Способ выплавки стали в дуговых печах

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 956572 е(23) Приоритет С 21 С 5/52 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Г.Н. Еланский Ю.Е. Зырянов,1) Заявители Московский вечерний металлургически и Волгоградский металлургический за 54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В ДУГОВЫХ ПЕЧАХ тся к черной меспособам выплавм содержанием 5 Изобретение относиталлургии, а именно кки стали с минимальныазота в дуговых печах, 5Известен способ выплавки стали и сплавов с минимальным содержанием азота. Способ включает введение в металл углеродсодержащих материалов и последующее проведение окислитель- ного периода. Углерод вводят иэ расчета получения в расплаве перед началом окислительного периода 6- 12 кг/т, а затем его окисляют со скоростью 0,07-0,15 кг/т расплава в 1 мин 1).Недостатком данного способа выплавки стали и сплавов является то, что вместе с металлической шихтой в ме 2 талл вводится большое количество азота, которое. нужно удалять в окислительный период эа счет кипения ванны, вызванного окислением углерода.Балансовые плавки, проведенные на 5 т дуговых печах при выплавке низколегированных сталей с ограниченным содержанием азота, показывают, что основным источником поступления азота в металл являетсяисходная шихта (она .дает 55 азота). Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо му эффекту является способ производства низкоазотистой стали в дуговых печах. Способ состоит иэ загрузки шихтовых материалов, например стальных отходов электросталеплавильного, мартеновского и кислородно-конверторного производства и чушкового .чугуна, расплавлечия, окисления примесей газообразным кислородом со скоростью обезуглероживания 0,5-1,5 ч до получения концентрации углерода не менее 0,04 частичного скачивания окислительного шлака и дальнейшего окисления примесей твердыми окислителями 2 .Недостатком данного способа выплавки стали является то, что им невоэмож" но выплавить стали с низким содержанием азота при концентрациях углерода более 0,04, свойственных большинству конструкционных сталей и сварочных марок стали. Кроме того, использова ние твердых окислителей в конце окислительного периода при содержаниях углерода менее 0,04 является неэффективным.Скорость окисления углерода при этом остается низкой, не приводящей к удалению азота иэ расплава.956572 60 Цель изобретения - получение готового металла с минимальным содержанием азота.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу,.включающему завалку стальных отходов электросталеплавильного,производства, отходов мартеновского и кислородно-конвертврного производства,чушкового чугуна,известняка и твердых окислителей,расплавление шихты и проведение окис лительного периода, окисление углерода за счет присадок железной руды ипродувки металла кислородом и аргоном, стальные отходы электросталеплавильного производства, отходы мартеновского и кислородно-конвертерногопроизводства и чушковый чугун загру"жают в печь в соотношении по массе1:(1-10):(0,5-5), известняк и твердые окислители в количестве 1-6 и0,5-12 от массы садки соответственно в период плавления окисляют 0,10,4 углерода от массы садки, аокисление углерода в течение первых1/2-23 частей окислительного перио/ 25да ведут за счет присадки железнойруды и продувки металла кислородом,а в течение оставшейся части окислительного периода - за счет продувкиметалла смесью кислорода и аргона.Расход железной руды для окисления углерода в окислительный период2-10 кг/т,Расход кислорода для продувки втечение первых 1/2-2/3 частей окислительного периода 0,05-0,5 м /т мин 35ЭРасход смеси кислорода и аргонав оставшейся части окислительногопериода 0,05-0,5 м /т мин при соотно 3шении объемов кислорода и аргона1;(1-2). 40Окисление углерода в окислительныйпериод ведут со скоростью 0,0060,020/мин.Предлагаемый способ выплавки сталис минимальным содержанием азота основан на результатах научно-исследовательских работ, проведенных на:дуговых печах садкой 5 и 25 т и практических работ, приведенных на дуговыхпечах садкой 5 и 25. т и практическомопыте работы, Главная задача при выплавке стали с минимальным содержанием азота, заключается в сниженииколичества азота поступающего с шихтой, и создании условий для удаления азота иэ металла;в период плавления и окислительный период. легированные отходы электросталеплавильного производства., которые. в больших количествах используются при выплавке стали в дуговых печах, имеют повышенное содержание азота 0,018-0,035. Отходы мартеновского и кислородно-конвертерного производ ства имеют пониженные концентрации азота 0,003-0,008. Чушковый чугунсодержит 0,002-0,005 азота. Чугунвводится еще и как углеродсодержащий материал. Отходы электросталеплавильного производства, отходымартеновского и кислородно-конвертерного производства и чушковый чугун заливают в печь при соотношениипо массе 1:(1-10):(0,5-5). При соотношении указанных материалов менее1:1:О, 5 совместно с шихтой будетвведено большое количество азота,что делает невозможным получение стали с минимальным содержанием азота.