RU2333257C1 - Method of steel manufacturing in arc steel-smelting furnace - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention concerns ferrous metallurgy. Particularly, it concerns methods of steel melting in arc furnaces. Method includes feeding into arc steel-smelting furnace of scrap metal and liquid cast iron, melting, oxidation period, steel smelting by series, tapping with slag and part of metal reservation in furnace. To the residual in furnace slag and part of metal it is filled up liquid cast iron at a quantity 15-70% of charging mass. Further it is filled up scrap metal at a quantity 30-85% of charging mass in the mix with scale from gaseous oxygen cut machinery at a quantity 1.5-4% of charging mass. It is implemented oxygen blow with consumption 50-140 m³/hour per tonne of metal stock till carbon content not less than 0.10% and temperature not more than 1720°C. Into casting ladle while discharging it is added calcium carbide at a quantity 0.5-3% of steel mass in ladle or manganese and siliferous alloys at a rate of manganese and silicon introduction per average content in finished steel and lime at a rate of 3-12 kg/tonne of liquid steel. Further finishing is implemented at aggregate ladle-furnace. Method allows reducing of melting duration, reducing of power consumption.

EFFECT: reducing of melting duration, reducing of power consumption.

Description

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

Известен способ получения стали в дуговой электросталеплавильной печи, включающий завалку в печь металлолома, подачу чугуна, расплавление металлошихты, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию стали путем присадок порций железной руды или агломерата в смеси с известью, скачивание шлака через порог рабочего окна, раскисление стали и шлака в печи, выпуск стали в ковш под печным шлаком, присадку в ковш десульфурирующей смеси, состоящей из извести, плавикового шпата и порошка алюминия, отличающийся тем, что в состав завалки вводят агломерат или железную руду в количестве 30-60 кг/т стали, после проплавления металлошихты при расходе электроэнергии 220-320 кВт·ч/т металлолома в печь заливают жидкий чугун при температуре не ниже 1200°С со скоростью заливки 6-12 т/мин, проводят окисление газообразным кислородом с расходом 1500-3000 нм³/ч, соотношение присаживаемых железной руды или агломерата в смеси с известью поддерживают соответственно (1-2): (2,5-3,5) при их расходе 70-110 кг/т стали, после чего спускают шлак через порог рабочего окна, а соотношение извести, плавикового шпата и порошка алюминия вводимой в ковш десульфурирующей смеси поддерживают соответственно (1,1-1,5):(0,3-0,5):(0,05-0,1) при расходе смеси 14-18 кг/т стали [1].A known method of producing steel in an electric arc furnace, including filling in a scrap metal furnace, feeding cast iron, melting a metal charge, oxidizing carbon with gaseous oxygen, dephosphorizing steel by adding portions of iron ore or sinter in a mixture with lime, downloading slag through a threshold of the working window, deoxidizing steel and slag in the furnace, the release of steel into the ladle under the furnace slag, an additive in the ladle of a desulfurizing mixture consisting of lime, fluorspar and aluminum powder, characterized in that the composition of the filling lead sinter or iron ore in an amount of 30-60 kg / t of steel, after melting a metal charge at an electric power consumption of 220-320 kWh / t of scrap metal, molten iron is poured into the furnace at a temperature of at least 1200 ° C with a pouring speed of 6-12 t / min, they carry out oxidation with gaseous oxygen with a flow rate of 1500-3000 nm ³ / h, the ratio of iron ore or sinter admixture in the mixture with lime is maintained respectively (1-2): (2.5-3.5) at a flow rate of 70-110 kg / t of steel, after which slag is lowered through the threshold of the working window, and the ratio of lime, fluorspar and pore the aluminum scale of the desulfurizing mixture introduced into the bucket is supported respectively (1.1-1.5) :( 0.3-0.5) :( 0.05-0.1) with a mixture flow rate of 14-18 kg / t of steel [1 ].

Существенными недостатками данного способа выплавки стали являются:Significant disadvantages of this method of steelmaking are:

- значительная длительность плавки;- significant melting time;

- высокий расход ферросплавов;- high consumption of ferroalloys;

- повышенные расходы электроэнергии и электродов.- increased consumption of electricity and electrodes.

