RU2235790C1 - Rail steel melting method - Google Patents

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy, in particular, melting of rail steel in electric arc steel-making furnaces.

SUBSTANCE: method involves feeding into furnace of metal burden, such as metal scraps and liquid cast iron; melting; providing oxidizing period, with following reduction of steel in furnace by aluminum used in an amount of 0.07-0.10% by weight of metal burden and of slag by powdered coke, ground ferrosilicon and granular aluminum, with each of said components being used in an amount of 0.09-0.10% by weight of metal burden; discharging melt into ladle while adding therein of solid slag-forming mixture including lame and fluorspar used in the ratio of (1.0-1.5):(0.3-0.5), respectively, in an amount of 3-3.3% by weight of liquid steel and required reducing agents and alloying additives; providing in-series melting of steel, with weight of first melting metal burden in series exceeding weight of metal burden of subsequent melting processes by 10-15% and weight of finishing melting process being reduced by 10-15%; providing oxidizing period until carbon content is at least 0.60% and temperature is higher than liquidus temperature by 180-240⁰C; performing slag reduction in furnace during finishing melting process in series; during discharge of first and subsequent melting processes, cutting-off furnace slag and discharging final melt with furnace slag.

EFFECT: reduced melting time, power and electrode consumption, reduced concentration of oxygen and phosphor in steel and decreased contamination of steel with non-metallic inclusions.

1 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки рельсовой стали в дуговых электросталеплавильных печах.The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to methods for smelting rail steel in electric arc furnaces.

Известен выбранный в качестве прототипа способ выплавки рельсовой стали в дуговых электросталеплавильных печах, включающий завалку металлолома в печь, заливку чугуна, расплавление, окислительный период, раскисление стали и шлака, выпуск плавки в ковш [1].Known as a prototype is a method of smelting rail steel in electric arc furnaces, including filling scrap metal in a furnace, casting iron, melting, the oxidizing period, deoxidation of steel and slag, and the production of smelting in a ladle [1].

Существенными недостатками данного способа выплавки рельсовой стали являются:Significant disadvantages of this method of smelting rail steel are:

- большая длительность плавки в связи с проведением восстановительного периода и раскисления металла и шлака в печи;- long duration of smelting in connection with the recovery period and deoxidation of metal and slag in the furnace;

- высокий расход электроэнергии и электродов в связи с проведением выплавки на непрогретой металлошихте;- high consumption of electricity and electrodes in connection with the smelting of unheated metal charge;

- повышенный уровень неметаллических включений экзогенного типа вследствие механических разрушений футеровки при завалке металлолома;- increased level of non-metallic inclusions of exogenous type due to mechanical damage to the lining during scrap metal filling;

- повышенный уровень концентрации кислорода в стали в связи со значительной окисленностью печного шлака и отсутствием возможности отсечки шлака из печи;- increased level of oxygen concentration in the steel due to the significant oxidation of the furnace slag and the lack of the ability to cut off the slag from the furnace;

- значительное содержание фосфора в стали вследствие раскисления печного шлака в печи и значительной рефосфорации в печи и при выпуске плавки в ковш;- a significant phosphorus content in the steel due to deoxidation of furnace slag in the furnace and significant rephosphorization in the furnace and when melting into the ladle;

- пониженный уровень физико-механических свойств в связи со значительной концентрацией в стали кислорода и загрязненностью стали неметаллическими включениями эндогенного типа.- a reduced level of physical and mechanical properties due to the significant concentration of oxygen in the steel and contamination of the steel by nonmetallic inclusions of the endogenous type.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются: сокращение длительности плавки, уменьшение расхода электроэнергии и электродов, снижение концентрации кислорода и фосфора, уменьшение загрязненности неметаллическими включениями и повышение комплекса физико-механических свойств.The desired technical results of the invention are: reducing the duration of the smelting, reducing the consumption of electricity and electrodes, reducing the concentration of oxygen and phosphorus, reducing the contamination of non-metallic inclusions and increasing the complex of physical and mechanical properties.

