СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В ДУГОВЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧАХ ИЗ МЕТАЛЛОЛОМА Российский патент 1998 года по МПК C21C5/52 

Изобретение относится к области металлургии, точнее к производству стали в дуговых сталеплавильных электропечах, и может быть использовано при производстве стали с использованием лома.

Известен способ [1] выплавки стали из лома, заключающийся в том, что в печь на подину загружают уголь и известь, а сверху металлолом. При плавлении лома дугами через окно с помощью фурмы вдувают кислород или газокислородную смесь. Одновременно через подину может вдуваться инертный газ. Положение фурмы меняется с помощью манипулятора.

Недостатком указанного способа является повышенный расход электроэнергии при проплавке лома и извести и нагреве угля, а также повышенный расход угля за счет его сгорания при вдувании кислорода или газокислородной смеси.

Наиболее близким к предлагаемому принятому за прототип способу выплавки стали из металлолома в дуговых электрических печах по технической сущности и достигаемому результату является способ [2] выплавки стали из металлолома в дуговых электропечах, включающий загрузку на подину печи 70% металлолома от общей массы завалки, расплавление и последующую подвалку второй порции металлолома с одновременным вдуванием в жидкую ванну в струе азота железосодержащего материала, обеспечивающего ускорение плавления второй порции металлолома. Недостатком прототипа является то, что в качестве железосодержащего материала для обеспечения ускорения плавления второй порции металлолома используют материал, содержащий недостаточное количество активных элементов, обладающих большим химическим сродством к железу и кислороду, что не позволяет получить существенного теплового эффекта, необходимого для ускорения расплавления второй порции металлолома, и ведет к увеличению расхода электроэнергии.

Желаемым техническим результатом описываемого изобретения является снижение затрат на выплавку качественной стали за счет времени и расхода электроэнергии, а также улучшение экологической обстановки в цехе за счет утилизации отходов.

Это достигается тем, что в известном способе выплавки стали в дуговых электропечах из металлолома, включающем загрузку на подину печи 70% металлолома от общей массы завалки, расплавление и последующую подвалку второй порции металлолома с одновременным вдуванием в жидкую ванну в струе азота железосодержащего материала, обеспечивающего ускорение плавления второй порции металлолома по изобретению, в качестве железосодержащего материала, обеспечивающего ускорение плавления второй порции металлолома, в струе азота вдувают порошкообразную экзотермическую смесь, содержащую 20-70% окислов железа в виде порошкообразной железной руды, окалины или пыли дымоходов металлургических печей и восстановитель - остальное, в количестве 5-100% от массы второй порции металлолома.

При этом желательно использовать порошкообразную экзотермическую смесь фракции 0,01-3,00 мм.

Предлагаемый способ выплавки стали в дуговых электрических печах включает загрузку в жидкую ванну металлического лома с одновременным вводом в струе азота порошка экзотермической смеси. В качестве экзотермической смеси использую составы, содержащие элементы с высоким тепловым эффектом восстановления окислов (например, кальций, алюминий и др.), что позволяет увеличить количество тепла, выделяющегося на единицу веса смеси до 420 ккал/кг. Это делает возможным проведение расплавления вводимого в жидкую ванну металлолома без существенного снижения температуры жидкой стали.

Материалы, входящие в состав экзотермической смеси, необходимо измельчать до размера фракций 0,01-3 мм и вводить в жидкую сталь в количестве до 100% от массы вводимого металлолома.

Сущность применения экзотермической смеси для поддержания температуры жидкой стали заключается в том, что при температуре жидкой стали железо восстанавливается из окислов - (окалины, пыли дымоходов, измельченной железной руды) при помощи восстановителей - (кальция, кремния, силикокальция, алюминия и углерода) с выделением большого количества тепла. Восстановление железа происходит тем полнее и быстрее, чем больше поверхность взаимодействия между окислами железа и восстановителями, т.е. чем больше измельчены материалы. Применение экзотермических смесей позволяет ускорить процесс плавки и уменьшить за счет применения азота расход восстановителей в экзотермической смеси.

Для определения эффективности предлагаемого способа выплавки стали из лома была проведена опытно-промышленная плавка в 10 тонной электрической дуговой печи. В расплавленный металл, имеющий состав: 0,10% C, 0,20% Si, 0,50% Mn, 0,025% P, 0,25% S, 0,23% Cr, 0,25% Ni, 0,05% Cu, массой 7 т, что составляло 70% от общей массы загрузки печи, загружали вторую порцию металлолома такого же состава в количестве 2 т, что составляло 20% от общей массы загрузки печи, с одновременным вдуванием в печь с помощью инжектора в струе азота порошкообразной экзотермической смеси фракции 0,01-3,00 мм, содержащей 20-70% окислов железа в виде порошкообразной железной руды, окалины или пыли дымоходов металлургических печей и восстановителя - остальное, в количестве 2 т, что составляло 100% от массы второй порции металлолома. При этом минимальное количество экзотермической смеси не должно быть менее 5% от массы второй порции металлолома.

