Способ выплавки стали скрап-процессом

)5 С 21 С ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕВЕДОМСТВО СССР1 ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗС) БРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Н Нтщ ту К 1 Г:, Тров загружают шлакообразующие, затемстальной лом и чушковый передельный чугун, Шихту расплавляют, Расход восстановителя подбирают расчетом по формулеО Оокат 1,1 "Гтцр тлад)тд,где Ов - удельный расход восстановителя,кг/т; ОО - удельная масса кислорода,вносимого катализаторами в виде окисломмолибдена и никеля, кг/т; 1,14 - отношениемассовой доли кислорода к массовой долекремния в двуокиси кремния; 0,5 - массоваядоля чугуна (стали) в железистом расплавеначала периода плавления; Окат - расходкатализатора на плавку, кг; рж,ст - удельный вес жидкой стали, кг/м; ркат - удель 3,ный вес катализатора, кг/м; М - масса3,плавки, т; гпчзг - массовая доля кремния вЯчугуне; алом - массовая доля кремния встальном ломе; в - отношение массовойдоли восстановителя к массовой доле кислорода в оксиде восстановителя, 1 з,п. ф-лы,1 табл. Известный недостатки. Во развитие техно стадийным про заготовка гот низкотехнологи го задействован вильных цехов производитель теризуется болернои металолибденони вских печа товои Говой оличеый какг/т ки ших дину ду есть в к бал ьтов 40-80 ении 1(56) Авторское свидетельство СССР М. 924116, кл, С 21 С 5/52, 1982.Авторское свидетельство СССР И. 1216213, кл. С 21 С 5/04, 1984.(54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ СКРАП- ПРОЦЕССОМ(57) Использование; в черной металлургии при выплавке молибденоникелевых сталей в мартеновских печах скрап-процессом, Сущность изобретения: для выплавки молибденоникелевой стали в мартеновскую печь загружают шихту в следующем порядке. Подину закрывают мелким скрапом, на который с равномерным распределением присаживают в количестве 9-14 кг/т стали отработанные алюмомолибденоникелевые катализаторы с восстановителем, имеющим большее сродство к кислороду, чем углерод, например с кремнием, Поверх катализатоИзобретение относится к ч лургии, а именно к выплавке м келевых сталей в мартено с к ра п-и ро цессом.Известен способ выплав заготовки, по которому на по электропечи присаживают изв стве 20-30 кг/т и молибденоко тализатор в количестве совместно с коксом в соотнош способ имеет существенные -первых, он направлен на логии получения стали двухцессом по схеме шихтовая овая сталь. Такой процесс чен, так как требует двойноия оборудования сталеплаи, тем самым, снижает их ность. Кроме того, он харак ьшой величиной условно-постоянной части расходов по переделу. Вовторых, способ предусматривает использование в завалку кокса, что ограничивает возможность его применения при производстве стали методами окислительного переплава шихты, например, в мартеновских печах, Это обусловлено следующим, В период плавления окисленность шлака и металла в мартеновской печи намного выше, чем в электродуговой из-за большего окислительного потенциала печной атмосферы. Дополнительным источником кислорода являются катализаторы. По мере растворения катализатора и кокса в железистом расплаве резко возрастает концентрация и кислорода, и углерода. Получает сильное развитие процесс окисления углерода, приводящий к бурлению расплава вследствие выделения большого количества газов, оголению зеркала металла, что влечет за собой интенсивное обезуглероживание ванны изза возрастания окислительного воздействия печной атмосферы. Кроме того, при бурлении расплавачасть кокса выносится в шлак и теряется во время скачивания последнего, Итогом является расплавление шихты с недостаточным запасом углерода на кипение,Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ выплавки стали для получения легированной