СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СИНТЕТИЧЕСКОГО ШЛАКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ СТАЛИ Российский патент 1995 года по МПК C21C5/54 C21C5/06 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее, к выплавке синтетического шлака для обработки жидкой стали, предназначенной для непрерывной разливки.

Наиболее близким по технической сущности является способ выплавки синтетического шлака для обработки стали, включающий периодическую загрузку в электропечь шихты из шлакообразующих материалов, расплавление их в электропечи и периодический выпуск расплава в ковш. При этом в процессе выплавки не производят обновление атмосферы в объеме печи над зеркалом расплава, а также не производят присадку в расплав материалов, способствующих уменьшению содержания легковосстановимых оксидов в расплаве (см. Войнов С.Г. и др. Рафинирование стали синтетическими шлаками. М. : Металлургия, 1970, с. 135-141).

Недостатком известного способа является низкая стойкость футеровки электропечи и неудовлетворительное качество стали после ее обработки синтетическим шлаком. Это объясняется тем, что в первом случае происходит интенсивное разъедание футеровки вследствие окисления графита, входящего в состав футеровки, оксидами железа и хрома, имеющимися в шихте при ее расплавлении. Эти оксиды при повышенном содержании вызывают загрязнение стали неметаллическими включениями при ее обработке синтетическим шлаком. Все это приводит к браку непрерывнолитых слитков по механическим и другим свойствам. Кроме того, повышенное содержание примесей оксидов титана снижает потребительские свойства, например, динамной стали в части электромагнитных характеристик.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в повышении стойкости футеровки электропечи для выплавки синтетического шлака, а также в улучшении качества непрерывнолитых слитков за счет уменьшения содержания в них неметаллических включений и содержания титана, в частности, в слитках из динамной, некоторых коррозионностойких сталей и других.

Указанный технический эффект достигают тем, что периодически загружают в электропечь шихту из содержащих оксиды железа, хрома и титана шлакообразующих материалов, расплавляют ее в электропечи и периодически выпускают расплав в разливочный ковш.

В процессе выплавки синтетического шлака в объем печи над зеркалом расплава непрерывно подают нейтральный газ, например, азот, с расходом 0,05-0,20 м³/мин на каждый 1 м³ объема электропечи над зеркалом расплава. После очередной загрузки шихты в электропечь в расплав подают углеродсодержащий материал, например, кокс с содержанием углерода в количестве, определяемом по зависимости:
m = ( 2 - 20 )˙( 2Cr₂O₃ +
+ 1,4FeO + 3,8TiO₂ ) где m - масса углерода в подаваемом углеродсодержащем материале, кг на тонну загружаемой шлакообразующей шихты;
Cr₂O₃; FeO и TiO₂ - процентное по массе содержание оксидов в загружаемой шихте, мас.%;
(2-20) - эмпирический коэффициент, учитывающий характеристики процесса восстановления оксидов при выплавке синтетического шлака, кг/т, %;
2; 1,4 и 3,8 - коэффициенты стехиометрии реакций, учитывающие различное участие оксидов в окислении подаваемого в электропечь углерода.

После подачи углеродсодержащего материала периодически продувают расплав нейтральным газом, например, аргоном 3-10 раз по одной минуте и прекращают процесс периодической продувки за 20-40 мин до очередного выпуска расплава из электропечи.

Повышение стойкости футеровки электропечи для выплавки синтетического шлака будет происходить вследствие устранения окисления графитовой футеровки электропечи легковосстановимыми оксидами, входящими в состав шихты, из-за подачи в расплав углеродсодержащего материала, например, кокса.

Улучшение качества непрерывнолитых слитков будет происходить вследствие подачи в расплав углеродсодержащего материала, что приводит к восстановлению оксидов Cr, Fe и Ti. При этом указанные элементы связываются в хромистый чугун или карбиды, которые удаляются из расплава посредством оседания на дно электропечи или на поверхность кусков кокса. При обработке стали синтетическим шлаком, очищенным от легковосстановимых оксидов, в ней не образуются неметаллические включения, что приводит к улучшению качества непрерывнолитых слитков.

