Способ выплавки стали

(71) Институт металлургии имкова(56) 1. Поволоцкий Д.Я. и др. Сборник МЧМ, М., "Металлургия", У 3,1975, с. 33-38.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке У 3499397/02,кл. С 21 С 5/52, 1983.(54)(57) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ.в дуговых печах одношлаковым процессом, включающий расплавление металла, окислительное рафинирование впечи, бесшлаковый выпуск металла вковш, присадку раскислителей и шлакообразующих и продувку металла вковше инертным газом, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения производительности печи и эффективности десульфурации стали твердой известью, на дно сталеразливочного ковша послойно присаживают первую порцию алюминия, плавиковый шпат, ферросилиций и ферромарганец в соотношении (1-2,5): :(0,5-1,5):(3,5-10):(5-12) в количестве 10-26 кг/т стали, а затем одновременно с началом наклона желоба дуговой печи присаживают на струю металла сначала известь фракций 11-40 мм, а после выпуска половины плавки присаживают йзвесть д фракций .3-10 мм и вторую порцию алюминия в виде гранул в количестве 0,2-0,8 кг/т стали, при этом суммарную удельную площадь поверхности кусков извести увеличивают от 0,4 до 1,0 м /т на каждый 0,0013серы, удаляемой из стали, а скоростьподачи извести на струю регулируют в пределах 130-340 кг/мйн в зависимости от содержания серы в металле перед выпуском из -печи,1145036 5 известь мелких фракций (3-10 мм) 1 О 15 20 25 Изобретение относится к чернойметаллургии, в частности к выплавке стали одношлаковым процессомв высокомощных дуговых печах с водоохлаждаемыми панелями и сводом сприменением в завалку лома, а также с использованием металлизованныхокатышей,Известен способ получения сталив дуговой 100-тонной печи .с использованием при выпуске шлака окислительного периода, После окончанияокислительного периода шлак из печине скачивают. Восстановительныйпериод заменяют короткой доводкойстали до заданного химического состава. В начале доводки в печь присаживают углеродистый ферромарганециз расчета получения в стали среднего заданного содержания марганцаи кусковой 45 или 657.-ный Ферросилиций (до 1 кг/т) для прекращениякипения ванны. После получения результатов анализа пробы, отобранной в конце окислительного периода,сталь легируют хромом и доводят донужного содержания углерода. Длительность доводки 10-20 мин. Шлакв печи.в это время не раскисляют.Затем металл сливают в ковш, на днокоторого помещают кусковой ферросилиций для раскисления и легирования и алюминий для раскисления.Металл сливают без шлака, шлак спускают в ковш в конце выпуска 1 .Недостатками известного способавыплавки стали являются слабая десульфурация стали в ковше .вследствие большого окислительного потенциала шлакового расплава и низкойактивности окиси кальция как основного десульфуратора, низкое усвоение металлом легирующих элементови негарантированное попадание впределы содержания элементов в готовой стали. Наиболее близок к предлагаемому по техническсй сущности и достигаемому эффекту способ выплавки стали в дуговых печах одношлаковым процессом, включающий расплавление металла, окислительное рафинирование в печи, бесшлаковый выпуск металла в ковш, присадку раскислителей и шлакообразующих и продувку металла в ковше инертньщ газом 12 .Применение в смеси одновременно кусков извести разных размеров 30 35 40 45 50 55 2(фракций) в процессе выпуска плавки не дает возможности эффективно испольэовать десульфурирующую поверхность твердой извести, так как быстро расплавляется и растворяется в жидком расплаве, а известькрупных фракций (15-40 мм) не успевает за время выпуска плавки усвоиться расплавом. Это не позволяетразвить большую поверхность контакта жидкого металла с известью. Удаление серы в процессе выпуска из стали, выплавленной одношлаковымпроцессом до значений 0,005-0,0083,задача сложная и по известному способу невыполнимая. Необходимы гораздо большие, чем применяются,присадки извести в ковш, что может припривести к большой потере тепла привыпуске стали из печи в ковш, атакже, если известь присаживают впечь, - к большому расходу электрической энергии и огнеупоров. Крометого, невозможно управлять процессом удаления серы из стали в зависимости от исходного и заданногоее содержания,1 Цель изобретения - повышение производительности печи и эффективности десульфурации стали твердой известью.