Аннотация
Дорофеев Г.А., Макуров А.В., Тамбовский В.И., Лещенко И.П., Ситнов А.Г. Способ выплавки стали в дуговой электропечи. Патент РФ № 2094481, 27.10. 1997
Общая положения
Изобретение относится к черной металлургии, конкретно, к способам выплавки стали в дуговых электропечах. Технической задачей изобретения является максимальная замена металлического лома жидким чугуном, улучшение качества стали, снижение себестоимости металла. Технический результат достигается тем, что в способе выплавки стали в дуговой электропечи, включающем загрузку металлошихты из металлического лома и железорудных материалов, флюсов, заливку жидкого чугуна, расплавление и нагрев, ввод в расплав оставшейся части твердой металлошихты, расплавление и легирование жидкого металла, на подину печи заливают легковесный лом в количестве 2 - 5% садки, затем на него загружают железорудные материалы в количестве менее 15% от общей массы металлошихты, а жидкий чугун заливают на них в количестве 40,5 - 55% от массы садки в течение 0,5 - 20 мин, при этом оставшуюся твердую металлошихту вводят при температуре расплава 1500 - 1580oC. С применением данного способа выплавки стали повысился выход высших марок стали, расход электроэнергии уменьшился на 5 - 9%, расход кислорода уменьшился на 11 - 15%.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее, к способам выплавки стали в дуговых электропечах.
В ряде случаев, особенно при недостатке стального лома, в шихту электрических печей вводят чугун. При небольшом количестве чугуна (10-20%) в шихте его используют в твердом виде, при большом (30-50%) в жидком. В настоящее время сталь в электропечах на жидком чугуне выплавляют редко. Однако в связи с появлением новых крупных электропечей потребность в стальном ломе возрастает, поэтому можно ожидать, что в будущем жидкий чугун в шихте электропечей будет применяться в больших масштабах. К тому же, в настоящее время увеличивается дефицит стального лома. При выплавке стали с применением жидкого чугуна необходимо вводит в шихту большое количество железной руды и извести. Эти материалы можно частично загружать во время завалки, частично во время плавления шихты. После загрузки шлакообразующих и железного лома включают печь и прогревают материалы в течение 0,8-1 ч, затем заливают чугун. Количество жидкого чугуна обычно составляет 30 50% от массы металлической части шихты. После заливки чугуна происходит окисление примесей металла; образующийся при этом шлак сливают из печи. В этом отношении электроплавка стали на чугуне аналогична скрап-рудному процессу в мартеновских печах. Во время плавления, а также после расплавления ванну продувают кислородом.
Известно также, что согласно способу получения железа и его сплавов из железорудных материалов, включающем загрузку железорудных материалов, металлического лома, заливку жидкого чугуна, расплавление, восстановление и выпуск металла, сначала в печь заливают жидкий чугун в количестве 30-40 мас. шихты, после чего вводят расчетное количество железорудных материалов в виде рудноугольных окатышей и известь в количестве 5-15 кг на тонну железорудных материалов. Окислы железа, находящиеся в окатышах, при нагреве их за счет тепла чугуна и электрической дуги активно восстанавливаются в твердом состоянии углеродом, находящимся в окатышах, по схеме Fe2O3 -- Fe3O4-L FeO --L Fe. При этом большая часть окислов железа восстанавливается в твердом состоянии по мере их нагрева до температуры плавления. Окислы железа, не восстановленные в твердом состоянии, переходят в расплав и восстанавливаются в жидком состоянии за счет углерода, кремния и марганца чугуна. Ванна при этом интенсивно кипит.
Технической задачей указанного выше способа является снижение использования дефицитного стального лома и недостаточное повышение качества выплавляемой стали, а также снижение расхода газообразного кислорода.
Технический результат достигается тем, что в способе выплавки стали в дуговой электропечи, включающем загрузку металлошихты из металлического лома и железорудных материалов, флюсов, заливку жидкого чугуна, расплавление и нагрев, ввод в расплав оставшейся части твердой металлошихты, расплавление и легирование жидкого металла, на подину печи заливают легковесный лом в количестве 2-5% от общей массы металлошихты, затем на него загружают железорудные материалы в количестве менее 15% от общей массы металлошихты, а жидкий чугун заливают на них в количестве 40,5-55,0% от массы ссадки в течение 0,5-20,0 мин, при этом оставшуюся твердую металлошихту вводят при температуре расплава 1500-1580oC. Наличие легковесного лома на подине печи первой порции завалки в количестве 2-5% предохраняет подину от зарастания ее при подаче на подину в начале завалки шлакообразующих и флюсов, а также и от стравливания подины железорудным материалом при нагреве их в процессе плавления до температуры плавления и особенно при контакте подины с жидким железорудным материалом в процессе плавления. Легковесная шихта в данном случае также предохраняет подину и от пропитки ее жидким чугуном, который при температуре его от 1500oC и выше обладает высокой жидкотекучестью и при длительном контакте горячего чугуна с разогретой до этой температуры подиной, слой подины пропитывается чугуном и поднимается в металл.
