Способ выплавки стали скрап-процессом Советский патент 1993 года по МПК C21C5/04 

стоянной части расходов по переделу. Во- вторых, способ предусматривает использование в завалку кокса, что ограничивает возможность его применения при производстве стали методами окислительного переплава шихты, например, в мартеновских печах. Это обусловлено следующим. В период плавления окисленность шлака и металла в мартеновской печи намного выше, чем в электродуговой из-за большего окисли- тельного потенциала печной атмосферы. Дополнительным источником кислорода являются катализаторы. По мере растворения катализатора и кокса в железистом расплаве резко возрастает концентрация и кислорода, и углерода. Получает сильное развитие процесс окисления углерода, приводящий к бурлению расплава вследствие выделения большого количества газов, оголению зеркала металла, что влечет за собой интенсивное обезуглероживание ванны из- за возрастания окислительного воздействия печной атмосферы. Кроме того, при бурлении расплава часть кокса выносится в шлак и теряется во время скачивания последнего. Итогом является расплавление шихты с недостаточным запасом углерода на кипение,- ; .. ..,.........-:.. л.-.--..-....

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ выплавки стали для получения легированной заготовки, включающий послойную загрузку в мартеновскую печь шихты, отработанныхал юмомолибденоникелевых катализаторов в количестве 150-200 кг/т, извести в количестве 70-95 кг/т и боксита в количестве 12-17 кг/т, затем, после расплавления - смеси из 8-10 кг/т катализатора и 18-20 кг/т извести. Этот способ принят за прототип. Известный способ обеспечивает высокое усвоение легирующих элементов и повышение производительности печи, но, вместе с тем, имеет ряд существенных недостатков. Так, он, как и ранее описанный, предполагает низкотехнологичное двухста- дийное получение стали. Кроме того, использование катализаторов в сравнительно большом количестве (150-200 кг/т) ведет к повышенному износу огнеупорной футеровки рабочего пространства печи, ухудшению шлакообразования и большому угару углерода из шихты за время ее плавления. Повышенный износ футеровки обусловлен прежде всего образованием высокоактивного шлака с содержанием до 60-65% . Насыщаясь глиноземом, поверхностный слой футеровки перерождается: в нем образуется шпинель (МдО А120з), которая с силикатами типа 2СаО Si02 и 2МдО -SiOz дает легкоплавкую эвтектику (температура плавления около 1340°С), Ухудшение шлакообразования и большой угар углерода обусловлены следующими факторами. Трехокись молибдена и окись никеля, содержащиеся в катализаторах, являются термодинамическими неуйстойчивыми, восстанавливающимися химическими элементами чугуна, в частности - углеродом уже в период плавления шихты. При растворении катализаторов в железистом расплаве концентрация кислорода возрастает до уровня, значительно превышающего равновесный с углеродом. Интенсивно протекающий процесс обезуглероживания:

2 (МоОз) + 3 С 2 Мо + 3{С02 } f

2(NiO) + C + {C02H

сопровождается выделением большого количества газообразных окислов углерода и бурлением расплава, что ведет к оголению зеркала металла в местах бурления к дополнительному угару углерода вследствие взаимодействия с кислородом атмосферы рабочего пространства мартеновской печи. Кроме того, при бурлении ванны не растворившаяся известь всплывает на поверхность расплава и ошлаковывается,

вследствие чего замедляется процесс ее ассимиляции и, тем самым, рафинировка стали, Целью предполагаемого изобретения является получение стали одностадийным процессом, повышение стойкости огнеупорной футеровки печи, улучшение шлакообразования и снижение угара углерода за период плавления.

Поставленная цель достигается тем, что в способе выплавки стали скрап-процессом,

включающим послойную загрузку шихты, отработанных ал юмомолибденоникелевых катализаторов и шлакообразующих расплавление шихты, катализаторы загружают в количестве 9-14 кг на 1 т стали-совместно

с восстановителем, имеющем большее сродство к кислороду, чем углерод, например с кремнием, причем удельный расход восстановителя должен соответствовать величине:

50

{5окаг-Ш -СТ- ( mЈM)} m,

J КОТ.

где Оокат Удельная масса кислорода, вносимого в ванну катализаторами в виде окис- лов молибдена и никеля, кг/т;

1,14- отношение массовой доли кислорода к массовой доле кремния в двуокиси кремния;

0,5 - массовая доля чугуна (стали) в железистом расплаве начала периода плавления;

Окат - расход катализатора на плавку, кг;

Лк.ст - удельный вес жидкой стали, кг/м ;

РКЭТ-удельный вес катализатора, кг/м3;

М - масса плавки, т;

гпцуг - массовая доля кремния в чугуне;

гллом - массовая доля кремния в стальном ломе;

тв - отношение массовой доли восстановителя к массовой доле кислорода в оксиде восстановителя.