Известен выбранный в качестве прототипа 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 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 [2].A known method of smelting rail steel selected as a prototype is known, which includes feeding scrap metal and molten iron into a electric arc furnace as a metal charge, melting, oxidation, deoxidation of steel with aluminum and slag with coke powder, crushed ferrosilicon and granular aluminum, melting into a ladle, an additive in the ladle when releasing a solid slag-forming mixture consisting of lime and fluorspar, characterized in that the steel is smelted in series, and the metal charge of the first benches in the series give a mass of 10-15% more than the weight of the metal smelting of subsequent melts, and the mass of the metal 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 higher than liquidus by 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 released, furnace slag is cut off, and the last heat is released 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 the amount of 3-3.3% by weight of liquid steel, and the necessary deoxidizers and alloying [2].

Существенными недостатками данного способа выплавки стали являются:Significant disadvantages of this method of steelmaking are:

- повышенная длительность плавки в связи с необходимостью раскисления стали и шлака в печи,- increased melting time due to the need for deoxidation of steel and slag in the furnace,

- высокие расходы электроэнергии и электродов, связанные с повышенной длительностью плавки,- high consumption of electricity and electrodes associated with increased melting time,

- высокий расход ферросплавов и легирующих в связи с присадкой значительного количества ферросплавов в печь и используемой схемой раскисления стали.- high consumption of ferroalloys and alloys due to the addition of a significant amount of ferroalloys to the furnace and the steel deoxidation scheme used.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются: сокращение длительности плавки, уменьшение расхода электроэнергии, электродов и ферросплавов.The desired technical results of the invention are: reducing the duration of the smelting, reducing the consumption of electricity, electrodes and ferroalloys.

Для этого предлагается способ получения стали в дуговой электросталеплавильной печи, включающий подачу в дуговую электросталеплавильную печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление, окислительный период, выплавку стали сериями, выпуск плавки с оставлением шлака и части металла в печи, присадку в ковш во время выпуска твердой шлакообразующей смеси, раскислителей и легирующих, при котором на оставшийся в печи шлак и часть металла после выпуска плавки заливают жидкий чугун в количестве 15-70% от массы завалки и засыпают металлолом в количестве 30-85% от массы завалки в смеси с окалиной машин газокислородной резки в количестве 1,5-4% от массы завалки, окисление проводят газообразным кислородом с расходом 50-140 м³/ч на тонну металлошихты до содержания углерода не менее 0,10% и температуры не более 1720°С, перед выпуском шлак и металл в печи не раскисляют, в ковш при выпуске присаживают карбид кальция в количестве 0,5-3% от массы стали в ковше или марганец и кремнийсодержащие сплавы из расчета введения марганца и кремния на среднее содержание в готовой стали и известь из расчета 3-12 кг/т жидкой стали, дальнейшую доводку стали по температуре и химическому составу проводят на агрегате ковш-печь.To this end, a method for producing steel in an electric arc furnace is proposed, which includes supplying scrap metal and molten iron to the electric arc furnace as a metal charge, melting, oxidizing period, steel smelting in series, smelting with leaving slag and part of the metal in the furnace, an additive in the ladle during the release of solid slag-forming mixture, deoxidizing agents and alloying alloys, in which liquid cast iron is poured into the remaining slag and part of the metal after melting out in the amount of 15-70% by weight of the filling and pour scrap metal in an amount of 30-85% by weight of the filling in a mixture with mill scale of oxy-fuel cutting machines in the amount of 1.5-4% of the weight of the filling, oxidation is carried out with gaseous oxygen with a flow rate of 50-140 m ³ / h per ton of metal charge until the carbon content is not less than 0.10% and temperatures no more than 1720 ° С, slag and metal in the furnace are not deoxidized before release, calcium carbide in the amount of 0.5-3% of the mass of steel in the ladle or manganese and silicon-containing alloys are added to the ladle upon release introducing manganese and silicon on the average content in the finished steel and lime s rate of 3-12 kg / t-molten steel become further fine-tuning of temperature and chemical composition is performed at the ladle furnace.

Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем.The claimed limits are selected experimentally.

