СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ В ПОДОВЫХ ПЕЧАХ Российский патент 2002 года по МПК C21C5/52 C21C5/04 

Изобретение относится к области металлургического производства, а именно к области выплавки стали.

Известны способы выплавки стали в подовых печах (электродуговых, индукционных, мартеновских). Производство стали включает этапы: завалка металлошихты (лома металла и чугуна); плавление; рафинирование расплавленного металла; раскисление и легирование. Плавление лома металла и чугуна осуществляется в окислительной атмосфере. Рафинирование проводится за счет повышенного содержания углерода при расплавлении металла [1].

Недостатки этих способов выплавки связаны с тем, что:
- расплавление металлической части шихты происходит в окислительной атмосфере, что приводит к значительному угару лома металла (до 10 -15% от массы завалки и более);
- рафинирование проводится монооксидом углерода, образующимся в результате окисления избытка углерода в расплаве. Монооксида углерода недостаточно для эффективного удаления из стали неметаллических включений, газов и выравнивания температуры расплава. Для получения высококачественной стали часто требуется проведение дополнительной внепечной обработки (вакуумирование, продувка инертным газом и др.).

Известен способ выплавки стали, при котором в печь дополнительно вводят углеродсодержащие брикеты из мелочи металлизованных окатышей [2]. Этот способ не решает проблемы утилизации вторично окисленных железосодержащих материалов.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является выплавка железоуглеродистых сплавов в сталеплавильных печах, включающая закрытие подины слоем шихтовых материалов, загрузку карбюризатора, металлической шихты, плавление и науглероживание шихты в присутствии свежевосстановленного железа, получаемого при восстановлении карбюризатором загруженного в печь окисленного железа [3].

Однако это не решает проблемы снижения угара и улучшения качества выплавляемого металла.

Задача изобретения - создание способа выплавки стали, обеспечивающего снижение угара и повышение качества металла.

Технический результат изобретения - снижение угара металла и повышение качества получаемой стали без применения внепечной обработки.

Указанный технический результат достигается тем, что перед завалкой металлошихты на подину печи загружается генератор газа - восстановителя (СО) в виде железоуглеродистых брикетов, состоящих из смеси компонентов, мас.%: 70 - оксиды железа, 30 - углеродсодержащие материалы, 5-10 - связующее вещество сверх 100% в виде концентрата кальцинированной соды и суглинка, взятых в соотношении 1: 6. Затем загружается металлошихта со шлакообразующими компонентами. Количество брикетов 2-10 мас.% от массы металлошихты.

В качестве оксидов железа могут быть использованы материалы из группы: стальная окалина, железосодержащая металлургическая пыль, железная руда и т. п. В качестве углеродсодержащих материалы из группы: электродный бой, отходы алюминиевого производства, каменноугольная и коксовая пыль и т.п.

В процессе технологического нагрева при плавке внутри брикета начиная от температуры 600^oС и выше идет газификация углерода с образованием газа - восстановителя, сначала за счет кислорода, находящегося в порах брикета, по реакции 2С+О₂= 2СО, затем идет поэтапное восстановление железа из оксидов в последовательности
Fе₂О₃-->Fе₃O₄-->FeO-->Fe.

Восстановленное железо переходит в расплав. Образующийся на каждом этапе газ СО₂ обеспечивает дальнейшую газификацию углерода в брикете по реакции
С+СO₂=2СО.

При указанных соотношениях оксидов железа и углеродсодержащих материалов в составе брикетов газ-восстановитель (СО), выделяющейся из 1 т брикетов в количестве до 700 м³ (при нормальных условиях), заполняет плавильное пространство печи и способствует снижению угара металла в период его плавления. Выделение монооксида углерода идет в течение всего периода плавки, что способствует очищению металла от неметаллических включений и газов, перемешиванию расплава и выравниванию его температуры.

Пример. Использовали брикеты состава, маc.%: 70 - стальная окалина (72% Fe), 30 - углеродсодержащий материал (75% С), 5-10 - связующее вещество сверх 100% в виде концентрата кальцинированной соды и суглинка в соотношении 1: 6. Компоненты брикетов предварительно измельчали, перемешивали (с добавлением жидкого стекла) и сушили при 250-300^oС.

Брикеты загружали навалом на подину печи типа ДСП-25Н, затем заваливали старый металлический лом. Плавки вели по технологии, принятой на металлургическом заводе "Красный Октябрь" (Волгоград). Количество железоуглеродистых брикетов, загружаемых на каждую плавку, рассчитывали с учетом содержания углерода в металлошихте и количества углерода, требуемого в расплаве. Значения абсолютного угара металла в плавках, проведенных с использованием брикетов, приведены в табл. 1, без использования брикетов - в табл. 2.

Из табл.1 и 2 видно, что при использовании железоуглеродистых брикетов в плавках в количестве 2 - 10% от массы металлошихты средняя величина угара снижается на 38%. Снижение угара металлошихты объясняется наличием в плавильном пространстве печи газа-восстановителя СО, который выделяется из брикетов при технологическом нагреве их в период плавки. В табл. 3 и 4 представлены загрязненность и механические свойства сталей, выплавленных с использованием брикетов. Из табл. 3 и 4 видно, что степень загрязненности сталей всеми видами неметаллических включений существенно ниже нормативных значений, прочностные свойства, ударная вязкость и пластичность находятся на уровне верхних значений нормативных требований.

Такое сочетание механических свойств сталей и их высокая металлографическая чистота объясняются наличием рафинирующего эффекта, который создается в результате прохождения через расплав металла газа СО, генерируемого в брикетах в течение всего периода плавки.

Источники информации
1. Крамаров А. Д. Производство стали в электропечах. -М.: Металлургия, 1969.

2. Авт. св. СССР 1638176, 30.11.88.

3. Патент РФ 2055908, 10.03.96.

Изобретение предназначено для использования в металлургическом производстве. Плавку металлошихты выполняют в присутствии железоуглеродистых брикетов (ЖУБ), содержащих, в мас.%: 70 - оксидов железа, 30 - углеродсодержащего вещества и связующее вещество - 5-10 сверх 100% - в виде концентрата кальцинированной соды и суглинка, генерирующих при нагреве восстановительную газовую среду (СО). ЖУБ загружают на подину печи в количестве 2-10 мас.% от массы металлошихты. Технический результат - снижение угара металлошихты и повышение качества металла за счет снижения степени загрязнения стали оксидными неметаллическими включениями, повышение прочности и пластичности сплава. 4 табл.

Способ выплавки железоуглеродистых сплавов в подовых печах, включающий загрузку на подину печи углеродсодержащих материалов и материалов, содержащих оксиды железа в качестве генератора газа-восстановителя, завалку металлошихты, их нагрев и выдержку в восстановительной среде, отличающийся тем, что генератор газа-восстановителя загружают в количестве 2-10 мас. % от массы металлошихты в виде железоуглеродистых брикетов, в которые дополнительно вводят связующее вещество, состоящее из концентрата кальцинированной соды и суглинка, взятых в соотношении, равном 1: 6, при следующем содержании компонентов, мас. %:
Оксиды железа - 70
Углеродсодержащее вещество - 30
Связующее вещество - 5-10 сверх 100%