СПОСОБ ЗАГРУЗКИ ШИХТЫ В ДУГОВУЮ ЭЛЕКТРОПЕЧЬ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ
METHOD OF LOADING CHARGE INTO ARC ELECTRIC FURNACE FOR STEEL MELTING

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способу загрузки шихты в дуговую электропечь для выплавки стали.
Известен способ выплавки стали, включающий завалку металлошихты, карбюризатора, шлакообразующих материалов, материала, содержащего оксиды железа, плавление и доводку плавки, где в качестве материала, содержащего оксиды железа, используют промасленную окалину, которую загружают на стальной лом в смеси с коксовой мелочью и известью в соотношении 1:(0,3-3):(0,1-1) соответственно по объему (Патент РФ №2194772, МПК С21С 5/04, С21С 5/28, С21С 5/52, опубл. 20.12.2002). Недостатками данного способа являются:
- высокое содержание вредных примесей в окалине;
- повышенный расход электродов и электроэнергии из-за увеличения длительности плавки, вызванным окислением примесей;
- увеличенное образование шлака.
Известен способ выплавки стали в электродуговых печах с использованием шихтовых брикетов, включающих железосодержащий материал. В состав брикетов входят компоненты, % масс.: окисленный железосодержащий материал 5-57, карбюризатор 20-30, связующее 10-20, легирующая добавка 1-15, железоуглеродистый сплав 1-30, шлакообразующий материал 1-10, пластификатор 1-10 (Патент РФ №2213788, МПК С21С 5/00, опубл. 10.10.2003).
Критичным недостатком данного способа является многокомпонентность состава брикетов, включающего вредные примеси, которые могут повлиять на состав и качество выплавляемого металла.
Известен способ выплавки стали в дуговой электропечи, включающий завалку в печь металлолома и извести, заливку жидкого чугуна, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию, последующий выпуск стали в ковш с отсечкой печного шлака и оставлением 10-15% от общей массы жидкого металла в печи. В состав завалки в количестве 5-40% от общей массы металлолома вводят горячебрикетированное железо, полученное в результате прямого восстановления окисленных руд, и/или образующийся после отсева на грохотах горячебрикетированного железа железосодержащий материал фракцией 4-25 мм, с массовой долей железа металлического не менее 70%, закиси железа в пределах 15-20% и углерода не менее 0,8%. (Патент РФ №2542157, МПК С21С 5/52 (2006.01), опубл. 20.02.2015).
Существенными недостатками данного способа выплавки стали являются:
- значительная длительность плавки, связанная с необходимостью окисления примесей, находящихся в чугуне (углерод, кремний, фосфор);
- высокий расход электроэнергии, связанный с формированием большого количества шлака, получаемого при связывании оксидов окислившегося кремния чугуна с оксидами кальция, а также необходимостью расплавления требуемых присадок шлакообразующих;
- повышенный расход ферросплавов, связанный с легированием и раскислением стали в печи и в ковше под высокоокисленными шлаками;
- на большинстве предприятий отсутствует возможность применения жидкого чугуна в дуговой сталеплавильной печи (ДСП).
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ выплавки стали (Патент РФ №2573847, МПК С21С 5/52, опубл. 27.01.2016), включающий загрузку в печь шихты, содержащей стальной лом, металлизованные окатыши, шлакообразующие материалы и металлургические брикеты со степенью металлизации (65-70)%. Металлургические брикеты изготавливают из железосодержащих отходов производства процесса прямого восстановления железа. Загрузку металлургических брикетов осуществляют на подину печи послойно со стальным ломом: лом-брикеты-лом-брикеты. Доля брикетов составляет (10-15)%. По мере расплавления шихты подают металлизованные окатыши и шлакообразующие материалы.
Недостатками данного способа являются:
- послойная загрузка металлургических брикетов, что может привести к их спеканию и последующим обвалам шихты и поломкам электродов;
- недостаточная доля металлургических брикетов не позволяет значимо снизить применение дорогостоящих металлизованных окатышей, что увеличивает стоимость металлозавалки.
Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является - расширение базы компонентов, используемых в шихте электродуговой печи. Технический результат заключается в повышении качества стали за счет снижения примесей цветных металлов; сокращении длительности плавки; снижении расхода электродов, электроэнергии, угара металлошихты.
Поставленный технический результат достигается тем, что при выплавке стали применяется шихта, в состав которой вводят горячебрикетированное железо (ГБЖ), полученное в результате прямого восстановления окисленных руд.
