КОМПОЗИЦИОННЫЙ ШИХТОВЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОЙ СТАЛИ Российский патент 1994 года по МПК C21C5/52 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к шихтовым металлургическим материалам для производства стали.

Известен шихтовый металлический материал для науглероживания при производстве стали, содержащий механическую смесь стальной или чугунной стружки (20-40 мас. % ) с коксующимся малозольным углем (40-60 мас. % ) и пористым коксом.

Недостатком является ограниченное количество металлического компонента, например чугунной стружки, основного поставщика материала при широкомасштабном применении в металлургии стали. Кроме того, допускается использовать либо чугунную, либо железную стружку, что существенно ухудшает стабильность химического состава материала и, следовательно, вносит элемент нестабильности в течение сталеплавильного процесса. Кроме того, шихта вносит много вредных элементов - фосфора, серы, цветных металлов.

В черной металлургии широко известен и применяется стабильный по составу, содержащий не менее 95 мас. % железа, шихтовый металлический материал - чугун, например, передельный ГОСТ 805-80.

Применение чугуна, хотя и улучшает качество шихты, например, по цветным примесям, тем не менее вносит много фосфора и серы.

Окисление углерода и фосфора, вносимых чугуном и др. компонентами шихты, производится окислами железа шихтового расплава.

Для организации металлургического передела необходимое количество оксидов железа вводят специальными присадками железной руды во время завалки и по ходу процессов рафинирования. Повышенный расход шлакообразующих при использовании чугуна ухудшает технико-экономические показатели процесса. Кроме того, в процессе плавления чугуна происходит поверхностное окисление "чушек", брикетов, уменьшение углерода (с 4 до 0,5-0,6 мас. % ).

В результате этого скорость плавления шихты и окисление примесей снижается.

Важнейшим элементом ускорения металлургических процессов является быстрое шлакообразование. Лимитирующим фактором этого процесса является растворение извести в оксидном расплаве.

Известно, что благоприятные условия для растворения извести создаются при ≥ 1 .

Окисление кремния чугуна увеличивает (SiO₂). Это ухудшает отношение Σ (FeO)/(SiO₂). Образуются тугоплавкие ортосиликаты кальция типа (СаО)₂ ˙SiO₂ (t_пл ≥2000^оС) на внешней оболочке кусочков извести. Шлак становится гетерогенным. Удаление вредных примесей ([P] , [S] , [H] и др. ) и окисление углерода чугуна замедляется.

Наиболее близким по технической сути и металлургическим результатам является шихтовая заготовка из чугуна и рудноугольных окатышей с соотношением (3-5): 1 соответственно с содержанием суммарного углерода, обеспечивающего полное восстановление окислов железа.

Известный шихтовый материал имеет следующие недостатки.

1. При нагреве в первую очередь идет взаимодействие между оксидами железа и углеродным порошком внутри окатышей, так как частица руды и угольного порошка взаимно перемешены, находятся в непосредственном контакте и имеют высокую поверхность реагирования. В результате этого реакции железорудных окатышей с чугуном не получают должного развития. В стали по расплавлении имеется довольно высокий фосфор и сера.

2. Уголь, входящий в состав известного шихтового материала, имеет повышенное содержание серы, особенно, если в его "генезисе" донецкий уголь. Сера плохо удаляется по ходу окислительного процесса, особенно в мартеновской плавке. Коэффициент распределения серы L_s обычно не превышает 4-5. Повышенное содержание серы требует повышенного расхода шлакообразующих, увеличивает трудоемкость сталеплавильного процесса, длительность плавки. При выплавке высококачественной стали вызывает необходимость применения различных способов ковшевой десульфирующей обработки металла. Это увеличивает затраты на производство стали.

Изобретение направлено на ускорение процессов плавления и рафинирования шихты и на стабилизацию технологических показателей процесса плавки при ее применении.

Поставленная задача решается тем, что в качестве железорудного материала применяют офлюсованный железорудный концентрат, например окатыши с содержанием суммы СаО+MgO в пределах 5-25 мас. % , при этом частицы офлюсованного железорудного концентрата (ОЖРК) заплавлены в теле чугуна. Размер частиц ОЖРК находится в пределах 5-15 мм.

