СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ
STEEL PRODUCTION METHOD

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к производству стали в кислородных конвертерах и дуговых сталеплавильных печах, с использованием в шихте горячебрикетированного железа (ГБЖ).
Известен способ выплавки стали в электрической печи, включающий загрузку в печь шихты, содержащей стальной лом, металлизованные окатыши и шлакообразующие материалы, плавление шихты, доводку и выпуск металла, использующий загрузку в составе шихты металлургических брикетов со степенью металлизации 65-70%, которые изготавливают из железосодержащих отходов производства процесса прямого восстановления железа, при этом металлургические брикеты загружают на подину печи послойно со стальным ломом, а металлизованные окатыши и шлакообразующие материалы подают по мере расплавления шихты [Патент RU 2573847, МПК С21С 5/52, 2016].
Недостатками данного изобретения являются неприменимость послойной загрузки завалочной бадьи или совка в условиях массового производства стали, требующей применения не менее двух единиц кранов, с различными на каждом из них типами навесных грузозахватных приспособлений, а также низкая степень восстановления оксидов железа брикетов из-за недостатка восстановителя (углерода) в шихте и времени на прохождение химической реакции восстановления железа, что приводит к высокому шлакообразованию, потерям железа со шлаком и замедлению процесса плавки при отсутствии достаточного количества тепла для эндотермических реакций восстановления.
Наиболее близким к предложенному является 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, при этом 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 RU 2542157, МПК С21С 5/52, 2015].
Недостатками данного способа являются локальное спекание ГБЖ, загруженного сразу всем объемом в корзину в рабочем пространстве печи, что приводит к неравномерному расплавлению и риску оставления части нерасплавленного ГБЖ в холодных зонах рабочего пространства печи, налипанию настылей на футеровке, прямым потерям нерасплавленного железа, выплескам и выбросам из рабочего пространства сталеплавильного агрегата в процессе позднего расплавления спекшегося ГБЖ, а также низкая степень восстановления оксидов железа из-за ограничения площади контакта оксидов железа ГБЖ и углерода расплава, участвующих в реакции восстановления.
Задачами изобретения являются:
- значительное увеличения доли использования ГБЖ в составе шихты сталеплавильного агрегата (в периоды максимальной сезонной стоимости металлолома);
- возможность ввода существенной доли ГБЖ в состав шихты в качестве первородного сырья на сортамент с жесткими требованиями по содержанию остаточных элементов и вредных газов;
- получение максимальной степени восстановления железа из оксидов железа ГБЖ при отсутствии эффекта локального спекания ГБЖ;
- увеличение выхода годной стали.
Поставленные задачи решаются тем, что в способе производства стали, включающем заливку в сталеплавильный агрегат жидкого чугуна, продувку расплава кислородом, выпуск стали в ковш, согласно изобретению, выплавку стали осуществляют в кислородном конвертере, при этом в состав металлозавалки вводят горячебрикетированное железо в количестве не более 20% от общей массы металлозавалки, а по ходу продувки плавки осуществляют присадку горячебрикетированного железа порциями по 0,1 - 8,0 т с общим расходом не более 50 т, при этом присадку последней порции горячебрикетированного железа осуществляют не позднее 10 мин от начала продувки.
Размер фракций горячебрикетированного железа составляет не более 100 мм.
В состав металлозавалки вводят окалину в количестве не более 3% от общей массы металлозавалки.
В состав металлозавалки вводят твердый чугун в количестве не более 20% от общей массы металлозавалки.
Доля завалки ГБЖ в совок, в пределах, не превышающих 20% общей массы металлозавалки на плавку, получена опытным путем и обусловлена отсутствием при этом эффекта локального спекания ГБЖ и налипания его на футеровку сталеплавильного агрегата.
Размер порции ГБЖ, присаживаемой по трактам подачи сыпучих материалов, менее 0,1 т, приводит к существенному увеличению суммарного времени ввода всего объема ГБЖ, необходимого на плавку и увеличению цикла плавки. Размер порции ГБЖ в количестве не более 8,0 т обусловлен ограничениями технических характеристик существующих трактов подачи сыпучих, а также необходимостью обеспечения равномерной температуры расплава и максимальной площади контакта оксидов железа ГБЖ с углеродом расплава, участвующих в реакции восстановления.
При удельном расходе ГБЖ, присаживаемого по ходу продувки, в количестве более 50 т, степень восстановления железа из оксидов ГБЖ резко снижается, а тепловой баланс плавки требует увеличения доли жидкого чугуна.
Ограничение времени отдачи последней порции ГБЖ, не позднее окончания 10 минуты от начала продувки, обусловлено необходимостью полного проведения реакций восстановления железа из оксидов ГБЖ. При присадке ГБЖ по истечению 10 минут от начала продувки, восстановление оксидов железа последних порций ГБЖ не происходит.
Максимальный размер фракции 100 мм обусловлен техническим ограничением трактов подачи сыпучих материалов, а также снижением скорости растворения куска ГБЖ в расплаве.
При избыточном тепловом балансе (высоком коэффициенте соотношения чугун/лом) в состав металлозавалки вводят окалину. При превышении доли термической окалины в количестве более 3%, при использовании больших объемов ГБЖ и одновременном высоком расходе жидкого чугуна, ухудшается процесс шлакообразования и удаления фосфора.
Ограничение расхода твердого чугуна, в количестве не более 20% от общей массы металлозавалки, связано со способностью больших масс твердого чугуна и ГБЖ образовывать настыли на футеровке сталеплавильного агрегата, с непредсказуемым содержанием углерода в стали и ее объемом.
Заявляемый способ производства стали был реализован при выплавке стали в 360-т кислородном конвертере. В общей сложности было произведено 12 плавок по заявляемому способу. Пример одной из них.
Выплавка производилась в 360-т кислородном конвертере. В конвертер из совка осуществили завалку 55 т лома и 15 т ГБЖ. После этого произвели заливку 310 т жидкого чугуна и начинали продувку расплава кислородом. Отдачу оставшейся части ГБЖ, в количестве 35 т, осуществляли по тракту подачи сыпучих материалов. Присадка ГБЖ осуществлялась несколькими порциями, в количестве не более 8 т в каждой. Последняя порция ГБЖ была загружена на 9 минуте продувки. Далее процесс плавки происходил в штатном технологическом режиме. Также осуществляли присадку шлакообразующих материалов по ходу продувки. На выпуске плавки из конвертера производили отсечку шлака.
В результате выплавки получили полупродукт (сталь) с заданным химическим составом для дальнейшей внепечной обработки. Средний налив жидкой стали в сравнении с традиционным способом выплавки был увеличен на 5 т.Футеровка конвертера была чистой от настылей и остатков нерасплавленной шихты. Степень извлечения железа из ГБЖ увеличилась на 5%, а себестоимость производства стали снизилась на 1,8%. Содержание вредных примесей в стали удовлетворяло требуемым нормам.