Способ внепечной обработки стали Советский патент 1993 года по МПК C21C7/10 

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при внепечной обработке расплава.

Цель изобретения - сокращение времени обработки, затрат на выплавку стали и повышение качества металла.

Поставленная цель достигается тем, что в способе внепечной обработки металла на

установке печь-ковш, включающем выплавку полупродукта в плавильном агрегате, выпуск его в разогретый ковш, введение шлакробразующих материалов на поверхность расплава, рафинировку и доводку по химическому составу и температуре с помощью электрической дуги, и разливку, согласно изобретению, материалы,

используемые для внепечной обработки, предварительно загружают в пустой ковш установки, нагревают, расплавляют и обрабатывают путем вакуумирования и/или продувки инертным газом или азотом через пористую пробку в ковше, причем продувка не прекращается и во время его передачи от стенда нагрева к плавильному агрегату и во время выпуска в него плавки.

Предварительное расплавление материалов, используемых для внепечной обработки, осуществляют с помощью дуги постоянного тока, горящей между расплавом и одним электродом или плазмотроном, расположенным соосно ковшу, кроме этого в ковш загружают металлические материалы,.зажигают плазменный либо дуговой разряд, после чего поверх слоя частично либо полностью расплавленных металллических материалов вводят шлакообразующие материалы, помимо этого после предварительного расплавления материалов, используемых для внепеченой обработки, ковш подают к плавильному агрегату под той же футерованной крышкой, под которой производили плавление материалов, а во время выпуска металла в ковш струя проходит через отверстие в крышке для плазмот- рона либо электрода, также новизна усматривается в том, что во время предварительного плавления материалов, используемых для внепечной обработки, их азотируют путем обработки азотсодержащей плазмой и продувки азотом через пористую пробку, кроме того в качестве материалов, подвергающихся предварительному плавлению и обработке, используют замасленные лом и отходы, которые при этом подвергаются термическому обезжириванию, помимо этого новизна усматривается в том, что во время предварительного плавления материалов, используемых для внепечной обработки, производят их науглероживание из расчета получения содержания углерода в пределах марочного после выпуска в ковш полупродукта из плавильной печи.

Сущность изобретения состоит в следующем. Легирующие, раскислители и шлакообразующие материалы, используемые для внепечной доводки металла, заваливаются в ковш установки печи-ковш и расплавляются с помощью дугового либо плазменного разряда. Одновременно с этими материалами в ковш м огут заваливаться и подвергаться плавлению отходы выплавляемой марки или других подходящих по химическому составу марок, которые имеют габариты, позволяющие подавать их в ковш. Этот прием позволяет существенно повысить долю обходов в шихте, используемой для производства стали при выплавке полупродукта в агрегатах типа конвертора, а также повысить усвоение из отходов легирующих элементов по сравнению с введением их в плавильный агрегат. Во время плавления материалов в ковше происходит также, высокотемпературный разогрев футеровки ковша, так что не требуется специального стенда, времени

0

и расхода топлива и кислорода для этой

операции. В начале плавления после зажигания разряда дуги горит частично или полностью в колодце из твердой шихты. В это время вводится мощность максимальная, а

5 эффективность использования тепла во много раз выше, чем в случае способа-прототипа, когда материалы вводятся по ходу внепечной обработки в ковш с металлом с температурой 1500-1600°С, и необходимо

0 передать тепло на их плавление при этой температуре в условиях, когда вводить большую мощность нельзя низкой стойкости футеровки, а тепловые потери ковша велики. После частичного плавления и осе5 дания шихты на дно ковша дуга начинает гореть открыто и происходит высокотемпературный разогрев его футеровки и доллав- ление. материалов, используемых для внепечной обработки. Вводимая вэтомслу0 чае мощность может снижаться. Облучение футеровки в этот момент также играет положительную роль, вызывая ее необходимый разогрев и аккумулирование тепла, в отличии от способа-прототипа, когда облучение

5 дугами предварительно уже разогретой футеровки только увеличивает ее из.нос.

Образовавшийся во время плавления синтетический шлак раскисляется лигатурой, имеющей высокое, содержание легиру0 ющих элементов и раскислителей, что резко повышает его рафинирующие свойства, в том числе способность осуществить десуль- фурацию, В этот период протекает также интенсивное рафинирование лигатуры из

5 ферросплавов, раскислителей и отходов от вредных примесей и неметаллических включений, всегда в больших количествах присутствующих в ферросплавах. Затем ковш с расплавом подается к плавильному агрегату

0 и в него производится выпуск полупродукта. В случае, если по окончании выпуска металл имеет близкие к требуемому химический состав, температуру и чистоту по содержанию примесей он может непосредственно пере5 даваться на разливку или после продувки аргоном и корректировки состава без передачи на стенд установки печь-ковш В случае необходимости более серьезной доводки ковш с металлом передается обратно на стенд установки лечь-коши.

