Способ выплавки стали в дуговой электропечи Советский патент 1982 года по МПК C21C5/52 

Изобретение относится к электрометаллургическому производству металла для преимущественного использования в черной металлургии.

Известен способ выплавки стали в дуговой электропечи с использованием в шихте железосодержащих оксидных материалов.

Сущность способа заключается в том, что железосодержащий материал - шлам влажностью 6-22% смешивают с негашеной известью и полученную смесь/чередуя со скрапом, загружают слоями в бадью. Эту слоистую смесь вводят в электропечь по всей площади ее сечения. Количество загружаемой смеси составляет 5-75 кг на 1 т стали. В шихту, кроме скрапа и шламоизвестковой смеси, вводят чушковый чугун, известь а флюорат. Через 206 мин получают жидкую сталь с содержанием 0,45% С и 0,0077 S при выходе металла 9898,5% 1 .

Недостатками известного способа являются нерациональная завалка шпама по всему сечениюпечи, низкая стойкость футеровки печи за счет взаимодействия входящих в ее состав соединений с окислами железа по всему объему печи, увеличение расхода эпектроэнергии за счет низкой теплопроводности шламоизвестковой смеси, попадающей в зону электрической дуги.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ выплавки железа и его сплавов в дуговой электропечи, включающий завалку скрапа, железо-углеродсодержащих, плав10ление и восстановление окислов железа в твердом и жидком состоянии.

Существо способа заключается в том,-что на находящийся в электропечи металл (1/3-1/4 садки печи), полу15ченный расплавлением металлизованных окатышей, скрапа или их смесей, вводят восстановительную смесь в количестве 20-60% от веса .окислов, содержащихся в железорудном материале, на20гревают за счет расплава до 13001600°С, а затем на поверхность нагретой восстановительной смеси загружают расчетное количество железорудного оксидного материала 2.

Недостатками этого способа являют25ся, во-первых, очень высокий расход твердого восстановителя, обусловленный интенсивным развитием деструкции топлива в процессе высокотемпературного нагрева, во-вторых, чрезмерный

30 вынос железосодержащих материалов я топливной смеси вследствие интенсив ного протекания реакции восстановле ния окислов железа на поверхности высоконагретого восстановителя, в-третьих, низкая стойкость футеров ки верхних горизонтов и свода печи вследствие взаимодействия частиц пыли с футеровкой с образованием легкоплавких эвтектик, в-четвертых, увеличение расхода электроэнергии за счет нагрева восстановительной смеси. Цель изобретения - интенсификаци процесса повышения стойкости футеровки печи. Поставленная цель достигается те что согласно способу выплавки стали в дуговой электропечи, включающему завалку скрапа железо-углеродсодержа щих материалов, плавление и восстано ление окислов железа в твердом соетоянии согласно изобретению смесь железо-углеродсодержащих материалов количестве 10-50% от веса садки загружа.ют послойно со скрапом в центральную часть печи, ограниченную площадью внутренней поверхности, рас положенной между электродами. Существоспособа заключается в том, что при послойнойзавалке в электропечь скрапа и железо-углеродсодержащей смеси, .последнюю укладывают не по всей площади сечения печи, а только .в ее центральную часть ограниченную площадью окружности, диаметр которой равен расстоянию-меж ду внутренней поверхностью электро, дов . Необходимость реализации этого те нологического приема продиктована рядом факторов, главными из которых являются уменьшение до минимума времени и площади контакта окислов желе за с футеровкой печи, формирование горячих пятен между электродами и скрапом-, обеспечение высокой эф,фекти ности восстановления окислов железа в твердом состоянии по всей высоте садки,низкого пылевыноса и высокой степени использования железосодержащих оксидных смесей. Реализация предлагаемого способа как показали опытные плавки, позволя ет увеличить количество железо-углеродсодержащей смеси до 10-50% от веса садки в зависимости от степени развития процесса восстановления оки лов железа, обусловленного (при одинаковом расходе восстановителя) ско ростью теплопередачи. В качестве железо-углеродсодержащих материалов предусматривается использование железо-углеродсодержащих отходов металлургического производст ва (окалины, колошниковой пыли, шламов агломерационного, доменного и сталеплавильного производства,отсева агломерата и окатышей), содержащих 3-28% С, 40-65% железа, 8-15% окиси кальция. Допускается также использование железорудного концентрата в смеси с твердым восстановителем и флюсом. Основным направлением утилизации железосодержащих отходов металлургического производства является их окускование с получением агломерата и окатьошей и проплавка последних в доменных или сталеплавильных печах. Многооперационность данной схемы предопределяет высокие капитальные . и эксплуатационные расходы на подготовку и окускование железосодержащих материалов. Конечным этапом этой технологической схемы является расплавление и восстановление (довосстановление) окислов железа в жидком соетоянии с получением чугуна или стали. Расчеты показывают, что расходы по переделу на предварительное восстановление окатышей (с учетом расходов на восстановитель) при степени металли,зации 80-90% составляют 20-35% от Себестоимости стали. Изобретение предусматривает утилизацию железо-углеродсодержащих отходов, полученных при очистке отходящих газов различных металлургических производств, без их окомкования и дополнительного введения твердого вое-стаяовителя или значительного сокращения его расхода при Совмещении процессов плавления и восстановления окислов железа в твердом и жидком состоянии в ванне электропечи. Прерванные плавки и разборка шихты по высоте загрузки в лабораторной электропечи показали, что через 30 и 50 мин от момента начала процесса степень металлизации смеси.окалины и колошниковой пыли (содержащей 15,5% С), взятых в соотшотении 1:1, по мере .перехода от нижних к верхним горизонтам печи увеличивается с 3344% до 67-77% соответственно. К моменту полного расплавления скрапа окислы железа в смеси были восстановлены на 90-93%, что двидетельствует о высокой эффективности восстановления окислов железа в твердом состоянии и незначительных энергетических затратах на их довосстановление в жидкой ванне. Кроме указанных преимуществ, центральная загрузка жеЛезо-углеродсодержащей смеси позволяет до минимума уменьшить пыЛевынос, а также продолжительность и площадь контакта железорудных частиц и расплавленных окислов железа с футеровкой печи и свода, что значительно увеличивает их стойкость. При увеличении расхода смеси свыше 50% от веса садки степень металлизации окислов железа в твердом соетоянии резко снижается и в- среднем по высоте загрузки не превышает 4042%. Центральные участки смеси из-за ее низкой теплопроводности остаются практически невосстановленными к моменту полного расплавления.скрапа. Основная масса окислов железа рас- . плавляется, вступает во взаимодействие с футеровкой печи и переходит в шлак, а неиспользованный восстановитель науглероживает металл. При уменьшении расхода смеси ниже оптимальных значений (10% от веса садки) мелкие -частицы рудной и топливной составляющей смеси тонким слоем расп олагаются в трещинах, изломах и неровностях скрапа, что обеспечивает высокую удельную поверхность контакта материалов и чрезмерно высокую скорость теплопередачи. В этих условиях твердофазное восстановление окислов железа: не успевает завершиться, и они практически полностью переходят в шлак, ухудшая технико-.экономические показатели использования железо-углеродсодержащей смеси и процесса в целом.