При количестве легковесного лома менее 2% не получают должного технического эффекта по предохранению подины от зарастания и пропитки ее жидким чугуном. При количестве легковесного лома более 5% отрицательно сказывается его увеличение на технико-экономических показателях электроплавки. Последующая загрузка на легковесный лом менее 15% железорудных материалов (железорудные окатыши, агломерат, окалины, металлический концентрат и др. ) позволяет уже к моменту расплавления ванны достигать необходимое содержание углерода, фосфора, серы и во время окислительного периода требуется только небольшая корректировка содержания углерода в металле и его температуры. В связи с более низкой по сравнению с ломом температурой плавления железорудных материалов уже через 6-15 минут на подине печи образуется слой жидкого металла. Что позволяет исключить непосредственный контакт заливаемого высокоуглеродистого сплава с подиной печи. Применение в завалке 15% и более железорудных материалов приведет к увеличению количественного содержания шлака. Применение в металлозавалке повышенного (40,5-55%) расхода жидкого чугуна позволяет уменьшить содержание вредных примесей, прежде всего цветных металлов, содержащихся в металлическом ломе. Кроме того, это позволяет резко сократить потребность в металлическом ломе. Твердые окислители, залитые жидким чугуном, всплывая и при нагреве ванны, вступают в реакцию с последней, перемешивают расплав пузырьками окиси углерода, образующимися в результате окисления углерода жидкого чугуна кислородом твердых железорудных материалов. Это ускоряет передачу тепла от жидкого расплава к кускам нерасплавившейся шихты и увеличивает скорость их проплавления.
Кроме того, на протяжении всего периода плавления наблюдается окисление углерода жидкого расплава и поддержание шлака во вспененном состоянии за счет непрерывного кипения ванны. Жидкий чугун заливают на заваленные ранее материалы в количестве 40,5-55% от массы садки в течение 0,5-20 мин. Время 0,5 мин. необходимо для заливки жидкого чугуна печей малой емкости (до 1 т). Время 20 мин. необходимо для заливки жидкого чугуна в электропечь большой емкости (свыше 100 тонн). Если жидкое количество чугуна заливаемое в электропечь меньше 40,5% то при выплавке стали достигается заметное снижение дефицитного металлического лома. Если жидкое количество чугуна заливаемое в электропечь более 55% то имеет место повышенное содержание углерода в расплаве, что приведет к повышенному расходу газообразного кислорода и увеличению длительности плавки. При соотношении чугуна и железорудных материалов в ванне электропечи соответственно в пределах 40,5-55% и 10-14,9% количество кислорода, находящегося в железорудных материалах и переходящего в жидкий расплав, оказывается достаточным для окисления всех примесей жидкого чугуна и вводимой затем твердой металлошихты, включая углерод, кремний, марганец и полного восстановления оксидов железа до металлического состояния. При этом обеспечивается кипение ванны, обеспечиваются благоприятные условия для рафинирования металла и сокращение продолжительности плавки. Затем включают дуги и нагревают ванну, ведут расплавление и нагрев, при температуре расплава равным 1500-1580oC вводят оставшуюся часть твердой металлошихты. Если температура расплава менее 1500oC, то на подине могут оставаться нерасплавившиеся куски лома. Выше температуры равной 1580oC расплав нагревать нецелесообразно. Заканчивают процесс выплавки стали по традиционно известной технологии.
Пример конкретного выполнения.
Выплавка трубной стали марки 20 осуществляется в 100 т дуговой электропечи. Шихта состоит из 2,5-5 т легковесного металлолома, который заливают на подину печи после ее заправки и осмотра. На легковесный металлолом загружают 15 16 т железорудных материалов. Сверху на железорудный материал заливают жидкий чугун в количестве 45-55 т следующего состава C 4,6% Mn 0,5% Si 0,7% S 0,02% P 0,08% Fe остальное. Электропечь включают и подогревают расплав до температуры 1500 1580oC. После нагрева до этой температуры вводят оставшуюся часть шихты в виде металлолома, без чугуна и снова печь включат на расплавление. По расплавлении всей шихты был получен металл следующего состава: C 0,22, Si нет, Mn 0,16, P 0,005, S 0,034, Cr 0,08, Ni 0,11, Cu 0,18. В процессе расплавления плавильный шлак сливают самотеком, а после полного расплавления металл раскисляют и выпускают в ковш. Пример второй выплавка трубной стали марки 09Г2С. После слива металла и шлака, печь осматривают и производят заправку подины и откосов. На заправленную подину загружают легковесный скрап в количестве 2-3 т, а на него железорудный материал 15oC16 т в виде окатышей с содержанием Feобщ 60,0% Fe2O3 83% FeO 2,4% S 0,02% P 0,02% На загруженный материал допускается загрузка металлолома (на окатыши) в количестве 2 3 т любого вида (легковеса или другого вида, (чтобы окатыши не всплывали). После всего этого заливают жидкий чугун состава, C 4,5, Mn 0,6, Si 0,9, P 0,08, S 0,03 в количестве 45-55 т. Печь включают и подогревают загруженные материалы до температуры 1520 - 1560oC. После нагрева до этой температуры загружают остальной металлолом и скрап в количестве 50-60 т и снова печь включат на расплавление. По расплавлении всей шихты получен металл состава, C 0,10, Si нет, Mn 0,10, P 0,014, S 0,018, Cr 0,05, Ni 0,07, Cu 0,11. В процессе расплавления шлак сливали самотеком, после полного расплавления и нагрева металла до температуры 1660oC легировали ферромарганцем и ферросилицием и выпускали в ковш.
Результаты проведенных плавок по показателям количественному составу примесей и длительности плавок показаны на рисунке 1.
Рисунок 1 – Таблица процентного количества примесей и длительности их плавки
Формула изобретения
Способ выплавки стали в дуговой электропечи, включающий загрузку металлошихты из металлического лома и железорудных материалов, флюсов, заливку жидкого чугуна, расплавление и легирование жидкого металла, отличающийся тем, что на подину печи заваливают легковесный лом в количестве 2-5% садки, затем на него загружают железорудные материалы в количестве менее 15% от общей массы металлошихты, а жидкий чугун заливают на них в количестве 40,5-55,0% от массы садки в течение 0,5-20 мин, при этом оставшуюся твердую металлошихту вводят при температуре расплава 1500 1580oС.