Для этого выплавку стали производят сериями, причем металлошихту первой плавки в серии дают массой на 10-15% больше массы металлошихты последующих плавок, а массу металлошихты последней плавки в серии уменьшают на 10-15%, окислительный период проводят до получения стали с содержанием углерода не менее 0,60% и температуры выше ликвидуса 180-240°С; причем сталь раскисляют на всех плавках серии алюминием в количестве 0,07-0,10% от массы металлошихты, а раскисление шлака в печи порошком кокса, дробленого ферросилиция и гранулированного алюминия в количестве, соответственно, каждого 0,09-0,10% от массы металлошихты, проводят на последней плавке в серии, при выпуске первой и последующих плавок отсекают печной шлак, а последнюю плавку выпускают с печным шлаком, при выпуске плавок в ковш присаживают твердую шлакообразующую смесь, состоящую из извести и плавикового шпата, при соотношении (1,0-1,5):(0,3-0,5), соответственно, в количестве 3-3,3% от массы жидкой стали, и необходимые раскислители и легирующие.To do this, steelmaking is carried out in series, and the metal charge of the first heat in the series gives a mass of 10-15% more than the weight of the metal of the subsequent melts, and the weight of the metal of the last heat in the series is reduced by 10-15%, the oxidation period is carried out until steel with a carbon content of less than 0.60% and temperatures above liquidus 180-240 ° C; moreover, steel is deoxidized in all melts of the series with aluminum in an amount of 0.07-0.10% of the mass of the metal charge, and slag deoxidation in the furnace with coke powder, crushed ferrosilicon and granular aluminum in the amount, respectively, of 0.09-0.10% of each the mass of the metal charge is carried out on the last heat in the series, when the first and subsequent melts are discharged, furnace slag is cut off, and the last heat is let out with furnace slag, when the melts are released, a solid slag-forming mixture consisting of lime and fluorspar is planted in the ratio (1, 0-1.5) :( 0.3-0, 5), respectively, in an amount of 3-3.3% by weight of liquid steel, and the necessary deoxidizers and alloying.

Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем. Шихтовка первой плавки на 10-15% больше массы металлозавалки (металлолом и жидкий чугун) обеспечивает переходящий от плавки к плавке расплавленный шлакостальной остаток, обеспечивающий, во-первых, при завалке металлолома в печь защиту от механических ударов и разрушений футеровки и, во-вторых, гарантированную отсечку печного шлака. При остатке в печи менее 10% возникает вероятность попадания печного шлака в ковш, а при остатке в печи более 15% от массы снижаются технико-экономические показатели плавки.The claimed limits are selected experimentally. The blending of the first smelting is 10-15% more than the weight of the metal filling plant (scrap metal and molten iron) provides a molten slag-steel residue passing from the smelting to the smelting, providing, firstly, when the scrap metal is poured into the furnace, it is protected from mechanical shocks and lining breakdowns, and secondly guaranteed cut-off of furnace slag. If the residue in the furnace is less than 10%, there is a chance that furnace slag will enter the ladle, and if the residue in the furnace is more than 15% by weight, the technical and economic indicators of smelting are reduced.

Содержание углерода выбрано исходя из того, что при понижении концентрации углерода менее 0,60% возрастает содержание кислорода в стали. Температура выбрана исходя из теплопотерь и условий разливки; при температуре ниже перегрева над температурой ликвидус на 180°С из-за высоких теплопотерь в ковше невозможно осуществить разливку на МНЛЗ, при перегреве над температурой ликвидус на 240°С необходимо для оптимизации температурно-скоростных режимов разливки охлаждать жидкую сталь в ковше. С целью стабилизации углерода в печь вводится алюминий, при этом при количестве алюминия менее 0,07% от массы металлозавалки концентрация алюминия в стали не обеспечивает необходимое зерно и комплекс требуемых физико-механических свойств, а при введении алюминия более чем на 0,10% “избыточная” концентрация приводит к значительной загрязненности стали недопустимыми неметаллическими включениями - алюминатами и глиноземом. Высокая окисленность печного шлака позволяет повысить степень дефосфорации, при этом плохая отсечка шлака (попадание окисленного печного шлака приводит как к повышению концентрации кислорода, так и уровня неметаллических включений). Раскисление шлака порошком кокса, дробленого ферросилиция и гранулированного алюминия на последней плавке в количестве 0,09-0,10% от массы металлозавалки обеспечивает требуемый уровень кислорода в стали при попадании раскисленного печного шлака в ковш.The carbon content is selected based on the fact that when the carbon concentration is lower than 0.60%, the oxygen content in the steel increases. The temperature is selected based on heat loss and casting conditions; at a temperature below 180 ° C below the liquidus temperature due to high heat losses in the ladle it is impossible to cast on a continuous casting machine; when liquidus is overheated at a temperature of 240 ° C, it is necessary to cool molten steel in the ladle to optimize the temperature-speed casting conditions. In order to stabilize the carbon, aluminum is introduced into the furnace, while with an amount of aluminum less than 0.07% of the weight of the metal filling, the concentration of aluminum in the steel does not provide the necessary grain and the complex of the required physical and mechanical properties, and when aluminum is added more than 0.10% “ excessive ”concentration leads to significant contamination of the steel with unacceptable non-metallic inclusions - aluminates and alumina. The high oxidation of furnace slag can increase the degree of dephosphorization, while the slag is cut off poorly (ingress of oxidized furnace slag leads to both an increase in oxygen concentration and non-metallic inclusions). The deoxidation of slag by coke powder, crushed ferrosilicon and granular aluminum in the last heat in the amount of 0.09-0.10% by weight of the metal filling provides the required oxygen level in steel when deoxidized furnace slag enters the ladle.

