Способ выплавки коррозионностойкой стали в дуговой печи Советский патент 1992 года по МПК C21C5/52 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к выплавке высоколегированных марок стали в дуговых сталеплавильных печах.

Известен способ выплавки нержавеющей стали, включающий продувку металлической ванны смесью кислорода и азота, погружаемой в металлический расплав фурмой. Фурму погружают ступенчато, то есть для получения содержания в металле 0,15- 0,20% углерода, фурму погружают на глубину 20-50 мм, а для достижения содержания в металле 0,01-0,06% углерода фурму погружают в металлический расплав на глубину 200-300 мм. Этот способ позволяет снижать потери легирующих ферросплавов и интенсифицировать процесс обезуглероживания хромистых расплавов. Фурму в расплав погружают под углом 20-70° к вертикали, придавая ей колебательное движение в вертикальной плоскости с амплитудой 20-200 мм и частотой 1-28 герц.

Основным недостатком описанной фурмы является низкая стойкость. По этой причине фурмы такого типа практически нигде не внедрены. Погружение фурмы в металлический расплав при производстве нержавеющей стали влечет за собой неизбежный прогар при использовании водоохлаждае- мойфурмы. В случае использования неводо- охлаждаемой расходуемой фурмы необходимость приготовления очередной новой фурмы ограничивает ее использование в массовом производстве нержавеющих марок стали.

V|

СО

ю

ND 4 О

СО

Известно использование сверхзвуковой водоохлаждаемой кислородной фурмы в дуговой печи. Фурму вводят в пространство дуговой печи через боковое отверстие размерами 300x300 мм в стене печи. Медная головка фурмы находится над уровнем ванны на расстоянии 200-400 мм. Наклон фурмы к ванне составляет 45°, но может изменяться.

Фурму используют после полного расплавления шихты при температуре ванны более 1500°С. Достигнута скорость обезуглероживания 0,02-0,03% углерода в мин. Коэффициент использования кислорода достигает 90%. Стойкость фурмы-до 500 плавок.

Одним из основных недостатков работы фурмы является невозможность манипулирования фурмой для удаления шлака из печи вследствие расположения фурмы в районе рабочего окна дуговой печи. Более того, фронтальное расположение фурмы, то есть перпендикулярно касательной к окружности корпуса дуговой печи ухудшает гидродинамику взаимодействия металлического расплава в печи из-за совмещения потоков металла от электромагнитного перемешивания работающих дуг печи и направленного потока струи кислорода фурмы в область распада электродов.

Более близким по технической сущности к предполагаемому способу и поэтому взятым за прототип является способ восстановления шлака при рафинировании нержавеющей стали.

С целью повышения производительности дуговых печей, используемых для выплавки и рафинирования нержавеющих сталей, предложено в конце окислительного периода вводить головку фурмы в слой шлака для подачи в струе воздуха или неокислительного газа порошкообразного углерода, причем одновременно предлагают присаживать, как обычно, металлические раскис- лители, При этом, при расходе порошкообразного углерода в пределах 0,5- 1,5 кг/т стали, степень восстановления хрома и железа превышает 50%, если металл нагрет до 1650°С.

К основным недостаткам описанного способа можно отнести следующие. Интенсивность перемешивания шлака при опускании головки фурмы в расплав при условии вертикального ввода фурмы существенно меньше, чем при введении фурмы в расплав под углом не менее 45°. Интенсивность перемешивания расплава тем более будет мен ьше в том случае, если подача газа через фурму будет ограничена дозвуковыми скоростями истечения его из фурмы. Следовательно, скорость реакции, линейно зависимая от фактора массопереноса (от перемешивания фаз), заведомо должна быть невысокой.

При условии более интенсивного перемешивания шлака и металла можно достигнуть 70% восстановления окислов.

Другим отрицательным моментом известного способа восстановления шлака явля0 ется недостаточно отработанная раскислительная шлаковая смесь, состоящая только из раскислителей. Такой состав смеси не позволяет в процессе продувки кислородом улучшать физико-химические

5 свойства хромистых шлаков (вязкость, поверхностное натяжение и др.) и не позволяет поднять на более высокий уровень восстановление хрома из окислов хрома. Следует добавить, что известно, что при

0 снижении вязкости хромистых шлаков вследствие присадок твердых окислителей (например, руды), степень восстановления хрома повышается . При дополнительной присадке, например, хромистой руды сте5 пень восстановления увеличивается до 85% от исходного значения.

Целью изобретения является повышение производительности дуговой печи, экономия ферросплавов, снижение вредных

0 газопылевых выделений из дуговой печи.

