СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В ПОДОВОМ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОМ АГРЕГАТЕ Российский патент 2006 года по МПК C21C5/52 

Изобретение относится к области металлургического производства, в частности к способам получения стали в электродуговой подовой печи.

Известен способ выплавки стали в мартеновской печи скрап-процессом, включающий завалку сыпучих шлакообразующих материалов, послойную загрузку шихты из скрапа, твердого чугуна и полуфабриката, содержащего окислители, залитые жидким чугуном, прогрев, плавление шихты, доводку и выпуск расплава. Полуфабрикат загружают послойно порциями с общим расходом 5-85% от массы металлошихты, при этом первую порцию в размере 10-80% от всего количества загружают на сыпучие шлакообразующие материалы, а последнюю - на скрап под твердый чугун. Причем в полуфабрикат добавляют углеродосодержащий материал при следующем содержании компонентов, мас.%: железорудные окатыши - 5-17, углеродосодержащий материал 0,2-5,0, чугун - остальное. См. патент РФ №2051972, С 21 C 5/04, 1996 г.

Однако известный способ трудоемкий и удлиняет время плавки.

Известен способ выплавки стали в подовом сталеплавильном агрегате, работающем скрап-процессом, включающий завалку в печь кальцийсодержащих шлакообразующих материалов, послойную загрузку металлошихты, содержащей полуфабрикат, состоящий из окисленного железосодержащего и углеродосодержащего материалов, залитых железоуглеродистым расплавом, плавление шихты, доводку и выпуск расплава. В этом способе в качестве кальцийсодержащих шлакообразующих материалов используют известняк и/или доломитизированный известняк, которые загружают с расходом 10-40 кг/т металлошихты, а в качестве полуфабриката используют шихтовый композитный материал, который загружают в печь одним слоем на кальцийсодержащие шлакообразующие материалы, при этом соотношение концентраций углерода и кислорода в полуфабрикате поддерживают в пределах 1-4, а расход полуфабриката выбирают из условия ввода в шихту кислорода в количестве 0,25-2,50% от массы металлошихты. См. патент РФ №2205230, МКИ 7 С 21 С 5/04, 2003 г. Данное техническое решение, как наиболее близкое по технической сущности к предлагаемому, взято за прототип.

Недостатком прототипа являются значительное снижение термического КПД печей, скорости процессов шлакообразования и дефосфорации при выплавке стали в электродуговых печах, а также невозможность производства используемого композитного шихтового материала на основе чугуна ("синтиком") на предприятиях без полного металлургического цикла (мини-заводах).

Причинами этого являются:

1) нерациональное распределение углеродосодержащих материалов между компонентами шихты, что отрицательно влияет на кинетику реакции восстановления оксидов железа

в твердофазной области из-за блокирования реакционной зоны чрезмерно интенсивным выделением монооксида углерода при нагреве композита;

2) неуправляемость процессов плавления композита, шлакообразования и дефосфорации;

3) отсутствие в сталелитейных цехах необходимого оборудования для получения чугуна - "синтиком".

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение термического КПД электродуговых печей, выхода жидкого металла и упрощение шихтовки плавок за счет использования техногенных отходов.

Кроме того, стабилизируется химический состав металла и шлака по расплавлению шихты, а также сокращается продолжительность плавки.

Для достижения этой цели в способе выплавки стали в подовом сталеплавильном агрегате, в частности в электродуговой печи, включающем завалку в печь известняка, на него слоя композита, содержащего железно-окисный и углеродосодержащий материалы, послойную загрузку шихты и ее плавление, согласно изобретению углеродосодержащий материал в количестве 10-20% от теоретически необходимого для полного восстановления оксидов железа заваливают в смеси с известняком, а остальную его часть - в смеси с железоокисным материалом, причем после расплавления 1/3-1/2 всего объема металлошихты через подину печи подают газообразный монооксид углерода.