Характер плавления шихты в мартеновской печи при скрап-процессе следующий. Первым плавится чугун верхних слоев шихты. Стекая в нижние горизонты ванны, жидкий чугун растворяет стальной лом, а образующийся железистый расплав растворяет неметаллическую часть шихты (шлако- образующие флюсы, а также, в случае использования - катализаторы). Осуществленный авторами анализ проб железистого расплава, образующегося в первой половине периода плавления, показал, что химический состав данного расплава, точнее - содержание углерода, кремния и марганца, соответствует промежуточному между составом чугуна и составом стального лома практически с равным соотношением их долей.

Интенсивное окисление углерода и соответственно кипение ванны начинаются после выгорания кремния, внесенного чугуном и стальным ломом. Катализаторы, являющиеся сильным окислителем, ускоряют выгорание кремния, а также создают избыточное (значительно превышающее равновесное с углеродом) содержание кислорода в расплаве. Повышенная температура расплава в зоне растворения катализатора вследствие экзотермического эффекта окисления кремния и перенасыщенность кислородом являются причиной бурного вскипания ванны, мягкого расплавления (т.е. без требуемого запаса по углероду на рафинировку) из-за повышенного угара углерода

Изменить характер плавления шихты и растворения шлакообразующих предлагается за счет загрузки катализаторов совместно с восстановителем, имеющим большее, чем углерод, сродство к кислороду и не дающим газообразных продуктов реакции. При этом, расход восстановителя должен обеспечить связывание вносимого

катализаторами избыточного кислорода в виде МоОз и NiO.

Механизм взаимодействия восстановителя (R) с ингридиентами-окислителями ка- тализаторов следующий:

3mR + 3(RmOn) + mR + (RmOn).

Загрузка катализаторов в количестве менее 9 кг/т экономически нецелесообразна, т.к. требует увеличения расхода дорогостоящих и дефицитных ферросплавов. При загрузке катализаторов в количестве более 14 кг/т снижается стойкость огнеупорной футеровки рабочего пространства печи изза возрастания агрессивности шлака.

Диапазон расхода 9-14 кг/т определен еще и с учетом довольно широкого интервала колебаний массовой доли ингредиентов катализаторов даже одной партии поставки,

что обусловлено спецификой работы нефтеперерабатывающих предприятий-поставщиков катализаторов. Так, например, содержание MoOj может колебаться в пределах от 9 до21%.

При расходе восстановителя менее предлагаемой величины не обеспечивается в полной мере связывание кислорода, вносимого катализаторами, что ведет к повышению угара углерода из шихты в период

плавления.

Расход восстановителя сверх указанной величины ведет к перераскислению ван- ны и, тем самым, к увеличению продолжительности окислительного перио-

да плавки, а также к ухудшению условий дефосфорации стали. Использование совместно с катализаторами восстановителя. дающего газообразные продукты реакции (например, углерод в виде графита, кокса и

т.п.), ведет к бурлению расплава и тем самым, к дополнительному угару углерода шихты в период плавления, а также к ухудшению шлакообразования и, соответственно, увеличению продолжительности

рафинировки. Аналогический эффект имеет место и при использовании восстановителя1 со сродством к кислороду меньшим, чем у углерода (например марганца).

В совокупности указанные технологические приемы обеспечивают расплавление шихты с необходимым запасом углерода на рафинировку и удовлетворительное шлакообразование, что позволяет выплавлять сталь одностадийным процессом.

П р и м е р. В 45-тонной мартеновской печи с основной футеровкой скрап-процессом выплавляют сталь марки 20ХГНМ. Шихту загружают следующим образом. Подину закрывают мелким скрапом, на который с равномерным распределением присаживают отработанные алюмомолибденоникеле- вые катализаторы в количестве 13,3 кг/т стали (600 кг на плавку) с восстановителем в количестве 0,42 кг/т стали. Состав катализаторов: 21,5% МоОз; 7,1% NiO; 67,2% А120з; удельный вес - 900 кг/м3. В качестве восстановителя используют кремний в виде порошкообразного карбида кремния. Необходимое количество восстановителя (кремния) рассчитывают следующим образом:

0,5 600 7000

900 45 0,875 0,42 кг/т .

(0,009 + 0,002)

}

Поверх катализаторов загружают известь, затем стальной лом и чушковый передельный чугун (содержание кремния в чугуне-0,9%).

