Способ выплавки стали в дуговых печах

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сефз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 1908842(22) Заявлено 160780 (21) 2962029/22-02 Р 1 М К з с присоединением заявки Мо(23) Приоритет С 21 С 5/52 Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытийОпубликовано 280282,Бюллетень Йо 8 Дата опубликования описания 280232 В.А,Кудрин, Б.С.Петров, Г.Н.Еланский, Е.И.Тюрбн,А.Ф.Каблуковский, Л.А.Риьяаа, А.В.Попов, Е.ф азуроВ,С.С.Сивков, В.Т.Карпешин, Б,Д.Кристич н Р.Г ЩЕрбакоа(72) Авторыизобретения Московский вечерний металлургический институти Волгоградский металлургический завод фКрасный Октябрьф - /(71) Заявители 54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В ДУГОВЫХ ПЕЧАХ Изобретение относится к черной металлургии, а именно к способам выплавки стали в дуговых электросталеплавильных печах большой садки.Известен способ выплавки стали в дуговых печах, включающий закалку и расплавление шихты, скачнвание части шлака периода плавления, присадку свежеобожженной извести шамота и плавикового шпата для наводки нового шлака окнслительного периода, присадку порциями железной руды или агломерата в жидкоподвижный шлак для окисления углерода, кипения металлической ванны и дегаэации расплава, а 15 также продувку металла кислородом через свободные фурье илн железные трубки 11 . Такой способ выплавки наиболее полно применим для дуговых электро- сталеплавильных оечей малой и средней емкости. Однако,он не учитывает особенности дуговых печей большой садки, имеющих глубокие ванны, в которых условия зарождения и роста пузырей окиси углерода на подине затруднены из-за высокого давления столба расплавленного металла на подину и большой ошлакованности подины шлаком восстановительного периода, про-,исходящей при выпуске металла иэ печиНаиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ выплавки стали в дуговых печах, включающий завалку и расплавленна шихты, скачивание части шлака периода плавления любым известным способом, наводку нового шлака присадками сыпучих матери" алов и продувку металла кислородом. Вдуваиие кислорода продолжается до тех пор, пока ие достигается требуемое содержание углерода в металле 23. Поскольку в сыпучих материалах одним иэ компонентов является железная руда, то ее применение для окисления углерода в дуговых печах большой садки, и:левских глубокие (до 1,5 м) ванны, приводит к некоитроли" руемым вскипанням ванны и выбросам металла. Причины этих вскипаний и выбросов связаны с трудностями зарождения и роста пузырей окиси углерода в порах огнеупорной кладки печи и накоплечием кислорода в расплаве.Цель изобретения - исключение неконтролируеьплх вскипаний ванны и выбросов металла из дуговой печи.Указанная цель достигается тем, чтов способе плавки стали н дуговых печах,включающем заналку и расплавлениешихты, скачивание части шлака периодаплавления, наведение нового шлака,например присадкой извести и шамотногобоя, продувку металла кислородом,про,дувку кислородом ведут при температуРе металла, превышающей температурулинии ликвидуса на 70-120 фС с периоддическими присадками смеси известии шамотного боя в Количестве 1030 кг/т с соотношением компонентовв смеси (3-2):(1"0,5),Продувку металла кислородом ведутодновременно через сводоную формуи погружаемую трубку н течение 50- 1585% длительности окислительного периода при соотношении объемов вдуваемого кислорода через фурму и трубкусоответственно (3-1):(1-3) и сумларном расходе кислорода 0,05-06 мTтмин:2Кислород через трубку вводят в металл под углом 10-25 .Исключение присадок железной руды н окислительный период благоприятно сказывается на снижении концентрации кислорода в расплавленном металле. Это, н свою очередь, исключаетвероятность неконтролируемых вскипаний ванны и выбросов металла. Припродувке металла кислородом зона преимущественного окисления углеродасосредотачивается н месте внедрениягазообразного кислорода. При этомпродукт взаимодействия углерода икислорода, окись углерода, сразу жепереходит н газовую полость в местевнедренияструи кислорода. При продувке металла кислородом окисленностьрасплавленного металла не превышаетзначений, обычных для кислородныхпроцессов, и составляет в зависимос Оти от концентрации углерода 0,0050,025.В пеРиод продувки металла кислородом неконтролируемых нскипаний ванныи выбросов металла не возникает, таккак происходит непрерывное окислениеуглерода и незатрудненный переходокиси углерода в газовую полость вместе внедрения кислородной струи.После прекращения продувки окисление оуглерода протекает за счет кислорода, растворенного н расплавленном металле, и окислов железа шлака, приэтом скорость обезуглерожинания постепенно снижается. Концентрация кислорода также снижается и становитсянедостаточной для неконтролируемыхвскипаний при случайном образованиигазовой полости в объеме металла,Температура (перегрев над температурой линиИ ликнидуса) металла в 60момент продувки играет важную роль,При низком перегреве металла (менее70 ОС) скорость окисления углерода истепень использования кислорода низки, Повышение перегрева металла сверх 65 120 фС нецелесообразно с точки зрения повышенного износа Футеровки печи и повышения содержания газов н стали.