Диапазон расхода нейтрального газа в пределах 0,05-0,20 м³/мин на каждый 1м³ объема электропечи над расплавом, подаваемого в объем электропечи над расплавом, объясняется закономерностями обновления газовой атмосферы в объеме электропечи. При меньших значениях расхода газа атмосфера в печи будет значительно окислительной, что сделает невозможным восстановление оксидов. Кроме того, большая часть присаживаемого кокса будет окисляться кислородом, содержащимся в атмосфере электропечи. Большие значение расхода газа устанавливать не имеет смысла, т.к. это не приведет к увеличению интенсивности восстановления оксидов, а также вызовет перерасход нейтрального газа.

Указанный диапазон устанавливают в прямой пропорциональный зависимости от объема электропечи над зеркалом металла.

Диапазон значений эмпирического коэффициента в пределах 2-20 - объясняется закономерностями процесса восстановления оксидов при выплавке синтетического шлака. При меньших значениях будет происходить неполное восстановление оксидов Сr₂O₃, FeO, TiO₂. Большие значения устанавливать не имеет смысла, т.к. при этом будет происходить перерасход углеродсодержащего материала без дальнейшего увеличения интенсивности восстановления оксидов. Кроме того, при этом возможно замыкание электродов электропечи через слой углеродсодержащего материала, находящегося на зеркале расплава.

Указанный диапазон устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от объема расплава в электропечи.

Диапазон числа продувок расплава в печи нейтральным газом в пределах 3-10 раз по одной минуте объясняется закономерностями циркуляции расплава и распределения углеродсодержащего материала в объеме расплава. При меньших значениях не будет происходить равномерного распределения подаваемого материала по объему расплава. Большие значения устанавливать не имеет смысла, т. к. при этом будет происходить перерасход инертного газа без дальнейшего усреднения распределения по объему расплава подаваемого углеродсодержащего материала.

Указанный диапазон устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от величины объема расплава в электропечи.

Диапазон значений времени от окончания продувки расплава нейтральным газом до выпуска в ковш расплава в пределах 20-40 мин объясняется необходимостью всплывания из расплава оставшихся в нем кусочков углеродсодержащего материала. При меньших значениях в расплаве будут оставаться кусочки углеродсодержащего вещества, что приведет к браку непрерывнолитых слитков по увеличенному содержанию углерода. Большие значения устанавливать не имеет смысла, т.к. при этом будет происходить переохлаждение расплава и перерасход электроэнергии.

Указанный диапазон устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от объема расплава в электропечи.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого способа с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Ниже дан вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения.

Способ выплавки синтетического шлака для обработки стали осуществляют следующим образом.

П р и м е р. В процессе выплавки синтетического шлака для обработки стали после каждого выпуска расплава периодически загружают в электропечь шихту из шлакообразующих материалов, например из смеси извести и шлака алюмотермического производства ферросплавов. Затем расплавляют шихту и периодически выпускают расплав из электропечи в сталеразливочный ковш. Полученный расплав синтетического шлака сливают в сталеразливочный ковш со сталью емкостью 170 т, предназначенной для непрерывной разливки.

При этом в конвертере выплавляют динамную сталь следующего состава:
Si - 3,0%, Al - 0,5%; C ≅0,04%, остальное Fe.

В электропечи выплавляют синтетический шлак следующего состава, %: СаО 52-55% ; Al₂O₃ 38-42% ; SiO₂ не более 3,0; FeО не более 1,0; MgO не более 3,0; Cr₂О₃ не более 2,0; TiO₂ не более 3,0.

После каждого выпуска расплава из электропечи в нее загружают шихту, содержащую, %: FeO 0,1-0,5; Cr₂O₃ 0,1-0,5; TiO₂ 0,1-3,5.

