RU2398888C1 - Procedure for melting rail steel - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: procedure for melting rail steel consists in supply of metal scrap and liquid iron as metal charge into electric steel-melting furnace, in melting, in oxidising, in melting steel in batches, in tapping melt and leaving part of metal in furnace, in adding solid slag forming mixture, deoxidisers and alloying agents into ladle during tapping and in heat finishing steel by temperature and chemical composition at ladle-furnace aggregate. Liquid iron with contents of silicon not more, than 0.40% and phosphorus not more, than 0.09% at amount of 35-75% of charge weight is poured on slag and part of metal left in the furnace. Upon iron pouring there is charged metal scrap at amount of 25-65% and lime at amount of 3.0-4.2% of charge weight. During melt and oxidising there are carried out blow with gaseous oxygen at consumption rate 6000-15000 m³/h, addition of lime at amount of 0.4-1.3% of charge weight in portions by 50-200 kg and injection of carbon containing powder at rate of 15-65 kg/min. Concentration of FeO in slag is maintained within the interval 13-28%, while ratio CaO/FeO - within the range 2.6-4.5.

EFFECT: upgraded quality of steel, reduced consumption of lime and electric power.

Description

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

Известен способ выплавки рельсовой стали, включающий завалку в дуговую электросталеплавильную печь металлолома, чугуна и извести, расплавление металлошихты, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию путем присадки железной руды и извести, скачивание окислительного шлака через порог рабочего окна, раскисление стали и шлака в печи, последующий выпуск стали под печным шлаком в ковш, присадку в ковш во время выпуска смеси, состоящей из извести, плавикового шпата, силикокальция и феррованадия, отличающийся тем, что в завалку дополнительно присаживают железную руду в количестве 4-5% от веса завалки, известь подают в количестве 4-8% от веса завалки, чугун присаживают в виде жидкого чугуна, который заливают сверху в печь после проплавления металлолома при расходе электроэнергии 220-320 кВт·ч/т металлолома в количестве 30-35% от веса завалки со скоростью 6-12 т/мин, при этом газообразный кислород подают с расходом 15-30 нм³/т стали, а температуру в печи при окислении углерода поддерживают не более 1680°С, железную руду и известь для дефосфорации присаживают с расходом 70-120 кг/т стали в соотношении, соответственно, (1-2):(2,5-3,5) с последующим спуском окислительного шлака, а расход присаживаемой в ковш во время выпуска стали смеси поддерживают в пределах 18-27 кг/т стали при соотношении в ней извести, плавикового шпата, силикокальция и феррованадия (1-1,50):(0,30-0,40):(0,50-0,65):(0,07-0,15) соответственно [1].A known method of smelting rail steel, including filling scrap metal, cast iron and lime in an electric arc furnace, melting a metal charge, oxidizing carbon with gaseous oxygen, dephosphorizing by adding iron ore and lime, downloading oxidative slag through a working window threshold, deoxidizing steel and slag in a furnace, subsequent the release of steel under the furnace slag into the ladle, the additive in the ladle during the production of the mixture consisting of lime, fluorspar, silicocalcium and ferrovanadium, characterized in that the filling iron ore is additionally planted in an amount of 4-5% of the weight of the filling, lime is fed in an amount of 4-8% of the weight of the filling, the iron is planted in the form of molten iron, which is poured into the furnace after melting the scrap metal at an electric power consumption of 220-320 kWh / t of scrap metal in an amount of 30-35% of the weight of the filling at a speed of 6-12 t / min, while gaseous oxygen is supplied with a flow rate of 15-30 nm ³ / t of steel, and the temperature in the furnace during carbon oxidation is maintained no more than 1680 ° С , iron ore and lime for dephosphorization are planted at a rate of 70-120 kg / t whether in the ratio, respectively, (1-2) :( 2.5-3.5) followed by the discharge of oxidizing slag, and the flow rate of the mixture that is seated in the ladle during steel production is maintained within 18-27 kg / t of steel at lime, fluorspar, silicocalcium and ferrovanadium (1-1.50) :( 0.30-0.40) :( 0.50-0.65) :( 0.07-0.15), respectively [1] .

