СПОСОБ ВЫПЛАВКИ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ ДУПЛЕКС-ПРОЦЕССОМ Российский патент 2006 года по МПК C21C5/52 C21C7/76 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способам производства нержавеющей стали дуплекс-процессом, и может быть использовано при выплавке высокохромистого (более 9% хрома) полупродукта в электродуговой печи с последующим его рафинированием в конвертерах с донным дутьем (процессы AOD, CLU, KCB-S и др.).

Известен способ снижения содержания хрома в шлаке при выплавке нержавеющей стали в дуговой электропечи, включающий расплавление стального лома и легирующих добавок, выпуск расплавленной стали и шлака в ковш, отделение шлака от металла, удаление печного шлака из ковша, заливку расплавленной стали из ковша в конвертер для рафинирования и регулирования ее состава посредством добавления легирующих элементов. В этом способе, для снижения содержания хрома в шлаке в период между расплавлением шихты и выпуском расплава, на шлак и (или) в шлак добавляется тонкоизмельченный гранулированный ферросилиций фракцией 0,1-5,0 мм, предпочтительней 0,3-3,0 мм (1). Данный способ наиболее близок по технической сущности к изобретению и принят за прототип.

К недостаткам известного способа следует отнести недостаточно высокую эффективность перемешивания печного шлака с присаживаемыми раскислителями. Другим недостатком данного способа является использование для восстановления хрома из шлака более дорогих раскислителей, требующих дополнительных затрат на производство (дробление ферросилиция, рассев, грануляция и т.д.). Степень извлечения хрома из шлака по этому способу составляет не менее 50%.

Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является сокращение потерь хрома при выплавке высокохромистого полупродукта в электродуговой печи, а также снижение расхода дорогостоящих ферросплавов для легирования стали.

Получение достаточно низкого содержания окислов хрома в печном шлаке (не более 3,0%) обеспечивается использованием относительно недорогих и достаточно эффективных раскислителей, а также интенсивным перемешиванием присаживаемых раскислителей со шлаком.

Поставленная задача достигается тем, что предлагается способ выплавки нержавеющей стали дуплекс-процессом, включающий расплавление стальных отходов и легирующих добавок, раскисление и вспенивание шлака в электропечи, восстановление в нем хрома, введение в ванну кислорода, выпуск полупродукта со шлаком в переливной ковш, скачивание шлака, заливку металла в конвертер с донным дутьем, последующее обезуглероживание расплава и доведение плавки по химическому анализу до требуемых содержаний, при этом для окончательного и более полного восстановления хрома производят присадку шлакообразующих добавок и раскислителей в процессе выпуска полупродукта и шлака в переливной ковш, которую осуществляют в ковш в момент его наполнения на 2/3.

В качестве раскислителей используют дробленый ферросилиций, кокс, отходы алюминиевого производства.

Производство нержавеющей стали дуплекс-процессом по сравнению с традиционным способом выплавки в электропечах имеет ряд преимуществ:

- использование при выплавке более дешевых ферросплавов с высоким содержанием углерода;

- высокое сквозное усвоение основных легирующих элементов (более 95%);

- высокая степень чистоты металла по газонасыщенности (кислород, азот, водород) и неметаллическим включениям;

- высокие скорости обезуглероживания расплава при выплавке стали в конвертере;

- высокая производительность процессов и др.

При производстве нержавеющих сталей дуплекс-процессом (электропечь-конвертер) в дуговой электропечи производится расплавление стальных отходов (как легированных, содержащих хром и никель, так и углеродистых) и легирующих добавок (сплавы хрома, никель и его сплавы и др.). Для снижения угара хрома при выплавке высокохромистого полупродукта в ДСП, а также, с учетом необходимости интенсивного ведения последующего процесса в конвертере, обеспечиваемого окислением углерода, и нагрева металла по ходу процесса, плавку полупродукта в электропечи заканчивают при содержаниях углерода 0,6-1,5% и содержании кремния <0,40%.

Одним из основных элементов предлагаемой технологии является быстрое и экономичное расплавление шихты, обеспечивающее максимальную производительность при наименьшем износе огнеупорной футеровки и минимальным окислением легирующих элементов, в частности, хрома. Это достигается путем экранирования дуг. Причем, если в начале и середине периода плавления электрические дуги экранируются металлической шихтой, то к концу плавления дуги открываются, вызывая интенсивное тепловое облучение стен и свода электропечи. В связи с этим, основным условием использования на протяжении всего периода плавления интенсивного электрического режима при работе на высших ступенях вторичного напряжения трансформатора является экранирование электрической дуги расплавом (вспененным шлаком).