В качестве композита используют тонко измельченную смесь, в которую добавляют отходы полиэтилена при следующем соотношении компонентов, мас.%

углеродосодержащий материал 5-15кальцийсодержащий материал 1-10отходы полиэтилена 1-10железоокисный материал остальное

При этом в качестве углеродосодержащего материала применяют отработанную угольную футеровку алюминиевых электролизеров, в качестве кальцийсодержащего материала - отходы производства карбида кальция, а в качестве железоокисного материала применяют замасленную металлургическую окалину. Все это дает возможность интенсифицировать процесс металлизации и шлакообразования

При проверке соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня, выявлено, что предлагаемое техническое решение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники и поэтому соответствует критерию "изобретательский уровень" согласно действующему законодательству.

Заявленный способ осуществляют следующим образом.

В электродуговую подовую печь производят послойную загрузку шихты в следующем порядке. На подину заваливают известняк с частью углеродосодержащего материала в заявленных пределах, затем - композит, состоящий из тонко измельченной смеси заявленных материалов, сверху отходы собственного производства (ОСП) и мелкий лом и, наконец, твердый передельный чугун либо литую заготовку из первородной шихты (100-200 ПВ). Далее на печь устанавливают свод, опускают электроды, зажигают дугу и начинают плавление шихты.

Заявляемые пределы по расходу углеродосодержащего материала установлены, исходя из нижеследующего. Прогрев и плавление шихты при электроплавке происходит сверху вниз. Восстановление композита начинается при температуре 800°-900°С, т.е. в твердофазной области на границе контакта фаз между железоокисным и углеродосодержащим материалами. Лимитирующей стадией процесса металлизации композита на данном этапе является свободный доступ восстановителя к реакционной поверхности и отвод от нее продуктов реакции. Это достигается в условиях некоторого начального дефицита углеродосодержащего материала (в пересчете на чистый углерод) по сравнению с теоретически необходимым для полного восстановления оксидов железа. Таким образом, 80-90% всего углеродосодержащего материала загружается в смеси с железноокисным материалом, а остальные 10-20% - вместе с известняком.

Уменьшение количества углеродосодержащего материла, вводимого вместе с известняком, менее 10% от теоретически необходимого приводит к блокировке реакционной зоны восстановления интенсивности выделением пузырьков монооксида углерода, снижая скорость металлизации композита.

Увеличение количества углеродосодержащего материала, вводимого вместе с известняком, более 20% от теоретически необходимого приводит к расходу части оксидов железа на окисление элементов расплава, обладающих большим сродством к кислороду, чем углерод, что снижает степень извлечения железа из композита.

После прогрева известняка, находящегося в самом нижнем слое шихты, до 900-1100°С начинается его разложение по реакции

Выделяющийся при этом углекислый газ реагирует с углеродосодержащим материалом, заваливаемым в смеси с известняком

Образующийся при этом монооксид углерода, проходя через слой композита, ускоряет его восстановление по реакциям (1-2). Таким образом достигается синхронизация процессов металлизации и плавления с процессом шлакообразования.

Добавка в тонко измельченную смесь отходов полиэтилена увеличивает ее реакционную поверхность, т.к. при его выгорании образуется развитая система пор.

После расплавления 1/3-1/2 всего объема металлошихты через подину печи подают газообразный монооксид углерода. Это позволяет оперативно управлять термической мощностью печи, процессами нагрева и плавления шихты, а также шлакообразования и дефосфорации, что достигается за счет:

- довосстановления окислов железа, содержащихся в шихте и шлаке;

- вспенивания шлака и экранирования дуг;

- дожигания монооксида углерода в атмосфере печи;

- перемешивания расплава со шлакообразующими.

Соотношение компонентов тонко измельченной смеси, используемой в заявляемом способе в качестве композита, определено экспериментально и зависит от расхода на плавку и от марки выплавляемой стали.

Пример конкретной реализации изобретения.

По предлагаемому способу были проведены серии плавок стали 12Х1МФ - ПВ в электродуговой печи емкостью 125 т. Выплавляемая сталь предназначалась для изготовления трубных заготовок и имела следующий химический состав (ТУ 14-1-52712-94), мас.%: С=0,11-0,15; Si=0,17-0,37; Mn=0,40-0,70; Mo=0,25-0,35; V=0,15-0,30; Ni≤0,15; Cu≤0,15; As≤0,01, S=0,002-0,015; P=0,002-0,015; Cr=0,9-1,2.

