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, отличающийся тем, что 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:
- высокие расходы электроэнергии и извести, связанные с повышенной длительностью плавки,
- высокое содержание фосфора в стали и снижение в связи с этим качественных характеристик стали.
3
Известен также 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°C, 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 [2].
Существенными недостатками данного способа выплавки рельсовой стали являются:
- низкий расход жидкого чугуна,
- значительная длительность плавки в связи с необходимостью раскисления стали и шлака в печи,
- высокие расходы электроэнергии, связанные с повышенной длительностью плавки,
- низкая степень дефосфорации при значительном расходе извести.
Желаемыми техническими результатами изобретения являются: повышение качества стали, сокращение расхода извести и электроэнергии.
2
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, доводку стали на агрегате ковш-печь, при котором на оставшийся в печи шлак и часть металла после выпуска плавки заваливают металлолом в количестве 25-70% от массы завалки и известь в количестве 1,5-3,0% от массы завалки, заливку жидкого чугуна с содержанием кремния не более 0,45% и фосфора не более 0,09% в количестве 30-75% от массы завалки совместно с ковшевым шлаком с содержанием FeO менее 3,0% и отношением CaO/SiO 2,0-4,4, в количестве 0,5-6,0% от массы завалки осуществляют после проплавления металлолома при удельном расходе электроэнергии 125-300 кВт·ч/т металлолома, окисление проводят газообразным кислородом с расходом 50-140 м/ч на тонну металлошихты, присадку извести в печь после заливки жидкого чугуна производят порциями по 50-200 кг в количестве 0,3-1,0% от массы металлошихты и вдувание углеродсодержащей пыли проводят с интенсивностью 40-80 кг/мин.
Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем.
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, при количестве более 70% возможно получение высоких концентраций остаточных металлов.
Расход извести выбран исходя из того, что при присадке в количестве менее 1,5% от массы завалки не удается получить требуемую степень дефосфорации, а при присадке более 3,0% от массы завалки повышенный расход извести приводит к увеличению расхода электроэнергии увеличению длительности плавки.
Количество жидкого чугуна в количестве 30-75% от массы завалки выбрано исходя из получения в стали необходимой концентрации углерода, при использовании жидкого чугуна менее 30% от массы завалки не удается получить требуемые для рельсовой стали концентрации остаточных элементов (хрома, никеля и меди) и получаемая концентрация углерода при расплавлении не позволит провести усиленную дегазацию стали и удаление неметаллических включений при повышенном расходе кислорода, а при использовании жидкого чугуна в количестве более 75% 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 0,45% кремния и до 0,09% фосфора.
2
2
2
Количество и состав ковшевого шлака выбран из следующих предпосылок. Отношение CaO/SiO=2,0-4,4 обеспечивает совместно с присаживаемой известью требуемую дефосфорацию. При отношении CaO/SiO менее 2,0 и количестве шлака менее 0,5% от массы завалки необходимо увеличивать расход извести, присаживаемой в печь, а при отношении CaO/SiO более 4,4 и количестве шлака более 6% от массы завалки значительно увеличивается количество печного шлака и увеличиваются непроизводительные энергетические расходы. Концентрация в ковшевом шлаке FeO менее 3,0% позволяет осуществлять совместную присадку ковшевого шлака и жидкого чугуна без резкого вскипания и выбросов шлако-стальной эмульсии из печи при заливке жидкого чугуна.
Заливку жидкого чугуна осуществляют после проплавления металлолома при удельном расходе электроэнергии 125-300 кВт·ч/т металлолома. При удельном расходе электроэнергии менее 125 кВт·ч/т металлолома происходит "закозление" металла при заливке жидкого чугуна, а при расходе более 300 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 50 м/ч на тонну металлошихты увеличивается продолжительность плавки, а при расходе кислорода более 140 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 50-200 кг в количестве 0,3-1,0% от массы металлошихты выбрана исходя из того, что присадка извести порцией более 200 кг приводит к локальному "захолаживанию" шлака в зоне присадки и неэффективному использованию извести при дефосфорации, а порция менее 50 кг малоэффективна. При снижении количества извести менее 0,3% от массы металлошихты не удается получить требуемую степень дефосфорации и обеспечить требования стандартов по содержанию фосфора в стали. При количестве более 1,0% от массы металлошихты возрастает непроизводительный расход извести, электроэнергии, а также увеличивается длительность плавки.
Вдувание углеродсодержащей пыли выбрано исходя из следующих условий. При снижении количества пыли менее 40 кг/мин невозможно провести хорошее вспенивание печного шлака, а при увеличении более 80 кг/мин.
Заявляемый способ выплавки рельсовой стали был реализован при выплавке рельсовой стали марок Э76Ф и НЭ76Ф, стали в дуговых электросталеплавильных печах типа ДСП 100И10. Оставшийся после разливки ковшевой шлак сливали в наполненный чугуном чугуновозный ковш в разливочном пролете. Количество чугуна в ковше составляло 30-75 тонн. После этого чугуновозный ковш передавали в печной пролет. После выпуска плавки на остаток металла и шлака в печь осуществляли завалку металлолома в количестве 25-70 т и извести в количестве 1,5-3,0 т. Проводили расплавление и при удельном расходе 125-300 кВт·ч/т металлолома проводили заливку жидкого чугуна в количестве 30-75 т совместно с ковшовым шлаком в количестве 0,5-6,0 т в печь сверху из чугуновозного ковша.
3
Работа проводилась без последующих подвалок металлолома в печь. Окисление углерода проводили продувкой стали в печи газообразным кислородом через систему газокислородных горелок с расходом 50-140 м на тонну металлошихты. В период плавления и окислительный период осуществляли присадку в печь через сводовое отверстие известь порциями по 50-200 кг в количестве 300-1000 кг. Для вспенивания шлака осуществляли вдувание углеродсодержащего порошка с интенсивностью 40-80 кг/мин.
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 сокращен расход извести на 6-12 кг, уменьшена загрязненность стали по неметаллическим включениям (снижен индекс общей загрязненности неметаллическими включениями на 0,18%), снижено содержание фосфора в готовой стали на 0,003%, степень дефосфорации увеличена на 10-12%.
Источники информации
1. Патент РФ № 2328534, кл C21C 5/52, 7/07.
2. Патент РФ № 2197536, кл. C21C 5/52, 7/06.