Количество жидкого чугуна в количестве 15-70% от массы завалки выбрано исходя из получения в стали необходимой концентрации углерода, при использовании жидкого чугуна менее 15% от массы завалки получаемая концентрация углерода при расплавлении не позволит провести усиленную дегазацию стали и удаление неметаллических включений при повышенном расходе кислорода, а использование жидкого чугуна в количестве более 70% от массы завалки приводит к повышенной концентрации углерода при расплавлении и увеличению длительности плавки в связи с необходимостью окисления повышенного углерода стали.The amount of liquid cast iron in the amount of 15-70% by weight of the filling is selected on the basis of obtaining the required carbon concentration in the steel; when using liquid cast iron less than 15% of the filling weight, the resulting carbon concentration during melting will not allow enhanced degassing of the steel and the removal of non-metallic inclusions at an increased flow rate oxygen, and the use of liquid cast iron in an amount of more than 70% of the weight of the filling leads to an increased carbon concentration during melting and an increase in the duration of smelting due to the need gence increased oxidation of carbon steel.

Количество металлолома связано с жидким чугуном. При использовании металлолома в количестве менее 30% от массы завалки возрастает концентрация углерода в расплаве, в связи с чем увеличивается длительность плавки в связи с ограничением скорости выгорания углерода, при количестве более 85% получаемая концентрация углерода при расплавлении не позволит провести усиленную дегазацию стали и удаление неметаллических включений при повышенном расходе кислорода.The amount of scrap metal is associated with molten iron. When using scrap metal in an amount of less than 30% of the weight of the filling, the carbon concentration in the melt increases, and therefore the melting time increases due to the limitation of the carbon burn rate, with an amount of more than 85%, the resulting carbon concentration during melting will not allow enhanced steel degassing and removal non-metallic inclusions with increased oxygen consumption.

Окалина от машин газокислородной резки в количестве 1,5-4% от массы завалки обеспечивает интенсификацию процесса обезуглероживания расплава. При содержании окалины менее 1,5% от массы завалки повышается длительность плавления, при увеличении количества окалины более 4% возможно резкое протекание процесса обезуглероживания с последующими выбросами шлака и стали из печи.Scale from oxy-fuel cutting machines in an amount of 1.5-4% by weight of the filling ensures the intensification of the decarburization process of the melt. When the scale content is less than 1.5% by weight of the filling, the melting time increases, with an increase in the amount of scale more than 4%, a decarburization process can occur abruptly with subsequent emissions of slag and steel from the furnace.

Расход кислорода выбран исходя из следующих условий: при расходе кислорода менее 50 м³/ч на тонну металлошихты увеличивается продолжительность плавки, а при расходе кислорода более 140 м³/ч на тонну металлошихты скорость окисления углерода значительно меньше скорости диффузии кислорода, в связи с чем снижается коэффициент полезного использования кислорода. При этом снижение содержания углерода в печи менее 0,10% приводит к значительной переокисленности стали в печи и последующему высокому «угару» ферросплавов.The oxygen flow rate is selected based on the following conditions: when the oxygen flow rate is less than 50 m ³ / h per ton of metal charge, the melting time increases, and when the oxygen flow rate is more than 140 m ³ / h per ton of metal charge, the carbon oxidation rate is much lower than the oxygen diffusion rate, and therefore the efficiency of oxygen is reduced. Moreover, a decrease in the carbon content in the furnace of less than 0.10% leads to a significant over-oxidation of steel in the furnace and the subsequent high “waste” of ferroalloys.

При превышении температуры в печи более 1720°C при окислении углерода происходит интенсивный размыв футеровки и загрязнение стали неметаллическими включениями, увеличивается расход электродов и электроэнергии.When the temperature in the furnace exceeds 1720 ° C during carbon oxidation, the lining is washed out intensively and the steel is contaminated with non-metallic inclusions, the consumption of electrodes and electricity increases.