Во время предварительного плавления и обработки материалов для внепечной доводки на установке печь-ковш производится продувка инертным газом или азотом через пористую пробку или их вакуумная обработка. Продувка расплава инертным газом или азотом через пористую пробку может продолжаться и во время передачи ковша от стенда нагрева к плавильному агрегату и во время выпуска в него плавки,

Вакуумирование материалов для вне- печной доводки на предварительном стенде обеспечивает дополнительное повышение качества металла при последующей обработке полупродукта синтетическим шлаком и лигатурой за счет уменьшения содержания газов и лучшего раскисления шлака. Кроме этого сокращается суммарное время внепечной обработки ввиду того, что из добавляемых материалов(ферросилиций, известь) легче удалить,газы, в частности водород, предварительно их вакуумируя, чем когда эти газы растворены во всем объеме обрабатываемого металла. Вакуумирование расплава легирующих раскислителей и шлакообразующих осуществляется как плавлением их в вакууме с использованием, специального вакуумного плазмотрона, так и путем плавления при нормальном давлении и последующего вакуумирования, затем ковш подается к плавильному агрегату и в него производится выпуск плавки. При этом время предварительного плавления и ваку-. умирования материалов для внепечной обработки стали меньше в первом случае при использовании вакуумного плазмотрона, т.к. операции плавления и вакуумирования в этом случае совмещаются.

В то же время, как показали исследования, использование вакуумного плазмотрона и совмещение нагревай вакуумирования металла в ковше по известному способу по- сле в ыпуска туда полупродукта из плавильного агрегата встречает серьезные трудности, связанные с тем, что во время вакуумирования металл вскипает и заполняет специально оставляемое свободное пространство в ковше, которое составляет около 1 м. В то же время длина дуги в вакууме должна быть значительно больше, чем при атмосферном давлении, из-за более низкого напряжения на ней и соответственно не остается места под крышкой ковша для ее горения. Увеличение высоты ковша увеличивает тепловые потери, расход огнеупоров, его массу и грузоподъемность оборудования, т.е. приводит к существенным затратам.

Продувка инертным газом или азотом через пористую пробку производится во

время всего периода плавления и обработки материалов для внепечной доводки и прекращается только в момент интенсивного кипения и вспенивания расплава при его 5 вакуумировании. Этот прием обеспечивает кроме интенсивного перемешибания расплава его защиту от атмосферы и дегазации, а в случае подачи азота и азотирование. При

0 наличии крышки на ковше целесообразно продолжать продувку расплава аргоном или . азотом, смотря по сортаменту, и во время внепечной обработки к плавильному агрегату и во время выпуска в него плавки. Данное

5 решение создает надежную защиту расплава от взаимодействия с воздухом и не только предотвращает окисление легирующих и рост содержания водорода в расплаве лига- .туры и синтетического шлака, но и позволя0 ет снизить содержание этого элемента. Этим достигается сокращение необходимо- . го времени внепечной обработки и повышение качества металла. В ковше в этот п&риод также продолжаются процессы раскисле5 ния лигатуры и шлака и повышены их рафинирующие свойства. При наличии футерованной нагретой крышки, перемешивание расплава лигатуры и шлака в ковше не сопровождается существенным увеличе0 нием тепловых потерь, Продувка расплава через пробку азотом применяется при выплавке азотируемых марок сталей или сталей, на которых азот не оказывает отрицательного влияния.

5 Во время выпуска плавки полупродукт интенсивно перемешивается с синтетическим шлаком и.лигатурой и происходит ра0 финирование металла от серы, кислорода, включений, а также усреднение состава. Известно, что во время выпуска скорость этих : процессов возрастает в десятки и сотни раз по сравнению с тем, когда двердые шлако5 образующие просто вводятся на поверхности { расплава в ковше и затем плавится. Этот эффект и используется в способе-аналоге, но в отличие от этого способа, по которому предварительное расплавление легирую0 щих и шлакообразующих производится в специальной плавиковой печи типа ДСП, эта операция производится непосредствен- но в ковше. Кроме экономических преимуществ, связанных со снижением расходов

5 по переделу при эксплуатации печи-ковша, это обеспечивает повышение усвоения легирующих и раскислителей на лигатуры. Так, при выпуске лигатуры в ковш на воздухе из специальной плавильной печи неизбежно происходит окисление этих элементов, т.е. себестоимость стали снижается еще и за счет уменьшения расходов на шихтовые материалы, С другой стороны использование изобретения приводит также и к возрастайию качества металла.

