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

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности, к способу получения стали в дуговой сталеплавильной печи (ДСП).
Известен способ получения стали, включающий завалку в дуговую электросталеплавильную печь металлолома, заливку чугуна, расплавление металлошихты, окисление газообразным кислородом с дефосфорацией стали, скачивание шлака через порог рабочего окна, выпуск стали в ковш с отсечкой печного шлака и доводку стали по химическому составу, отличающийся тем, что во время плавления металлошихты вводят смесь, содержащую магнезитовый порошок фракции 1-10 мм, и известь при соотношении магнезитового порошка к извести 1:(3,2-8,0) в количестве 3,5-7,8% от массы плавки до достижения концентрации в шлаке MgO=6-17%, СаО=30-60%, продувку газообразным кислородом производят до достижения концентрации в шлаке FeO=13-43%, а при выпуске стали в ковш осуществляют присадку извести и плавикового шпата в количестве соответственно 0,6-2,0% и 0,1 -0,3% от массы жидкой стали и осуществляют доводку стали по химическому составу на агрегате типа «ковш-печь» (Патент РФ №2364632 МПК С21С 5/52).
Недостатком данного способа является то, что из-за низкой температуры ванны во время плавления металлошихты магнезитовый порошок образует в шлаке труднорастворимые магнезиальные соединения, что увеличивает продолжительность формирования высокомагнезиального шлака. Повышенная вязкость шлака препятствует эффективной дефосфорации металла в благоприятный для нее период, а футеровка остается незащищенной от химического воздействия окисленного шлака с начала плавки до завершения усвоения магнезитового порошка.
Известен способ выплавки рельсовой стали в дуговой электропечи, включающий завалку в печь металлолома, заливку жидкого чугуна, присадку извести, расплавление металлошихты, окисление углерода продувкой газообразным кислородом, дефосфорацию путем присадки железной руды и извести, скачивание окислительного шлака через порог рабочего окна, выпуск стали с отсечкой печного шлака в ковш, присадку в ковш во время выпуска смеси извести, плавикового шпата и ферросплавов и дальнейшую доводку стали по химическому составу на агрегате типа ковш-печь, отличающийся тем, что известь вводят в составе смеси, содержащей магнезитовый порошок фракции 1-10 мм с содержанием MgO не менее 74% и известь при соотношении магнезитового порошка и извести 1:(3,2-8,1) в количестве 20-78 кг/т стали до получения в шлаке концентрации MgO=6-17%, а СаО не менее 30%, причем осуществляют продувку газообразным кислородом для получения концентрации FeO в шлаке не менее 13%, при выпуске стали в ковш присаживают известь и плавиковый шпат в количестве соответственно 6-15 кг/т стали и 1-3 кг/т стали, а также марганецсодержащие ферросплавы из расчета введения марганца на соответствующее нижнему пределу его содержания в готовой стали, причем доводку стали по химическому составу на агрегате типа ковш-печь начинают после раскисления шлака в ковше и получения концентрации FeO в шлаке не более 1,0% (Патент РФ №2350661, МПК С21С 5/52).
Недостатком данного способа является то, что из-за низкой температуры ванны во время плавления металлошихты формирование высокомагнезиального шлака при использовании магнезитового порошка, образующего при этих условиях труднорастворимые магнезиальные соединения, затягивается до рафинировочного периода. Из-за повышенной вязкости шлака во время плавления металлошихты и окислительный период дефосфорация металла затруднена, вследствие чего приходится увеличивать основность шлака и вводить дополнительно железную руду, при этом происходит химический износ футеровки окисленным шлаком с начала плавки до завершения усвоения магнезитового порошка. Повышенное количество печного шлака снижает энергоэффективность увеличения стойкости пены из высокомагнезиальных шлаков.
2
2
Наиболее близким по технической сущности предлагаемому техническому решению является способ получения стали в дуговой электросталеплавильной печи, включающий загрузку лома и чугуна, их расплавление и последующее рафинирование полученного металлического расплава путем ввода шлакообразующих и вдувания в ванну кислорода и угля, отличающийся тем, что регулируют вязкость и рафинирующие свойства шлака в периоды расплавления чугуна и лома и рафинирования металлического расплава, при этом в период расплавления чугуна и лома шлакообразующие вводят в количестве, обеспечивающем содержание в шлаке 3-5% MgO и отношение СаО к SiO от 2 до 2,5 при содержании FeO от 20 до 30%, а в начале периода рафинирования металлического расплава при достижении температуры 1540-1550°С шлакообразующие вводят в количестве, обеспечивающем содержание в шлаке 7-16% MgO и отношение СаО к SiO от 2 до 3 при содержании FeO от 15 до 25%, причем после каждого периода вспененный шлак скачивают через порог рабочего окна (Патент РФ №2393235, МПК С21С 5/52, С21С 7/076).