Присадка карбида кальция в количестве 0,5-3% от массы стали в ковше обеспечивает требуемое снижение концентрации кислорода. При присадке в ковш карбида кальция в количестве менее 0,5% от массы стали в ковше не удается снизить содержание кислорода в стали до требуемых значений и получить низкую окисленность стали. При присадке карбида кальция в количестве более 3% от массы стали в ковше возможно повышение концентрации углерода выше требуемых значений для определенных марок низкоуглеродистой стали.The additive of calcium carbide in an amount of 0.5-3% by weight of steel in the ladle provides the required reduction in oxygen concentration. When calcium carbide is added to the ladle in an amount of less than 0.5% by weight of the steel in the ladle, it is not possible to reduce the oxygen content in the steel to the required values and to obtain low oxidation of the steel. When calcium carbide is added in an amount of more than 3% of the mass of steel in the ladle, it is possible to increase the carbon concentration above the required values for certain grades of low-carbon steel.

Присадка в ковш марганец и кремнийсодержащих сплавов из расчета введения марганца и кремния на среднее содержание в готовой стали позволяет снизить концентрацию кислорода в стали и повысить усвоение легирующих и раскислителей.The addition of manganese and silicon-containing alloys to the ladle, based on the introduction of manganese and silicon on the average content in the finished steel, reduces the oxygen concentration in the steel and improves the absorption of alloying and deoxidizing agents.

Присадка извести позволяет сформировать рафинирующий шлак в ковше и снизить тепловые потери. При расходе извести менее 3 кг/т жидкой стали невозможно получить требуемую рафинирующую способность шлака, а при увеличении свыше 12 кг/т жидкой стали возрастают тепловые потери, связанные с формированием шлака.Additive of lime allows the formation of refining slag in the bucket and reduce heat loss. With lime consumption of less than 3 kg / t of liquid steel, it is impossible to obtain the required refining ability of slag, and with an increase of more than 12 kg / t of liquid steel, the heat losses associated with the formation of slag increase.

Заявляемый способ выплавки стали был реализован при выплавке стали марок ст 10-45, 40Х, 45Х, 60Г в дуговых электросталеплавильных печах типа ДСП 100И10. После выпуска плавки на остаток металла и шлака в печь заливался жидкий чугун (15-70 тонн), заливка проводилась из чугуновозного ковша посредством мостового крана при открытом своде печи на остаток печного шлака и металла. Далее бадьей осуществляли завалку 30-85 тонн металлолома в смеси с окалиной машин газокислородной резки с содержанием общего железа не менее 90% в количестве 1,5-4 т.The inventive method of steel smelting was implemented in the smelting of steel grades st 10-45, 40X, 45X, 60G in electric arc furnace type DSP 100I10. After the smelting was released, liquid iron (15-70 tons) was poured into the furnace with the remainder of the metal and slag, pouring was carried out from the iron ladle by means of a bridge crane with the furnace open to the remainder of the furnace slag and metal. Next, a bucket was used to fill 30-85 tons of scrap metal in a mixture with mill scale of oxy-fuel cutting machines with a total iron content of at least 90% in an amount of 1.5-4 tons.

Окисление углерода проводили продувкой стали в печи газообразным кислородом через систему газокислородных горелок. Во время окисления углерода температура в печи не превышала 1720°C. При достижении требуемого содержания углерода (не менее 0,10%) проводили выпуск плавки с отсечкой печного шлака. Ферросплавы в печь для раскисления металла и шлака в печь не присаживались. Для полной осечки печного шлака и снижения вероятности загрязнения стали неметаллическими включениями в печи оставляли 10-20 т стали.Carbon oxidation was carried out by purging the steel in the furnace with gaseous oxygen through a system of gas-oxygen burners. During the oxidation of carbon, the temperature in the furnace did not exceed 1720 ° C. Upon reaching the required carbon content (not less than 0.10%), melting was performed with cut-off of furnace slag. Ferroalloys in the furnace for deoxidation of metal and slag did not sit in the furnace. To completely misfire the furnace slag and reduce the likelihood of steel contamination by non-metallic inclusions, 10-20 tons of steel were left in the furnace.

