Способ выплавки стали в дуговых печах Советский патент 1982 года по МПК C21C5/52 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к способам выплавки стали с минимальным содержанием азота в дуговых печах.

Известен способ выплавки стали и сплавов с минимальным содержанием азота. Способ включает введение в металл углеродсодержащих материалов и последующее проведение окислитель- . ного периода. Углерод вводят из рас- чета получения в расплаве перед началом окислительного периода 612 кг/т, а затем его окисляют со скоростью 0,07-0,15 кг/т расплава в 1 мин 1.

Недостатком данного способа выплавки стали и сплавов является то, что вместе с металлической шихтгой в металл вводится большое количество азота, которое, нужно удалять в окислительный период за счет кипения ванны, вызванного окислением углерода.

Балансовые плавки, проведенные на 5 т дуговых печах при выплавке низколегированных сталей с ограниченным содержанием азота, показывают, что основным источником поступления азота в металл является исходная шихта (она дает 55% азота).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо му эффекту является способ производства низкоазотистой стали в дуговых печах. Способ состоит из загрузки шихтовых материалов, например стальных отходов электросталеплавильного, мартеновского и кислородно-конверторного производства и чушкового чугуна, рас10плавления, окислен1В1 примесей газообразным кислородом со скоростью обезуглероживания 0,5-1,5% ч до получения концентрации углерода не менее 0,04% частичного скачивания окислительного

15 шлака и дальнейшего окисления примесей твердыми окислителями 2.

Недостатком данного способа выплавки стали является то, что им невозможно выплавить стали с низким содержа20нием азота при концентрациях углерода более 0,04%, свойственных большинству конструкционных сталей и сварочных марок стали. Кроме того, использование твердых окислителей в конце окис25лительного периода при содержаниях углерода менее 0,04% является неэффективным.