При соотношении расхода шихтовых материалов выше наибольшего 1:10:5 проиэходит чрезмерное удорожание стализа счет необходимости дополнительного использования ферросплавов и повышенного расхода дорогого чугуна,Этоснижает технико-экономические показатели способа выплавки стали,,Для образования шлака и окисленияуглерода в период плавления в завалку вводятся известняк и твердые окислители. Использование известняка,а не извести, в завалку приводит к,газообразованию в ванне за счет разложения известняка по реакцииСаСО 3 = СаО + СОи выделения дву-.окиси углерода СО. Последняя реагирует с углеродом шихты по реакцииС + СО,р = 2 СО,Это способствует дополнительномугавообразованию в ванне. выделениеСО и СО из ванны в период плавленияэкранирует металл от проникновенияазота из атмосферы и удаляет его изжидкого металла. Известняк является также поставщиком СаО в шлак. Расход известняка в эавалку равен 1-6 отмассы садки. При расходе известнякаменее 1 не может быть получено достаточного количества шлака в периодплавления, являющегося поглотителем фосфора из металла и защищающего расплав от непосредственного контактаметалла с атмосферной печи, содержащей азот. При расходе известняка свыше 6 количество образовавшегося шлака будет чрезмерно большим, что приводит к возрастанию потерь железа соксидами, кроме того, сильно .воэрастают потери технологического электричества для разложения.Твердые окислители ускоряют растворение извести и окисляют углерод.Расход твердых окислителей в завалку равен 0,5-12 от массы садки. При расходе окислителей менее 0,5 не может быть достигнута поставленнаяцель выплавки стали с минимальнымсодержанием азота, так как в периодплавления будет окисляться мало углерода, и соответственно, азот не будетудаляться. При расходе окислителейболее 12 происходит чрезмерное окисление углерода шихты, что требуетувеличение расхода чугуна в завалку1 )сверх указанных выше соотношений.Балансовые плавки показывают,что одним из главнейших условий предотвращения поглощения азота в период расплавления из атмосферы печи является окисление углерода. В период плавления окисляют 0,1-0,4 углерода от массы садки, При окислении углерода в количестве менее 0,1 про. исходит поглощение, а не удаление 10 азота в период плавления. Окислениеуглерода сверх 0,4 нецелесообразно, так как это приводит к возрастанию расхода чугуна свыше указанных ранее соотношений. .15Балансовые плавки показывают, что в окислительный период про исходит удаление азота из металла за счет кипения (-окисления углерода). Приэтом окислительный период можно 20 разбить на две части. В первой части продолжительностью 1/2-2/3 длительности окислительного периода принципиальной безразличен источник кислорода, так как димитирующим звеном ре акции окисления углерода является доставка кислорода к месту реакции, В это время углерод может окислятьсяинтенсивно со скоростями более0,006/мин, что приводит к дегазациирасплава от азота. Во второй частиокислительного периода при понижении концентрации менее критических происходит снижение скорости окисления углерода, так как процесс обезуглероживания лимитируется в этом случае массопереносом углерода к месту реакции, Окисление металла рудой или кислородом становится малоэффективным. Продувка металла смесью кислорода и аргона облегчает условия забождения пузырей СО (собственно, газовые полости аргона внутри расплава) и ускоряет окисление углерода до скоростей выше 0,006/мин.Расход железной руды в окислитель ный период для окисления углерода равен 2-10 кг/т. При меньшем расходе руды не могут быть достигнуты скорости окисления углерода долее 0,006/мин, что не приводит к дегазации расплава от азота. При расходе руды более 10 кг/т скорости окисления углерода снижается из-за чрезмерного охлаждения металла, так как окисление углеРода Рудой является эндотермическим процессом.Расход кислорода в течение первых 1/2-2/3 частей окислительного периода равен 0,05-0,5 м /т мин. При расходеЭкислорода менее 0,05 м /т мин не моЭжет быть достигнута поставленная цель получения металла с минимальным содержанием азота, так как скорость окисления углерода будет низкой. Расходы кислорода более 0,5 м /тмин3нецелесообразны из-за чрезмерного 65 ускорения процесса окисления углерода и невозможности проведения в полном объеме других операций окислительного периода (наводки нового шлака, взятия проб металла, измерения температур, удаления Фосфора). Это приводит к снижению качества стали.