СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ПОЛУПРОДУКТА НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ В ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ Российский патент 2007 года по МПК C21C5/52 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве нержавеющей стали дуплекс-процессом с выплавкой высокохромистого (более 9% хрома) железоуглеродистого полупродукта в электродуговой печи с последующим его рафинированием в агрегате аргонокислородного рафинирования.

Известен способ снижения содержания хрома в шлаке при выплавке нержавеющей стали, когда стальной скрап и легирующие компоненты сплавляются в электродуговой печи с последующим выпуском в ковш, переливом стали из ковша в агрегат аргонокислородного рафинирования, где выполняется рафинировка и доводка стали путем добавления легирующих элементов. В этом способе для снижения содержания окислов хрома в шлаке в период времени между окончанием процесса плавления стали и шлака и выпуском расплава из печи в ковш в шлак добавляют ферросилиций в виде мелкоизмельченной фракции [1].

Недостатком данного способа является дороговизна материала - восстановителя хрома (ферросилиция). Другим недостатком является понижение основности шлака в связи с увеличением в шлаке оксида кремния и коррелирующим влиянием такого шлака на основную футеровку печи.

Известен способ вспенивания хромистого шлака в высокомощной дуговой печи путем присадки в печь коксика или электродной крошки для восстановления хрома и снижения его содержания в шлаке с 21,2 до 13,5%. Присадка восстановителя производится в конце периода плавления после израсходования 85% электроэнергии [2].

Недостатком данного способа является сильное охлаждение шлака при протекании эндотермического процесса восстановления оксидов хрома углеродом [3],

в результате чего фактическая температура шлака понижается быстрее, чем его температура плавления при уменьшении концентрации оксидов хрома в шлаке. Это удлиняет плавку, т.к. требуется дополнительно время на нагрев шлака. Данный способ принят за ближайший аналог.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является полный слив шлака из печи посредством снижения его вязкости и температуры плавления, а также снижение продолжительности плавки.

Поставленная задача решается тем, что предлагается способ выплавки полупродукта нержавеющей стали в дуговой электросталеплавильной печи, включающий расплавление стальных отходов и легирующих добавок, продувку металла кислородом, восстановление оксидов хрома из шлака путем присадки на поверхность шлака углеродсодержащих восстановителей в виде коксика или электродного боя и выпуск полупродукта со шлаком из печи, при этом восстановление оксидов хрома из шлака осуществляют кремнием ферросилиция, который присаживают после ввода углеродсодержащих восстановителей при достижения содержания оксидов хрома в шлаке 12...15% и вводят из расчета получения в печи шлака с содержанием оксидов хрома не более 5...10%. Для восстановления 1% оксидов хрома из шлака расход ферросилиция составляет 4...5 кг/т, а ферросилиций используют фракцией 19-20 мм.

Для восстановления оксидов хрома из шлака в процессе плавления и продувки кислорода используется углеродсодержащий восстановитель, при этом он вводится в металл в виде кусков фракцией 10...15 мм или вдувается потоками инертного газа, например, аргона или азота в мелкоизмельченном виде фракцией 0...5 мм.

Ввод ферросилиция в шлак при содержании оксидов хрома 12...15% обусловлен тем, что, как следует из уравнения [3],

при восстановлении хрома из шлака кремнием в шлаке образуется кремнезем (SiO₂), уменьшающий основность шлака, который, в свою очередь, корродирует основную футеровку печи. Если ферросилиций вводится в шлак при меньшем содержании оксидов хрома или хром восстанавливается из шлака только одним углеродсодержащим восстановителем, то восстановление углеродом (см. уравнение. 1) из-за эндотермического эффекта приводит к сильному переохлаждению шлака, который ввиду высокой вязкости не сливается из печи и требуется дополнительное время на его нагрев, что увеличивает продолжительность плавки и снижает производительность печи.