Это происходит потому, что во-первых, отсутствует размыв футеровки ковша во время выпуска в него расплава синтетиче- ского шлака и лигатуры и соответственно не ухудшаются свойства шлака и качество об рабатываемого металла, что имеет место в способе-аналоге. Во-вторых, качество металла повышается также и в результате того, что в случае, если за время выпуска полупродукта из печи в ковш Vi последующей продувки металла аргоном через пробку невозможно получить необходимый состав металла и температуру, ковш направляется обратно на установку внепечной доводки, где и производится окончательная обработка расплава, в том числе и вакуумирование, когда это требуется.

Качество стали по сравнению с извест- ным способом обработки расплава синтетическим шлаком и лигатурой возрастает также и в результате снижения водорода даже без применения вакуумирования. Это достигается тем, что во время расплавления шлакообразующих и лигатуры в печи-ковше производится продувка расплава через пористую пробку в днище сухим аргоном или азотом. При этом эффективно удаляется как водород, содержащийся в расплавляемых материалах, так и предотвращается поступление влаги на воздухе. При расплавлении же синтетических шлаков в обычной флю- соплавильной печи содержание водорода в них наоборот повышается по сравнению с исходными материалами и в дальнейшем ведет к росту концентрации водорода в обрабатываемом металле.

По сравнению с прототипом, по которо- мутвердые шлакообразующие, легирующие и раскислители вводят в ковш установки внепечной доводки во время или после выпуски в него полупродукта из плавильного агрегата, изобретение обеспечивает сокращение времени внепечной доводки и затрат на ее проведение, а также повышение качества металла. Сокращение времени обработки связано с резким ускорением процессов десульфурации, раскисления, удаления неметаллических включений во время интенсивного перемешивания жидких шлака и лигатуры с полупродуктов во время его выпуска, а также с резким повышением эффективности плавления и нагрева материалов, используемых для внепечной обработки согласно изобретению, как это описано выше. При этом сокращаются не только время обработки после выпуска полупродукта в ковш, но и суммарное время с учетом длительности плавления

материалов в ковше. Во время внепечной обработки сокращается также и потому, что во время плавления шлакообразующих и легирующих, содержащих иногда значительное количество водорода, в ковше с продувкой аргоном или азотом происходит эффективное его удаление и в дальнейшем отпадает необходимость в проведении вакуумирования - длительной и дорогостоящей операции и связанного с ней дополнительного нагреёа металла или сокращается время этих операций; Вакуумирование материалов для внепечной обработки также требует меньше времени, чем вакуумирование всего объема металла и позволяет достичь высокого качества, т.к. сам исходный металл, например конверторный, содержит незначительное количество газов.

Повышение качества металла определяется несколькими факторами. Во-первых, достичь необходимого качества металла при использовании известного способа-прототипа часто не удается из-за недостатка времени на проведение обработки, т.к. установка печь-ковш должна работать в комплексе с такими высокопроизводитель- ными агрегатами, как конвертор или дуговая печь. В этом случае применение изобрете- ния, требующего меньше времени , ведет и к повышению качества металла, а также по- ; зволяет большую часть стали обрабатывать на установке внепечной обработки. Йо-вторых, качество металла повышается благодаря формированию высокоактивного хорошо раскисленного шлака с очень низкой активностью кислорода. Это происходит потому, что плавление шлакообразующих производится в контакте с лигатурой из легирующих и раскислителей и при этом концентрация в ней раскислителей во много раз больше, чем в объеме всего металла, когда они вводятся в ковш,после выпуска плавки.

В-третьих, качество металла возрастает в результате снижения содержания в нем газов, и при продувке расплава инертными газами при передаче ковша на разливку и во время выпуска в него плавки,

Себестоимость стали, производимой с использованием внепечной обработки по настоящему изобретению, снижается по сравнению с обработкой по способу-прототипу благодаря двум факторам.