Во второй части окислительного периода расход смеси кислорода и аргона равен 0,05-0,5 м /т мин. Снижение расхода смеси ниже 0,05 мЭ/т мин приводит к снижению скорости окисления углерода и невозможности получения стали с минимальным содержанием азота. Увеличение расхода смеси сверх 0,5 м 3/т мин из-за ускорения процесса делает невозможным проведение других операций в полном объеме. Соотношение объемов кислорода и аргона в смеси равно 1:(1:2). Такое соотношение обосновано расчетом окислитель- ного потенциала смеси. При расходе гаов в смеси более 11 (избыток кислорода) окислительный потенциал смеси практически не увеличивается. При соотношении газов в смеси менее 1:2 окислительный потенциал смеси резко снижается, что приводит к снижению скорости окисления углерЬда и невозможности выполнения поставленной цели получения стали с минимальным содеожанием азота.Скорость окисления углерода играет важную роль в процессе удаления или поглощения азота из металла.При скорости окисления в окислительный период менее 0,006/мин удаления азота из металла не происходит.Наоборот, наблюдается поглощение азота из атмосферы печи. Скорости окисления углерода более 0,020/мин нецелесообразны, так как это приво- . дит к чрезмерномусокращению длительности окислительного периода и затруднению проведения всех операций окислительного периода в полном объеме, что приводит к снижению качества стали.П р и м е р. В электросталеплавильную печь номинальной садкой 25 т при выплавке стали 10 ХСНД, содержание азота в которой не должно быть выше 0,015, заливают 8 т легированных отходов электросталеплавильного производства, 11,2 т отходов мартеновского производства 0,8 т (3) железной Руды 6,5 т чушкового чугуна (соотношение отходов и чугуна 1:1,4:0,8) и 1,1 т (4,3) известняка. Металл по расплавлении содержит 0,71 углерода и 0,011 азота. За период плавления окисляется 0,28 углерода, В первую часть окислительного периода длительностью 45 мин окисляется 0,48 при скорости обезуглероживания 0,0105/мин. При этом израсходовано 180 кг (7 кг/т) железной руды и 100 м кислорода (при длительности956572 30 Формула изобретения Составитель Л. МагаюмоваРедактор Н. Киштулинец Техред А.Ач Корректор Г.Решетник Заказ 6522/6 Тираж 587 ВНИИПИ Государственного комИтета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Подписное Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 продувки 21 мин с расходом 0,18 м /т мин,) Во второй части окислительного периода продолжительностью 20 мин углерод окисляется с 0,23 до 0,09 со скоростью 0,0077/мин. Металл продувают смесью кислорода и аргона в соотношении объемов газов 1:1, За время продувки 14 мин израсходуют 58 м смеси (0,165 м/термин). В конце окисэлительного периода, концентрация азота 0,007. Концентрация азота в. готовой стали 0,012. Повышение концентрации азота происходит в восстановительный период и при выпуске стали в ковш.Технико-экономическая эффектив" ность предлагаемого способа выплавки 15 стали в дуговых печах заключается в реализации возможности выплавки стали с регламентированно низким содержанием азота в стали (не более 0,013).На плавках, проведенных по предла гаемому способу, концентрация азота в готовой стали 0,011-0,012, а по известному 0,014-0,016. Ожидаемый экономический эффект около 50 тыс. руб.Внедрение способа не требует дополнительных капитальных затрат и легко реализуется в электросталеплавильных цехах. 1. Способ выплавки стали в.дуговых печах, включающий загрузку шихтовых материалов, например стальных отходов З 5 электросталеплавильного производства., отходов мартеновского и кислородноконвертерного производства, чушкового чугуна, известняка и твердых окислителей, расплавление шихты и проведение окислительного периода, окисление углерода за счет присадок железной руды и продувки металла кислородом и аргоном, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью получения готового металра с минимальным содержанием азота,стальные отходы электросталеплавильного производства, отходы мартеновскогои кислородно-конвертерного производства и иушковый чугун загружают впечь в соотношении по массе 1:(1-10)::(0,5-5),известняк и твердые окислители в количестве 1-6 и,0,5-12 отмассы садки соответственно в периодплавления окисляют 0,1-0,4 углеродаот массы садки, а окисление углеродав течение первых 1/2-2/3 частей окислительного периода ведут за счет присадки железной руды и продувки металла кислородом, а в течение оставшейся части окислительного периодаза,счет продувки металла смесью кислорода и аргона.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем,что расход железнойруды для окисления углерода в окислительный,период составляет 2-10 кг/т,3. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что расход кислородадля продувки металла в течение первых 1/2-2/3 частей окислительного периода составляет 0,05-0,Б м /т мин..34. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что расход смеси кислорода и аргона для окисления углерода в оставшейся части окислительногопериода составляет 0,05-0,5 м/т минпри соотношении объемов кислорода иаргона 1:(1-2),5.,Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что окисление углеро.да в окислительный период ведут соскоростью 0,006-0,020/мин.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 539077, кл. С 21 С 5/52, 1976.2. Авторское свидетельство СССРР 582297, кл. С 21 С 5/52, 1977.