СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ Российский патент 2003 года по МПК C21C5/52 

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при выплавке стали в электродуговых печах.

Известен способ выплавки стали [1], включающий применение шлаков ферросплавного производства и окончательную корректировку по химическому составу ферросплавами, отличающийся тем, что в электродуговую печь сразу после удаления окислительного шлака вводят марганецсодержащие шлаки с отношением кремнезема к сумме окислов марганца и кальция, равным 1,5-1,9, в смеси с известью в соотношении 1:(1,5-3,0).

Недостатком способа является низкая доля заменяемых марганцевых ферросплавов.

Известен способ [2] получения марганецсодержащей стали в электродуговой печи с проведением окислительного и восстановительного периодов, включающий присадку оксидных марганецсодержащих материалов в конце окислительного периода при количестве шлака 2-4% от массы металла с основностью 2,5-4,0 и дополнительное раскисление шлака в восстановительный период.

Способ имеет несколько недостатков. После проплавления и смешивания оксидного марганецсодержащего материала с находящимся в печи окислительным шлаком общее количество шлака в печи возрастает, а концентрация марганца в шлаке оказывается значительно ниже той, что была в оксидном марганецсодержащем материале. Пониженная концентрация марганца в шлаке и увеличенное количество шлака не способствуют динамичному восстановлению и переходу марганца из шлака в металл. В результате сужается сортамент сталей, выплавляемых с полной заменой марганцевых ферросплавов, либо перед выпуском плавки шлак получается недостаточно раскисленным, что снижает качество стали и затрудняет попадание в заданный химический состав. Кроме того, оставление в печи шлака окислительного периода приводит к дополнительному расходу раскислителей, что снижает экономическую эффективность прямого легирования.

Наиболее близким к заявляемому является способ выплавки стали [3] в электродуговой печи, включающий завалку шихты, плавление, окислительный период, скачивание окислительного шлака, восстановительный период с присадками оксидных марганецсодержащих материалов и извести, в котором вначале раскисляют металл, затем вводят оксидный марганецсодержащий материал, а после его проплавления дают известь вместе с ферросилицием.

Недостатки известного способа следующие:
- Восстановление из шлака оксидов марганца и сопутствующих им оксидов железа проводится только кремнийсодержащими ферросплавами - относительно дорогостоящими восстановителями.

- Рассредоточение во времени присадок ферросилиция снижает скорость восстановления марганца из-за невысоких концентраций кремния в металле в начале восстановительного периода. Вследствие чего при повышенных расходах оксидных марганецсодержащих материалов перед выпуском плавки распределение марганца между шлаком и металлом может существенно отличаться от равновесия. Это снижает стабильность попадания в заданный химический состав после выпуска плавки в ковш. В результате сортамент сталей, выплавляемых с полной заменой марганцевых ферросплавов оксидными материалами, ограничивается содержанием марганца в стали до 1%.

Задачей изобретения является: снижение расхода ферросилиция и расширение сортамента сталей, выплавляемых с полной заменой марганцевых ферросплавов прямым легированием из оксидных марганецсодержащих материалов.

Решение задачи возможно при частичной замене ферросилиция коксовой мелочью и интенсификации кинетических процессов перехода марганца из шлака в металл.

Поставленная задача решается следующим образом: выплавка стали включает завалку шихты, плавление, окислительный период, скачивание окислительного шлака, ввод оксидных марганецсодержащих материалов, ферросилиция и извести. Согласно изобретению после скачивания окислительного шлака присаживают оксидный марганецсодержащий материал, в качестве которого используют марганцевую руду в количестве 10-40,1 кг/т стали, затем присаживают на шлак коксовую мелочь в количестве 8-16% от массы оксидного марганецсодержащего материала, через 10-20 мин присаживают мелочь ферросилиция марок ФС45, ФС65, ФС75 в количестве, обеспечивающем содержание кремния в металле ближе к верхнему пределу марочного химического состава, после чего присаживают известь из расчета получения шлака основностью 1,5-1,8.

Количество оксидного марганецсодержащего материала определяется процентным содержанием марганца в готовой стали.

Введение ферросилиция в печь ранее чем через 10 мин после присадки коксовой мелочи приводит к повышенному расходу ферросилиция, так как кремний ферросилиция вступает в реакцию с непрореагировавшим с углеродом Мn₃O₄. Введение ферросилиция в печь позже, чем через 20 мин после присадки коксовой мелочи, приводит к увеличению длительности плавки и повышенному расходу электроэнергии.

Использование углесиликотермического восстановления оксидов марганца из марганецсодержащего оксидно-шлакового расплава позволяет снизить расход дорогостоящего кремния и повысить полезное использование кремния до 95-98% за счет восстановления высших оксидов марганца, которые имеются в расплаве, до МnО, и частичного восстановления имеющегося в марганцовистом оксидно-шлаковом расплаве оксида железа FeO. При введении на марганецсодержащий расплав мелочи кокса идут реакции
(Мn₃O₄)+С=3(MnO)+{СО};
(FeO)C=[Fe}+{CO}.