В результате сокращения затрат непосредственно на внепечную обработку ввиду сокращения времени обработки, исключение в некоторых случаях необходимости ва- куумирования металла, а также из-за отсутствия необходимости в специальном стенде и проведения соответствующей oneрации по высокотемпературному разогреву футеровки ковша.

Себестоимость стали снижается в результате повышения доли отходов в шихте, идущей на производство стали, в случае выплавки исходного металла в агрегате с ограниченным использованием отходов (типа конветора) и повышения усвоения легирующих из этих отходов при выплавке исходного металла как в конверторе так и в электропечи.

Предварительное расплавление материалов, используемых для внепечной обработки в печи-ковше осуществляется с помощью одного вводимого по оси ковша электрода либо плазмотрона и соответственно дуги постоянного тока. Этот прием обеспечивает увеличение стойкости футеровки по сравнению с трех электродной схемой,и плавлением дугой переменного тока. Это связано не только с равномерной тепловой нагрузкой на стены, ном с тем, что при

плавке дугой постоянного тока под электродом образуется значительно более широкий колодец конической формы и соответственно больший слой расплава защищает в первый период дно плавильной камеры. Большая стойкость футеровки способствует повышению рафинирующих свойств шлака и повышению качества металла. Большая длина дуги на постоянном токе полезна при осуществлении изобретения, т.к. способствует прогреву стен ковша. Кроме этого применение плазменного нагрева более эффективно защищает поверхность расплава от взаимодействия с воздухом, что также ведет к повышению качества металла,

В ковш сначала загружают металлические материалы, после чего зажигают плазменный либо дуговой разряд и после этого поверх слоя частично либо полностью расплавленных металлических материалов вводят шлакообразующие материалы. Этот прием обеспечивает более простое и надежное зажигание дуги (разряда), т.к. если сначала заваливаются шлакообразующие атериалы, а затем электрод ИЛИ плазмотрон,. опускается до контакта с шихтой, под элек- тродом или катодом плазмотрона могут окааться не электропроводные материалы и цепь не Замыкается. В этом случае необходимо использовать плазмотрон с дежурной независимой дугой для стартового периода или какие-либо другие приемы для зажигания разряда. Кроме этого более позднее введение шлакообразующих материалов способствует повышению стойкости футеровки ковша. Конкретный момент введения шлакообразующих определяется количеством расплавляемых металлических материалов и шлакообразующих, из газонасыщенностью, конкретной технологией внепечной обработки и стоящими перед ней задачами. Ковш после предварительного расплав- 5 ления в нем материалов для внепечной обработки подают к плавильному агрегату под той же футерованной крышкой, под которой производили плавление материалов, а во время выпуска металла в ковш струя метал0 ла проходит через отверстие в крышке для плазмотрона либо электрода. Этот прием обеспечивает снижение тепловых потерь во время передачи ковша от стенда нагрева к плавильному агрегату, а.также снижение

5 окисления легирующих элементов и раскис- лителей из расплава лигатуры. Также повышается качество обрабатываемого металла, , т.к. расплав лигатуры и синтетического шлака защищен в этом случае от контакта с

0 воздухом и в нем не возрастает содержание газов.

Во время предварительного плавления в ковше материалов их азотируют путем обработки азотсодержащей плазмой и продув5 ке азотом через пористую пробку. Этот технологический прием применяется при производстве азотируемых марок сталей и обеспечивает экономию азотированных ферросплавов или сокращение времени

0 плавки если азотирование осуществляется из газовой фазы. Эффективность проведе- 1йия азотирова ния во время плавления ферросплавов и раскислителей в ковше определяется тем, что лигатура имеет значи5 тельно большее содержание таких элементов, повышающих растворимость и скорость перехода азота в металл, как хром, марганец, ванадий. Другим фактором, увеличивающим скорость азотирования, явля0 ется развитая поверхность крупных материалов в начале плавления, их низкая температура и наличие интенсивного перемешивания образующегося рас плава азотом через пробку. При этом для повышения

5 скорости азотирования желательно одновременно с продувкой азота через пробку осуществлять обработку расплавляемых материалов азотсодержащей плазмой посредством плазмотрона. Все это обеспечивает

0 преимущества перёд проведением азотирования как в плавильной печи, например плазменной, так и в ковше после выпуска туда плавки.