Главными условиями получения вспененного шлака при выплавке высокохромистого полупродукта являются уменьшение в нем содержания оксидов хрома путем их восстановления из шлака до содержаний, не превышающих 15-20%, разбавления шлака известью (повышения и поддержания основности шлака в пределах 1,2-1,7), а также введение в него газовых пузырей (2).

С целью предотвращения окисления хрома в период расплавления шихты и снижения содержания окислов хрома в шлаке в конце плавления, способствуя тем самым формированию активного, жидкоподвижного шлака, а также нагрева расплава до требуемой температуры, с подвалкой присаживается до 5,0 кг/т дробленого ферросилиция. Присадка более 5,0 кг/т ферросилиция потребует дополнительного введения извести для получения требуемой основности шлака для его эффективного вспенивания.

Для наведения и поддержания активного, вспененного шлака в период плавления шихты и по окончании окислительной продувки в качестве вспенивающих добавок присаживают: известь - порциями по 200-300 кг (для разбавления шлака и поддержания основности в пределах 1,2-1,7), кокс, фракцией до 8 мм - по 50-100 кг (с целью формирования пузырей СО, которые при выделении будут активно перемешивать шлак с раскислителем, способствуя тем самым более эффективному восстановлению хрома из шлака) и дробленый ферросилиций или плавиковый шпат, фракцией до 40 мм - по 100-200 кг (для получения жидкотекучего высокоактивного шлака и понижения содержания Cr₂O₃ в шлаке до содержаний менее 15-20%, при которых вспенивающая способность шлака является максимальной).

По окончании периода расплавления для интенсификации процесса, усреднения и получения необходимой температуры и химического анализа полупродукта производится продувка ванны кислородом с общим расходом до 20 м³/т при интенсивности 50-100 м³/мин. Расход кислорода более 20 м³/т приведет к чрезмерному окислению углерода, при котором, в условиях электропечи, параллельно будет происходить интенсивное окисление хрома. Интенсивность продувки кислородом менее 50 м³/мин приведет к затягиванию длительности плавки, более 100 м³/мин - к интенсивному окислению хрома и получению густого гетерогенного шлака, мало пригодного для вспенивания.

С целью сокращения потерь хрома со шлаком в период расплавлениия шихты, окислительной продувки расплава и активного вспенивания, выпуск шлака через рабочее окно в течение всей плавки производится частично или совсем не производится; получение требуемой раскисленности, реакционной способности и основности шлака достигается путем присадок раскислителей (ферросилиций, кокс и др.) и шлакообразующих материалов (известь, плавиковый шпат).

По окончании окислительной продувки металла, после получения необходимой температуры и требуемого химического анализа полупродукта, металл вместе со шлаком выпускается в переливной ковш.

Слив металла и шлака из печи производится таким образом, чтобы основная масса шлака была выпущена до наполнения 2/3 ковша; в этот момент в ковш для окончательного, более глубокого, раскисления шлака присаживаются шлакообразующие материалы (плавиковый шпат и (или) известь) и раскислители (дробленый ферросилиций и (или) кокс, отходы алюминиевого производства и др.) в количествах, обеспечивающих получение активного жидкоподвижного шлака, полное извлечение хрома из шлака и получение требуемых содержаний углерода (0,6-1,5%) и кремния (не более 0,40%) в полупродукте. Помимо хрома из шлака практически полностью восстанавливается железо и марганец.

Выпуск металла со шлаком и одновременной присадкой раскислителей в переливной ковш способствует более полному (качественному) извлечению хрома из шлака за счет достаточно интенсивного перемешивания шлака с раскислителями и металлом, которое обеспечивает значительное увеличение поверхности контакта кусков раскислителя со шлаком.

После выпуска плавки основная часть шлака из переливного ковша удаляется, полупродукт вместе с остатками печного шлака заливается в конвертер с донным дутьем для дальнейшего получения готовой стали путем рафинирования (обезуглероживания) расплава.

По предлагаемой технологии произведено более 100 плавок полупродукта различных марок нержавеющей стали, извлечение хрома из шлака, образовавшегося при выплавке полупродукта, составило не менее 70%, при обеспечении требуемого химического анализа полупродукта.