При содержании окислов железа в экзотермической смеси менее 20% экзотермическая реакция протекает с малой скоростью, что приводит к снижению температуры стали вплоть до температуры ее затвердевания. При содержании окислов железа в экзотермической смеси более 70% затрудняется передача тепла от экзотермической смеси к жидкому металлу из-за низкой теплопроводности избыточной по отношению к стехиометрии массы окислов железа. В обоих случаях снижается производительность печи.

В качестве восстановителя использовали порошкообразные уголь, кокс, графит, кремний, кальций, алюминий.

При вдувании порошкообразной экзотермической смеси в количестве менее 5% от массы второй порции металлолома процесс не эффективен из-за малого тепловыделения. При вдувании порошкообразной экзотермической смеси в количестве более 100% от массы второй порции металлолома процесс его плавления замедляется из-за повышенного шлакообразования, что приводит к увеличению расхода электроэнергии на 1 т выплавляемой стали.

Вдувание порошкообразной экзотермической смеси фракции менее 0,01 мм приводит к повышению ее летучести и удалению из расплава вместе с пузырьками несущего газа в их объемах, а также к ухудшению экологической обстановки в цехе. При использовании фракции более 3 мм экзотермическая реакция замедляется, что приводит к потере производительности печи.

Расход азота составил 22 л на 1 кг смеси при давлении батм. Вдувание смеси в течение 10 ми. В результате введения смеси температура жидкого металла при расслаивании второй порции металлолома не понизилась и осталась равной 1580^oC. Длительность полного расплавления второй порции металлолома сократилась на 10 мин. Одновременно из окислов было восстановлено около 1 т железа.

Далее плавку проводили по обычной технологии, включающей окислительный и восстановительный периоды и выпуск.

При выплавке металла по прототипу расход электроэнергии на полное расплавление всей завалки составил 500 кВт•час/т, против 480 кВт•час/т в предложенном способе. Время от момента загрузки первой порции лома до начала окислительного периода составило при плавке согласно предлагаемому способу 80 мин, а согласно прототипу - 90 мин.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет выплавлять качественную сталь, используя отходы металлургического производства (окалина, пыль дымоходов металлургических печей), существенно снизить затраты на выплавку металла за счет сокращения времени плавки и расхода электроэнергии и улучшить экологическую обстановку в цехе за счет утилизации отходов.

Предлагаемый способ выплавки стали в дуговых печах из металлолома прошел опытно-промышленные испытания и рекомендован к промышленному внедрению на АО "Серп и Молот".

Использование: в области черной металлургии при производстве углеродистых и легированных сталей. Сущность изобретения: по способу выплавки стали из металлолома в дуговых электропечах загружают на подину печи 70% металлолома от общей массы завалки, расплавляют его. Затем осуществляют подвалку второй порции металлолома и одновременно вдувают в жидкую ванну в струе азота порошкообразную экзотермическую смесь (ПЭС) фракции 0,01 - 3,00 мм в количестве 5 - 100% от массы второй порции металлолома. (ПЭС) содержит 20 - 70% окислов железа в виде порошкообразной железной руды, окалины или пыли дымоходов металлургических печей и восстановитель - остальное. (ПЭС) обеспечивает ускорение плавления второй порции металлолома. 1 з.п.ф-лы.

1. Способ выплавки стали в дуговых электропечах из металлолома, включающий загрузку на подину печи 70% металлолома от общей массы завалки, расплавление и последующую подвалку второй порции металлолома с одновременным вдуванием в жидкую ванну в струе азота железосодержащего материала, обеспечивающего ускорение плавления второй порции металлолома, отличающийся тем, что в качестве железосодержащего материала, обеспечивающего ускорение плавления второй порции металлолома, в струе азота вдувают порошкообразную экзотермическую смесь, содержащую 20 - 70% окислов железа в виде порошкообразной железной руды, окалины или пыли дымоходов металлургических печей и восстановитель - остальное, в количестве 5 - 100% от массы второй порции металлолома. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют порошкообразную экзотермическую смесь фракции 0,01 - 3,00 мм.