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу выплавки стали в дуговых печах одношлаковым процессом, включающему расплавление металла, окислительное рафинирование в печи, бесшлаковый выпуск металла в ковш и присадку металла в ковше инертным газом, на дно сталеразливочного ковша сталевоза послойно присаживают первую порцию кускового алюминия, плавиковый шпат, Ферросилиций и ферромарганец в соотношении (1,0-2,5):(0,5-1,5): :(3,5-10):(5-12) в количестве 10-26 кг/т, а затем одновременно с началом наклона желоба дуговой печи присаживают на струю металла сначала известь Фракций 11-40 мм, а после выпуска половины плавки - известь фракций 3-10 мм и вторую порцию алюминия в виде гранул в количестве 0,2-0,8 кг/т стали, при этом суммарную удельную площадь поверхности кусков извести увеличивают от 0,4 до 1,0 м /т на каждый 0,0017 серы, удаляемой из стали,145036 4зующийся шлак до технологически необходимой жидкоподвижности, а больше, чем 1,5, экономически и технологически неоправдано.Количество ферросилиция меньше,чем 3,5, недостаточно глубоко раскисляет металл для успешной десульфурации, а больше 10 не обеспечивает точного химического состава стачи. Материалы в ковш на стенде подогрева укладывают послойно таким образом, чтобы более легкоплавкие материалы были внизу, а более тугоплавкие - наверху и действие факела горелки приходилось, в первую очередь,на последние. Нагрев ковша на сталевозе и материалов в нем позволяетсущественно снизить перегрев сталив печи.Соотношения материалов были поФлучены на основании ряда проведенных опытных плавок из расчета, вопервых, получения легкоплавких соединений неметаллических включений,во-вторых, достаточного. уровня раскисления стали - необходимого условия для последующей эффективнойдесульфурации ее в процессе выпуска из печи,Меньшая, чем 1,0, доля алюминияпри присадке в ковш нежелательна,так как не обеспечивает минимально необходимой степени раскисленности стали для существенного удаления серы иэ металла, а большая,чем 2,5, доля алюминия нецелесообразна из-за опасности полученияв стали неметаллических включенийне оптимального состава по содержанию алюминатов кальция.Содержание плавикового шпатаменьше, чем .0,5, не разжижает обраа скорость подачи извести на струю регулируют в пределах 130-340 кг/мин в зависимости от содержания серы в металле перед выпуском из печи.Процесс осуществляют на 100-тонной дуговой печи с трансформатором мощностью 75 МВА.Послойная присадка шлакообра зующих и легирующих материалов и раскислителей позволяет увеличить их контакт и возможность получить легкоплавкие соединения типа соединений комплексных раскислителей, которые хорошо укрупняются и в дальнейшем всплывают из стали. Использованием алюминия, марганца и кремния усиливается и раскислительная способность каждого раскислителя, что сокращает общий их расход.Послойное расположение материалов обеспечивается оборудованием в виде течек бункеров-дозаторов у печи со стороны подъезда сталевоза к выпускному желобу дуговой пе 1 О ли.Меньшая чем 5, доля ферромарганца не обеспечивает образования легкоплавких соединений (сталь чрезмерно загрязнена неметаллическими 15 включениями и количество бракованных плавок с первого контроля 20,27.Увеличение доли ферромарганца более12 также ведет к изменению химического состава выппавляемой стали 2 О и к неравномерности угара марганцав окисленном металле при выпускеего в ковш, Расход 10 кг/т сталикомпонентов соответствует суммевсех минимальных, а расход 26 кг/т - 2 сумме всех максимальных долей используемых материалов.В основу десульфурации стали впроцессе выпуска ее из печи положенпринцип обеспечения йеобходимой контактной поверхности раздела десульфуратор - жидкий металл. Этот принцип реализуется с учетом Фактической удельной площади поверхностикусков окиси кальция (извести),применяемой для десульфурации,которую определяют по известнойФормуле: 6 мА= ) е кг)эИСоОгде М - масса кусков извести,й- эквивалентный диаметр;с 0 - плотность кусков известиВ результате лабораторных исследований была выявлена зависимость минимально необходимой твердой поверхности извести, способной адсорбировать в течение кратковременного контакта определенное количество серы, растворенной в металле в зависимостиот ее исходного содержания. Полученные результаты привелик виду удельной величины М , кото- Ы рая означает величину площади поверхности кусков извести, абсорбирующей 10 г серы, т.