Таким образом, для осуществления предлагаемого способа необходимо реализовать по крайней мере два условия: организовать формирование дуг (горячих пятен) между электродами и высокотеплопроводной частью шихты (скрапом) и обеспечить наибольшую степень восстановления окислов железа в твердом состоянии до момента расплавления всего скрапа.

Эти УСЛОВИЯ реалнгзуются. за счет центральной загрузки и оптимального расхода железо-углеродсодержащей смеси.

Уменьшение площади, загружаемой железо-углеродсодержащей смеси ниже площади, расположенной между электродами, при оптимальном расходе смеси приводит кобразованию термана - столба су.шучих материалов, обладающих низкой теплопроводностью увеличению продолжительности процесса и расходаэлектроэнергии на прогрев и восстановление окислов железа в твердом состоянии.

Увеличение площади, занимаемой железо-углеродсодержащей смесью, сверх указанных параметров сопровождается снижением скорости теплопередачи от горячих пятен к нижележащим горизонтам, увеличением воздействия излучения и пылевыноса на футеровку печи и свода вследствие попадания в. зону горячих пятен материала с низкой теплопроводностью, переходом основной массы окислов железа в шлак С образованием карбидных соединений и соответствующим ухудшением показателей процесса.

Пример. Опытные плавки проводят в трехбетонной дуговой электропечи переменного тока. Для сравнения одну из плавок проводят известным способом.

В качестве шихты используют стальной лом и смесь колошниковой пыли с окалиной- (вторичные отстойники прокатных цехов Чер.МЗ), содержащую 51% Fe, 14,2% FeO, 51,7% , , 6,5% CaO, 15,5% С, 4,1% SiO, 0,16%$., 0,1% Zn, 5,1% , остальное.- окис0лы Al , Mn, Mg, Cr. 1200 кг этой смеси и 2500 кг скрапа послойно загружают в печь. Первый слой мелкого стального лома толщиной около 200 мм укладывают на подину печи. Второй слой

5 железо-углеродсодержащей смеси загружают на поверхность скрапа таким образом, чтобы диаметр засыпки не превышал 1150 мм (диаметр окружности, описанной между электродами). Толщина слоя составляет 80-100 мм. После0дующие слои укладывают аналогичным образом.

По известному способу,вначале в печь загружают скрап 2500 кг, расплавляют его и на зеркало металла5загружают 360 кг мелкого коксика. Через 10-12 мин после разогрева восстановителя из бункера дозатора загружают 1200 кг ока.чины. Состав и расход шлакообразующих компонентов во всех

0 опытах поддерживают постоянным.

Через 3 ч 20 мин предлагаемым способом получают жидкую сталь с содержанием 0,4-0,45% С. Выход металла составляет 98%. Известным способом

5 через 3 ч 30 мин получают сталь с содержанием углерода О,78% -при выходе металла 81,6%.

Увеличение продолжительности плавки связано с прогревом восстановите0ля. В этом периоде интенсивно протекает науглероживание металла. Введение окислов железа на поверхность раскаленного восстановителя сопровождается значительным выносом пыли.

5 Степень выхода металла уменьшается как за счет уменьшения степени перехода железа в металл, так и высокого выноса пыли. - . .

Таким образом, предлагаемый способ существенно отличается от извест0ных и обладает практической полезностью, подтвержденной результатами опытных плавок.

ее Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанного способа в условиях электродуговой плавки составит 20484 руб. в год.

60

Формула изобретения

Способ выплавки стали в дуговой электропечи, включающий завалку скрапа, железо-углеродсодержащих материалов, плавление и восстановление окис7 9544348

лов железа в твердом и жидком состоя-ную площадью внутренней поверхности,

НИИ, от.личающийся тем,расположенной между электродами.

что, с целью интенсификации процессаИсточники информации,

и повьаиения стойкости футеровки печипринятые во внимание при экспертизе

смесь железо-углеродсодержащих мате- I. Японская заявка № 52-152811,

риалов в количестве 10-50% от веса5 кл. 10 3 153, 1977.

садки загружают послойно со скрапом2. Авторское свидетельство СССР

в центральную часть печи/ ограничен- 572504. кл. С 21 С 5/52, 1977.