В окислительный период плавки в расплав вводят расчетное количество ферромолибдена ФМо55Б и никеля НЗ. После удаления фосфора до 0,015%, серы до 0,035% и нагрева до 1620°С сталь предварительно раскисляют и легируют присадкой ферросиликохрома ФСХ20 и феррохрома ФХ200 и выпускают в ковш, где окончательно раскисляют и легируют алюминием АВ- 86 и силикомарганцем СМп17Р.

Данные по плавкам, проведенным согласно предлагаемому способу с выходом за пределы заявленных признаков, а также согласно прототипу, представлены в таблице.

Из таблицы видно, что в сравнении с прототипом предлагаемый одностадийный способ выплавки стали обеспечивает повышение стойкости огнеупорной футеровки печи на 18-20 плавок, снижение угара углерода за период плавления с 73,1 % до 31,2- 33,9, увеличение степени десульфурации и дефосфорации в первой половине рафини- ровки соответственно с 20% до 37-40% и с 44% до 51-53%, что свидетельствует об улучшении шлакообразования; снижение затрат на легирование молибденом на 3,3-10,5 руб./т.

Формула изобретения

1. Способ выплавки стали скрап-процессом, включающий послойную загрузку шихты, отработанных алюмомолибденони- келевых катализаторов и шлакообразующих в мартеновскую печь, расплавление шихты, отличающийся тем, что, с целью

получения стали одностадийным процессом, повышения стойкости огнеупорной футеровкипечи, улучшения шлакообразования и снижения угара углерода за период плавления, катализаторы загружают в количестве 9-14 кг на 1 т стали совместно с восстановителем, имеющим большое сродство к кислороду, чем углерод, причем удельный расход восстановителя определяют по формуле

e.)iK

где Ов удельный расход восстановителя, кг/т;

ООкат -удельная масса кислорода, вносимого катализаторами в виде окислов молибдена и никеля, кг/т;

1,14 - отношение массовой доли кислорода к массовой доле кремния в двуокиси кремния;

0,5 - массовая доля чугуна (стали) в железистом расплаве начала периода плавления;

Окат - расход катализатора на плавку, кг;

.ст - удельный вес жидкой стали, кг/м3;

/Окат - удельный вес катализатора,

кг/м3;

М - масса плавки, т; m массовая доля кремния в чугуне; гллом - массовая доля кремния в стальном ломе;

гпв - отношение массовой доли восста- новителя к массовой доле кислорода в оксиде восстановителя.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что в качестве восстановителя используют кремний.

Использование: в черной металлургии при выплавке молибденоникелевых сталей в мартеновских печах скрап-процессом. Сущность изобретения: для выплавки мо- либденоникелевой стали в мартеновскую печь загружают шихту в следующем порядке. Подину закрывают мелким скрапом, на который с равномерным распределением присаживают в количестве 9-14 кг/т стали отработанные алюмомолибденоникелевые катализаторы с восстановителем, имеющим большее сродство к кислороду, чем углерод, например с кремнием. Поверх катализатоИзобретение относится к черной металлургии, а именно к выплавке молибденоникелевых сталей в мартеновских печах скрап-процессом. Известен способ выплавки шихтовой заготовки, по которому на подину дуговой электропечи присаживают известь в количестве 20-30 кг/т и молибденокобальтовый ка- тализатор в количестве 40-80 кг/т совместно с коксом в соотношении 1:(6-8). ров загружают шлакообразующие, затем стальной лом и чушковый передельный чугун. Шихту расплавляют. Расход восстановителя подбирают расчетом по формуле cj faoKar-rj -f l)}, хат. где Ов удельный расход восстановителя, кг/т; Оокат удельная масса кислорода, вносимого катализаторами в виде окислом молибдена и никеля, кг/т; 1,14- отношение массовой доли кислорода к массовой доле кремния в двуокиси кремния;-0,5 - массовая доля чугуна (стали) в железистом расплаве начала пери ода плавления; Окат - расход катализатора на плавку, кг; /ож.ст - удельный вес жидкой стали, кг/м ; ркат - удельный вес катализатора, кг/м3; М - масса плавки, т; гпчуг - массовая доля кремния в чугуне; тлом - массовая доля кремния в стальном ломе; тв - отношение массовой доли восстановителя к массовой доле кислорода в оксиде восстановителя. 1 з.п. ф-лы, 1 табл. ел С Известный способ имеет существенные недостатки. Во-первых, он направлен на развитие технологии получения стали двух- стадийным процессом по схеме шихтовая заготовка - готовая сталь. Такой процесс низкотехнологичен, так как требует двойного задействования оборудования сталеплавильных цехов и, тем самым, снижает их производительность. Кроме того, он характеризуется большой величиной условно-по xi 00 о о со о