Скорость окисления углерода при этом остается низкой, не приводящей

30 к удалению азота из расп.пава. Цель изобретения - получение гото вого металла с минимальным содержанием азота. Поставленная цель достигается тем что соглс1сно способу, включающему за вал.ку стальных отходов элёктросталеплавильного .производства, отходов ма теновского и кислородно-конвертерного производства,чушкового чугуна, известняка и твердых окислителей, расплавление шихты и проведение окис лительного периода, окисление углеро да за счет присадок железной руды и продувки металла кислородом и арго|ном, стальные отходы электросталепла вильного производства, отходы мартеновского и кислородно-конвертерного производства и чушковый чугун загружают в печь в соотношении по массе 1: (1-10):(0,5-5), известняк и твердые окислители в количестве 1-6 и 0,5-12% от массы садки соответственно в период плавления окисляют 0,10,4% углерода от массы садки, а окисление углерода в течение первых 1/2-2/3 частей окислительного периода ведут за счет присадки железной руды и продувки металла кислородом, а в течение оставшейся час,ти окислительного периода - за счет продувки металла смесью кислорода и аргона. Расход железной руды, для окисления углерода в окислительный период 2-10 кг/т. Расход кислорода для продувки в течение первых 1/2-2/3 частей окислительного периода 0,05-0,5 м Расход смеси кислорода и аргона в оставшейся части окислительного периода 0,05-0,5 мин при соотно шении объемов кислорода и аргона 1:.(1-2). .. Окисление углерода в окислительны период ведут со скоростью 0,0060,020%/мин. Предлагаемый способ выплавки стал с минимальным содержанием азота осно ван на результатах научно-исследовательских работ, проведенных на.; дуговых печах садкой 5 и 25 т и практических работ, приведенных на дуговых печах садкой 5 и 25.- т и практическом опыте работы. Главная задача при выплавке стали с минимальным содержанием азота, заключается в снижении количества азота поступающего с шихтой , и создании условий для удаления азота из металла.в период плавле ния и окислительный период. Легированные отходы электросталеплавильного производства., которые в больших количествах используются при выплавке стали в дуговых печах, имеют повышенное содержание азота 0,018-0,035%. Отходы мартеновского и кислородно-конвертерного производ ства имеют пониженные концентрации азота 0/003-0,008%. Чушковый чугун содержит 0,002-0,005% азота. Чугун вводится еще и какуглеродсодержащий материал. Отходы электросталеплавильного производства, отходы мартеновского и кислородно-конвертерного производства и чушковый чугун заливают в печь при соотношении по массе 1:(1-10):(О,5-5). При соотношении указанных материалов менее 1:1:0,5 совместно с шихтой будет введено большое количество азота, что делает невозможным получение стали с минимальньом содержанием азота. При соотношении расхода шихтовых материалов выше наибольшего 1:10:5 произходит чрезмерное удорожание стали за счет необходимости дополнительного использования ферросплавов и повышенного расхода дорогого чугуна.Это снижает технико-экономические показатели способа выплавки стали. Для образования шлака и окисления углерода в период плавления в завалку вводятся известняк и твердые окислители. Использование известняка, а не извести, в завалку приводит к Газообразованию в ванне за счет разложения известняка по реакции CaCO-j СаО +. СО-г. и выделения дву- , окиси углерода CO-j.. Последняя реагирует с углеродом шихты по реакции С + CO.JL 2СО. Это способствует дополнительному газообразованию в ванне, выделение COg и СО из ванны в период плавления экранирует металл от проникновения азота из атмосферы и удаляет его из жидкого металла. Известняк является также поставщиком СаО в шлак. Расход известняка в завалку равен 1-6% от массы садки. При расходе известняка менее 1% не может быть получено достаточного количества шлака в период плавления, являющегося поглотителем фосфора из металла и защищающего расплав от непосредственного контакта металла с атмосферной печи, содержащей азот. При расходе известняка свыше 6% количество образовавшегося шлака будет чрезмерно большим, что приводит к возрастанию потерь железа с оксидами, кроме того, сильно.возрастают потери технологического электрич.ества для разложения. Твердые окислители ус1Л5ряют растворение извести и окисляют углерод. Расход твердых окислителей в завалку равен 0,5-12% от массы садки. При расходе окислителей менее 0,5% не может быть достигнута поставленная цель выплавки стали с минимальным содержанием азота, так как в период плавления будет окисляться мало углерода, и соответственно, азот не будет удаляться. При расходе окислителей более12% ПЕЮИСХОДИТ чрезмерное окисление углерода шихты, что требует увеличение расхода чугуна в завалку icBepx указанных выше соотношений. Балансовые плавки показывают,что одним из главнейших условий предотвращения поглощения азота в период расплавления из атмосферы печи является окисление углерода. В период плавления окисляютО,1-0,4% углерода от массы садки. При окислении углерода в количестве менее 0,1% про исходит поглощение, а не удаление азота в период плавления. Окисление углерода сверх 0,4% нецелесообраз но, так как это приводит к воз-растанию расхода чугуна свыше указанных ранее соотношений. Балансовые плавки показывают, что в окислительный период происходит удаление азота из металла за счет кипения (-окисления углерода) При-этом окислительный период можно разбить на две части. В первой части продолжительностью 1/2-2/3 длительности окислительного периода принципиальной безразличен источник кислорода, так как димитирующим звеном ре акции окисления углерода является до ставка кислорода к месту реакции. В это время углерод может окисляться интенсивно со скоростями более 0,006%/мин, что приводит к дегазации расплава от азота. Во второй частиокислительного периода при понижении концентрации менее критических проис ходит снижение скорости окисления уг лерода, так как процесс обезуглерожи вания лимитируется в этом случае мас сопереносом углерода к месту реакции. Окисление металла рудой или кислородом становится малоэффективным. Продувка Металла смесью кислорода и аргона облегчает условия зарождения пу зырей СО (. собственно, газовые полост аргона внутри расплава) и ускоряет окисление углерода до скоростей выше 0,006%/мин. Расход железной руды в окислитель ный период для окисления углерода ра вен 2-10 кг/т. При, меньшем расходе руды не могут быть достигнуты скорос ти окисления углерода долее 0,006%/м что не приводит к дегазации расплава от азота. При расходе руды более 10 кг/т скорости окисления углерода снижается из-за чрезмерного охлаждения металла, так как окисление углерода рудой является эндотермическим процессом. Расхрд кислорода в течение первых 1/2-2/3 частей окислительного период равен 0,05-0,5 мин. При расходе Кислорода менее 0,05 м /т мин не быть достигнута т оставленная цел получения металла с минимальным содержанием азота, так как .