В окислительный период периодически присажинают известь и шамотный бой. Расход этих материалов должен быть таким, чтобы с учетом шлака периода плавления, частично оставшегося н печи, обеспечить достаточный шлаковый покроз металла и высокую дефосфорирующую способность шлака, При расходе смеси менее 10 кг/т н дуговой печи находится менее 2-3 шлака от массы металла, что недостаточно для создания надлежащего шлакового покрова и успешного удаления фосфора, При расходе смеси более 30 кг/т н печи находится свыше 5-6 шлака от массы металла. Такой большой шлаковый покров заметно не улучшает деформацию, но приводит к значительному износу футеровки печи шлаком, к возрастанию потерь железа в виде окислов и удорожанию стали.Присаживаемая смесь извести и ша мотного боя имеет соотношение компонентов (3-2):(1-0,5), При соотношении расходов извести и шамотного боя менее 2:1 не может быть обеспечена высокая основность шлака н конце . окислительного периода. При соотношении смеси 3:0,5, наоборот, основ- ность шлака будет ньпце рациональной 2,3-2,6, Как низкая, так и чрезмерно высокая оснонность шлака затрудняет удаление Фосфора: в первом случае иэза низкой концентрации свободной извести в шлаке, во втором иэ-эа повышенной вязкости шлака, поскольку при оснонности более 2,6 шлак становится гетерогенным. Кроме того, при основ- ности 2,3-2,6 активность эакиси железа в шлаке, как показывают неоднократные исследования, достигает максимума. Это способствует наибольшему участию окислов железа шлака в окислении углерода и получению шлака в конце окислительного периода с пониженной концентрацией окислов железа, Последнее способствует снижению потерь железа со шлаком при плавке стали н дуговой печи.Продувку металла кислородом наиболее целесообразно производить одновременно через сводовую форму и пог" ружаемую трубку. При этом достигается рассредоточенная подача кислорода и образуются две зоны активного окисления углерода: под сводовой фурмой и в месте введения трубки в расплав, Подача кислорода н дна места ускоряет окисление углерода прн том же расходе кислорода эа счет его более полного использования, повышает интенсивность перемешивания расплавленного металла н печи и уменьшает температурную неоднородность ванны. Это особенно важно для дуговых печей большой садки с глубЬкимиваннами, в которых затруднены условия нагрева нижних горизонтов металла.Продувку металла кислородом ведут с остановками и перерывами. Они необходимы для скачивания части шлака, периодических присадок извести и шамотиого боя, отбора проб металла,измерения его температуры, ожидания анализов, выдержки металла после продувки в конце окислительного периода. Суммарная продолжительность продувЙи металла кислородом определяется расходом кислорода с концентрацией углерода, которую нужно окислить в окислительный период. Длительность же окислительного периода определяется временем продувки и временем 5 без продувки. Наиболее целесообразным продувку металла вести таким образом, чтобы длительность продувки составляла 50-85 времени окислитель- ного периода, При длительности про- Щ дувки менее 50 и больших перерывах в продувке суммарная продолжительность периода чрезмерно большая (более 2 ч), что снижает производительность дуговой печи. При длительности продувки более 85 времени окислительного периода не могут быть в полном объеме выполнены операции скачивания шлака, присадки извести и шамотного боя, отбора проб и замера температуры. Это в конечном счете, приводит к снижению качества стали.Наиболее оптимальным является одинаковый расход кислорода по Фурме и трубке. В таком случае создаются две примерно равные реакционные зоны в разных частях печи. Равенство расходов кислорода через фурму и трубку технически трудновыполнимо из-эа различной конструкции продувочных уст" ройств и различного сопротивления для 40 прохода газа. Соотношение расходов кислорода через Фурму и трубку выбрано в пределах (3-1):(1-3). При отклонении расходов кислорода в ту или иную сторойу от пределов 3:1 или 1:3 не могут быть обеспечены условия создания двух примерно равных окислительных зон.Суммарный расход кислорода по Фурме и тэрубке выбран равным 0,05- 50 0,6 м /т мин. Нижний предел. соответствует условию достижения высокой скорости окисления углерода при продувке. При расходе кислорода менее 0,05 м /т.