СПОСОБ ВЫПЛАВКИ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ
PROCEDURE FOR RAIL STEEL MELTING

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки рельсовой стали в электропечах.
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, в котором на оставшийся в печи шлак и часть металла после выпуска плавки перед заливкой жидкого чугуна в количестве 25-70% от массы завалки и металлолома 30-75% от массы завалки присаживают кремнийсодержащие материалы из расчета 0,325-1,625 кг кремния на тонну остатка металла в печи или алюминийсодержащие материалы из расчета 0,425-2,16 кг алюминия на тонну остатка металла в печи, окисление проводят газообразным кислородом с расходом 80-120 м/ч на тонну металлошихты до содержания углерода 0,10-0,70% и температуры не более 1700°C, перед выпуском шлак и металл в печи не раскисляют, в ковш при выпуске присаживаются марганецсодержащие сплавы из расчета введения марганца на 0,60-0,75% и известь из расчета 3-12 кг/т жидкой стали, дальнейшую доводку стали по температуре и химическому составу проводят на агрегате ковш-печь [1].
Существенными недостатками данного способа выплавки рельсовой стали являются:
- повышенный расход ферросплавов в связи с необходимостью раскисления стали и шлака в печи,
- высокие расходы электроэнергии и извести, связанные с повышенной длительностью плавки,
- невозможность снижения остаточных элементов (хрома, никеля и меди) из-за использования металлолома.
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% C, 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% CaO, 0,15-3,8% MgO, 0,1-6,5% MnO, 0,01-0,12% S, 0,03-0,18% PO; причем компоненты содержатся в следующем соотношении, мас.%:
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:
- повышение качества стали за счет снижения содержания примесей остаточных элементов (хрома, никеля и меди);
- сокращение длительности плавки;
- уменьшение расхода электродов, электроэнергии, извести и ферросплавов;
- повышение комплекса физико-механических свойств стали.
3
Для этого предложен способ выплавки рельсовой 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 15-25% от массы завалки, полуфабрикат композиционный в количестве 25-40% от массы завалки и известь в количестве 4-5,5% от массы завалки, заливку жидкого чугуна с содержанием кремния не более 0,60% и фосфора не более 0,10% в количестве 40-65% от массы завалки осуществляют после проплавления твердой металлошихты при удельном расходе электроэнергии 46,5-68,7 кВт·ч/т суммарной массы твердого чугуна и полуфабриката композиционного, окисление проводят газообразным кислородом с расходом 60-110 м/ч на тонну металлошихты, присадку извести в печь после заливки жидкого чугуна производят порциями по 50-150 кг в количестве 0,1-0,5% от массы металлошихты, вдувание углеродсодержащей пыли проводят с интенсивностью 25-210 кг/мин.
Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем.
Расход жидкого чугуна в количестве 40-65% от массы завалки выбран исходя из получения требуемой длительности плавки и содержания углерода, при использовании жидкого чугуна менее 40% от массы завалки не удается получить требуемую для рельсовой стали концентрацию углерода, а при использовании жидкого чугуна с расходом более 65% от массы завалки повышенная концентрация углерода при расплавлении приводит к увеличению длительности плавки в связи с необходимостью окисления «избыточного» углерода стали. Причем для обеспечения успешной дефосфорации чугун должен содержать не более 0,60% кремния и до 0,10% фосфора.
Количество твердого чугуна и полуфабриката композиционного связано с жидким чугуном. При использовании твердого чугуна в количестве менее 15% от массы завалки и полуфабриката композиционного более 40% от массы завалки возможно получение низкого содержания углерода при расплавлении, при количестве данных материалов соответственно более 25% и менее 25% возрастает концентрация углерода в расплаве, в связи с чем увеличивается длительность плавки вследствие ограничения скорости выгорания углерода.
Расход извести выбран исходя из того, что при присадке в количестве менее 4% от массы завалки не удается получить требуемую степень дефосфорации, а при присадке более 5,5% от массы завалки растут тепловые потери, связанные с расплавлением извести, в связи с чем увеличивается длительность плавки.