В качестве материалов подвергающих5 ся предварительному плавлению и обработке, используют подходящие пр.составу и крупности лом и отходы, в том числе стружку. На металлургических-заводах всегда имеются лом и отходы, имеющие состав, близкий к выплавляемой марке и не требующие окислительной обработки. В то же время при выплавке металла по известным способам они заваливаются в плавильный агрегат (электропечь или конвертор) вместе с остальной-шихтой и производится кисло- родная продувка для обезуглероживания, де- фбсфорации и T.R. При этом неизбежно окисляются легирующие элементы и раскис- лители, -содержащиеся в этих отходах. Повышение эффективности теплопередачи в ковше установки при обработке металла по заявляемому способу и снижение времени необходимого для внепечной обработки позволяет производить плавление значительно больших количеств материалов, чем обычно присаживаемых в ковш 1-5% от массы обрабатываемого металла. Вследст- вие этого имеется возможность загружать упомянутые лом и отходы в ковш для пред- верительного плавлений и обработки и этим повысить эффективноеть их использования и снизить себестоимость стали.

В качестве материалов, подвергающих- ся предварительному плавлению и обработ- ке используются замасленные лом и отходы, которые при этом подвергают термическому обезжириванию,,Утилизация замасленных отходов встречает серьезные трудности на металлургических заводах, Так дри их непосредственной завалке в электропечь или конвертор продукты разложения масел, выделяясь через различные неплотности, загрязняют атмосферу в цехе и вне его. Надежно уплотнить эти агрегаты не представляется возможным, поэтому единственным решением для снижения пы- легазовыделений является оснащение их мощной газоотсасывающей системой. Эта систе й,естественно, всегда рассчитывает- ся на удаление пыли и газов, образующихся при кислородной продувке ванны, и быстро выходит из строя при попаданий .в нее-паров масла, т.к. она для этого не приспособлена. Все это конечно увеличивает расходы на ремонт и эксплуатацию системы во время ее простоев. Другим, используемым на практике путем для утилизации замасленных отходов, является создание специального дорогостоящего Ьборудования для предварительной обработки этих материа- лов.

По предлагаемому способу загрязненные маслом отходы загружаются в ковш установки печь-ковш и во время их предварительного плавления происходит термическое разложение органических сое- динений и удаление образующихся продуктов.

В отличие от электропечи или конвертора в ятом случае не представляет сложности

хорошо уплотнить крышку ковша и полностью удалять газы из рабочего пространства ковша без подсоса воздуха с помощью ды- моотсосной системы небольшой производительности, которая специально рассчитана на такой режим работы. Пары масла при том могут конденсироваться на холодильнике и образующийся продукт может применяться как вторичные нефтепродукты. Все это снижает расходы на производство стали и ее себестоимость.

Во время предварительного плавления материалов, используемых для внепечной обработки, производится их науглероживание из расчета получения содержания угле- рода.в пределах марочного после выпуска в ковш полупродукта из плавильной печи. Известно, что значительное науглероживание металла представляет серьезную проблему в большой металлургии. Эта операция, в частности, необходима, когда при выплавке стали с высоким содержанием углерода в конверторе осуществляется значительная передувка расплава чугуна и лома, а затем производится науглероживание металла в ковше до марочного состава.

По .«известным способам для науглероживания применяется продувка стали в ковше порошком графита с помощью специальной установки для вдувания порошков. Этот способ Относительно дорог, т.к. требует расходов на строительство и эксплуатацию установки для продувки порошками, а также на .специальное отделение помола порошков. Кроме того, необходимо время как собственно на введение порошка графита, так и на нагрев металла из-за эндотермичности реакции растворения углерода, и не гарантируется стабильное содержание этого элемента. По данному изобретению углерод вводится в ковш в виде кокса и графитового боя вместе с другими материалами для внепечной обработки стали и вовремя их предварительного плавления науглероживает расплав. После выпуска металла (полупродукта) в ковш с этим расплавом лигатуры и синтетического шлака обеспечивается быстрое и стабильное получение необходимого содержания углерода в стали без специальных затрат времени и специального оборудования, Кроме того, углерод, когда он имеет значительную концентрацию, является хорошим раскислителем, не образующим неметаллических включений.Поэтому в высокоуглеродистом расплаве лигатуры, состоящей из ферросплавов и отходов, происходит активное восстановление неметаллических включений, всегда в большом количестве содержащихся в ферросплавах, на стадии

предварительного плавления материалов. При этом также повышаются рафинирующие сгойства шлака. Развитию углеродного раскисления способствует локальный перегрев расплава в зоне пятна дуги. Многократно эффект углеродного раскисления усиливается при предварительном плавлении материалов для внепечной обработки в вакууме. Описанный технический прием обеспечивает уменьшение времени внепечной обработки стали, повышение ее качества и снижение затрат на ее производство. 1 Пример использования изобретения. s- Исходный металл (полупродукт) выплавлялся в плазменной печи с кера миче- ским тиглем емкостью 1 т, ооборудованной эркерным выпуском. При этом в той же печи моделировалась в случае необходимости выплавка полупродукта в конвертере. Предварительное плавление материалов, ис- польз емых для внепечной обработки, и собственно внепечная обработка ороводи- лась на установке печь-ковш емкостью 1лт.