Электропечь оборудована графитовой футеровкой подины и откосов, а также водоохлаждаемыми медными холодильниками. При сливе расплава синтетического шлака в сталеразливочный ковш и при последующей продувке объема стали инертным газом происходит ее рафинирование.

В процессе выплавки синтетического шлака в объем электропечи над зеркалом расплава непрерывно подают нейтральный газ, например, азот с расходом 0,05-0,20 м³/мин на каждый 1м³ объема печи над зеркалом расплава.

В расплав подают углеродсодержащий материал, например, кокс в количестве, определяемом по зависимости:
m = ( 2 - 20 )˙( 2Cr₂O₃ +
+ 1,4FeO + 3,8TiO₂ ), где m - масса углерода в подаваемом углеродсодержащем материале, кг на тонну загружаемой шлакообразующей шихты;
Cr₂O₃, FeO и TiO₂ - процентное по массе содержание оксидов в загружаемой шихте, мас.%:
(2-20) - эмпирический коэффициент, учитывающий характеристики процесса восстановления оксидов при выплавке синтетического шлака, кг/т %;
2; 1,4 и 3,8 - коэффициенты стехиометрии реакций, учитывающие различное участие оксидов в окислении подаваемого в электропечь углерода.

После подачи углеродсодержащего материала периодически продувают расплав в электропечи нейтральным газом, например, аргоном 3-10 раз по одной минуте. Процесс периодической продувки прекращают за 20-40 мин до очередного выпуска расплава из электропечи.

После очередного выпуска расплава синтетического шлака из электропечи процесс загрузки повторяют. Газ в расплав подают через погружную трубу. При подаче в объем электропечи над зеркалом расплава нейтрального газа образуется малоокислительная атмосфера, что обеспечивает повышение эффективности восстановления оксидов находящихся в шихте.

При подаче в расплав синтетического шлака углеродсодержащего материала происходит окисление углерода и выделение в атмосферу газа в виде СО с одновременным восстановлением оксидов Cr₂O_3, FeO, TiO₂. При этом восстановленные элементы связываются в карбиды и хромистый чугун, которые оседают на дно электропечи или на кусочки кокса. В этих условиях происходит рафинирование расплава синтетического шлака. Кроме того, удаление легковосстановимых оксидов из расплава приводит к устранению окисления графитовой футеровки электропечи, а также исключает процесс образования неметаллических включений в стали за счет окисления этими оксидами элементов раскислителей.

В таблице приведены примеры осуществления способа выплавки синтетического шлака с различными технологическими параметрами.

В первом примере вследствие малой величины подаваемого в расплав углеродсодержащего материала происходит неполное восстановление оксидов, что приводит к быстрому окислению и разъеданию графитовой футеровки электропечи, а также приводит к увеличенному содержанию в обрабатываемой стали неметаллических включений.

Кроме того, вследствие малого расхода азота, подаваемого в объем электропечи над зеркалом расплава, атмосфера в этом объеме остается окислительной, что увеличивает угар кокса и снижает интенсивность восстановления оксидов.

В пятом примере вследствие большого количества подаваемого в расплав углеродсодержащего материала происходит с одной стороны его перерасход, а с другой стороны происходит замыкание электродов электропечи через слой углеродсодержащего материала и, как следствие, отключение и выход электропечи из строя. Кроме того, большой расход азота приводит к его перерасходу, большое значение времени от окончания продувки расплава до его выпуска приводит к перерасходу электроэнергии.

В шестом примере, прототипе, вследствие отсутствия подачи в расплав углеродсодержащего вещества, а также подачи инертного газа в объем электропечи под зеркалом расплава происходит быстрое окисление и разъедание графитовой футеровки электропечи, что приводит к быстрому выходу электропечи из строя. Кроме того, в этих условиях в расплаве синтетического остается большое количество легковосстановимых оксидов, что приводит к браку непрерывнолитых слитков по содержанию неметаллических включений и потребительским свойствам металлопродукций.

