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

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способам получения стали в дуговых сталеплавильных печах.
При изменении цен на металлолом и сырье для производства чугуна необходимо варьировать шихтовку плавки при выплавке стали в электропечи с целью снижения себестоимости производства стали. При цене чугуна ниже цены на металлолом требуется максимальное использование чугуна при выплавке стали в электропечи.
Известен способ выплавки стали в дуговой электросталеплавильной печи, включающий подачу в печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление, присадку извести, окислительный период, выпуск плавки. Выплавку стали осуществляют в два этапа: на первом этапе в печь производят завалку металлического лома в количестве 10-12% от массы металлошихты, извести в количестве 0,7-1,0% от массы металлошихты, заливку жидкого чугуна в количестве 38-40% от массы металлошихты с помощью заливочного желоба со скоростью 4-5 т/мин по израсходованию электроэнергии 70-85 кВт·ч/т металлошихты. Затем по израсходованию электроэнергии 200-210 кВт·ч/т металлошихты осуществляют отключение тока. Через 1,5-2,0 мин после включения тока осуществляют продувку ванны кислородом до получения окисленности металла не менее 600 ppm. По ходу продувки производят присадку извести порциями по 0,5-1,0 т с расходом 1,5-2,0% от массы металлошихты. Выпуск первой плавки осуществляют в сталеразливочный ковш, на втором этапе осуществляют выплавку второй плавки по той же технологии, после ее готовности под выпуск переставляют сталеразливочный ковш с имеющейся первой плавкой [Патент RU 2437941, МПК С21С 5/52, 2011].
Недостатками данного способа выплавки стали являются:
- невозможность использования жидкого чугуна в количестве более 40% от массы металлошихты, что может приводить к повышению себестоимости стали при повышении цен на металлолом;
- невозможность оставления шлака и части металла в печи, что снижает производительность электропечи.
3
Известен способ выплавки стали в дуговой электропечи, включающий подачу в печь металлолома и жидкого чугуна, расплавление, окислительный период, выпуск плавки с оставлением шлака и части металла в печи. Перед выпуском в печь присаживают известь в количестве 1-5% от массы завалки. Заливку чугуна при температуре 1250-1360°C в количестве 40-70% от массы завалки проводят на оставшийся в печи шлак и часть металла. После заливки чугуна проводят завалку извести в количестве 1-3% и металлолома в количестве 30-60% от массы завалки. Окисление проводят кислородом с расходом 8000-12000 м/ч до содержания углерода не менее 0,10%. В ковш при выпуске присаживают кремний и марганецсодержащие 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, МПК С21С 5/52, 2007].
Недостатками данного способа выплавки стали являются:
- наличие выбросов металла и шлака из печи при увеличении интенсивности продувки металла кислородом;
- увеличение цикла электроплавки, связанного с необходимостью проведения длительного окислительного периода - продувки ванны газообразным кислородом, отвода повышенного количества образующихся отходящих газов и необходимостью дожигания оксида углерода.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ получения стали в дуговой электропечи, включающий завалку металлолома и извести. После проплавления металлолома при расходе электроэнергии 180-300 кВтч/т заливают сверху жидкий чугун при температуре 1280-1400°C в количестве 30-60% от массы завалки, содержащий 2,0-3,5% С, менее 0,01% Si, менее 0,015% Р, менее 0,025% S. Окисляют углерод газообразным кислородом при температуре в печи не более 1700°C. При выпуске стали отсекают печной шлак и оставляют 15% от общей массы жидкого металла в печи. Подают в ковш во время выпуска шлакообразующую смесь, состоящую из извести и плавикового шпата в соотношении (0,8-1,2)/(0,2-0,5) с расходом 10-17 кг/т стали и присаживают ферросплавы [Патент РФ №2258084, МПК С21С 5/52, С21С 7/06, 2005].
Недостатками данного способа выплавки стали являются:
- увеличение выхода шлака в печи при расходе жидкого чугуна более 30% от массы металлошихты, что приводит к снижению производительности электропечи, увеличению расхода электроэнергии и шлакообразующих материалов;
- невозможность использования жидкого чугуна в количестве более 60% от массы металлошихты без его предварительной десиликонизации, дефосфорации и десульфурации.
Технический результат изобретения - снижение себестоимости выплавки стали в электропечи.
3
3
3
Указанный технический результат достигается тем, что в способе выплавки стали в дуговой электросталеплавильной печи, включающем подачу в печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление металлолома, присадку шлакообразующих материалов, продувку кислородом, выпуск плавки, согласно изобретению заливку жидкого чугуна в печь осуществляют в количестве 40-70% от массы металлошихты, после чего осуществляют продувку ванны кислородом с расходом 1800-2200 нм/час в течение 12-25% времени продувки, затем расход кислорода увеличивают до 5000-7000 нм/час и осуществляют продувку в заданном режиме в течение 28-40% времени продувки, далее расход кислорода снижают до 3000-5000 нм/час и в заданном режиме ведут продувку до ее окончания.
3
В течение периода продувки ванны с расходом кислорода 5000-7000 нм/час осуществляют ввод коксового порошка в количестве 25-60 кг/мин. В качестве шлакообразующих материалов присаживают известь в количестве 15-65 кг/т стали и/или известняк в количестве 2-20 кг/т стали и доломит в количестве не более 10 кг/т стали.