Поставленная цель достигается тем, что наряду с использованием сверхзвуковой продувки расплава окислительными и инертными газами, присадки раскислительной

5 смеси, удаления шлака из дуговой печи, интенсивную продувку начинают при наличии в ванне 40-60% хромистого расплава и осуществляют в пять периодов, сначала без присадок смесей, затем с присадками двух

0 порций смеси из хромосодержащих и кремний содержащих материалов в соотношении (5-7):(2-3):(1-2) в суммарном количестве 40-60 кг/т стали, прекращают подачу смесей и продолжают продувать расплав кисло5 родом в течение 15-25 мин, после чего расплав продувают газовой смесью кислорода и аргона через наклонную сверхзвуковую фурму и одновременно газом выдувают раскисленный шлак из дуговой печи через

0 порог рабочего окна.

Интенсификация процесса выплавки коррозионностойкой стали в дуговой печи и одновременное решение двух других важных задач - снижение вредных выбросов из

5 печи и экономия феррохрома - являются актуальными и вполне разрешимыми в настоящее время.

Известное решение задачи - восстановление хрома из окислов хрома путем присадок раскислителей - предлагается

усовершенствовать присадкой твердых окислителей, например, хромистой руды. Присадки смесей из хромистой руды, кокси- ка и ферросилиция в сектор подачи сверхзвуковой кислородной струи позволяют увеличить восстановление хрома из окислов и достигнуть 85%.

Восстановление хрома происходит за счет окисления кремния и кокса в присутствии твердого окислителя (руда), жидкого окислителя (шлак), газообразного окислителя (кислород). Локально развивается высокая температура вследствие высокой интенсивности подачи сверхзвуковой кислородной струи, интенсивного перемешивания расплава с раскислителями. Известно, что при высокой температуре окисление хрома снижается, а восстановление растет, при этом ускоряется плавление твердого нерасплавившегося лома.

При наличии менее, чем 40% хромистого расплава в печи практически невозможно организовать интенсивный барботаж расплава При большей, чем 60% массы жидкого хромистого расплава в печи уже значительны потери времени, затраченного на расплавление лома. Как показали опытные плавки, именно предложенному интервалу массы хромистого расплава соответствуют максимальные эффекты по сокращению периода плавления шихты в дуговой печи на 19-20 мин.

При использовании доли хромосодер- жащего материала менее 5 получается недостаточно жидкоподвижный шлак периода плавления и восстановление хрома из окислов составило всего 56,2%.

Доля присадки хромсодержащего материала в смеси более 7 не позволяет восстановить хром из окислов по причине несоответствия масс по стехиометрии. Второй причиной нецелесообразности использования более 7 долей хромосодержащего материала в смеси является увеличение кратности шлака к массе металла Этот фактор при выплавке нержавеющей стали всегда был нежелательным - это ведет к увеличению потерь хрома

Использование углеродсодержащего материала менее 3 долей в соотношении компонентов смеси не дает эффекта вспенивания шлака для экранирования дугового разряда.

Увеличение доли углеродсодержащего материала более 5 нецелесообразно и вносит дополнительно углерод в металл (науглероживание), что приводит к дополнительному введению газообразного кислорода и затягивает в дальнейшем окислительный период плавки

Снижение доли кремнийсодержащего материала до менее 1,5 уменьшает эффект восстановления хрома из окислов с 85 до 62,3%.

5Увеличение доли кремнийсодержащего

материала более 2,5 влечет за собой повышение его расхода, при этом извлечение хрома из окислов не возрастает. Более того. при этом шлак становится более вязким и

0 нереакционноспособным.

Меньший, чем 40 кг/т расход раскисли- тельной шлакообразующей смеси не дает той массы жидкого шлака в печи, которая при вспенивании экранирует излучение дуг.

5 Следует отметить, вспенивание хромистых шлаков практически трудноосуществимый процесс. Однако, подача сверхзвуковыми скоростями кислорода в шлаковый расплав, в котором перемешаны

0 окислители и раскислители наряду с угле- родсодержащим материалом делает процесс вспенивания реальным.

Большая, чем 60 кг/т стали масса смеси увеличивает кратность шлака, а с ней и по5 вышает угар хрома.

Продувка стали в процессе окислительного периода менее 15 минут не позволяет окислить углерод расплава до начала четвертого периода продувки, когда для мини0 мального угара хрома требуется подача кислорода с аргоном, то есть до уровня содержания углерода 0,25-0,35%.

Однако большая, чем 25 мин продувка одним газообразным кислородом нерацио5 нальна, так как при этом, как правило, достигают содержания углерода в металле 0,1-0,15 мас.% и при этом окисляется значительное количество хрома, происходит интенсивное пылеобразование.

0 Продувка аргоно-кислородной смесью при включенной печи позволяет улучшить экологическую обстановку в цехе из-за 2-3 кратного уменьшения газопылевых выбросов (выделений) из печи, уменьшить угар

5 хрома на 1,7% не снижая скорости окисления углерода, сохранить огнеупорную футеровку печи за счет Снижения температуры процесса окисления примесей при выплавке в печи нержавеющей стали. В зависимо0 сти от марки нержавеющей стали по содержанию углерода и от дальнейшей вне- печной обработки длительность продувки аргоно-кислородной смесью может изменяться в широких пределах. Для дальнейше5 го рационального проведения технологических операций, например, присадки титана, организации десульфурации, дайьнейшего обезуглероживания в вакуумной камере для получения, например, суперферритов, удаление шлака с

поверхности метала в дуговой печи является важной технологической задачей.

