительность плавки, связанная с необходимостью восстановительного периода;
- повышенная длительность плавки из-за невозможности подачи в печь чугуна и сыпучих материалов (извести, кокса, плавикового шпата) без отключения электроэнергии;
- повышенный расход электроэнергии и электродов в связи с проведением восстановительного периода плавки;
- повышенный расход ферросплавов, связанный с попаданием высокоокисленного печного шлака в ковш.
3
Известен выбранный в качестве прототипа способ выплавки стали в дуговой электропечи, включающий подачу в дуговую 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 1-5% 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 проводят завалку извести в количестве 1-3% и металлолома в количестве 30-60% от массы завалки, окисление проводят газообразным кислородом с расходом 8000-12000 м/ч до содержания углерода не менее 0,1% и температурой не более 1700°С, в ковш при выпуске присаживают кремний и маргнцесодержащие 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, кл. С21С 5/52, 7/06).
Существенными недостатками данного способа выплавки стали являются:
- повышенная длительность плавки, связанная с длительностью окисления примесей, находящихся в чугуне (углерода, кремния, марганца);
- повышенная длительность плавки из-за невозможности подачи в печь чугуна и сыпучих материалов (извести, кокса, плавикового шпата) без отключения электроэнергии;
- повышенный расход электроэнергии, связанный с формированием большого количества шлака, получаемого при связывании оксидов окислившегося кремния чугуна с оксидами шлака, а также необходимостью расплавления требуемого количества извести;
- повышенный расход электродов, связанный с затягиванием плавки, вызванным окислением примесей;
- повышенный расход ферросплавов, связанный с попаданием высокоокисленного печного шлака в ковш.
Техническая задача, решаемая изобретением, - сокращение длительности плавки, снижение расхода ферросплавов, уменьшение расхода электроэнергии и электродов.
3
Для этого предлагается способ выплавки стали в дуговой электросталеплавильной печи, включающий подачу в дуговую печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление, окислительный период, выпуск плавки с оставлением шлака и части металла в печи, присадку в ковш во время выпуска твердой шлакообразующей смеси, раскислителей и легирующих, в отличие от ближайшего аналога после выпуска плавки производят завалку на оставшийся в печи шлак и часть металла извести в количестве 1-2% и металлолома в количестве 70-80% от массы металлошихты, заливку жидкого чугуна в количестве 20-30% от массы металлошихты производят с помощью заливочного желоба во время плавления металлолома, окисление металла проводят газообразным кислородом с расходом 3000-4000 нм/ч до содержания углерода в пределах 0,03-0,07% и температурой в пределах 1620-1660°С, во время выплавки стали производят продувку металла аргоном через донные пробки с расходом 20-60 л/мин, производят вдувание углеродсодержащего материала с расходом 20-100 кг/мин и присадку извести порциями по 250-300 кг в количестве 1-2% от массы металлошихты, выпуск металла осуществляют с помощью эркерного устройства, при выпуске присаживают ферросплавы из расчета получения содержания кремния и марганца равным нижнему марочному пределу содержания этих элементов в выплавляемой марке стали и твердую шлакообразующую смесь, содержащую известь, плавиковый шпат и алюминий в соотношении 3:1:1 в количестве 5-10 кг/т с продувкой металла в ковше аргоном, дальнейшую доводку металла по температуре и химическому составу проводят на агрегатах внепечной обработки стали.
Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем. Количество жидкого чугуна (20-30% от массы завалки) выбрано исходя из сокращения длительности плавки. Использование жидкого чугуна в количестве более 30% от массы завалки приводит к увеличению длительности плавки в связи с необходимостью окисления "избыточного" углерода стали и дополнительного времени на скачивание шлака. При использовании жидкого чугуна менее 20% от массы завалки дефицит тепловой энергии от окисления углерода необходимо компенсировать дополнительным электронагревом, что приводит к увеличению цикла плавки, а также не позволяет получать требуемые содержания остаточных элементов (хром, никель, медь).
Заливка чугуна через заливочный желоб по ходу плавления позволяет сократить продолжительность плавки на 2-3 минуты за счет сокращения тепловых потерь и времени на открытие и закрытие свода печи для заливки чугуна.