е. 0,0013 на 1 т металла.)0,032 0,85-1,00,7-0,850,5-0,70,4-0,5 55 Полученный диапазонбыл разделен приблизительно на равные участки, соответствующие определенному исходному содержанию серы в металле. Были получены следующие данные:Исходное содержание серы, 7 Расход извести определяют как с ЬЯ3 = -----кг/т сталиА где Ь Б - количество серы (в тысячных долях), подлежащей удалению из металла.На основании величины 1) определяют скорость присадки извести в ковш Ч = 1) Чует (где Чмет скорость выпуска металла в ковш, кг/мин).При выплавке опытных плавок на заводе были определены минимально и максимально необходимые скорости,При определений удельной поверхности кусков извести (А) учитывают ее Фракционный состав, Опытным путем бып определен минимальный (3 мм) и максимальный (40 мм) размеры кусков извести. Частицы извести менее 3 мм выносятся из ковша тепловыми потоками и поэтому использование их нецелесообразно,Куски извести более 40 мм не успевают раствориться в расплаве за время выпуска плавки в ковш и обладают малой удельной поверхностью , раздела.Необходимость присадки извести сначала, более крупных, а затем более мелких фракций вызвана рациональным ее использованием для более эФфективной десульфурации. В этом случае известь более крупных фракций (до 40 мм) успевает раствориться в шлаке еще до окончания выпуска расплава в ковш.Снижение суммарной удельной площади поверхности кусков извести менее 0,4 м/т не позволяет удалять серу иэ металла до уровня ее содер 5 10 5 20 ЗО 35 40 45 0 жания 0,0203 (предел допустимогосодержания серы по ГОСТ ряда мароккачественной стали), Превышениесуммарной удельной площади поверхности кусков извести более 1 м /тограничивают два фактора большееколичество извести, присаживаемойв ковш, резко снижает температурустали, что может вызвать аварийную разливку; большая поверхность извести не может быть получена измельчением кусков извести, так как использовать размер кусков извести менее 3 мм технологически нецелесообразно.В процессе проведения заводских опытов была создана таблица суммарного расхода извести и скорости ее подачи в зависимости от заданного количества серы, которую нужно удалить в,процессе выпуска плавки в ковш, а также в зависимости от исходного содержания в стали серы.Снижение скорости присадки извести до менее 130 кг/мин.не дает необходимого эффекта десульфурации стали за время (менее 7 мин) выпуска плавки в ковш, а превышение скорости сверх 340 кг/мин не позволяет эффективно использовать массу присаживаемой в ковш извести для десульфурации стали (хотя расход ее нерационально высок).Согласно предлагаемому способу выплавки стали обеспечивается практическая возможность переноса опе"раций доводки по химическому составу стали из высокомощных печейв к.вш с целью более полного использования установленной большоймощности трансформатора и, тем самым увеличения производства стали.Известно, что наибольшую мощностьв дуговых печах снимают в период расплавления шихты. Однако из расп лавленного окисленного металла невозможно удалить серу до требуемых значений, тем более управлять удалением серы из стали, Предложенный способ повышает производительность дуговых печей и десульфурации сталив процессе выпуска ее в ковш. КРоме этого, реализация способа позволяет сформировать в ковше хорошо раскисленный известковистый щлак, химический состав которого практически исключает протекание30 7 11450 нежелательных обменных реакций между металлом и шлаком во время последующей вакуумной обработки расплава порционным методом, поэтому его применяют как подготовительную операцию к порционной вакуумной обработке качественных сталей, где возможности по десульфурадии металла ограничены.П р и м е р 1. Выплавку с 1 али 10 марки 20 ХНЗА проводили в 100-тонной дуговой печи с использованием закиси никеля, стального лома и углеродистых отходов собственного производства. Расплавили шихту. Подготовили сталеразливочный ковш сталевоза к выпуску. Подалй ковш под течки бункеров-дозаторов и уложили послойно кусковой алюминий, плавиковый шпат, ферросилиции и ферромарганец в соотношении 1:0,5:3,5;5 в количестве 10 кг/т. Подали ковш под факел горелки и подогревали до максимально возможной температуры, после чего ковш подвели под 25 желоб печи, а затем одновременно с началом наклона желоба дуговой печи присаживали на струю металла известь сначала более крупных фракций 15- 30 мм, а после выпуска половины плавки закрыли течку с бункера-дозатора крупной извести и присаживали известь менее крупных фракций 4-10 мм и вторую порцию алюминия в виде гранул дроби в количестве35 0,2 кг/т, при этом суммарную удельную площадь поверхности кусков извести обеспечивали на уровне 0,4 м /т на 0,0017. серы удаляемой из металла, скорость подачи извести 195 кг/мин, Так как перед выпуском плавки из печи в Металле содержалось, вес.7: С 0,20; Ск 1,0, Мп 0,2; Я 0,045, необходимо получить Я с 0,025, то для обработки применили СаО следующего фракционного состава:йзкв мм 4 10 15 30Доля, 7 30 25 10 - 35По соответствующей формуле определилиА = ЕА; = 4-30 = 0,645 2/кг Соответственно 51приняли М = 0,40 м /т х 0,0017 Б . Необходимо удалить в Б . 