Заливку жидкого чугуна осуществляют после проплавления твердого чугуна и полуфабриката композиционного при удельном расходе электроэнергии 46,5-68,7 кВт·ч/т суммарной массы твердого чугуна и полуфабриката композиционного. При удельном расходе электроэнергии менее 46,5 кВт·ч/т металлолома происходит закозление металла при заливке жидкого чугуна, в связи с чем увеличивается длительность плавки, а при расходе более 68,7 кВт·ч/т при заливке наблюдается 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 110 м/ч на тонну металлошихты скорость окисления углерода значительно меньше скорости диффузии кислорода, в связи с чем снижается коэффициент полезного использования кислорода.
Присадка извести порциями по 50-150 кг в количестве 0,1-0,5% от массы металлошихты выбрана исходя из того, что при присадке извести более 150 кг происходит локальное захолаживание шлака в зоне присадки и неэффективное использование извести при дефосфорации, а присадка порции менее 50 кг малоэффективна. При снижении количества извести менее 0,1% от массы металлошихты стали невозможно получить требуемую рафинирующую способность шлака и обеспечить требования нормативных документов по содержанию фосфора в стали. При количестве извести более 0,5% от массы металлошихты возрастают тепловые потери, связанные с формированием шлака, что ведет к повышению расхода электроэнергии, длительности плавки, нерациональному использованию извести.
Вдувание углеродсодержащей пыли выбрано исходя из следующих условий. При снижении количества пыли менее 25 кг/мин отсутствует необходимое вспенивание печного шлака, в результате чего возможно увеличение аварийных ситуаций на водоохлаждаемой части печи, а при увеличении более 210 кг/мин пыль используется неэффективно.
Заявляемый способ выплавки рельсовой стали был реализован при выплавке рельсовой стали марок Э76Ф и НЭ76Ф, в дуговых электросталеплавильных печах типа ДСП 100Н10.
После выпуска плавки на остаток металла и шлака в печь производили завалку твердого чугуна в количестве 15-25 тонн, полуфабриката композиционного в количестве 25-40 тонн и извести в количестве 4-6 тонн.
Заливка жидкого чугуна (40-65 тонн) с содержанием кремния не более 0,60% и фосфора не более 0,10% проводилась из чугуновозного ковша посредством мостового крана при открытом своде печи после проплавления твердой металлошихты при удельном расходе электроэнергии 46,5-68,7 кВт·ч/т суммарной массы твердого чугуна и полуфабриката композиционного.
3
Работа проводилась без подвалок в печь. Окисление углерода проводили продувкой стали в печи газообразным кислородом через систему газокислородных горелок с расходом 60-110 м/ч на тонну металлошихты. В период плавления и окислительный период осуществляли присадку в печь через сводовое отверстие извести порциями по 50-150 кг в количестве 100-500 кг. Для вспенивания шлака осуществляли вдувание углеродсодержащего порошка с интенсивностью 25-210 кг/мин.
При достижении требуемого содержания углерода (не менее 0,40%), фосфора и температуры проводили выпуск плавки с отсечкой печного шлака. Для полной отсечки печного шлака и снижения вероятности загрязнения стали неметаллическими включениями в печи оставляли 15-30 т стали.
При выпуске стали в ковш присаживали силикомарганец МнС17 400-1000 кг и известь в количестве 500-1000 кг. Дальнейшую доводку стали марок НЭ76Ф и Э76Ф по температуре и химическому составу проводили на агрегате типа ковш-печь и установке дегазации стали. Разливку стали проводили на 4-ручьевых МНЛЗ с сечением кристаллизатора 300×(330÷360) мм. Далее проводили нагрев непрерывнолитых заготовок в печи с шагающими балками и прокатку на рельсы типа Р65.
2
При опытной выплавке стали по заявляемому способу сокращается длительность плавки с 55-59 мин до 54-58 мин, электроэнергии с 276-295 кВт·ч/т до 250-276 кВт·ч/т, снижен угар ферросплавов (марганецсодержащих на 0,1%, кремнийсодержащих на 0,2%), электродов с 2,54-2,74 кг/т до 1,90-2,19 кг/т, уменьшено суммарное содержание остаточных элементов (хрома, никеля и меди) в среднем с 0,31% до 0,17%, расход извести сокращен с 58-59 кг/т до 52-56 кг/т, повышен предел прочности на 6 Н/мм.
Список источников информации
1. Патент РФ №2328534, кл. C21C 5/52, 7/07.
2. Заявка №2007110459, кл. C21C 5/00.