В связи с отсечкой печного шлака в ковше наводится шлак из твердой шлакообразующей смеси, соотношение и количество смеси выбрано исходя из рафинирующей и теплоизолирующей способности ковшевого шлака. При количестве шлака менее 3% от массы велики теплопотери через шлак, при количестве шлака более 3,3% от массы необходимо значительное количество тепла для расплавления шлакообразующей смеси.In connection with the cutoff of furnace slag, slag from a solid slag-forming mixture is induced in the ladle, the ratio and amount of the mixture are selected based on the refining and heat-insulating ability of ladle slag. When the amount of slag is less than 3% of the mass, heat loss through the slag is great; when the amount of slag is more than 3.3% by mass, a significant amount of heat is needed to melt the slag-forming mixture.

Заявляемый способ выплавки рельсовой стали был реализован при выплавке стали в дуговых электросталеплавильных печах ДСП-100И7. Выплавка проводилась по следующей схеме. Завалка первой плавки в серии по металлозавалке была на 10-15 т больше последующих завалок, а последней в серии плавки на 10-15 т меньше. Завалка состояла из 80-90 т металлолома и 3-8 т извести. Заливка чугуна в количестве 30-35 т проводилась из чугуновозного ковша посредством мостового крана при открытом своде после проплавления “колодцев” и частичного осаживания металлолома в печи. Окисление углерода проводили в печи до концентрации не менее 0,60% посредством продувки стали через сводовую водоохлаждаемую фурму, при этом температура в печи изменялась в пределах 1650-1710°С. Далее проводили раскисление стали чушковым алюминием в количестве 70-100 кг, а на последней в серии плавке проводили дополнительно раскисление шлака порошком кокса, дробленого ферросилиция и гранулированного алюминия по 100 кг каждого. При выпуске в ковш присаживали твердую шлакообразующую смесь, состоящую из извести (1000 и 1500 кг) и плавикового шпата (300-500 кг), и необходимые раскислители и легирующие. Параметры опытных плавок приведены в таблице.The inventive method of smelting rail steel was implemented in the smelting of steel in electric arc furnaces DSP-100I7. Smelting was carried out according to the following scheme. The filling of the first heat in the series for metal filling was 10-15 tons more than subsequent fillings, and the last in the heat series was 10-15 tons less. The filling consisted of 80-90 tons of scrap metal and 3-8 tons of lime. Pouring cast iron in an amount of 30-35 tons was carried out from an iron bucket by means of a bridge crane with an open arch after the melting of the “wells” and partial upsetting of scrap metal in the furnace. Carbon oxidation was carried out in a furnace to a concentration of at least 0.60% by blowing steel through a water-cooled arched lance, while the temperature in the furnace varied between 1650-1710 ° C. Next, steel deoxidation was performed using pig iron aluminum in an amount of 70-100 kg, and in the last in a series of smelting, slag was additionally deoxidized with coke powder, crushed ferrosilicon and granular aluminum, 100 kg each. When released into the ladle, a solid slag-forming mixture was planted, consisting of lime (1000 and 1500 kg) and fluorspar (300-500 kg), and the necessary deoxidizers and alloys. Parameters of experimental swimming trunks are given in the table.