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

- значительная длительность плавки в связи с необходимостью раскисления стали и шлака в печи, а также разведением операций загрузки металлолома и заливки жидкого чугуна во временном интервале,- a significant duration of smelting due to the need for deoxidation of steel and slag in the furnace, as well as the dilution of the operations of loading scrap metal and pouring molten iron in a time interval,

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

- высокий расход извести и низкая степень дефосфорации,- high consumption of lime and a low degree of dephosphorization,

- высокий «угар» ферросплавов и легирующих в связи с повышенной окисленностью печного шлака и присадкой значительного количества ферросплавов в печь.- high "waste" of ferroalloys and alloys due to the increased oxidation of furnace slag and the addition of a significant amount of ferroalloys to the furnace.

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, 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, отличающийся тем, что перед выпуском в печь присаживают известь в количестве 1-3% от массы завалки, заливку чугуна при температуре 1250-1360°С в количестве 40-70% от массы завалки проводят на оставшийся в печи шлак и часть металла, после заливки проводят завалку извести в количестве 1-4% и металлолом в количестве 30-60% от массы завалки, окисление проводят газообразным кислородом с расходом 8000-12000 м³/ч до содержания углерода не менее 0,10% и температуры не более 1680°С, в ковш при выпуске присаживается силикомарганец из расчета введения марганца на нижний предел содержания в готовой стали и известь из расчета 3-10 кг/т жидкой стали, дальнейшую доводку стали по температуре и химическому составу проводят на агрегате ковш-печь.Known, selected as a prototype, is 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, steel smelting in batches, smelting with leaving slag and part of the metal in the furnace, an additive in the ladle the time of production of solid slag-forming mixture, deoxidizing agents and alloying alloys, characterized in that prior to release lime is added to the furnace in an amount of 1-3% by weight of the filling, cast iron pouring at a temperature of 1250-1360 ° C in quantity 40-70% of the weight of the filling is carried out on the slag and part of the metal remaining in the furnace, after pouring, lime is charged in the amount of 1-4% and scrap is in the amount of 30-60% of the weight of the filling, oxidation is carried out with gaseous oxygen at a rate of 8000-12000 m ³ / h to a carbon content of not less than 0.10% and a temperature of not more than 1680 ° C, silicomanganese sits in the ladle upon release, based on the introduction of manganese at the lower limit of the content in the finished steel and lime at the rate of 3-10 kg / t of liquid steel further refinement of the steel by temperature and chemical composition is carried out a ladle furnace.

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

- низкая степень дефосфорации,- low degree of dephosphorization,

- высокие расходы электроэнергии и извести, связанные с повышенной длительностью плавки в связи с необходимостью окисления избыточного углерода чугуна.- high electricity and lime costs associated with increased melting time due to the need to oxidize excess iron carbon.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются: повышение качества стали, уменьшение расхода извести и электроэнергии.The desired technical results of the invention are: improving the quality of steel, reducing the consumption of lime and electricity.

Для этого предложен способ выплавки рельсовой стали, 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, доводка стали по температуре и химическому составу на агрегате ковш-печь, отличающийся тем, что заливку жидкого чугуна с содержанием кремния не более 0,40% и фосфора не более 0,09% в количестве 35-75% от массы завалки проводят на оставшийся в печи шлак и часть металла, после заливки производят завалку металлолома в количестве 25-65% от массы завалки и извести в количестве 3,0-4,2% от массы завалки, при расплавлении и в окислительный период производят продувку газообразным кислородом с расходом 6000-15000 м³/ч, присадку извести в количестве 0,4-1,3% от массы завалки порциями по 50-200 кг и вдувание углеродсодержащего порошка с интенсивностью 15-65 кг/мин, при этом концентрацию FeO в шлаке поддерживают в интервале 13-28%, а отношение CaO/FeO в диапазоне 2,6-4,5.To this end, a method is proposed for smelting rail steel, which includes supplying scrap metal and molten iron to the 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 in the ladle during the production of solid slag-forming mixture, deoxidizing and alloying, finishing steel according to temperature and chemical composition on the ladle-furnace unit, characterized in that the pouring of molten iron with a silicon content of not more than 0.40% and phosphorus is not more its 0.09% in the amount of 35-75% of the weight of the filling is carried out on the slag and part of the metal remaining in the furnace, after pouring, scrap metal is filled in the amount of 25-65% of the weight of the filling and lime in the amount of 3.0-4.2% by weight of the filling, during melting and during the oxidation period, oxygen gas is purged with a flow rate of 6000-15000 m ³ / h, lime additive in the amount of 0.4-1.3% of the filling mass in portions of 50-200 kg and blowing of carbon-containing powder with the intensity of 15-65 kg / min, while the concentration of FeO in the slag is maintained in the range of 13-28%, and the ratio of CaO / FeO in range 2.6-4.5.

Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем. Количество извести, присаживаемой в печь, определяется эффективной степенью дефосфорации. При количестве извести менее 3% от массы завалки степень дефосфорации недостаточная для обеспечения требований стандартов по содержанию фосфора, при увеличении извести более 4,2% от массы завалки растут тепловые потери, связанные с расплавлением извести, в связи с чем увеличивается длительность плавки.The claimed limits are selected experimentally. The amount of lime planted in the furnace is determined by the effective degree of dephosphorization. If the amount of lime is less than 3% of the weight of the filling, the degree of dephosphorization is insufficient to meet the requirements of the standards for phosphorus content, with an increase in lime more than 4.2% of the weight of the filling, heat losses associated with the melting of lime increase, and therefore the melting time increases.

Количество жидкого чугуна в количестве 35-75% от массы завалки выбрано исходя из получения в стали необходимой концентрации углерода. При использовании жидкого чугуна менее 35% от массы завалки 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 75% - к увеличению длительности плавки в связи с необходимостью окисления «избыточного» углерода стали. Кроме того, при количестве жидкого чугуна менее 35% от массы завалки возможно получение недопустимо высоких концентраций хрома никеля и меди.The amount of molten iron in an amount of 35-75% by weight of the filling is selected based on obtaining the necessary carbon concentration in the steel. When using molten iron less than 35% of the filling mass, the carbon concentration during melting will not allow for enhanced degassing of steel and removal of non-metallic inclusions with increased oxygen consumption, and the use of molten iron in an amount of more than 75% will increase the melting time due to the need to oxidize “excess »Carbon steel. In addition, when the amount of molten iron is less than 35% by weight of the filling, it is possible to obtain unacceptably high concentrations of chromium nickel and copper.

Содержание кремния не более 0,40% и фосфора не более 0,09% в чугуне обеспечивает проведение хорошей дефосфорации при обеспечении желаемой продолжительности плавления.A silicon content of not more than 0.40% and phosphorus not more than 0.09% in cast iron ensures good dephosphorization while ensuring the desired melting time.

Завалка извести в количестве 3,0-4,2% позволяет увеличить скорость формирования печного шлака, обладающего высокой рафинирующей способностью. При количестве извести менее 3% невозможно формирование требуемых количеств печного шлака для успешной дефосфорации, а при количестве извести более 4,2% в печи увеличивается количество печного шлака и возрастают непроизводительные расходы и длительность плавки.Filling lime in an amount of 3.0-4.2% allows you to increase the speed of formation of furnace slag, which has a high refining ability. When the amount of lime is less than 3%, it is impossible to form the required amounts of furnace slag for successful dephosphorization, and when the amount of lime is more than 4.2%, the amount of furnace slag in the furnace increases and the overhead and melting time increase.

Количество металлолома связано с жидким чугуном. При использовании металлолома в количестве менее 25% от массы завалки возрастает концентрация углерода в расплаве, в связи с чем увеличивается длительность плавки в связи с ограничением скорости выгорания углерода.The amount of scrap metal is associated with molten iron. When using scrap metal in an amount of less than 25% by weight of the filling, the concentration of carbon in the melt increases, and therefore the melting time increases due to the limitation of the rate of carbon burnout.

Расход кислорода выбран исходя из следующих условий: при расходе кислорода менее 6000 м³/ч увеличивается продолжительность плавки, а при расходе кислорода более 15000 м³/ч скорость окисления углерода значительно меньше скорости диффузии кислорода, в связи с чем снижается коэффициент полезного использования кислорода.The oxygen flow rate is selected based on the following conditions: when the oxygen flow rate is less than 6000 m ³ / h, the melting time increases, and when the oxygen flow rate exceeds 15000 m ³ / h, the carbon oxidation rate is much lower than the oxygen diffusion rate, and therefore the oxygen utilization rate decreases.