Суммарное количество жидкого чугуна (40-70% от массы металлошихты) выбрано исходя из необходимости снижения себестоимости выплавляемой стали. Использование жидкого чугуна в количестве менее 40% не ведет к снижению себестоимости стали. Использование жидкого чугуна в количестве более 70% от массы металлошихты приводит к увеличению длительности плавки и, как следствие, к снижению производительности печи.
3
3
3
Продувка ванны кислородом с расходом 1800-2200 нм/час в течение 12-25% времени продувки обеспечивает начало обезуглероживания полупродукта. При продувке ванны кислородом с расходом менее 1800 нм/час и 12% времени продувки не будет обеспечено требуемое содержание углерода к концу плавки, что увеличит ее длительность. Продувка ванны кислородом с расходом более 2200 нм/час и 25% времени продувки приведет к повышенному окислению еще не расплавившего полупродукта.
3
3
3
Продувка ванны с увеличенным до 5000-7000 нм/час расходом кислорода в течение 28-40% времени продувки необходима для окисления углерода в полностью расплавившемся полупродукте. При продувке ванны кислородом с расходом менее 5000 нм/час и 28% времени продувки не обеспечивается требуемое содержание углерода к концу плавки. Продувка ванны кислородом с расходом более 7000 нм/час и 40% времени продувки может привести к выбросам расплава из печи и, как следствие, заскраплению стен и свода печи.
3
3
3
Последующее снижение расхода кислорода до 3000-5000 нм/час необходимо для продувки ванны расплава без переокисления металла (обеспечение активности кислорода в металле ниже 850 ppm). При продувке с расходом кислорода менее 3000 нм/час может прекратиться процесс кипения ванны. Продувка ванны кислородом с расходом более 5000 нм/час приведет к переокислению расплава (активность кислорода в металле составит более 850 ppm).
3
Ввод коксового порошка в количестве 25-60 кг/мин в период продувки ванны с расходом кислорода 5000-7000 нм/час позволяет поддерживать шлак во вспененном состоянии при высоком расходе кислорода. Присадка коксового порошка в количестве менее 25 кг/мин не достаточна для поддержания шлака во вспененном состоянии. Присадка коксового порошка в количестве более 60 кг/мин не ведет к дальнейшему увеличению вспененности шлака и поэтому не целесообразна.
Присадка шлакообразующих материалов в заявляемых количествах позволяет получить требуемый состав шлака для дефосфорации полупродукта. Присадка шлакообразующих материалов в количествах, выходящих за рамки заявляемых, приводит либо к низкой степени дефосфорации металла, либо к большому количеству образующегося шлака, что в свою очередь ведет к увеличению расхода электроэнергии на его расплавление.
Примеры осуществления способа.
Заявляемый способ получения стали был реализован при выплавке стали в 150-тонных дуговых электропечах с мощностью трансформатор 85 МВА.
В электропечь производили завалку металлолома в количестве 10-40 т и извести. После израсходования электроэнергии в размере 70…85 кВт·ч/т металлошихты осуществляли заливку жидкого чугуна, а затем начинали продувку ванны кислородом. Во время плавления производили присадку шлакообразующих материалов и, при необходимости, коксового порошка. Отключение тока проводили по израсходованию электроэнергии в размере 200-210 кВт·ч/т металлошихты.
Варианты реализации способа приведены в таблице 1. В таблице 2 приведены результаты экспериментов. Примеры 1-3 с соблюдением предложенных технологических параметров, примеры 4-6 с не соблюдением некоторых параметров, пример 7 по прототипу.
Таблица 1
Условия проведения экспериментов
№ примера
Расход жидкого чугуна, %
Расход кислорода в период 12-25% времени продувки, нм<sup>3</sup>/ч
Расход кислорода в период 28-40% времени продувки, нм<sup>3</sup>/ч
Расход кислорода в оставшийся период времени продувки, нм<sup>3</sup>/ч
Расход коксового порошка, кг/т стали
Расход извести, кг/т стали
Расход известняка, кг/т стали
Расход доломита, кг/т стали
1
40
1900
5100
4800
30
20
-
1,0
2
55
2000
5500
4100
45
35
12
-
3
70
2200
6700
3500
55
60
19
8,0
4
38
1500
4500
5500
100
68
1
1,0
5
55
1700
7100
4000
80
10
12
15,0
6
72
2300
6000
2700
20
60
22
8,0
7
45
2000
2000
2000
-
-
-
-
Таблица 2
Результаты проведения экспериментов
№ примера
Расход электроэнергии, кВт·ч/т металлошихты
Изменение относительного показателя себестоимости, %<sup>*</sup>
1
260
-1,3
2
225
-2,1
3
190
-2,9
4
270
+2,8
5
230
+2,0
6
195
+1,1
7
310
+2,9
* - изменение относительного показателя себестоимости указано по отношению к базовой технологии производства стали с расходом жидкого чугуна 30% и цене чугуна равной цене лома
Из представленных результатов видно, что при выполнении всех предложенных технических решений (примеры 1-3) наблюдается снижение себестоимости производства стали. Напротив, при не выполнении предложенных технических решений (примеры 4-6) себестоимость производства стали возрастает.
Таким образом, выплавка стали по заявляемому способу позволяет снизить себестоимость выплавляемой стали за счет более низкой стоимости жидкого чугуна по сравнению с металлоломом, а также за счет снижения расхода электроэнергии.