В примерах 2-4 вследствие подачи инертного газа в объем печи над расплавом, а также ввода в расплав углеродсодержащего материала в оптимальных пределах происходит интенсивное восстановление оксидов, находившихся в шихте. В этих условиях устраняется окисление и разъедание графитовой футеровки электропечи, а также сокращается значительное количество неметаллических включений.

Применение предлагаемого способа позволяет повысить стойкость футеровки электропечи на 30-40%, а также увеличить выход высших марок стали, например, динамной на 6-8%.

Использование: в металлургии, конкретнее, при выплавке синтетического шлака для обработки жидкой стали, предназначенной для непрерывной разливки. Сущность изобретения: при выплавке синтетического шлака периодически загружают в электропечь шихту из шлакообразующих материалов, содержащих оксиды железа, хрома и титана, расплавляют ее в электропечи и периодически выпускают расплав в разливочный ковш. В процессе выплавки синтетического шлака в объем печи над зеркалом расплава непрерывно подают нейтральный газ, например, азот с расходом 0,05 - 0,20 м³/мин на 1м³ объема электропечи над зеркалом расплава. После очередной загрузки шихты в электропечь в расплав подают углеродсодержащий материал, например, кокс с содержанием углерода в количестве, определяемом по зависимости m = (2 - 20)·(2Cr₂O₃+ 1,4FeO + 3,8TiO₂), где m - масса углерода в подаваемом углеродсодержащем материале, кг на тонну загружаемой шлакообразующей шихты; Cr₂O₃,FeO и TiO₂ - процентное содержание оксидов в загружаемой шихте, %, (2-20) - эмпирический коэффициент, учитывающий характеристики процесса восстановления оксидов при выплавке синтетического шлака, кг/т.%; 2, 1, 4 и 3,8 - коэффициенты стехиометрии реакций, учитывающие различное участие оксидов в окислении подаваемого в электропечь углерода, безразмерные. После подачи углеродсодержащего материала периодически продувают расплав нейтральным газом, например, аргоном 3-10 раз по одной минуте и прекращают процесс периодической продувки за 20-40 минут до очередного выпуска расплава из электропечи. 1 табл.

СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СИНТЕТИЧЕСКОГО ШЛАКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ СТАЛИ, включающий периодическую загрузку в электропечь шихты из содержащих оксиды железа, хрома и титана шлакообразующих материалов, ее расплавление в электропечи и периодический выпуск расплава в разливочный ковш, отличающийся тем, что в процессе выплавки синтетического шлака в объем электропечи над зеркалом расплава непрерывно подают нейтральный газ, например, азот с расходом 0,05 - 0,20 м³/мин на 1 м³ объема электропечи над зеркалом расплава, при этом после очередной загрузки шихты в электропечь в расплав загружают углеродсодержащий материал, например, кокс в количестве, определяемом по зависимости:
m = (2 - 20) · (2Cr₂O₃ + 1,4FeO + 3,8 TiO₂),
где m - масса углерода в подаваемом углеродсодержащем материале, кг на тонну загружаемой шлакообразующей шихты;
Cr₂O₃, FeO и TiO₂ - процентное по массе содержание оксидов в загружаемой шихте, %;
(2 - 20) - эмпирический коэффициент, учитывающий характеристики процесса восстановления оксидов при выплавке синтетического шлака, кг/т · %;
2; 1,4; 3,8 - коэффициенты стехиометрии реакций, учитывающие различное участие оксидов в окислении подаваемого в электропечь углерода, безразмерные,
после чего периодически продувают расплав нейтральным газом, например, аргоном 3 - 10 раз по одной минуте и прекращают процесс периодической продувки за 20 - 40 мин до очередного выпуска расплава из электропечи.