Присадки извести порциями по 50-200 кг в количестве 0,4-1,3 от массы завалки обеспечивает хорошую степень дефосфорации. Порция более 200 кг приводит к локальному захолаживанию шлака и требует значительного временного интервала для ассимиляции шлаком, что снижает степень дефосфорации. Порция менее 50 кг приводит к непроизводительным расходам (загрузке оборудования) при задаче, увеличению длительности плавки в связи с временными затратами при формировании шлака. Присадка извести в количестве менее 0,4% от массы завалки, малое количество шлака приводит к снижению степени дефосфорации и, как следствие, - получению стали бракованной по содержанию фосфора. При использовании извести в количестве более 1,3% от массы завалки значительно повышается количество печного шлака, соответственно возрастает расход электроэнергии, а фосфидная емкость сформированной шлаковой системы используется неполностью.Additives of lime in portions of 50-200 kg in an amount of 0.4-1.3 by weight of the filling provides a good degree of dephosphorization. A portion of more than 200 kg leads to local cooling of the slag and requires a significant time interval for assimilation of slag, which reduces the degree of dephosphorization. A portion of less than 50 kg leads to unproductive expenses (equipment loading) during the task, an increase in the duration of the smelting due to the time spent in the formation of slag. Additive of lime in an amount of less than 0.4% by weight of the filling, a small amount of slag leads to a decrease in the degree of dephosphorization and, as a result, to the production of steel defective in the phosphorus content. When using lime in an amount of more than 1.3% of the weight of the filling, the amount of furnace slag increases significantly, the energy consumption increases accordingly, and the phosphide capacity of the formed slag system is not fully used.

Вдувание углеродсодержащего порошка с интенсивностью менее 15 кг/мин не обеспечивает требуемого вспенивания шлака и, как следствие, увеличивает расход электроэнергии.The injection of carbon-containing powder with an intensity of less than 15 kg / min does not provide the required foaming of the slag and, as a result, increases the energy consumption.

Использование углеродсодержащего порошка с интенсивностью более 65 кг/мин нецелесообразно, т.к. при этом происходит раскисление шлака и процесс рефосфорации (переход фосфора из шлака в металл).The use of carbon-containing powder with an intensity of more than 65 kg / min is impractical because at the same time, slag deoxidation and the process of phosphorization occur (phosphorus transition from slag to metal).

Концентрация FeO в шлаке в интервале 13-28% и соотношение CaO/FeO в диапазоне 2,6-4,5 обеспечивают оптимальную дефосфорацию при минимальных расходах извести и электроэнергии.The concentration of FeO in the slag in the range of 13-28% and the ratio of CaO / FeO in the range of 2.6-4.5 provide optimal dephosphorization with minimal consumption of lime and electricity.

Заявляемый способ выплавки рельсовой стали был реализован при выплавке стали в дуговых электросталеплавильных печах типа ДСП 100И10 с номинальной емкостью 100 тонн.The inventive method of smelting rail steel was implemented in the smelting of steel in electric arc furnace type DSP 100I10 with a nominal capacity of 100 tons.

Заливка жидкого чугуна (35-75 тонн) проводилась из чугуновозного ковша посредством мостового крана при открытом своде печи на остаток печного шлака и металла. Далее бадьей осуществляли завалку 25-65 тонн металлолома без последующих подвалок металлолома в печь. Окисление углерода проводили продувкой стали в печи газообразным кислородом через систему газокислородных горелок с расходом 6000-15000 м³/ч. Вдувание углеродсодержащего порошка проводили с помощью фурм «карб-джет» с интенсивностью 15-65 кг/мин. Для полной отсечки шлака и снижения вероятности загрязнения стали неметаллическими включениями в печи оставляли 10-15 тонн стали.Pouring liquid cast iron (35-75 tons) was carried out from an iron bucket by means of a bridge crane with the furnace open to the remainder of the furnace slag and metal. Next, the bucket was filled 25-65 tons of scrap metal without subsequent dumping of scrap metal into the furnace. Carbon oxidation was carried out by purging the steel in the furnace with gaseous oxygen through a system of gas-oxygen burners with a flow rate of 6000-15000 m ³ / h. Carbon-containing powder was blown using carb-jet tuyeres with an intensity of 15-65 kg / min. To completely cut off the slag and reduce the likelihood of contamination of steel by non-metallic inclusions, 10-15 tons of steel were left in the furnace.