Восстановление оксидов хрома из шлака до 5...10% производится для того, чтобы перевести шлак в гомогенное жидкоподвижное состояние с целью полного слива из печи. При содержании 5...10% Cr₂O₃ в шлаке происходит полное растворение в нем оксидов хрома и шлак становится однородной жидкостью [4]. Следует отметить, что иметь в печном шлаке более низкое содержание оксидов хрома нецелесообразно, т.к. это увеличивает расход восстановителя (ферросилиция). Кроме того, в дальнейшем на второй стадии дуплекс-процесса в агрегате АКР после окислительной стадии производится полное восстановление с целью максимального извлечения хрома из шлака в металл.

Восстановление хрома кремнием является экзотермическим процессом, который не вызывает захолаживания шлака, а присадки небольших количеств ферросилиция для восстановления 5...7% Cr₂O₃ оказывают незначительное влияние на основность шлака (см. уравнение 2).

Расход ферросилиция для восстановления 1% оксидов хрома из шлака в количестве 4...5 кг/т обусловлен стехиометрическими соотношениями реакции (см. уравнение 2) и содержанием кремния в ферросилиции, которое обычно составляет 65-75%, так, например, при 7 т шлака в печи для восстановления 10% оксидов хрома (с 15% до 5% Cr₂O₃) ферросилицием, содержащим 65% кремния, потребуется 193 кг чистого кремния или ˜298 кг ферросилиция, что составляет 4,3 кг/т шлака и на 1% Cr₂O₃ в шлаке.

Выбранная фракция кускового углеродсодержащего восстановителя (10...15 мм) обусловлена тем, что при загрузке такого материала в печь по течке или совком более мелкая фракция выносится из печи газовыми потоками и не усваивается шлаком, а более крупная фракция дольше взаимодействует со шлаком и удлиняет процесс восстановления хрома и плавку в целом.

Выбранная фракция углеродсодержащего восстановителя (0...5 мм), вдуваемого в шлак потоком инертного газа, например аргона или азота, не должна превышать 5 мм по условиям транспортировки материала газовым потоком и для более быстрого взаимодействия со шлаком. Применение инертного газа, например аргона или азота, обусловлено тем, что это позволяет предотвратить окисление хрома и восстановителя во время транспортировки материала газовым потоком.

Предлагаемый способ выплавки полупродукта нержавеющей стали в дуговой электросталеплавильной печи позволяет более полно удалить хромсодержащий шлак из печи и за счет этого повысить степень извлечения хрома, сократить продолжительность плавки и затраты на восстановитель, сохранить футеровку печи и увеличить срок ее эксплуатации.

Пример осуществления предлагаемого способа.

В дуговой электросталеплавильной печи выплавляют полупродукт нержавеющей стали. Масса металла - 100 т. Масса шлака 7 т. После расплавления шихты и продувки металла кислородом в печи формируется шлак, имеющий основность 1,5, концентрацию (Cr₂O₃) - 25%, температуру плавления ˜1887°С [5]. Фактическая температура в печи составляет 1600...1650°С.

Для полного слива шлака из печи на поверхность шлака присаживали восстановитель коксик или электродный бой из расчета получения в шлаке не более 5...10% Cr₂O₃, после чего шлак практически полностью сливали из печи.

Результаты восстановления оксидов хрома из шлака известными и предлагаемым способом представлены в таблице.

Как видно, при использовании известного способа [1] с восстановлением оксидов хрома ферросилицием в печи формируется шлак достаточно жидкоподвижный с низкой температурой плавления, который хорошо сливается из печи. Однако в этом случае в печи формируется шлак низкой основности, коррелирующий футеровку и снижающий ее стойкость. Кроме того, этот способ требует большего расхода дорогого восстановителя (ферросилиция).

Использование коксика [2] для восстановления оксидов хрома из шлака сильно снижает температуру шлака, и, несмотря на низкую температуру плавления такого шлака, требуется время для нагрева его до такой температуры (1500...1550°С), при которой шлак сливается из печи.