0,0207. При этом 55 расход десульфуратораос ЬВ 0 40 х 20Э = -----= - --= 12,4 кг/т0,645 36 8При весе жидкого металла 108 т и длительности выпуска 7 мин скорость присадки извести 195 кг/мин.С учетом нагрева ковша с легирующими раскислителями температура металла при выпуске снизилась с 1655 до 1615 С, в металле было получено Я=- 0,0207, при этом время плавки было сокращено на 10 мин (по сравнению с обычной плавкой).П р и м е р 2. Выплавку стали марки ЗОХ также проводили на имеющейся в цехе шихте, расплавляли ее, а перед началом плавки подготовили сталеразливочный ковш к приему металла из печи.Уложили из течек бункеров-доза- торов послойно кусковый алюминий, плавиковый шпат, ферросилиций и ферромарганец в соотношении 2,0:1,0: ;6,6 в количестве 15 кг/т и хорошо прогрели на стенде факельной горелкой. После подачи ковша под выпуск с началом наклона желоба дуговой печи присаживали на струю известь фракций 30-40 мм, а после выпуска половины плавки закрыли течку с бункера-дозатора крупной извести и присаживали известь менее крупных фракций 3-8 мм и вторуюпорцию алюминия в виде дроби (гранул) в количестве 0,8 кг/т стали, суммарную удельную площадь поверхности, кусков извести обеспечивали на уровне 0,7 м /т на 0,0017 серы,гудаляемой из металла, скорость подачи извести 130 кг/мин. Перед выпуском плавки из печи в металле содержалось, вес.7.: С 0,32, Ск 1,3, Мп 0,01, Б 0,031. Необходимо получить в стали серы 50,0207.Суммарная удельнаяповерхность Х = 0,5 м/т, а ЬЯ Ъ 0,011 (т.е.11 тысячных долей. Расход извести составил 8,5 кг/т стали. При весе жидкого металла в печи 112 т и длительности выпуска около 7 мин скорость присадки извести равна 130 кг/мин. Температура металла во .время выпускаснижена с 1640 до 1610 С, при этом в металле было поолччено Я = О;0197. Металл былнормально разлит на УНРС. Времяплавки сокращено на 9 мин. П р и м е р 3. Выплавку стали марки 65 С вели с использованием имеющейся в цехе шихты с применением до 207 металлизованных окатышей.Исходное содержание серы,15 (0,016-0,023 ) 0,024-0,032 Показатель 0,010-0,01 01033 Ов 050 Заданное количество удаляемой серы,0,005 0,005 0,010 0,010 0,015 0,015 0,030 Суммарный расход извести, кг/т 8 эО 715 15 эО 10 э 5 16 эО 11 О 22,0 Скорость присадки извести, кг/мин, при массе плавки 110 т и времени выпуска 7 мин 130 120 240 160 250 170 340 Составитель А, ЦербаковРедактор Л. Пчелинская Техред А,Бабинец Корректор И. Эрдейи Заказ 1121/21 Тираж 553 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 9 1 Перед расплавлением шихты подгото вили ковш к выпуску металла и поэтому в него послойно из бункеровдозаторов внесли кусковой алюминий, плавиковый шпат, ферросилиций и ферромарганец в соотнощении 2,5:1,5: :10:1,2 в количестве 26 кг/т стали, а затем перегревали в печи металл на 100 С выше температуры разливкиостали, подали ковш под желоб печи и с началом наклона желоба дуговой печи присаживали на струю металла известь сначала более крупных фракций 11-20 мм, а после выпуска половины плавки - известь мелких фракций 3-6 мм и вторую порцию алюминия в виде гранул 9,6 кг/т. Суммарная удельная площадь поверхности кусков извести 1,0 м /т на каждый2 145036 1 О0001 серы, удаляемой из металласкорость подачи извести 340 кг/мин,Так как перед выпуском плавки изпечи в металле содержалось, вес. :С 0,64; Мп 0,10; 83. 0,7; Б 0,020и необходимо получить в стали0,005 , то Ь Б = 0,015 . Об1,0 м/т. Расход извести приА = 0,68 составил 22 кг/т стали, 10 а скорость подачи извести 340 кг/минпри скорости выпуска стали из печи 15,5 т/мин. Температура стализа время выпуска ее в ковш снизиласьс 1660 до 1580 С, при этом Я щ, = 15 = 0,005 ., а время плавки снизилосьна 15 мин.Годовой экономический эффект отиспользования изобретения составляет705000 руб. в год.