заготовки, включающий послойную загрузку в мартеновскую печь шихты, отработанных алюмомолибденоникелевых катализаторов в количестве 150-200 кг/т, извести в количестве 70-95 кг/т и боксита в количестве 12-17 кг/т, затем, после расплавления - смеси из 8-10 кг/т катализатора и 18-20 кг/т извести, Этот способ принят за прототип. Известный способ обеспечивает высокое усвоение легирующих элементов и повышение производительности печи, но, вместе с тем, имеет ряд существенных недостатков, Так, он, как и ранее описанный, предполагает низкотехнологичное двухстадийное получение стали. Кроме того, использование катализаторов в сравнительно большом количестве (150-200 кг/т) ведет к повышенному износу огнеупорной футеровки рабочего пространства печи, ухудшению шлакообразования и большому угару углерода из шихты за время ее плавления. Повышенный износ футеровки обусловлен прежде всего образованием высокоактивного шлака с содержанием до 60-65 АгОз. Насыщаясь глиноземом, поверхностный слой футеровки перерождается: в нем образуется шпинель (М 90 А 20 з), которая с силикатами типа 2 СаО Я 02 и 2 М 90 Я 02 дает легкоплавкую эвтектику (температура плав 20 зеркала металла в местах бурления к дополнительному угару углерода вследствие вза имодействия с кислородом атмосферы 30 35 55 5 10 15 40 45 50 ления около 1340 С), Ухудшение шлакообразования и большой угар углерода обусловлены следующими факторами. Трехокись молибдена и окись никеля, содержащиеся в катализаторах, являются термодинамическими неуйстойчивыми, восста навливающимися химическими элементами чугуна, в частности - углеродом уже в период плавления шихты. При растворении катализаторов в железистом расплаве концентрация кислорода возрастает до уровня, значительно превышающего равновесный с углеродом. Интенсивно протекающий процесс обезуглероживания; 2 (МоОз) + 3С= 2Мо + 3(СО 2 )2( МО ) + С= 2М+ ( СО 2 ) фсопровождается выделением большого количества газообразных окислов углерода и бурлением расплава, что ведет к оголению рабочего пространства мартеновской печи, Кроме того, при бурлении ванны не растворившаяся известь всплывает на поверхность расплава и ошлаковывается, вследствие чего замедляется процесс ее ассимиляции и, тем самым, рафинировка стали, Целью предполагаемого изобретения является получение стали одностадийным процессом, повышение стойкости огнеупорной футеровки печи, улучшение шлакообразования и снижение угара углерода за период плавления.Поставленная цель достигается тем, что в способе выплавки стали скрап-процессом, включающим послойную загрузку шихты, отработанных алюмомолибденоникелевых катализаторов и шлакообразующих расплавление шихты, катализаторы загружают в количестве 9-14 кг на 1 т стали совместно с восстановителем, имеющем большее сродство к кислороду, чем углерод, например с кремнием, причем удельный расход восстановителя должен соответствовать величине:я-1 ф"- .,.)1,где Оо, - удельная масса кислорода, вносимого в ванну катализаторами в виде окислов молибдена и никеля, кг/т; 1,14 - отношение массовой доли кислорода к массовой доле кремния в двуокиси кремния;0,5 - массовая доля чугуна (стали) в железистом расплаве начала периода плавления;Окт - расход катализатора на плавку, кг; 5эж,ст - удельный вес жидкой стали, кг/м;ркрт - удельный вес катализатора, кг/мз; М - масса плавки, т;Япчуг - массовая доля кремния в чугуне; 10Ягплом - массовая доля кремния в стальном ломе;в - отношение массовой доли восстановителя к массовой доле кислорода в оксиде восстановителя, 15Характер плавления шихты в мартеновской печи при скрап-процессе следующий. Первым плавится чугун верхних слоев шихты. Стекая в нижние горизонты ванны, жидкий чугун растворяет стальной лом, а 20 образующийся железистый расплав растворяет неметаллическую часть шихты (шлакообразующие флюсы, а также, в случае использования - катализаторы), Осуществленный авторами анализ проб железистого 25 расплава, образующегося в первой половине периода плавления, показал, что химический состав данного расплава, точнее - содержание углерода, кремния и марганца, соответствует промежуточному между со ставом чугуна и составом стального лома практически с равным соотношением их долей.