Предлагаемый способ позволяет при сохранении достаточной основности шлака полностью слить его из печи, сохранив футеровку и высокую степень использования хрома, при этом продолжительность плавки сокращается в среднем на 15 мин при практически в два раза меньшем расходе ферросилиция.

ТаблицаПараметрСпособИзвестный с восстановлением ферросилицием [1]Известный с восстановлением коксиком [2]ПредлагаемыйВосстановление коксиком:   расход, кг/т-23,711,8снижение температуры шлака, °С--410-205основность шлака-1,61,5(Cr₂O₃), %-515температура плавления шлака, °С-14501674фактическая температура шлака, °С-12401445Восстановление ферросилицием:   расход, кг/т85,1-42,6увеличение температуры шлака, °С+144-+72основность шлака1,05-1,35(Cr₂O₃), %5-5температура плавления шлака, °С1450-1450фактическая температура шлака, °С1794-1517Остаток шлака в печи, т-2,0нетУвеличение продолжительности плавки, мин-155Степень усвоения хрома, %878993Стойкость футеровки, число плавок200022002500

Источники информации

1. Европейский патент ЕР 1144697 А1, С 21 С, 5/52, 20.01.1999.

2. Вспенивание хромистого шлака в высокомощной дуговой печи. Волкодаев А.Н. и др. Сталь, 1997 п.6, с.46-48.

3. Туркдоган Е.Т. Физическая химия высокотемпературных процессов. М.: Металлургия, 1985 - 344 с.

4. Определение активностей в шлаках, содержащих оксиды хрома. Xiao Y, Holappa L, JSYj Zutern. 1993, 33, №1, р.66-74 (РЖ «Металлургия», 1994, №2. реф. 2А53).

5. Токовой O.K., Верушкин В.В. Исследование вязкости и температуры кристаллизации хромистых шлаков. Металлы, 1998, №5, с.8-11.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве нержавеющей стали дуплекс-процессом с выплавкой высокохромистого более 9% хрома железоуглеродистотого полупродукта в электродуговой печи с последующим его рафинированием в агрегате аргонокислородного рафинирования. Восстановление оксидов хрома из шлака осуществляют кремнием ферросилиция, который присаживают после углеродсодержащих восстановителей при достижении содержания оксидов хрома в шлаке 12...15% и вводят из расчета получения в печи шлака с содержанием оксидов хрома не более 5...10%. Изобретение позволяет при сохранении достаточной основности шлака полностью слить его из печи, сохранив футеровку и высокую степень использования хрома, а также сократить продолжительность плавки в среднем на 15 мин и уменьшить расход ферросилиция в 2 раза. 6 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ выплавки полупродукта нержавеющей стали в дуговой электросталеплавильной печи, включающий расплавление стальных отходов и легирующих добавок, продувку металла кислородом, восстановление оксидов хрома из шлака путем присадки на поверхность шлака углеродсодержащих восстановителей в виде коксика или электродного боя и ферросилиция и выпуск полупродукта со шлаком из печи, отличающийся тем, что восстановление оксидов хрома из шлака осуществляют кремнием ферросилиция, который присаживают после углеродсодержащих восстановителей при достижении содержания оксидов хрома в шлаке 12...15% и вводят из расчета получения в печи шлака с содержанием оксидов хрома не более 5...10%.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для восстановления 1% оксидов хрома из шлака расход ферросилиция составляет 4...5 кг/т.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют ферросилиций фракцией 19-20 мм.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют углеродсодержащий восстановитель фракцией 10-15 мм.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что углеродсодержащий восстановитель вводят в виде мелкоизмельченной фракции 0...5 мм.6. Способ по п.5, отличающийся тем, что углеродсодержащий восстановитель вводят в потоке инертного газа, например аргона.7. Способ по п.5, отличающийся тем, что углеродсодержащий восстановитель вводят в потоке азота.