С этой целью предлагается посредством наклонно установленной под углом 40- 43° к расплаву в печи фурмой со сверхзвуковым истечением до 500 м/сек аргона в течение 3-5 мин сдувать шлак в сторону рабочего окна. После этого выпускать плавку из печи с минимально возможным количеством шлака, который можно скорректировать до требуемой основности ми- нимальными присадками извести, алюминия и плавикового шпата.

Ниже приведен пример осуществления предполагаемого способа выплавки корро- зионностойкой стали в дуговой печи, не исключающий другие варианты исполнения в рамках заявленных пределов.

Пример. При выплавке стали марки 12Х18Н10Т до расплавления примерно 80% шихты, при температуре расплава 1470°С, то есть до отбора пробы на полный химический анализ (после подвалки) при условии отсутствия нерасплавившегося лома в секторе ввода наклонной фурмы ее опускают до уровня выше поверхности расплава на 400- 300 мм и начинают продувку кислородом в течение 10-15 мин при расходе 2000-3000

М3/Ч.

После продувки жидкого металла при условии расплавления 80% лома отбирают пробу на полный химический анализ, продолжают продувать но не позднее, чем через 15 мин после отправления пробы, производят корректировку химического состава металла по никелю, кремнию и хрому.

В начале последующей стадии в течение двух - трех мин в процессе продувки кислородом осуществляют присадку первой порции раскислительной смеси мульдой в сектор подачи кислородной струи в соотношении, например, хромистой руды, коксика, ферросилиция как 5:2:1 в количестве 20 кг/т стали.

В течение последующих 3-5 мин осуществляют присадку второй порции смеси в том же соотношении и количестве.

Интенсивную кислородную продувку осуществляют при расходе 3500-4600 м3/ч, начиная с температуры не менее 1560°С в течение 25 мин.

Шлак в процессе продувки подгоняют наклонной фурмой через порог рабочего окна примерно до окончания интенсивного окисления углерода. После достижения температуры 1800-1820°С через фурму подают смесь газообразных кислорода и аргона по расходу не менее 4600 м3/ч и продолжают окислительный период. Ориентировочная

температура окончания аргоно-кислород- ной продувки 1900-1920°С.

По окончанию продувки отбирают параллельно две пробы на полный химический анализ. После отбора пробы в ванну вводят

в следующей последовательности: охладители, раскислители, шлакообразующие. Далее после присадки раскислителей ванну продувают аргоном через наклонную фурму.

Если по расчету отношение массы введенного на раскисление кремния к массе окислившегося за период кислородной продувки хрома меньше 0,45 в металл дополнительно вводят или силикохром или

ферросилиций. Затем присаживают легирующие материалы, снова продувают аргоном с целью удаления шлака из печи, после чего выпускают плавку в ковш.

Применение способа выплавки коррозионнестойкой стали в дуговой печи позволяет на основании технических преимуществ по сравнению с известными способами достигнуть значительной экономической эффективности.

Формула изобретения Способ выплавки коррозионностойкой стали в дуговой печи, включающий завалку и расплавление шихты, продувку расплава

окислительными и инертными газами, присадку раскислительной смеси, удаление шлака, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности печи, экономии феррохрома и раскислителей, снижения газопылевых выбросов, продувку расплава осуществляют в пять периодов, начинают ее после образования 40-60% жидкой ванны от массы завалки, затем продувку ведут одновременно с присадкой двух

порций раскислительной смеси из хромосо- держащих, углеродсодержащих, кремний- содержащих материалов, взятых в соотношении (5-7):(2-3):(1 -2) в суммарном количестве 40-60 кг/т стали, а после прекращения подачи смеси продувают расплав кислородом в течение 15-25 мин, затем смесью кислорода и аргона через наклонную сверхзвуковую фурму и одновременно газом выдувают раскисленный шлак через

порог рабочего окна.

Сущность изобретения: интенсивную продувку начинают при наличии в ванне 40- 60% жидкого металла от. массы завалки и осуществляют в пять периодов, сначала без присадок раскислительной шлаковой смеси, затем с присадками двух порций смеси из хромосодержащих. углеродсодержащих и кремнийсодержащих материалов в соотношении (5-7):(2-3):(1-2) в суммарном количестве 40-60 кг/т стали, прекращают подачу смесей и продолжают продувать расплав кислородом в течение 15-25 мин, после чего расплав продувают газовой смесью кислорода и аргона через наклонную сверхзвуковую фурму и одновременно газом выдувают раскисленный шлак из печи через порог рабочего окна. Ё