мин скорость окисления углерода и степень использования кислорода сильно понижаются нз-за малой глубины проникновения струй газа в металл, а длительность окислительного периода возрастает более чем до 2 ч. Верхний предел расхода кислоро- еО да ограничен 0,6 м /т мин. При большем расходе кислорода затрудняются условия отвода отходящих газов иэ дуговой печи, значительная часть об- разующихся в печи газов удаляется уже 65 через рабочее окно и электродные отверстия, загрязняя окружающее прост-, ранс=во. При расходе кислорода 0,05- 0,6 м /т мин достигается высокая скорость окисления углерода, а длительность окислительного периода на. ходится в пределах 1,1-1,5 ч.Кислородная погружаемая трубка вводйтся в расплавленную сталь под углом 10-25 а. Такое размещение трубки с учетом вертикальной составляющей за счет выделения пузырей окиси углерода создает наибольший импульс в горизонтальном направлении и наибольшую интенсивность движения металла в зоне дуг, что способствует движению хороших условий нагрева металла. При введении трубки менее 10 ф кислородная струя практически не внедряется в расплав, значительная часть кислорода покидает металл,не прореагировав, т.е. при угле ввода трубки менее 10 ф не могут быть обеспечены условия активного окисления металла кислородом. Угол введения трубки более 25 ф не может быть обес печен в силу конструктивных особенностей печи и устройств для ввода трубки.П р и м е р. В электросталепла" вильнув печь номинальной садкой 200 т при выплавке стали марки 40 Х загружают 50000 кг чушкового чугуна и 170000 кг стального скрапа, 4000 кг извести н 1200 кг железной руды. Расплавление ведут при максимальной мощности трансформатора. В период плавления спускают шлак самотеком и присаживают бросковой машиной две порции извести по 500 кг.После полного расплавления шихты отбирается проба на полный химаналиэ и в печь присаживается известь в количестве 2000 кг (10 кг/т) и шамотный бой в количестве 600 кг (3 кг/т). Вторую порцию извести в количестве 1000 кг (5 кг/т) и шамотного боя в количестве 200 кг (1 кг/т) вводят во второй половине окислительного периода. Продувку металла кислородом под давлением 11 атм веду через сводовую Фурму с расходом 26 и /мин и трубку с расхом 18 м /мнн. Продувку прекращают в момент взятия проб и введения извести и шамотного боя. Суммарное время продувки составляет 50 мин при длительности окислительного периода 85.мин. Температура металла в начале продувки при концентрации углерода 0,83 составляет 1560 фС,а перегрев - 70 фС. В конце окислитель- ного периода при концентрации углеро. да 0,27 температура металла равна.1620 фС, а перегрев над температурой ликвидуса - 110 С. В конце окисли" тельного периода шлак имеет основ- ность СаО/510 2,55.908842 Техническая эффективность предлагаемого способа выплавки стали в дуговых печах большой садки заключается в исключении неконтролируемыхвскипаний ванны и выбросов металла иповышении безопасности рабОтЫ обслуживающего персонала.5Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа заключается в том, что на опытных плавкахстали МХ 15 достигнуто снижение расхо"да железной руды на 9,7 кг/т, извес" 1 Оти на 1,6 кг/т, плавикового шпатана 4,9 кг/т, повышение расхода шамот,ного боя на 3,1 кг/т, снижение расхода технологической электроэнергиина 23 кВт-ч/т, повышение расхода кислорода на 1,5 м/т. Суммарная эконо-.,мическая эффективность при выплавкетолько стали марки ШХ 15 (220 тыс тв год) составляет более 200 тыс,руб.Предлагаемый способ не требует Язначительных дополнительных капитальных затрат и легко реализуется надействующих печах большой садки,Формула изобретения источники информации,25принятые во внимание при экспертизе1, Еднерал Ф.П. Электрометаллургия стали и ферросплавов, И., "Металлургия", 1977, с. 103-114,ЗО 2. Заявка ФРГ 9 235624,кл, С 21 С 5/52, 197 б. Составитель Л.Магаюмова Редактор Ю. Ковач Техред Ж.Кастелевич Корректор О.БилакЗаказ 755/30 Тираж 587 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035; Москва, Ж, Раушская, наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент"; г. Ужгород, ул.Проектная, 4 1. Способ выплавки стали в дуговых печах, включающий завалку и расплавление шихты, скачивание части шлака периода плавления, наведение нового шлака, например присадкой извести и шамотного боя, продувку металла кислородом, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью исключения неконтролируемых вскипаний ванны и выбросов металла, продувку кислородом ведут при температуре металла, превышающей температуру линии ликвидуса на 70-120 С, с периодическими присадками смеси извести и шамотного боя в количестве 10-30 кг/т с соотношением компонентов в смеси 3-2 (1-0,5).2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что продувку кислородом ведут одновременно через сводовую фурму и .погружаемую трубку в течение 50"85 длительности окислительного периода при соотношении объемов вдуваемого кислорода через фурму и трубку соответственно (3-1): ,1-3) и суммарном расходе 0,05- 0,6 м/т мин.3. Способ по п. 2, о т л и ч а ющ и й с я тем, что кислород через трубяу вводят в металл под углом 10-25 .