Интенсивное окисление углерода и соответственно кипение ванны начинаются 35 после выгорания кремния, внесенного чугуном и стальным ломом. Катализаторы, являющиеся сильным окислителем, ускоряют выгорание кремния, а также создают избыточное (значительно превышающее равно весное с углеродом) содержание кислорода в расплаве, Повышенная температура расплава в зоне растворения катализатора вследствие экзотермического эффекта окисления кремния и перенасыщенность 45 кислородом являются причиной бурного вскипания ванны, "мягкого" расплавления (т,е. без требуемого запаса по углероду на рафинировку) из-за повышенного угара углерода 50Изменить характер плавления шихты и растворения шлакообразующих предлагается за счет загрузки катализаторов совместно с восстановителем, имеющим большее чем углерод, сродство к кислороду 55 и не дающим газообразных продуктов реакции, При этом, расход восстановителя должен обеспечить связывание вносимого катализаторами избыточного кислорода в виде МоОз и МО.Механизм взаимодействия восстановителя (Й) с ингридиентами-окислителями катализаторов следующий;В -Я МоОз -ф МоОз М 10 %0 3 ай+ пМоОз=3(Я.Оп)+ и Мо щ Я + иК 10= ( ВвОп ) + и111Загрузка катализаторов в количестве менее 9 кг/т экономически нецелесообразна, т.к, требует увеличения расхода дорогостоящих и дефицитных ферросплавов, При загрузке катализаторов в количестве более 14 кг/т снижается стойкость огнеупорной футеровки рабочего пространства печи из- за возрастания агрессивности шлака.Диапазон расхода 9-14 кг/т определен еще и с учетом довольно широкого интервала колебаний массовой доли ингредиентов катализаторов даже одной партии поставки, что обусловлено спецификой работы нефтеперерабатывающих предприятий-поставщиков катализэтооов. Так, например, содержание МоО может колебаться в пределах от 9 до 21%.При расходе восстановителя менее предлагаемой величины не обеспечивается в полной мере связывание кислорода, вносимого катализаторами, что ведет к повышению угара углерода из шихты в период плавления.Расход восстановителя сверх указанной величины ведет к перерэскислению ванны и, тем самым, к увеличению продолжительности окислительного перио- да плавки, а также к ухудшению условий дефосфорации стали. Использование совместно с катализаторами восстанОвителя, дающего газообразные продукты реакции (например, углерод в виде графита, кокса и т,п.), ведет к бурлению расплава и тем самым, к дополнительному угару углерода шихты в период плавления, а также к ухудшению шлакообразования и, соответственно, увеличению продолжительнос и рафинировки. Аналогический эффект имеет место и при использовании восстановителя со сродством к кислороду меньшим, чем у углерода (например марганца).В совокупности указанные технологические приемы обеспечивают расплавление шихты с необходимым запасом углерода на рафинировку и удовлетворительное шлакообразование, что позволяет выплэвлять сталь одностадийным процессом.17860890,875 =0,42 а/т. П р и м е р. В 45-тонной мартеновской печи с основной футеровкой скрап-процессом выплавляют сталь марки 20 ХГНМ. Шихту загружают следующим образом, Подину закрывают мелким скрапом, на который с равномерным распределением присаживают отработанные алюмомолибденоникелевые катализаторы в количестве 13,3 кг/т стали (600 кг на плавку) с восстановителем в количестве 0,42 кг/т стали. Состав катали-заторов: 21,5 МООз; 7,1 М 0; 67,2 А 20 з; удельный вес - 900 кг/м, В качествезвосстановителя используют кремний в виде порошкообразного карбида кремния, Необходимое количество восстановителя (кремния) рассчитывают следующим образом; 1,13 - 1,14(0,009 + 0,002)90045 Поверх катализаторов загружают известь, затем стальной лом и чушковый пере- дельный чугун (содержание кремния в чугуне - 0,9 О/о).