Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности, к способу получения стали в дуговой сталеплавильной печи (ДСП).

Известен способ получения стали, включающий завалку в дуговую электросталеплавильную печь металлолома, заливку чугуна, расплавление металлошихты, окисление газообразным кислородом с дефосфорацией стали, скачивание шлака через порог рабочего окна, выпуск стали в ковш с отсечкой печного шлака и доводку стали по химическому составу, отличающийся тем, что во время плавления металлошихты вводят смесь, содержащую магнезитовый порошок фракции 1-10 мм, и известь при соотношении магнезитового порошка к извести 1:(3,2-8,0) в количестве 3,5-7,8% от массы плавки до достижения концентрации в шлаке MgO=6-17%, СаО=30-60%, продувку газообразным кислородом производят до достижения концентрации в шлаке FeO=13-43%, а при выпуске стали в ковш осуществляют присадку извести и плавикового шпата в количестве соответственно 0,6-2,0% и 0,1 -0,3% от массы жидкой стали и осуществляют доводку стали по химическому составу на агрегате типа «ковш-печь» (Патент РФ №2364632 МПК С21С 5/52).

Недостатком данного способа является то, что из-за низкой температуры ванны во время плавления металлошихты магнезитовый порошок образует в шлаке труднорастворимые магнезиальные соединения, что увеличивает продолжительность формирования высокомагнезиального шлака. Повышенная вязкость шлака препятствует эффективной дефосфорации металла в благоприятный для нее период, а футеровка остается незащищенной от химического воздействия окисленного шлака с начала плавки до завершения усвоения магнезитового порошка.

Известен способ выплавки рельсовой стали в дуговой электропечи, включающий завалку в печь металлолома, заливку жидкого чугуна, присадку извести, расплавление металлошихты, окисление углерода продувкой газообразным кислородом, дефосфорацию путем присадки железной руды и извести, скачивание окислительного шлака через порог рабочего окна, выпуск стали с отсечкой печного шлака в ковш, присадку в ковш во время выпуска смеси извести, плавикового шпата и ферросплавов и дальнейшую доводку стали по химическому составу на агрегате типа ковш-печь, отличающийся тем, что известь вводят в составе смеси, содержащей магнезитовый порошок фракции 1-10 мм с содержанием MgO не менее 74% и известь при соотношении магнезитового порошка и извести 1:(3,2-8,1) в количестве 20-78 кг/т стали до получения в шлаке концентрации MgO=6-17%, а СаО не менее 30%, причем осуществляют продувку газообразным кислородом для получения концентрации FeO в шлаке не менее 13%, при выпуске стали в ковш присаживают известь и плавиковый шпат в количестве соответственно 6-15 кг/т стали и 1-3 кг/т стали, а также марганецсодержащие ферросплавы из расчета введения марганца на соответствующее нижнему пределу его содержания в готовой стали, причем доводку стали по химическому составу на агрегате типа ковш-печь начинают после раскисления шлака в ковше и получения концентрации FeO в шлаке не более 1,0% (Патент РФ №2350661, МПК С21С 5/52).

Недостатком данного способа является то, что из-за низкой температуры ванны во время плавления металлошихты формирование высокомагнезиального шлака при использовании магнезитового порошка, образующего при этих условиях труднорастворимые магнезиальные соединения, затягивается до рафинировочного периода. Из-за повышенной вязкости шлака во время плавления металлошихты и окислительный период дефосфорация металла затруднена, вследствие чего приходится увеличивать основность шлака и вводить дополнительно железную руду, при этом происходит химический износ футеровки окисленным шлаком с начала плавки до завершения усвоения магнезитового порошка. Повышенное количество печного шлака снижает энергоэффективность увеличения стойкости пены из высокомагнезиальных шлаков.

Наиболее близким по технической сущности предлагаемому техническому решению является способ получения стали в дуговой электросталеплавильной печи, включающий загрузку лома и чугуна, их расплавление и последующее рафинирование полученного металлического расплава путем ввода шлакообразующих и вдувания в ванну кислорода и угля, отличающийся тем, что регулируют вязкость и рафинирующие свойства шлака в периоды расплавления чугуна и лома и рафинирования металлического расплава, при этом в период расплавления чугуна и лома шлакообразующие вводят в количестве, обеспечивающем содержание в шлаке 3-5% MgO и отношение СаО к SiO₂ от 2 до 2,5 при содержании FeO от 20 до 30%, а в начале периода рафинирования металлического расплава при достижении температуры 1540-1550°С шлакообразующие вводят в количестве, обеспечивающем содержание в шлаке 7-16% MgO и отношение СаО к SiO₂ от 2 до 3 при содержании FeO от 15 до 25%, причем после каждого периода вспененный шлак скачивают через порог рабочего окна (Патент РФ №2393235, МПК С21С 5/52, С21С 7/076).