При выпуске стали в ковш присаживали карбид кальция в количестве 50-300 кг или силикомарганец МнС17 400-1100 кг (в зависимости от выплавляемой марки стали) и известь в количестве 300-1200 кг. Дальнейшую доводку жидкой стали по температуре и химическому составу проводили на агрегате типа ковш-печь. Разливку стали проводили на 4-ручьевых МНЛЗ с сечением кристаллизатора 300×330 мм. Далее проводили нагрев непрерывнолитых заготовок в печи с шагающими балками и прокатку.When steel was produced, calcium carbide in the amount of 50-300 kg or silicomanganese MnC17 400-1100 kg (depending on the lost steel grade) and lime in the amount of 300-1200 kg were planted in the ladle. Further refinement of liquid steel in temperature and chemical composition was carried out on a ladle-furnace unit. Steel was cast on 4-strand continuous casting machines with a mold section of 300 × 330 mm. Then, continuously cast billets were heated in a walking beam furnace and rolled.

При выплавке стали по заявляемому способу получения стали в дуговой электросталеплавильной печи сокращена длительность плавки с 70-90 мин до 54-56 мин, расход электроэнергии уменьшен с 300-420 кВт·ч/т до 267-278 кВт·ч/т, электродов с 2,95-3,20 кг/т до 1,96-2,17 кг/т, снижен угар ферросплавов (марганецсодержащих на 8%, кремнийсодержащих на 9,5%).When smelting steel according to the claimed method of producing steel in an electric arc furnace, the melting time was reduced from 70-90 minutes to 54-56 minutes, power consumption was reduced from 300-420 kW · h / t to 267-278 kW · h / t, electrodes with 2.95-3.20 kg / t to 1.96-2.17 kg / t, the burning of ferroalloys (manganese-containing by 8%, silicon-containing by 9.5%) is reduced.

Список источниковList of sources

1. Патент РФ №2197535, кл. С21С 5/52, 7/06.1. RF patent No. 2197535, cl. C21C 5/52, 7/06.

2. Патент РФ №2235790, кл. С21С 5/52, 7/076.2. RF patent No. 2235790, cl. C21C 5/52, 7/076.

Claims (1)

Способ получения стали в дуговой электросталеплавильной печи, включающий подачу в дуговую электросталеплавильную печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление, окислительный период, выплавку стали сериями, выпуск плавки с оставлением шлака и части металла в печи, присадку в ковш во время выпуска стали твердой шлакообразующей смеси, раскислителей и легирующих и дальнейшую доводку стали, отличающийся тем, что на оставшийся в печи шлак и часть металла после выпуска плавки заливают жидкий чугун в количестве 15-70% от массы завалки и засыпают металлолом в количестве 30-85% от массы завалки в смеси с окалиной от машин газокислородной резки в количестве 1,5-4% от массы завалки, окисление проводят газообразным кислородом с расходом 50-140 м³/ч на тонну металлошихты до содержания углерода не менее 0,10% и температуры не более 1720°С, перед выпуском шлак и металл в печи не раскисляют и в ковш во время выпуска присаживают карбид кальция в количестве 0,5-3% от массы стали в ковше или марганец и кремнийсодержащие сплавы из расчета среднего содержания марганца и кремния в готовой стали и известь из расчета 3-12 кг/т жидкой стали, а дальнейшую доводку стали по температуре и химическому составу проводят на агрегате печь-ковш.A method of producing steel in an electric arc furnace, including supplying scrap metal and molten iron to a electric arc furnace as a metal charge, melting, oxidizing period, steel smelting in batches, smelting with leaving slag and part of the metal in the furnace, an additive to the ladle during solid steel production slag-forming mixture, deoxidizing and alloying alloys and further refinement of steel, characterized in that on the slag remaining in the furnace and part of the metal after the melting release pour molten iron in the amount of 15-70% of the mass of filling and fall asleep in an amount of 30-85% of the mass of filling in a mixture with dross from gas-oxygen cutting machines in an amount of 1.5-4% of the mass of filling, oxidation is carried out with gaseous oxygen with a flow rate of 50-140 m ³ / h per ton of metal charge to a carbon content of not less than 0.10% and a temperature of not more than 1720 ° C, the slag and metal in the furnace are not deoxidized before being discharged and calcium carbide in the amount of 0.5-3% of the mass of steel in the ladle or manganese is added to the ladle during the production and silicon-containing alloys based on the average content of manganese and silicon in the finished howling steel and lime at the rate of 3-12 kg / t of liquid steel, and further refinement of the steel according to temperature and chemical composition is carried out on the ladle furnace unit.