В окислительный период плавки в расплав вводят расчетное количество феоромолибдена ФМо 55 Б и никеля НЗ, После удаления фосфора до 0,015 О, серы до 0,035и нагрева до 1620 С сталь предварительно раскисляют и легируют присадкой ферросиликохрома ФСХ 20 и феррохрома ФХ 200 и выпускают в ковш, где окончательно рэскисляют и легируют алюминием АВ и силикомарганцем СМп 17 Р.Данные по плавкам, проведенным согласно предлагаемому способу с выходом за пределы заявленных признаков, а также согласно прототипу, представлены в таблице,Из таблицы видно, что в сравнении с прототипом предлагаемый одностадийный способ выплавки стали обеспечивает повышение стойкости огнеупорной футеровки печи на 18-20 плавок, снижение угара углерода за период плавления с 73,1/ до 31,2- 33,9, увеличение степени десульфурации и дефосфорации в первой половине рафинировки соответственно с 20до 37-40/О и с 44 /О до 51-53, что свидетельствует об улучшении шлакообразования; снижение затрат на легирование молибденом на 3,3-10,5 руб./т.Формула изобретения 1. Способ выплавки стали скрап-про цессом, включающий послойную загрузкушихты, отработанных алюмомолибденоникелевых катализаторов и шлакообразующих в мартеновскую печь, расплавление шихты, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью 10 получения стали одностадийным процессом, повышения стойкости огнеупорной футеровки печи, улучшения шлакообразования и снижения угара углерода за период плавления, катализаторы за гружают в количестве 9-14 кг на 1 т сталисовместно с восстановителем, имеющим большое сродство к кислороду, чем углерод, причем удельный расход восстановителя определяют по формуле гдеОа - удельный расход восстановителя, кг/т;25 Оо, - удельная масса кислорода, вносимого катализаторами в виде окислов молибдена и никеля, кг/т;1,14 - отношение массовой доли кислорода к массовой доле кремния в двуокиси 30 кремния;0,5 - массовая доля чугуна (стали) в келезистом расплаве начала периода плавления;Окат - расход катализатора на плавку, 35 кг; р, - удельный вес жидкой стали,кг/м;,Окат - удельный вес катализатора,кг/м;40 М - масса плавки, т;а ,5 массовая доля кремния в чугуне;1 т 1 лом - массовая доля кремния в сталь Яном ломе;пта - отношение массовой доли восста 45 новителя к массовой доле кислорода в оксиде восстановителя.2, Способ по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что в качестве восстановителя используют кремний,50Осммф (Моа хХ 1 охвеа х 1 х ф Э с е о 1- Е о а е с О а Э Э с Э Я л а Э с о о с х а с х х й о 1- о 1 со х о ф о 1- х х З х Ф сс о хх о е 1 й е О й О) л м е а ф о х е Е с 4 с О в е 1- Э о а х о о Щ аммо Слсгш т 1 М с о х а,д о с а э С: й о а х Е в О Х а х м м оо с о мвмГещсЮ м спм ОСО Осо о м оз о ссл са м Г 4 с--соо О" ге Ю сг о 4 о1 1 11 1 1 1 е а х о с х е О 1- е е о 1 ао сх ооо а 1 -,Ф ле авао с аохф е дае свес ссс е й Х х х х О Фф О а а с ФЭО асс 1- х а фсоО Х х ха х х е :го с с 1- Е х а с о С 4 Х х а х е ост 1оее с1- СовО 1-Лохсй Ф 1- 1 е ох с 4 а О Е О 1- ах со с Оео с аф МГ 4 М г 4 са с 4 О - ОсС 4 4 Омг а ОО 4 Л м с 4 г 4 МО М мО оо со о аЮ- ам .О Омм ;с -гс с е,о о о а в хОХа е хе с ес а ас е2; Сс 4 м о 4 - а а с о о СР Оо В м чэе с о о о 1 хс о о ф с О с 1- Х х Х Э Б х Х 1 х о й О Э с с с о 2 й е Б х а э а Е О х х е с а о О с о а 2 а Э в е с ф с е х х О О а х е о а х