СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ ИЗ МЕТАЛЛОЛОМА В ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ
METHOD FOR STEEL MELTING FROM SCRAP IN ELECTRIC ARC FURNACE

Изобретение относится к области металлургии, точнее к производству стали в дуговых сталеплавильных электропечах, и может быть использовано при производстве стали с использованием лома.
Известен сталеплавильный флюс содержащий, мас. %: 0,1-2,0 оксида кальция; 25,0-50,0 оксида кремния; 5,0-20,0 оксида железа; 0,5-10,0 оксида алюминия; 0,5-20,0 потери при прокаливании; оксида магния остальное. При этом соотношение содержаний оксида магния к оксиду кремния равно 0,4-1,8, а соотношение содержаний суммы оксидов кальция и железа к содержанию оксида кремния равно 0,1-1,0 (RU 2623168 МПК С21С 5/36, С21С 5/54 опубл. 27.06.2017).
Существенными недостатками известного флюса являются:
- используемые фракционные и химические составы не позволяют быстро расплавлять и формировать высокоэффективный жидкоподвижный сталеплавильный шлак, обладающий, с одной стороны, защитными свойствами по отношению к футеровке, с другой стороны, высокой степенью вспенивания получаемого печного шлака;
- используемый химический состав предопределяет высокую температуру плавления флюса, что увеличивает длительность плавки.
2
2
3
2
3
2
3
Известен также высокотемпературный магнезиальный флюс для сталеплавильной печи, который содержит, мас. %: MgO не менее 70,00; С 4,00-12,00; SiO до 3,00; AlO до 5,00; FeO до 2,00; CrO 3,00-8,00; СаО остальное, при этом в качестве оксидных компонентов используют плавленые отходы огнеупорных материалов (RU №2657258 МПК С21С 5/36, С21С 5/54, опубл. 09.06.2018).
Существенными недостатками данного флюса являются:
2
3
- высокий расход электроэнергии на плавку в связи с использованием тугоплавких материалов в частности CrO,
- повышенная длительность плавки в связи с использованием крупной фракции материала и высокой температурой плавления используемого флюса.
Известен способ выплавки стали в дуговой электросталеплавильной печи, включающий завалку металлошихты и шлакообразующих материалов, их нагрев и расплавление, проведение окислительного рафинирования путем продувки ванны кислородом со вспениванием шлака, подачу магнезиального материала, выпуск плавки с оставлением в печи части металла и шлака, при которм в качестве магнезиального материала используют брусит, при содержании оксида магния к потерям при прокаливании 1,5-3,5, который подают после выпуска части шлака периода окислительного рафинирования металла и/или в конце плавки до начала слива металла в ковш (RU №2645170 МПК С21С 5/52, F27B 3/08 опубл. 16.02.2018).
Существенными недостатками данного способа являются:
- высокая длительность плавки в связи с введением брусита не в виде порошка при вдувании во время проведения плавки, а порциями в определенные промежутки плавки;
- низкая степенью эффективности вспенивания шлака в связи с отсутствием в составе смеси углеродсодержащего материала;
- повышенный расход электродов из-за неэффективного укрытия дуг при вспенивании шлака в печи;
- высокий расход электроэнергии в связи с присадкой шлакообразующих материалов крупной фракции.
Известен также, выбранный в качестве прототипа, способ выплавки стали из металлолома в дуговой электропечи, включающий загрузку на подину печи металлолома, его расплавление, науглероживание расплава путем вдувания в него в струе газа порошкообразного углеродсодержащего материала, подачу извести, окислительный и восстановительный периоды, отличающийся тем, что в расплав в струе газа вдувают порошкообразную смесь извести и углеродсодержащего материала при их соотношении 1:1 и с расходом смеси, равным 0,4-3,0% от массы расплава, при этом скорость науглероживания расплава поддерживают в пределах 0,2-0,6% углерода в 1 минуту, а порошкообразную смесь вдувают в расплав до получения в нем требуемого перед началом окислительного периода содержания углерода (RU №2107738 МПК С21С 5/52, опубл. 27.03.1998 г.)
Существенными недостатками данного способа являются:
- низкая стойкость стен печи в связи с отсутствием в составе оксида магния;
- высокая длительность плавки в связи с низкой степенью эффективности вспенивания шлака;
- повышенный расход электродов из-за неэффективного укрытия дуг при вспенивании шлака в печи;
- высокий расход электроэнергии в связи с присадкой шлакообразующих материалов крупной фракции.
