СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПЕЧИ Российский патент 1998 года по МПК C21C5/52 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к технологии выплавки стали в электродуговых печах.

Основными материалами для производства электростали в электродуговых печах являются стальной лом, легированные отходы, передельный чугун, шлакообразующие, твердые окислители, раскислители и науглероживатели [1]. Чтобы ускорить процессы окисления фосфора, кремния, марганца и избыточного углерода и их удаление в шихте электродуговых печей используют различные твердые окислители и основные шлакообразующие: кусковую железную руду, агломерат, окатыши, известь или известняк [1, c.99]. Для ускорения процесса удаления фосфора и серы в окислительный период плавки необходимо организовать образование высокоосновного жидкоподвижного шлака с повышенным содержанием закиси железа. Наряду с твердым окислителем и основными флюсами для интенсификации процесса шлакообразования применяют плавиковый шпат [1, c.96-120].

К существенным недостаткам типовой технологии выплавки стали в электродуговых печах относится:
высокая стоимость железорудных материалов и извести;
необходимость использования дополнительных количеств основных компонентов шихты на офлюсование кислой пустой породы железорудных окислителей;
повышенные затраты электроэнергии на разложение CaCO₃ в случае применения известняка или на удаление недопала извести:
обогащение стали водородом в случае использования в качестве флюса извести, так как в процессе ее транспортировки и хранении происходит гашение по реакции CaO+H₂O=Ca(OH)₂, наблюдается обогащение стали водородом с образованием флокенов [1, c.98].

Известны попытки заменить железную руду или агломерат на окалину от проката углеродистых сталей, которая содержит высокое содержание железа и является чистым от пустой породы источником кислорода. Недостаток окалины - ее легковесность, вследствие чего она задерживается на поверхности шлама. Сухая брикетированная окалина была бы ценным заменителем известных твердых окислителей, но из-за отсутствия высокопроизводительных установок для брикетирования этот способ интенсификации плавки и снижения затрат на выплавку электростали не нашел распространения [1, с.98-99].

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату способа интенсификации процесса электроплавки является совмещение дефосфорацин с плавлением за счет завалки извести и руды в печь вместе с металлошихтой [1, c.109].

Однако этот способ не избавляет от использования дорогостоящих материалов в извести, а также от применения дефицитного и экологически опасного плавикового шпата, дополнительного расхода извести на офлюсование пустой породы окислителя. Для ускорения окислительных процессов и повышения производительности печи в жидкий металл вдувают реагенты в порошкообразном виде. В качестве порошкообразных материалов используют 75% извести, 15% оксидов железа и 10% плавикового шпата. При этом расход плавикового шпата, дефицитного и экологически вредного компонента составляет 4 кг/т стали [3, с. 219].

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, - снижение материальных и энергетических затрат на выплавку электростали, интенсификация процесса окисления примесей и удаления фосфора, серы за счет ускоренного образования жидкоподвижного высокоосновного шлака (CaO/SiO 2,0). Это достигается тем, что в завалку шихты и на обновление окислительного шлака вводится легкоплавкий углеродсодержащий комплексный флюс (УКФ) на ферритно-кальциевой основе в количестве 2-4 и 1-4% от ее массы соответственно. Предлагаемое техническое мероприятие позволяет одновременную замену дорогостоящих твердых железорудных окислителей и извести на дешевый углеродсодержащий комплексный флюс (УКФ) на ферритно-кальциевой основе (2,4 с.28-29, 32-33) следующего химического состава, мас.%: Fe общ. 30-40; FeO 10-18; CaO 25-30; MgO 4-6; SiO 3-6; MnO 0,15-0,35; C ост. 0,5-3,5. Конвертерный шлам является исходным компонентом для получения УКФ и его расход определяется из расчета получения того или иного содержания железа в УКФ. При завалке в печь с металлошихтой (2-4% от металлозавалки) наблюдается сокращение длительности периода и ускорение окисления примесей металла за счет быстрого шлакообразования с образованием высокоосновного ферритно-кальцевого шлака. Шлаки с модулем основности CaO/SiO 2,0 характеризуются высокой жидкоподвижностью и высокой ассимилирующей способностью к SiO, PO и MnO [4, с.8-13]. Предлагаемая технология значительно сокращает время плавки, экономит расход шлакообразующих и ферросплавов, значительно снижает финансовые затраты на шихтовые материалы.

Пример. В условиях ЭСПЦ АО"НЛМК" проведены опытные плавки. На плавках с использованием УКФ в печь загружали 95 т металлолома, 10 т чушкового чугуна и 3,5 т УКФ. После загрузки металлошихты и УКФ шихта расплавлялась и при содержании углерода в расплавленном металле 0,20% для обновления шлака в печь дополнительно загружают 1,0 т УКФ. При суммарном количестве металлошихты 105 т выход жидкого металла составил 96,7% против 96% на сравнительных плавках с железорудным агломератом и известью. При этом на опытных плавках экономия железорудного агломерата составила в среднем 43 кг/т стали, плавикового шпата 0,7 кг/т стали, извести 21,6 кг/т стали. Время расплавления снизилось с 2 ч 40 мин - 2 ч 54 мин до 2 ч 30 мин - 2 час 35 мин. Общий расход УКФ на плавку составил 78-80 кг/т стали.

Снижение себестоимости стали от экономии железорудных окислителей, извести, шпата без учета экономии ферросплавов составило:
(43 кг/т • 171884 р/т + 0,7 кг/т • 572874 р/т + 21,6 кг/т • 237899 р/т) - 80 кг/т • 60512 р/т = 12930,64 р/т стали.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к способам выплавки стали в электродуговых печах. С целью снижения материальных и энергетических затрат, интенсификации процесса выплавки стали в электродуговых печах предложено использовать в составе шихты легкоплавкий углеродсодержащий комплексный флюс на ферритно-кальциевой основе (УКФ). Замена твердых железосодержащих окислителей и основных флюсов на 2-4% от массы металлошихты в металлозавалку и 1-4% от массы металлошихты на обновление окислительного шлака легкоплавкого углеродсодержащего комплексного флюса (УКФ) обеспечивает быстрое наведение высокоактивного шлака с модулем основности СаО/Si0₂ ≥ 2,0 и интесифицирует процессы окисления примесей и ассимиляцию продуктов окисления. За счет использования (УКФ) в 100 т электродуговых печах экономия железорудного агломерата составила в среднем 43 кг/т, плавикового шпата 0,7 кг/т, извести 21,6 кг/т. Время расплавления металлошихты снизилось на 6,0-6,25%.

Способ выплавки стали в электродуговой печи, включающий завалку металлошихты, твердого окислителя и основного флюса, периоды плавления, окисления, обновления шлака и рафинирование металла, отличающийся тем, что в качестве твердого окислителя и основного флюса используют легкоплавкий углеродсодержащий комплексный флюс на ферритно-кальциевой основе, который присаживают в завалку металлошихты в количестве 2 - 4% от массы металлошихты и во время обновления шлака в количестве 1 - 4% от массы металлошихты.