После выпуска предыдущей плавки и заправки печи на ее подину заваливали известняк в количестве 30 кг/т шихты в смеси с отработанной угольной футеровкой алюминиевых электролизеров (С=60%) при расходе последней, равном 10% от всего углеродосодержащего материала (в пересчете на чистый углерод).

Сверху на слой известняка специальным бункером засыпали тонко измельченную смесь следующего состава, мас.%: углеродосодержащий материал (отработанная угольная футеровка алюминиевых электролизеров) - 10; кальцийсодержащий материал (отходы производства карбида кальция) - 5; отходы полиэтилена - 5; железоокисный материал (замасленная окалина) - остальное. Расход смеси составлял - 10% от массы металлошихты. Далее бадьей заваливали мелкий лом и отходы собственного производства (ОСП) при их общем расходе 800 кг/т шихты. Сверху краном по периметру ванны размещали литую заготовку из первородной шихты 100-ПВ в количестве - 10% от веса садки печи. Затем включали ток и начинали проплавление шихты.

После расплавления 1/3-1/2 всего объема завалки и появления на поверхности жидкого металла шлакового покрова через пористые блоки в подине начали подавать газообразный монооксид углерода, подачу которого осуществляли до момента полного расплавления всей шихты.

Доводку металла по химическому составу и температуре производили согласно действующей технологической инструкции.

Основные результаты плавок представлены в таблице.

Как следует из результатов экспериментальных плавок, предлагаемый способ обеспечивает повышение выхода жидкого металла при сокращении расходов электроэнергии и карбюризатора, а также тепловых потерь дуговой печи.

Заявленный способ позволит получать высокочистую сталь с низким содержанием серы и фосфора (не более 0,015%), а также цветных примесей (Cu, As, Pb и т.п.) при использовании техногенных отходов производства и упрощении процесса шихтовки плавок.

Таблица 1.
Средние показатели материального и теплового балансов серии плавок в высокомощных электродуговых печах в сравнении предлагаемого с известным способомСпособ выплавки сталиВыход жидкого %Расход электроэнергии Расход карбюризатора кг/тСтепень усвоения углерода шихты, %Тепловые потери печи, % к расходу теплаЭнергоемкость процесса,   т    1234567Известный93,0420,214,692,018,2618,0Предлагаемый95,2384,012,096,015,8524,1

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению стали в электродуговой подовой печи. Осуществляют завалку в печь известняка, на него слой композита, содержащего железоокисный и углеродосодержащий материалы, послойную загрузку шихты и ее плавление. При этом углеродосодержащий материал в количестве 10-20% от теоретически необходимого для полного восстановления оксидов железа заваливают в смеси с известняком, а остальную его часть - в смеси с железоокисным материалом, причем после расплавления 1/3-1/2 всего объема металлошихты через подину печи подают газообразный монооксид углерода. В качестве композита используют тонкоизмельченную смесь при следующем соотношении компонентов, в мас.% углеродосодержащий материал 5-15, кальцийсодержащий материал 1-10, отходы полиэтилена 1-10, железоокисный материал остальное. Изобретение позволяет получить высокочистую сталь с низким содержанием серы и фосфора не более 0,015% и цветных примесей (меди, мышьяк, свинец) при использовании техногенных отходов производства и упростить процесс шихтовки. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ выплавки стали в подовом сталеплавильном агрегате, преимущественно в дуговой электропечи, включающий послойную завалку в печь известняка, композита, содержащего железоокисный и углеродосодержащий материалы, послойную загрузку шихты и ее плавление, отличающийся тем, что углеродосодержащий материал в количестве 10-20% от необходимого для полного восстановления оксидов железа заваливают в смеси с известняком, а остальную его часть - в смеси с железоокисным материалом, причем после расплавления 1/3-1/2 всего объема металлошихты через подину печи подают газообразный монооксид углерода.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве композита используют тонкоизмельченную смесь, в которую добавляют отходы полиэтилена и кальцийсодержащий материал, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углеродосодержащий материал5-15Кальцийсодержащий материал1-10Отходы полиэтилена1-10Железоокисный материалОстальное