Установка печь-ковш состоит из стенда подогрева плазменной дугой постоянного тока, сталевозной тележки и ковша. В со- сдав стенда вводит один плазмотрон с механизмом перемещения, две стальные водоохлаждаемые крышки с механизмом перемещения (одна вакуумная, а другая для работы при нормальном давлении), система подачи кусковых материалов в ковш, вакуумная система, система снабжения технологическими газами, газоотсос и рабочая площадка. Стенд подключен к источнику питания с пфисторным управлением, рассчитанным на максимальный JOK до 5 кА и аксимальное напряжение400 В.Кромето- го, установка для внепечной доводки оборудована специальным загрузочным устройством, предназначенным для завалки в ковш материалов, подлежащих расплавлению, с помощью специальной корзины, аналогичной используемой для за- фузки дуговых печей, поскольку система подачи кусковых материалов не рассчитана на использование отходов,

Сталевозная тележка перемещается по рельсам с помощью привода и имеет кон- т ктные приспособления для подвода тока к выводам подовых электродов, установленных на ковше. Ковш1 установки внепечной обработки оборудован двумя металлокера- мическими подовыми электродами и пористой пробкой з днище для продувки расплава газами. Когда ковш обрабатывается на стенде, он накрывается специальной водоохлаждаемой крышкой, состыкованной с системой подачи кусковых материалов; газоотсосом и т.д., а под этой крышкой размещается неводоохлаждаемая огнеупорная крышка-свод, опирающаяся на сводовое кольцо, Эта вторая крышка-свод применяет- - ся для снижения тепловых потерь и крепит- 5 ся быстроразъемными соединениями к верхней крышке. Поэтому, когда ковш после предварительного плавления в нем материалов подается к плавильному агрегату, она может отсоединяться от верхней стационар0 ной крышки и перемещаться вместе с ковшом. На описанном металлургическом

оборудовании осуществлялось опытно-промышленное опробование изобретения при производстве конструкционной легирован5 ной стали 15Г2АФ и шарикоподшипниковой сталиШХ15.

Технология внепечной обработки конструкционной легированной, стали 15Г2АФ следующая. Полупродукт выплавляли в

0 плазменной печи, для чего углеродистый железный лом и отходы типа 15Г2АФ и близких по составу марок расплавляли, а затем обезуглероживали до 0,12%. Во время плавки полупродукта ковш ставился на тележку

5 и подавался на стенд обогрева. При этом производилась завалка в него посредством корзины, как это описано выше, 17,5 кг ферромарганца, 2,7 ферросилиция ФС65, 1,4 кг алюминия, 2,1 кг феррованадия и 150 кг

0 собственных чистых и подходящих по габаритам отходов выплавляемой марки. Ферросплавы загружались на низ корзины, а сверху отходы вместе со шлакообразующи- ми (25 кг извести и шпата в соотношении

5 4:1), После этого ковш накрывался крышкой, подавался аргон в плазмотрон и на пробку и производилось зажигание дуги. В первый период после этого дуга полностью горела в проплавленном колодце и происходило ин0 тенсивное плавление шихты, После ее оседания дуга начинала облучать стены и прогревать футеровку. Длина дуги в этот период поддерживалась около 15 см. После расплавления ферросплавов и отходов, а

5 также образования активного хорошо восстановленного шлака ковш подавался к плазменной печи, в которой в этот момент заканчивалась плавка, и производился выпуск в него полупродукта из аркерного ста0 левыпускного отверстия. Печной шлак при

этом отсекался. Общая продолжительность

предварительного плавления материалов

для внепечной доводки составила 25 мин.