При выпуске стали в ковш присаживали силикомарганец МнС17 800-1000 кг и известь в количестве 300-1000 кг. Дальнейшую доводку стали марок НЭ76Ф и Э76Ф по температуре и химическому составу проводили на агрегате типа ковш-печь. Разливку стали проводили на 4-х ручьевых МНЛЗ с сечением кристаллизатора 300×330 мм. Далее проводили нагрев непрерывнолитых заготовок в печи с шагающими балками и прокатку на рельсы типа Р65.When steel was released, 800-1000 kg of silicomanganese MnC17 and lime in an amount of 300-1000 kg were planted in the ladle. Further refinement of steel grades NE76F and E76F 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 onto P65 rails.

При выплавке стали по заявляемому способу сокращена длительность плавки с 57-60 мин до 53-57 мин, снижен расход электроэнергии с 276-295 кВт·ч/т до 240-270 кВт·ч/т, уменьшена загрязненность стали по неметаллическим включениям (снижен индекс общей загрязненности неметаллическими включениями на 0,18), снижено содержание фосфора в готовой стали на 0,002%, степень дефосфорации увеличена на 10%.When steelmaking according to the claimed method, the melting time is reduced from 57-60 minutes to 53-57 minutes, electric power consumption is reduced from 276-295 kW · h / t to 240-270 kW · h / t, steel contamination by non-metallic inclusions is reduced (reduced the index of total pollution by non-metallic inclusions by 0.18), the phosphorus content in the finished steel was reduced by 0.002%, the degree of dephosphorization was increased by 10%.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2197536, кл. С21С 5/52, 7/06.1. RF patent No. 2197536, cl. C21C 5/52, 7/06.

2. Патент РФ №2312901, кл С21С 5/52, 7/07.2. RF patent No. 2312901, class C21C 5/52, 7/07.

Claims (1)

Способ выплавки рельсовой стали, 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 плавки твердой шлакообразующей смеси, раскислителей и легирующих, доводку стали по температуре и химическому составу на агрегате ковш-печь, отличающийся тем, что подачу жидкого чугуна с содержанием кремния не более 0,40% и фосфора не более 0,09% в количестве 35-75% от массы завалки проводят на оставшийся в печи шлак и часть металла, после подачи жидкого чугуна производят подачу металлолома в количестве 25-65% от массы завалки и извести в количестве 3,0-4,2% от массы завалки, при расплавлении и в окислительный период производят продувку газообразным кислородом с расходом 6000-15000 м³/ч, присадку извести в количестве 0,4-1,3% от массы завалки порциями по 50-200 кг и вдувание углеродсодержащего порошка с интенсивностью 15-65 кг/мин, при этом концентрацию FeO в шлаке поддерживают в интервале 13-28%, а отношение CaO/FeO - в диапазоне 2,6-4,5. A method of smelting rail steel, 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 the production of smelting solid slag-forming mixture, deoxidizers and alloying, refinement of steel according to temperature and chemical composition on the ladle-furnace unit, characterized in that the supply of molten iron with a silicon content of not more than 0.40% and phosphorus not more than 0.09% in quantity In the range of 35-75% by weight of the filling, slag and part of the metal remaining in the furnace are carried out, after supplying molten iron, scrap is supplied in the amount of 25-65% of the weight of the filling and lime in the amount of 3.0-4.2% of the weight of the filling, during melting and during the oxidation period, gaseous oxygen is purged with a flow rate of 6000-15000 m ³ / h, lime additive in an amount of 0.4-1.3% of the filling mass in portions of 50-200 kg and carbon-containing powder is blown in with an intensity of 15-65 kg / min, while the concentration of FeO in the slag is maintained in the range of 13-28%, and the ratio of CaO / FeO is in range 2.6-4.5.