Сопоставление с прототипом позволяет сделать вывод о том, что композиционный шихтовый материал (КШМ) отличается от известного материала составом железорудного материала, который офлюсован с содержанием СаО+MgO в пределах от 5 до 25 мас. % , а частицы офлюсованного железорудного материала заплавлены в теле металлической основы (в чугуне) с размером частиц в пределах 5-15 мм.

При нагреве и плавлении такого шихтового материала происходит ускорение окисления углерода, фосфора и кремния шихты за счет образования активной дополнительной поверхности раздела "чугун-ОЖРК" с высоким содержанием FeO и основных окислов (СаО и MgO).

Применение офлюсованного железорудного концентрата без угля с высоким FeO и суммой CaO+MgO = 5-25 мас. % позволяет ускорить процесс окисления углерода и рафинирования металла от серы и фосфора за счет поддержания в процессе расплавления и нагрева ванны оптимальных соотношений между (FeO), (СаО) и (SiO₂).

Повышенная скорость окисления углерода чугуна усиливает перемешивание металлической ванны окисью углерода, ускоряя тепло- и массообменные процессы. При этом по мере окисления кремния шихты в плавке постоянно растет содержание SiO₂. Применение ОЖРК позволяет сдерживать влияние SiO₂, поддержания отношения ≥ 1 , необходимое для хорошего шлакообразования.

СаО и FeO из ОЖРК поступают в шлак и после полного расплавления металлической основы КШМ, поддерживают его рафинирующие качества.

Применение окатышей с размером 5-15 мм также усиливает обменные процессы. Например, при отношении чугун: ОЖРК, равном 4: 1, с размером окатышей в 12 мм поверхность реагирования составит около 1000 м²/т, что эквивалентно увеличивает поверхности "металл-шлак" в 40 раз.

Характеристический размер ОЖРК находится в пределах 5-15 мм. При уменьшении ниже 5 мм приводит к резкому возрастанию межфазной поверхности и потенциальной опасности выбросов металла из печи (грозящие высокие скорости окисления углерода). Увеличение размера частиц более 15 мм приводит к существенному ослаблению механической прочности брикетов, падению металлургических преимуществ по сравнению с чугуном.

П р и м е р. На конвейерной линии заливки чугуна в движущиеся формы засыпают окатыши офлюсованного железорудного концентрата состава: ≥80 мас. % - Fe₂O₃; CaO+MgO = 15 мас. % ; SiO₂-Al₂O₃ = 4-5 мас. % и заполняют их жидким чугуном, далее застывшие "чушки", брикеты чугуна заваливают в составе шихты в 100 т сталеплавильную печь, например в количестве 150 - 350 кг/т стали, и расплавляют.

В таблице приведены примеры состава предложенного композиционного материала, не исключающего другие варианты в объеме формулы изобретения.

Из данных таблицы видно, что применение нового композиционного шихтового материала дает лучшие металлургические показатели на сталях, чувствительных к цветным и вредным элементам (Al, N и др. ), уменьшает время плавления и содержание серы и фосфора, стабилизирует процесс плавки, содержание углерода, увеличивает качество готовой стали (время до разрушения возрастает в несколько раз). (56) Авторское свидетельство СССР N 1250582, кл. С 21 С 5/52, 1986.

Сущность изобретения: материал состоит из металлической основы железорудной части. В качестве металлической основы используют чугун, а железорудная часть представляет собой окатыши из офлюсованного железорудного концентрата с содержанием в нем CaO + MgO в пределах 5 - 25 мас. % . Фракция окатышей составляет 5 - 15 мм. Железорудные окатыши заплавлены чугуном в соотношении чугун: окатыши (3 : 5) : 1. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. КОМПОЗИЦИОННЫЙ ШИХТОВЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОЙ СТАЛИ, включающий чугун с заплавленными в нем железорудными окатышами при их соотношении (3 - 5) : 1, отличающийся тем, что в качестве железорудных окатышей используют офлюсованный железорудный концентрат с содержанием в нем CaO + MgO в пределах 5 - 25% . 2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что окатыши офлюсованного железорудного концентрата берут фракцией 5 - 15 мм.