Введение кокса в количестве менее 8% от массы марганцевой руды не обеспечивает полное восстановление оксидов Мn₃O₄ до МnО. Увеличение доли кокса сверх 16% от массы используемой марганцевой руды приводит к науглероживанию стали.

Кремний ферросилиция используется преимущественно только на восстановление оксида марганца МnО.

(МnО)+Si=[Мn]+(SiO₂).

Данная технология позволяет выплавлять сталь с содержанием марганца до 2% без использования стандартных марганцевых ферросплавов методом прямого легирования стали оксидными марганецсодержащими материалами. В качестве оксидного марганецсодержащего материала необходимо использовать низкофосфористую марганцевую руду в количестве 10-40,1 кг/т стали в зависимости от содержания марганца в готовой стали, повысить качество стали за счет снижения загрязненности неметаллическими включениями, повысить полезное использование кремния до 95-98%, повысить сквозное извлечение марганца до 90-95%.

Основность шлака менее 1,5 снижает полноту восстановления марганца, так как в марганецсодержащем расплаве оксид марганца находится в виде соединений MnO•SiO₂.

Увеличение основности сверх 1,8 приводит к повышенному расходу извести, что в свою очередь приводит к увеличению количества марганецсодержащего оксидно-шлакового расплава и снижению концентрации оксида марганца в нем, в результате снижается полнота восстановления марганца.

Пример.

Сталь различных марок с различным содержанием марганца выплавляли В дуговой электропередачи ДСП-25. После скачивания окислительного шлака в печь присаживали марганцевую руду состава 41,9% Mn, 8% Fe, 16% SiO₂, 3,5% CaO, 0,6% P. По расплавлению окисленного материала на его поверхность вводили коксовую мелочь в количестве 10% от веса марганцевой руды. После 10-минутной выдержки вводили ферросилиций, затем присаживали известь. Показатели плавок представлены в таблице.

Из таблицы видно, что при прямом легировании стали с использованием оксидных марганецсодержащих материалов можно выплавлять сталь с содержанием марганца от 0,52 до 1,89%, количество вводимой руды определяется содержанием марганца в готовой стали. Для получения в готовой стали 0,52, 1,42 и 1,88% Mn вводили соответственно 10,3, 30,3 и 40,1 кг/т стали марганцевой руды. Извлечение марганца при этом было в пределах 90 - 97,2%.

Таким образом, прелагаемая технология позволяет полностью исключить использование стандартных марганцевых сплавов при выплавке стали в дуговой печи с содержанием марганца до 2%.

Использование углекислотермического восстановления позволяет получать стабильно высокое полезное использование кремня, которое составляет 95,3 - 98,0%. Кремний используется на раскисление стали и на восстановление оксида марганца MnO, что в свою очередь приводит к снижению расхода кремния.

Источники информации
1. А. с. СССР 1216216, кл. С 21 С 5/52, 1983 (07.03.86, Бюл. 9). Способ легирования стали. В.И. Людниковский, А.Н. Самсонов, Е.И. Тюрин и др.

2. Патент Российской Федерации 2016064, кл. С 21 С 5/52, 1989 (15.07.94, Бюл. 13). Способ получения марганецсодержащих сталей. Козырев Н.А., Годик Л. А., Катунин А.И. и др.

3. А.с. СССР 1776053, кл. С 21 С 5/52, 1990 (27.10.95, Бюл. 30). Способ выплавки стали в электродуговой печи. Наконечный А.Я., Романенко В.И., Певцова В.М. и др.

Изобретение относится к черной металлургии и может использоваться при выплавке стали в электродуговых печах. Технический результат - снижение расхода ферросилиция и расширение сортамента сталей, выплавляемых с полной заменой марганцевых ферросплавов прямым легированием из оксидных марганецсодержащих материалов. Способ выплавки стали включает завалку шихты, плавление, окислительный период, скачивание окислительного шлака, ввод оксидных марганецсодержащих материалов, ферросилиция и извести. В качестве оксидного марганецсодержащего материала присаживают марганцевую руду в количестве 10-40,1 кг/т стали. После расплавления марганцевой руды на поверхность шлака вводят коксовую мелочь в количестве 8-16% от веса марганцевой руды, после 10-20-минутной выдержки вводят ферросилиций, затем вводят известь из расчета получения шлака основностью 1,5-1,8. 1 табл.

Способ выплавки стали, включающий завалку шихты, плавление, окислительный период, скачивание окислительного шлака, присадку оксидного марганецсодержащего материала, ферросилиция и в качестве шлакообразующего материала - извести, отличающийся тем, что в качестве оксидного марганецсодержащего материала присаживают марганцевую руду в количестве 10-40,1 кг/т стали, после ее расплавления на поверхность образовавшегося шлака дают коксовую мелочь в количестве 8-16% от массы марганцевой руды, после 10 - 20-минутной выдержки вводят ферросилиций, затем присаживают известь из расчета получения шлака основностью 1,5-1,8.