Вслед за выпуском ковш обратно переме5 щался на стенд, где обогревался в течение 5 мин при перемешивании расплава аргоном и после этого передавался на разливку,

В результате существенно снизилось суммарное время внепечной доводки металла по сравнению с прототипом с учетом как

времени предварительного плавления материалов, так и обработки плавки после выпуска, исключена операция высокотемпературного разогрева футеровки ковша на специальном стенде, повышено качество металла и снижена себестоимость стали 15Г2АФ. Время внепеч: ной обработки снизилось с 55 до 30 мин в сумме.

Существенно возррвла ударная вязкость листов из стали 15Г2АФ {с 11,0 до 14.3 кгс.м/см4, которая является основным качественным показателем для этой марки, идущей на производстве сосудов, работающих под давлением. Возрастание ударной вязкости произошло, как в результате повышения чистоты металла по таким вредным примесям, как сера и кислород, так и в результате изменения условий раскисления кальцием. За счет уменьшения содержания водорода в металле с 4,1 до 2,0 см /100 г был ликвидирован брак по флокенам. Себестоимость слитков из стали 15Г2АФ в условиях опытного производства снизилась. Стойкость футеровки ковша повысилась с 31 до 61 плавки, в среднем..

Технология внепечной обработки шарикоподшипниковой стали ШХ15 следующая. В плазменной печи расплавляли чушковый чугун, при его нагреве до 1300°С, печь отключалась, и производились завалка лома (9%) и продувка ванны кислородом. Печь после этого не включалась. После окончания кислородной продувки производился выпуск полупродукта с предварительно расплавленными и обработанными материалами. Расплавление и обработка материалов производилась следующим образом, Ковш на тележке подавался к стенду нагрева установки печь-ковш и в печь заваливались с помощью корзины 200 кг отходов и лома стали ШХ15; 15,7 кг углеродистого феррохрома; 4,5 кг ферросилиция; 3,4 кг ферромарганца и 0,5 кг алюминия, В качестве лома использовались вышедшие из строя подшипники.и машиностроительные отходы производства подшипников, а также стружка. Эти материалы были загрязнены смазочными органическими веществами и специальной очистке и обработке не подвергались. Вслед за этим ковш перемещался под крышку установки печь-ковщ, зажигалась дуга и производилось плавление этих материалов и разогрев футеровки ковша. Масла при этом под действием высоких температур возгонялись, разлагались и образующиеся продукты этих процессов удалялись дымоотсосной системой из ков- ..

На пути отходящих газов был установлен специальный холодильник, на котором

пары масла конденсировались с образованием вторичных нефтепродуктов. Через 12- 15 мин после включения установки осуществлялось введение шлакообразующих (известь и шпат в соотношении 4:1) в количестве 25 кг поверх слоя расплавляемых металлических материалов. За 2-3 мин до окончания плавки полупродукта стенд нагрева отключался и ковш вместе с нижней

футерованной крышкой-сводом, подавался на тележке к плавильной печи, где в него производился выпуск металла. Время предварительного расплавления материалов в ковше с одновременным обезжириванием с

последующей обработкой шлаком составили 30 мин. При этом непрерывно производилась продувка расплава через пробку, которая не прекращалась и когда ковш подавался к печи и во время выпуска из печи

плавки. Вслед за выпуском ковш перемещался обратно на стенд и подвергался обработке на нем в течение 7 мин с подогревом и после этого подавался на разливку,.

Использование изобретения позволило существенно снизить время внепечной обработки металла. Повысилось его качество и снизилась себестоимость. В. несколько раз повышено количество лома и отходов в шихте, исключена, операция высокотемпературного разогрева футеровки ковша на отдельном стенде. Так, время внепечной об-. работки снизилось по сравнению с прототипом с 50 до 37 мин, содержание серы и

кислорода уменьшилось с 0,003 и 0,002 до 0,001 % того и другого, содержание неметаллических включений уменьшилось с Q004 до 0,002. Себестоимость слитков стали ШХ15 в

условиях опытного производства снизилась

С 597 до 467 руб/т.

Возросла доля использования лома и. отходов в шихте с 9 до 27,2% в сумме в печи и в ковше, снизился расход легирующих и раскислителей.

При опробовании изобретения была также отработана технология выплавки стали ШХ15, позволяющая еще больше повысить экономичность процессов за -счет увеличения доли отходов и лома в шихте.

Для этого производили науглероживание отходов и ферросплавов при их предварительном плавлении в ковше, а полупродукт в печи передувался до низких концентраций углерода (0,03%J . Науглероживание на стадни предварительного плавления материалов обеспечивает высокое и надежное усвоение этого элемента и стабильность механических свойств стали ШХ15. Эту операцию при проведении исследований осуществляли по двум влрилнтям По порвому варианту науглероживание производили при нормальном давлении, а по второму в вакууме, что создавало благоприятные условия для углеродного раскисления металла и снижения содержания неметаллических включений.