Пример. Для выплавки полупродукта стали марки 08Х18Н10Т в сверхмощную дуговую печь заваливали легированные (Б-26, Б-28) и углеродистые низкофосфористые отходы (АФ-15), углеродистый феррохром, известь - 2 т. Общий вес садки составляет 105 тонн, расчетное содержание хрома 19,0%, никеля - 10,5%, углерода - 1,5%. После плавления завалки, производили подвалку, состоящую из углеродистых отходов и никеля, перед введением которой в печь присаживали дробленый ферросилиций в количестве 500 кг. В период расплавления и окислительной продувки расплава, с целью формирования высокоактивного пенистого шлака для защиты футеровки стен и максимального использования мощности трансформатора, в печь периодически, для раскисления и поддержания шлаковой пены, порциями присаживали свежеобожженную известь - 200-300 кг (из расчета получения основности шлака 1,2-1,7), кокс фракцией 3-8 мм - 50-100 кг и дробленый ферросилиций - 100-200 кг. После расплавления основной массы шихты, после израсходования 80% электроэнергии производилась продувка расплава кислородом через стеновые фурмы-горелки с интенсивностью подачи кислорода 70 м³/мин в количестве 1520 м³. По окончании окислительной продувки производили измерение температуры и отбор пробы металла и шлака. Температура полупродукта перед выпуском составила 1653°С; содержание углерода в полупродукте составило 1,12%, кремния - 0,01%, марганца - 0,53%, серы - 0,021%, фосфора - 0,029%, хрома - 18,32%, никеля - 9,53%. Шлак в период плавления и окислительной продувки не спускался. Химический анализ шлака по окончании окислительной продувки был следующим: СаО - 44,8%, SiO₂ - 27,2%, Cr₂О₃ - 13,6%, MnO - 2,2%, FeO - 1,23%.

При выпуске полупродукта со шлаком в переливной ковш до наполнения 2/3 ковша присаживали: плавиковый шпат - 250 кг, известь - 730 кг, кокс (фракцией 3-8 мм) - 130 кг, дробленый ферросилиций - 265 кг, отходы алюминиевого производства (с содержанием алюминия 38%) - 210 кг.

После выпуска плавки, шлак из переливного ковша (около 80% от общей массы) отливали в агрегат аргонокислородного рафинирования и кантовали в шлаковую чашу, затем в конвертер заливали полупродукт с остатками печного шлака для последующего обезуглероживания расплава и получения готовой стали. Температура полупродукта после заливки составила 1580°С. Перед началом процесса в конвертер для повышения основности шлака присаживали 1 тонну извести и начинали процесс обезуглероживания.

В полупродукте перед началом рафинирования содержание углерода составило 1,15%, кремния - 0,15%, марганца - 0,55%, серы - 0,015%, фосфора - 0,029%, хрома - 18,96%, никеля - 9,45%. Химический анализ шлака перед его удалением из конвертера был следующим: СаО - 46,7%, SiO₂ - 32,2%, Cr₂О₃ - 1,43%, MnO - 1,14%, FeO - 0,51%.

Использование предлагаемого способа выплавки нержавеющей стали дуплекс-процессом позволяет: увеличить извлечение хрома из шлака, по крайней мере до 70%, сократить расход ферросплавов на плавку, а также, за счет переноса операции по раскислению шлака из печи в ковш, сократить длительность плавки и расход электроэнергии.

Источники информации, принятые во внимание:

1. Европейский патент ЕР 1144697 A1, 7C С 21 С 5/52, пр. 20.01.99 г. - прототип.

2. А.Н.Волкодаев, О.К.Токовой и др., «Вспенивание хромистого шлака в высокомощной дуговой печи», журнал «Сталь», №6, 1997 г.

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при выплавке высокохромистого (более 9% хрома) полупродукта в электродуговой печи с последующим его рафинированием в конвертере с донным дутьем. Способ включает расплавление стальных отходов и легирующих добавок, присадку раскислителей и вспенивание шлака в электропечи, восстановление в нем хрома, введение в ванну кислорода, выпуск полупродукта со шлаком в переливной ковш, скачивание шлака, заливку металла в конвертер с донным дутьем, последующее обезуглероживание расплава и доведение плавки по химическому анализу до требуемых содержаний. Для окончательного и более полного восстановления хрома производят присадку шлакообразующих добавок и раскислителей в процессе выпуска полупродукта и шлака в переливной ковш, которую осуществляют в ковш в момент его наполнения на 2/3. Изобретение позволяет увеличить извлечение хрома из шлака, по крайней мере до 70%, сократить расход ферросплавов на плавку, а также за счет переноса операции по раскислению шлака из печи в ковш, сократить длительность плавки и расход электроэнергии. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ выплавки нержавеющей стали дуплекс-процессом, включающий расплавление стальных отходов и легирующих добавок, присадку раскислителей и вспенивание шлака в электропечи, восстановление в нем хрома, введение в ванну кислорода, выпуск полупродукта со шлаком в переливной ковш, скачивание шлака, заливку металла в конвертер с донным дутьем, последующее обезуглероживание расплава и доведение плавки по химическому анализу до требуемых содержаний, отличающийся тем, что для окончательного и более полного восстановления хрома производят присадку шлакообразующих добавок и раскислителей в процессе выпуска полупродукта и шлака в переливной ковш, которую осуществляют в ковш в момент его наполнения на 2/3.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве раскислителя используют дробленый ферросилиций, кокс, отходы алюминиевого производства.