скорость окисления углерода будет низкой. Рас ходы кислорода более 0,5 м /тмин нецелесообразны из-за чрезмерного ускорения процесса окисления углерКэда и невозможности проведения в полном объеме других операций окислительного периода (наводки новог о шлака, взятия проб металла, измерения температур, удаления фосфора). Это приводитК снижению качества стали. Во второй части окислительного периода расход смеси кислорода и аргона равен О,05-0,5м/т-мин. Снижение расхода смеси ниже 0,05 мин приводит к снижению скорости окисления углерода и невозможности получения стали с минимальным содержанием азота . Увеличение расхода смеси сверх 0,5 мин из-за ускорения процесса делает невозможньш проведение других операций в полном объеме. Соотношение объемов кислорода и аргона в смеси равно 1:(1:2). Такое соотношение о,босновано расчетом окислительного потенциала смеси. При расходе газов в смеси более 1:1 (избыток кислорода) окислительный потенциал смеси практически не увеличивается. При соотношении газов в смеси менее 1:2 окислительный потенциал смеси резко снижается, что приводит к снижению CKOpocl-и окисления углербда и невозможности выполнения поставленной цели получения стали с минимальным содержанием азота. Скорость окисления углерода играет важную роль в процессе удаления или поглощения азота из метаилла. При скорости окисления в окислительный период менее 0,006%/мин удаления азота из металла не происходит. Наоборот, наблюдается поглощение азота из атмосферы печи. Скорости окисления углерода более 0,020%/мин нецелесообразны, так как это приво- . дит к чрезмерному сокращению длительности окислительного периода и затруднению проведения всех операций окислительного периода в полном объеме, что приводит к снижению качества стали. П р и м е р.- В элбктросталеплавильную печь номинальной садкой 25 т при выплавке стали 10ХСНД, содержание (азота в которой не должно быть выше 0,015%, заливают 8 т легированных отходов электросталеплавильного производства, 11,2 т отходов мартеновскрго производства 0,8 т (3%) железной руды, 6,5 т чушкового чугуна (соотношение отходов и чугуна 1:1,4:0,8) и 1,1 т (4,3%) известняка. Металл по расплавлении содержит 0,71% углерода и 0,011% азота. За период плавления окисляется 0,28% углерода. В первую часть окислительного периода длительностью 45 мин окисляется 0,48% при скорости обезуглероживания 0,0105%/мин. При этом израсходовано :180 кг (7 кг/т) железной руды и 100 м кислорода (при длительности продувки 21 мин с расходом 0,18 м/т мин. Во второй части окислительного периода продолжительностью 20 мин углерод окисляется с 0,23 до 0,09% со. скоростью О,0077%/мин. Металл продувают смесью кислорода и аргона в соотношении газов 1:1. За время продувки 14 мин израсходуют 58 м смеси (0,165 м/ТМИн). В конце окис лительного периода.концентрация азот 0,007%. Концентрация азота в.готовой стали 0,012%. Повышение концентрации азота происходит в восстановительный период и при выпуске стали в ковш. Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа выплавки стали в дуговых печах заключается в реализации возможности выплавки стали с регламентированно низким содержани ем азота в стали (не более 0,013%). На плавках, проведенных по предла гаемому способу, концентрация азота в готовой стали 0,011-0,012%, а по известному 0,014-0,016%. Ожидаемый экономический эффект около 50 тыс. руб. Внедрение способа не требует допол нительных капитальных затрат и легко реализуется в электросталеплавильных цехах. Формула изобретения 1. Способ выплавки стали в.дуговых печах, включающий загрузку шихтовых материалов, например стальных отходов электросталеплавильного производства отходов мартеновского и- кислородноконвертерного производства, чушкового чугуна, известняка и твердых окислителей, расплавление шихты и проведение окислительного периода, окисление углерода за счет присадок железной ру ды и продувки металла кислородом и ар гоном, от ли- чающийся тем. что, с целью получения готового метал ла с минимальным содержанием азота, стальные отходы электросталеплавильного производства, отходы мартеновского и кислородно-конвертерного производства и чушковый чугун загружают в печь в соотношении по массе 1:(1-10): : (0, 5г-5) ,известняк и твердые окислители в количестве 1-6% и ,0,5-12% от массы садки соответственно в период плавления окисляют 0,1-0,4% углеродаот массы садки, а окисление углерода в течение первых 1/2-2/3 частей окислительного периода ведут за счет присадки железной руды и продувки ме- . талла кислородом, а в течение оставшейся части окислительного периода за .счет продувки металла смесью кислорода и аргона. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что расход железной руды для окисления углерода в окислительный . период составляет 2-10 кг/т. 3.Способ по п. 1, отличающ и. и с я тем, что расход кислорода для продувки металла в течение первых 1/2-2/3 частей окислительного периода составляет 0,05-0,5 м /т мин. 4.Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что расход смеси кислорода и аргона для окисления углерода в оставшейся части окислительного периода составляет 0,05-0,5 м /т-мин при соотношении объемов кислорода и аргона 1:(1-2). 5.,Способ по п. 1, отличающий с я тем, что окисление углерода в ок-ислительный период ведут со скоростью 0,006-0,020%/мин. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 539077, кл. С 21 С 5/52, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР № 582297, кл. С 21 С 5/52, 1977.