Недостатком данного способа является низкое содержание оксида магния в шлаке периода плавления, что приводит к химическому износу футеровки до усвоения второй порции магнезиального материала и окончания формирования насыщенного MgO шлака. Концентрация насыщения MgO в основных шлаках в зависимости от их химического состава при реальных температурах электросталеплавильного процесса составляет 7-12%.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение стойкости огнеупорной футеровки ДСП и снижение расхода электроэнергии на плавку.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи, включающем завалку, нагрев и расплавление металлошихты, присадку шлакообразующих материалов, проведение окислительного рафинирования, продувку ванны кислородом, вспенивание шлака и выпуск полупродукта из печи, в период рафинирования при израсходовании 75-88% электроэнергии на плавку для формирования на футеровке износоустойчивого гарнисажа в ванну в два приема вводят высокомагнезиальный материал, содержащий более 80% MgO, в количестве (6,5-10,0) кг/т стали и оставляют шлак с высокомагнезиальными соединениями в печи на следующую плавку для формирования магнезиального шлака периода плавления с содержанием 5,1-10,0% MgO.
Введение высокомагнезиального материала в ванну при высокой температуре и наличии окисленного основного шлака способствует быстрому усвоению оксида магния и образованию тугоплавких магнезиальных соединений, которые оседают и привариваются на огнеупорной футеровке ДСП в процессе движения вспененного шлака и образуют износостойкий гарнисаж, а оставление в печи шлака с неусвоенными высокомагнезиальным гарнисажем и соединениями, обеспечивающими раннее формирование магнезиального шлака периода плавления способствует увеличению стойкости футеровки и раннему образованию шлаковой пены. Вследствие повышенной устойчивости пены магнезиальных шлаков снижается расход электроэнергии на плавку.
Момент ввода высокомагнезиального материала в ДСП определен исходя из достижения температуры металла 1580-1610°С при израсходовании 75-88% электроэнергии. При вводе высокомагнезиального материала в ДСП ранее 75% израсходования электроэнергии он из-за низкой температуры ванны медленно усваивается и часть нерастворившегося материала теряется с удаляемым в это время шлаком. При вводе высокомагнезиального материала после израсходования 88% электроэнергии он не успеет полностью усвоиться шлаком из-за ограниченного периода времени, что может привести к налипанию высоковязкой массы нерастворившегося материала на откосах печи во время выпуска плавки и изменению профиля рабочего пространства.
Расход высокомагнезиального материала на плавку определен с учетом того, что: масса шлака в печи в конце плавки составляет 35-45 кг/т стали; из высокомагнезиального материала 30% оксида магния переходит в гарнисаж; в результате механического воздействия металлошихты во время ее загрузки, термического воздействия электрических дуг из поврежденной футеровки печи и растворения гарнисажа по ходу плавки в шлак поступает MgO в количестве 2-4 кг/т стали. При расходе высокомагнезиального материала менее 6,5 кг/т содержание MgO в шлаке периода плавления составит менее 5,1%, что на 30% менее концентрации насыщения MgO, в результате чего будет происходить заметная химическая эрозия огнеупорной футеровки. При расходе высокомагнезиального материала более 10 кг/т стали содержание MgO в шлаке периода плавления составит более 10%, что из-за низкой температуры ванны превышает концентрацию насыщения, в результате чего образуется шлак с повышенной вязкостью и пониженной дефосфорирующей способностью.
Заявляемый способ выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи был реализован в ДСП-135. Выплавка стали производилась следующим образом. В ДСП загружали 130-135 т углеродистого лома, 2,8-3,1 т антрацита и 4,0-4,5 т извести. В период плавления производили продувку ванны кислородом с одновременным вдуванием углеродсодержащего материала для вспенивания шлака и удаление части шлака из печи через порог рабочего окна. После израсходования 38-42 МВт·ч (79-83%) электроэнергии на плавку в печь в два приема загружали 0,85-1,3 т (6,5-10,0 кг/т стали) высокомагнезиального материала, содержащего 86%) MgO, на футеровке стен образовывался гарнисаж. Шлак с высокомагнезиальными соединениями оставляли в печи на следующую плавку, что обеспечивало концентрацию в шлаке периода плавления 5,4-8,6%. Содержание фосфора в стали составляло 0,003-0,007%, содержание FeO в конечных шлаках составляло 20-26%, их основность была 2,2-2,5 единиц.
Заявляемый способ позволяет увеличить стойкость футеровки ДСП-135 на 50%, снизить расход электроэнергии на 25-45 кВт·ч/т стали.