Способ загрузки шихты в дуговую электропечь для выплавки стали включает загрузку в печь шихты, содержащей стальной лом, горячебрикетированное железо, шлакообразующие и углеродсодержащие материалы. Загрузка ГБЖ и металлолома производится в две корзины, при этом количество ГБЖ составляет (20-30)% от общей массы металлозавалки.
Применение ГБЖ позволяет исключить из металлозавалки дорогостоящие виды лома, такие как передельный чугун, железнодорожный лом, металлические окатыши. Использование ГБЖ позволяет повысить плотность завалки, что в свою очередь приводит к уменьшению количества подвалок металлолома.
Состав металлозавалки подобран экспериментальным путем, исходя из себестоимости применяемых материалов и необходимым снижением примесей цветных металлов в получаемой стали.
Опыт использования ГБЖ показал, что отдача ГБЖ менее 20% от общей массы металлозавалки экономически не эффективно, так как не позволяет полностью исключить дорогостоящие виды лома - окатыши металлические, чугун передельный, железнодорожный лом. Не обеспечивается необходимой плотности завалки металлошихты, не позволяет снизить содержание примесей цветных металлов до требуемого уровня.
Использование ГБЖ в металлозавалке более 30% от общей массы приводит к увеличению случаев спекания брикетов, что приводит к обвалам шихты и поломкам электродов, к значительному увеличению расхода электроэнергии, электродов, огнеупоров.
Выплавка стали по заявляемому способу осуществлялась в условиях производства на АО «Волжский Трубный Завод». Для проведения опытных плавок применялась шихта с различным соотношением материалов металлозавалки и способами их загрузки в корзины (три опытные схемы).
Были проведены три серии опытных плавок с различными схемами загрузки шихты с применением ГБЖ в количестве (20-30)% от общей массы металлозавалки.
1 схема
При выплавке стали по первой схеме ГБЖ в металлозавалке распределяется равномерно по каждой корзине. В первую корзину отдается (60-75)% от общего количества ГБЖ. Во вторую корзину - оставшиеся (25-40)%.
Недостатком выплавки стали по первой схеме является большое количество поломок электродов из-за спекания брикетов ГБЖ.
2 схема
При выплавке стали по второй схеме все количество ГБЖ (100%) укладывается на дно в первую корзину.
При использовании данной схемы значительно сокращаются поломки электродов в процессе выплавки стали. Недостатки способа - увеличение угара шихты. Сгорает легковесный лом, находящийся выше ГБЖ.
3 схема (предлагаемая). Металлолом и ГБЖ, количество которого составляет (20-30)% от общей массы металлозавалки, подают в печь двумя корзинами, на дно которых загружают подушку из 10-15 т легковесного лома, при этом в первую корзину загружают (60-75)% от общей массы ГБЖ, используемого на плавку, а во вторую - оставшуюся часть ГБЖ, причем на упомянутую подушку из легковесного лома первой корзины сначала загружают 40-65% ГБЖ, а остальное количество ГБЖ распределяют послойно по 2-5% ГБЖ через каждые 10 т легковесного лома, а на упомянутую подушку из легковесного лома второй корзины - 10-15% ГБЖ через каждые 10 т легковесного лома.
Выплавка стали при использовании данной схемы загрузки позволила сократить поломки электродов, снизить количество подвалок металла в печь по мере плавки.
Выплавка стали с применением ГБЖ в металлозавалке в количестве (20-30)% позволило снизить содержание в получаемой стали примесей цветных металлов на (20-30)%.
Данные по среднему содержанию цветных металлов в получаемой стали в зависимости от содержания ГБЖ в металлозавалке представлены в таблице №1.
Снижение вредных примесей в получаемой стали позволило уменьшить количество переводов плавок в пониженные марки стали, снизить ремонт (зачистку) труб по сталеплавильным дефектам, улучшить вязкопластичные свойства труб при отрицательных температурах.
Высокая насыпная плотность ГБЖ и оптимальная схема загрузки позволяют повысить плотность металлошихты в завалке и сократить количество подвалок, исключить спекание брикетов ГБЖ и обвалы шихты и, как следствие, сократить длительность плавки; снизить расход электродов, электроэнергии, угара металлошихты.
Данные по показателям выплавки стали при использовании различных схем загрузки металлошихты представлены в таблице №2.
Заявляемый способ выплавки стали с применением предлагаемой схемы загрузки ГБЖ и металлолома позволяет сократить продолжительность плавки на (1,5-3) минуты. При этом расход электроэнергии на плавку снижается на (17-25) кВт*ч/т, расход электродов на (0,25-0,40) кг/т, количество угара на (2,5-3,5) кг/т.