Технология присадки извести предусматривает отдачу 1-2% извести от массы завалки в бадью с металлоломом и 1-2% извести от массы завалки порциями по 250-300 кг по ходу окислительного периода. Данная технология присадки извести обеспечивает раннее формирование шлака и защиту водоохлаждаемых панелей от перегрева, позволяет снизить содержание серы и фосфора в металле перед выпуском металла из печи. При завалке всей извести в бадью в процессе выплавке стали она не успевает раствориться и приводит к увеличению цикла плавки, а при отдаче всей извести по ходу плавки (порциями) не успевает сформироваться шлак из-за крайне непродолжительного окислительного периода плавки. При увеличении количества извести более 4% от массы завалки происходит увеличение цикла плавки и непроизводственных затрат.
Дополнительное перемешивание ванны аргоном через донные пробки приводит к сокращению цикла плавки на 2-3 минуты, при этом удельный расход электроэнергии снижается ориентировочно на 20 кВтч/т.
Расход углеродсодержащего материала для вдувания 20-100 кг/мин выбран с целью образования и поддерживания вспененного шлака для обеспечения работы печей на максимальных ступенях работы трансформатора и сокращения цикла плавки.
3
3
Расход кислорода выбран исходя из получения требуемого содержания углерода в металле на выпуске из печи 0,03-0,07%. При расходе кислорода менее 3000 нм/ч увеличивается продолжительность плавки из-за недостаточного количества кислорода для окисления углерода чугуна, а при расходе кислорода более 4000 нм/ч скорость окисления углерода становится меньше, чем скорости диффузии кислорода, что приводит к переокислению металла.
Присадка ферросплавов в ковш из расчета получения содержания кремния и марганца равным нижнему марочному пределу содержания этих элементов в выплавляемой марке стали позволяет снизить концентрацию кислорода в стали и повысить усвоение легирующих и раскислителей.
Обработка металла на выпуске твердой шлакообразующей смесью, состоящей из извести, плавикового шпата и алюминия в соотношении 3:1:1 в количестве 5-10 кг/т, с продувкой металла аргоном способствует раннему образованию рафинирующего шлака в ковше, позволяет снизить содержание серы в металле по приходу на агрегаты внепечной обработки стали и повысить стойкость сталеразливочных ковшей. При расходе ТШС менее 5 кг/т невозможно получить требуемую рафинирующую способность шлака, а при увеличении расхода более 10 кг/т возрастают тепловые потери, связанные с формированием шлака, что требует дополнительного нагрева металла на агрегатах ВОС.
Заявляемый способ получения стали был реализован при выплавке стали марок Ст3сп, Ст2сп, 35ГС, 25Г2С в 180-тонных дуговых электропечах с трансформатором мощностью 150 МВА.
3
Завалка металлолома в количестве 150-160 тонн и извести в количестве 3,5-4,0 тонн производилась на оставшийся в печи шлак и часть металла. Заливка жидкого чугуна в количестве 50-60 тонн производилась с помощью заливочного желоба во время плавления. Окисление углерода проводили путем продувки стали в печи газообразным кислородом с расходом 3000-4000 нм/ч. Температура металла перед выпуском из печи составляла 1630-1660°С. Во время выплавки стали производили продувку металла аргоном с расходом 20-60 л/мин. По ходу плавки производили присадку извести порциями по 250-300 кг в количестве 3,0-4,0 тонн и вдувание углеродсодержащего материала с расходом 50-80 кг/мин.
При выпуске стали в ковш присаживали ферросилиций, ферромарганец и твердую шлакообразующую смесь в составе 1,2 т извести, 0,4 т плавикового шпата и 0,2 т чушкового алюминия.
Разливку стали производили на 5-ручьевых сортовых МНЛЗ.
При выплавке стали по заявленному способу сокращается длительность плавки с 50-55 минут до 45-50 мин, расход электроэнергии с 300-320 кВтч/т до 280-300 кВтч/т, расход электродов с 1,6-1,8 кг/т до 1,4-1,6 кг/т.