Техническая проблема, решаемая заявляемым изобретением, заключается в обеспечении высокой стойкости футеровки стен электросталеплавильной печи, а также повышении технико-экономических показателей при выплавке стали в частности: снижении расхода электродов, электроэнергии и длительности плавки.
Для решения существующей технической проблемы в расплав в струе газа вдувают порошкообразную смесь брусита и углеродсодержащего материала.
Технические результаты, получаемые в результате использования изобретения, заключаются:
- в повышении стойкости футеровки печи за счет образования гарнисажа, в следствие ввода в состав смеси брусита;
- в снижении длительности плавки за счет интенсификации процессов вспенивания шлака;
- в снижении расхода электродов за счет хорошего вспенивания шлака;
- в уменьшении расхода электроэнергии за счет сокращения длительности плавки и интенсификации процессов плавления шихты.
Для этого предлагается способ выплавки стали из металлолома в дуговой электропечи, включающий загрузку на подину печи металлолома, его расплавление, науглероживание расплава путем вдувания в расплав в струе газа порошкообразной смеси извести и углеродсодержащего материала, окислительный и восстановительный периоды, в котором в расплав в струе азота вдувают порошкообразную смесь брусита и углеродсодержащего материала фракцией 0,1-3 мм в соотношении соответственно (31-35):(65-69) и с расходом смеси 4,0-16,0 кг/т от массы расплава.
Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем, исходя из полученных результатов, в частности образования гарнисажа на футеровке печи и связанную с этим стойкость стен; эффективностью процесса вспенивания шлака и получения высоких технико-экономических показателей - расхода электродов, электроэнергии и длительности плавки.
Использование порошка брусита и углеродсодержащего материала более 3 мм замедляет процесс растворения вдуваемой смеси, что сказывается на степени эффективности вспенивания шлака, при снижении менее 0,1 мм наблюдается улет мелкой фракции брусита через газоочистку и неэффективное использование материала.
Содержание брусита выбрано исходя из обеспечения требуемого содержания оксида магния в шлаке, обеспечивающего наличие гарнисажа на футеровке печи. При этом при расходе брусита менее 31% образование гарнисажа было незначительным, а повышение расхода более 35% приводило к повышению вязкости шлака и связанным с этим увеличением температуры плавления смеси, что сказывалось на повышении расхода электроэнергии и электродов.
При расходе углеродсодержащего материала менее 65% наблюдалось неэффективное укрытие дуг, что приводило к повышенному износу футеровки печи и высокому расходу электроэнергии и электродов. Увеличение данного материала более 69% приводило к резкому вспениванию шлака и в ряде случаев выбросам из печи.
2
Опыты проводили с использованием отсева брусита по ТУ 1517-001-89444155-2015 с химическим составом, % масс: MgO 52-55%, СаО 5-7%, SiO 5-7% при показателе изменения массы при прокаливании не более 35,0%.
В качестве углеродсодержащего материала использовали антрацит по ТТ ТПБ-03-2021 с химическим составом, масс. %: углерода 85-90%, с выходом летучих веществ 5-7%, содержанием серы 0,3-0,4%.
Экспериментальные плавки проводили на ДСП 100Н10 при выплавке стали марки Э76ХФ.
Выплавка проводилась по следующей схеме. Завалка состояла из 100-120 т металлолома, 5-35 т твердого чугуна и 2-45 т извести. Окисление углерода проводили в печи до концентрации 0,05-0,20% посредством продувки кислородом, при этом температура в печи изменялась в пределах 1630-1710°С.
В процессе плавки после отработки (140-250) кВт⋅ч/т завалки производилось вдувание в струе азота при давлении 1-1,5 ати порошка брусита и углеродсодержащего материала с расходом 400-1600 кг на плавку, что соответствует 4.0-16,0 кг/т от массы расплава.
На опытных плавках использовалась порошковая смесь брусита и антрацита фракции 0,1-Змм в следующего химического состава: С 55-58%; MgO 15-20%; с зольностью 31-35%; S 0,35-0,40%.
Использование заявляемого способа производства стали по сравнению с прототипом позволяет:
- снизить длительность плавки на 0,3-0,8 мин;
- уменьшить расход электродов на 0,02-0,11 кг/т;
- снизить расход электроэнергии на 10-15 кВт⋅ч/т;
- повысить стойкость футеровки печи до 1360 плавок.