Недостатком данного способа является низкое содержание оксида магния в шлаке периода плавления, что приводит к химическому износу футеровки до усвоения второй порции магнезиального материала и окончания формирования насыщенного MgO шлака. Концентрация насыщения MgO в основных шлаках в зависимости от их химического состава при реальных температурах электросталеплавильного процесса составляет 7-12%.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение стойкости огнеупорной футеровки ДСП и снижение расхода электроэнергии на плавку.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи, включающем завалку, нагрев и расплавление металлошихты, присадку шлакообразующих материалов, проведение окислительного рафинирования, продувку ванны кислородом, вспенивание шлака и выпуск полупродукта из печи, в период рафинирования при израсходовании 75-88% электроэнергии на плавку для формирования на футеровке износоустойчивого гарнисажа в ванну в два приема вводят высокомагнезиальный материал, содержащий более 80% MgO, в количестве (6,5-10,0) кг/т стали и оставляют шлак с высокомагнезиальными соединениями в печи на следующую плавку для формирования магнезиального шлака периода плавления с содержанием 5,1-10,0% MgO.

Введение высокомагнезиального материала в ванну при высокой температуре и наличии окисленного основного шлака способствует быстрому усвоению оксида магния и образованию тугоплавких магнезиальных соединений, которые оседают и привариваются на огнеупорной футеровке ДСП в процессе движения вспененного шлака и образуют износостойкий гарнисаж, а оставление в печи шлака с неусвоенными высокомагнезиальным гарнисажем и соединениями, обеспечивающими раннее формирование магнезиального шлака периода плавления способствует увеличению стойкости футеровки и раннему образованию шлаковой пены. Вследствие повышенной устойчивости пены магнезиальных шлаков снижается расход электроэнергии на плавку.

Момент ввода высокомагнезиального материала в ДСП определен исходя из достижения температуры металла 1580-1610°С при израсходовании 75-88% электроэнергии. При вводе высокомагнезиального материала в ДСП ранее 75% израсходования электроэнергии он из-за низкой температуры ванны медленно усваивается и часть нерастворившегося материала теряется с удаляемым в это время шлаком. При вводе высокомагнезиального материала после израсходования 88% электроэнергии он не успеет полностью усвоиться шлаком из-за ограниченного периода времени, что может привести к налипанию высоковязкой массы нерастворившегося материала на откосах печи во время выпуска плавки и изменению профиля рабочего пространства.

Расход высокомагнезиального материала на плавку определен с учетом того, что: масса шлака в печи в конце плавки составляет 35-45 кг/т стали; из высокомагнезиального материала 30% оксида магния переходит в гарнисаж; в результате механического воздействия металлошихты во время ее загрузки, термического воздействия электрических дуг из поврежденной футеровки печи и растворения гарнисажа по ходу плавки в шлак поступает MgO в количестве 2-4 кг/т стали. При расходе высокомагнезиального материала менее 6,5 кг/т содержание MgO в шлаке периода плавления составит менее 5,1%, что на 30% менее концентрации насыщения MgO, в результате чего будет происходить заметная химическая эрозия огнеупорной футеровки. При расходе высокомагнезиального материала более 10 кг/т стали содержание MgO в шлаке периода плавления составит более 10%, что из-за низкой температуры ванны превышает концентрацию насыщения, в результате чего образуется шлак с повышенной вязкостью и пониженной дефосфорирующей способностью.

Заявляемый способ выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи был реализован в ДСП-135. Выплавка стали производилась следующим образом. В ДСП загружали 130-135 т углеродистого лома, 2,8-3,1 т антрацита и 4,0-4,5 т извести. В период плавления производили продувку ванны кислородом с одновременным вдуванием углеродсодержащего материала для вспенивания шлака и удаление части шлака из печи через порог рабочего окна. После израсходования 38-42 МВт·ч (79-83%) электроэнергии на плавку в печь в два приема загружали 0,85-1,3 т (6,5-10,0 кг/т стали) высокомагнезиального материала, содержащего 86%) MgO, на футеровке стен образовывался гарнисаж. Шлак с высокомагнезиальными соединениями оставляли в печи на следующую плавку, что обеспечивало концентрацию в шлаке периода плавления 5,4-8,6%. Содержание фосфора в стали составляло 0,003-0,007%, содержание FeO в конечных шлаках составляло 20-26%, их основность была 2,2-2,5 единиц.

Заявляемый способ позволяет увеличить стойкость футеровки ДСП-135 на 50%, снизить расход электроэнергии на 25-45 кВт·ч/т стали.