Заявляемый способ обеспечивает снижение длительности плавки в среднем на 20 мин и расход электроэнергии на 15 кВт ч/т, так же расхода электродов на 0,2 кг/т. Снижена загрязненность стали (длина строчки неметаллических включений для стали, выплавленной по заявляемой технологии, не более 2 мм, в то время как по базовой достигает 4 мм), уменьшается концентрация кислорода на 5%, фосфора в готовой стали на 9%; механические испытания рельсовой продукции показывают, что предел текучести и предел прочности увеличены на 4-6 МПа.The inventive method provides a reduction in the duration of melting by an average of 20 minutes and an electric power consumption of 15 kW h / t, as well as an electrode consumption of 0.2 kg / t. The contamination of steel is reduced (the length of the line of non-metallic inclusions for steel smelted according to the claimed technology is no more than 2 mm, while at the base it reaches 4 mm), the oxygen concentration decreases by 5%, phosphorus in the finished steel by 9%; mechanical tests of rail products show that the yield strength and tensile strength are increased by 4-6 MPa.

Источники информацииSources of information

1. Технологическая инструкция ОАО “КМК” ТИ 103-ЭС-512-99 “Производство железнодорожных рельсов из электростали, разлитой на МНЛЗ и в изложницы”.1. Technological instruction of OJSC “KMK” TI 103-ES-512-99 “Production of railway rails from electric steel, cast on a continuous casting machine and in molds”.

Claims (1)

Способ выплавки рельсовой стали, включающий подачу в дуговую электросталеплавильную печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление, окислительный период, раскисление в печи стали алюминием и шлака порошком кокса, дробленого ферросилиция и гранулированного алюминия, выпуск плавки в ковш, присадку в ковш при выпуске твердой шлакообразующей смеси, состоящей из извести и плавикового шпата, отличающийся тем, что выплавку стали производят сериями, причем металлошихту первой плавки в серии дают массой на 10-15% больше массы металлошихты последующих плавок, а массу металлошихты последней плавки в серии уменьшают на 10-15%, окислительный период проводят до получения стали с содержанием углерода не менее 0,60% и температуры выше температуры ликвидуса на 180-240°С, причем сталь раскисляют на всех плавках серии алюминием в количестве 0,07-0,10% от массы металлошихты, а раскисление шлака в печи порошком кокса, дробленого ферросилиция и гранулированного алюминия в количестве, соответственно, каждого 0,09-0,10% от массы металлошихты проводят на последней плавке в серии, при выпуске первой и последующих плавок отсекают печной шлак, а последнюю плавку выпускают с печным шлаком, при выпуске плавок в ковш присаживают твердую шлакообразующую смесь, состоящую из извести и плавикового шпата, при соотношении (1,0-1,5):(0,3-0,5), соответственно, в количестве 3-3,3% от массы жидкой стали, и необходимые раскислители и легирующие.A method of smelting rail steel, including feeding scrap metal and molten iron into a electric arc furnace as a metal charge, melting, oxidizing period, deoxidation of aluminum and slag with coke powder, crushed ferrosilicon and granular aluminum in the furnace, melting into the ladle, additive in the ladle upon discharge solid slag-forming mixture consisting of lime and fluorspar, characterized in that the smelting of steel is carried out in batches, and the metal charge of the first heat in the series give a mass of 10-15% more m The charge of the metal smelting of the subsequent melts, and the mass of the metal charge of the last heat in the series, is reduced by 10-15%, the oxidation period is carried out to obtain steel with a carbon content of at least 0.60% and a temperature above the liquidus temperature of 180-240 ° C, and the steel is deoxidized of all melts of the series with aluminum in an amount of 0.07-0.10% by weight of the metal charge, and slag deoxidation in the furnace with coke powder, crushed ferrosilicon and granular aluminum in the amount, respectively, of each 0.09-0.10% of the weight of the metal charge the last heat in the series, when you furnace slag is cut off to the uaska of the first and subsequent melts, and the last melting is released with furnace slag, when releasing the melts, a solid slag-forming mixture consisting of lime and fluorspar is planted in the bucket, with a ratio of (1.0-1.5) :( 0.3 -0.5), respectively, in the amount of 3-3.3% by weight of liquid steel, and the necessary deoxidizers and alloying agents.

Images