Таким образом, установка печь-ковш, которую раньше можно было так назвать с большой натяжкой, т.к. в ней расплавлялось 1-5% шихты от всей плавки, действительно стала выполнять функции плавильного агрегата, в котором можно предварительно расплавлять и обрабатывать с большой эффективностью до 20% и больше материалов от всей шихты.

Формула изобретения

1. Способ внепечной обработки стали на установке печь-ковш, включающий выплавку полупродукта в.плавильном агрегате, выпуск его в разогретый ковш, введение шлакообразующих материалов на поверхность расплава, рафинировку-и доводку по химическому составу и температуре с помощью электрической дуги и разливку, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени обработки и затрат на выплавку стали, а также повышения качества стали, материалы, используемые для внепечной обработки, предварительно загружают в пустой ковш установки, нагревают, расплавляют и обрабатывают путем вакуумирования и/или продувки инертным газом или азотом через пористую пробку в ковше во время его передачи от стенда нагрева к плавильному агрегату и во время выпуска в него плавки,

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что предварительное расплавление материалов, используемых для внепечной обработки, осуществляют с помощью дуги постоянного тока, горящей между расплавом и одним электродом или плазмотроном, расположенным собсно с ковшом.

3. Способ по п.1,отличающийся тем, что в ковш загружают металлические материалы, зажигают плазменный либо дуговой разряд, после чего поверх слоя час- 5 тично либо полностью расплавленных металлических материалов вводят шлакооб- разующие материалы.

4. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и И с я тем, что после предварительного расплав0 ления материалов, используемых для вне- .«печной обработки, ковш подают к плавильному агрегату под той же футерованной крышкой, под которой производили плавле-ние материалов, а во время выпуска

5 металла в ковш струя проходит через отверстие в крышке для плазмотрона, либо электрода..

5. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я

0 тем, что во время предварительного плавления материалов, используемых для внепечной обработки, их азотируют путем обработки азотсодержащей плазмой и продувки азотом через пористую пробку.

5 6.-Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что в качестве материалов, подвергающихся предварительному плавлению и обработке, используют, необходимые по составу и крупности лом и отходы, в том

0 числе стружку.

7. Способ по п,1,отличающийся тем, что в качестве материалов, подвергающихся предварительному плавлению и обработке, используют замасленные лом и

5 отходы, которые при этом подвергают термическому обезжириванию.

8. Способ по п. 1, от л ича ющийся тем, что во время предварительного плавления 0 материалов, используемых для внепечной обработки, производят их науглероживание из расчета получения содержания углерода в пределах марочного после выпуска в ковш полупродукта из плавильной печи.

Сущность: материалы, используемые для внепечной обработки, предварительно загружают в пустой ковш установки и расплавляют, нагревают и обрабатывают их с . помощью электродугового либо плазменного нагрева, после чего в этот ковш с жидкими материалы выпускают подлежащий обработке полупродукт и по достижении требуемого состава и температуры металла производят его разливку. Расплавление материалов осуществляют с помощью одного электрода либо плазмотрона, расположенного соосно с ковшом, и дуги постоянного тока, а после выпуска из плавильной печи полупродукта в ковш с предварительно рас- плавленными материалами, дополнительно обрабатывают его на установке печь-ковш. Шлакообразующие материалы вводят поверх слоя частично, либо полностью расплавленных маталлических материалов, которые во время расплавления в печи-ковше подвергают вакуумной обработке. Кроме того, ковш подают к плавильному агрегату под той же крышкой, под которой производилось плавление материалов, а выпуск металла в ковш осуществляют через отверстие в крышке для плазматрона либо электрода. Расплав материалов, используемых для вне- печной обработки, продувают аргоном или азотом через пробку в ковше во время его передачи к плавильному агрегату и во время выпуска в него плавки, азотирование также осуществляют путем обработки азотсодержащей плазмой и продувкой азотом через Пробку, причем в качестве материалов могут использоваться замасленные лом, отходы и стружка, которые подвергаются при этом термическому обезжириванию. Кроме того, во время предварительного плавления и обработки материалов в ковше производят их науглероживание из расчета получения углерода в пределах марочного после выпуска в ковш полупродукта из плавильной печи. w Ё 00 го к hO