RU2805114C1 - Steel melting method in electric arc furnace - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: used in electric steelmaking for steelmaking in an electric arc steelmaking furnace. The method includes filling the working space of the furnace with scrap metal, solid carbonaceous materials, and lime. Return slag is used in the amount of 5÷35% of the volume of lime for melting, fusing and finishing the semi-finished melt at the ladle furnace unit. The return slag is drawn off the steel ladle at the ladle furnace unit and modified before drawing off by adding a modifier in the amount of 0.2÷1.8 kg per ton of steel with a content of boron oxides of at least 5 wt.%.

EFFECT: reducing power consumption by 4.0-4.6% when obtaining a semi-finished product, as well as reducing by 1.5-1.95 times the volume of return slag removal to the landfill for disposal by replacing part of the lime with slag.

3 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в электросталеплавильном производстве для выплавки стали в электродуговой сталеплавильной печи.The invention relates to the field of metallurgy and can be used in electric steelmaking production for smelting steel in an electric arc steelmaking furnace.

Известен способ выплавки стали в электродуговых печах, характеризующийся использованием в качестве шлакообразующих материалов свежеобожженной извести, являющейся источником поступления в шлак окиси кальция (Электрометаллургия стали и ферросплавов. / Под ред. Д.Я. Поволоцкого. - М.: Металлургия, 1984, с. 568). Применение извести в качестве шлакообразующего материала позволяет обеспечить необходимые условия для дефосфорации металла в процессе плавки. При ее использовании в практических условиях необходимо соблюдать достаточно жесткие требования по качественным характеристикам и условиям поставки в технологический агрегат. Известь получают в шахтных или трубчатых печах путем высокотемпературного (при Т=800-1000°С) обжига известняка (СаСО₃). Обладая высокой гигроскопичностью, известь может вносить в сталь влагу, обогащая ее водородом и являясь причиной образования флокенов в готовой продукции.There is a known method of steel smelting in electric arc furnaces, characterized by the use of freshly burned lime as slag-forming materials, which is a source of calcium oxide entering the slag (Electrometallurgy of steel and ferroalloys. / Edited by D.Ya. Povolotsky. - M.: Metallurgy, 1984, p. 568). The use of lime as a slag-forming material allows us to provide the necessary conditions for dephosphorizing the metal during the smelting process. When using it in practical conditions, it is necessary to comply with fairly stringent requirements for quality characteristics and conditions of delivery to the process unit. Lime is produced in shaft or tube kilns by high-temperature (at T=800-1000°C) roasting of limestone (CaCO ₃ ). Being highly hygroscopic, lime can introduce moisture into steel, enriching it with hydrogen and causing the formation of flakes in the finished product.

Известен способ выплавки стали в дуговых печах, включающий использование в качестве шлакообразующей составляющей известняка (Электрометаллургия стали и сплавов. / Еднерал Ф.П. - М.: Металлургия, 1991, с. 98). Достоинством применения известняка вместо извести является то, что он не вносит в печь влагу, а также активно выделяющийся из него по ходу плавления шихты углекислый газ способствует дополнительному перемешиванию расплава. В процессе перемешивания происходит выравнивание температуры и состава расплава, удаление из него неметаллических включений и газов. Обязательным условием для эффективного использования известняка является применение его в прокаленном и дробленом виде с содержанием СаСО₃ не менее 97% и серы не более 0,05%.There is a known method for smelting steel in arc furnaces, including the use of limestone as a slag-forming component (Electrometallurgy of steel and alloys. / Edneral F.P. - M.: Metallurgy, 1991, p. 98). The advantage of using limestone instead of lime is that it does not introduce moisture into the furnace, and the carbon dioxide actively released from it during the melting of the charge contributes to additional mixing of the melt. During the mixing process, the temperature and composition of the melt are equalized, non-metallic inclusions and gases are removed from it. A prerequisite for the effective use of limestone is its use in calcined and crushed form with a CaCO ₃ content of at least 97% and sulfur not more than 0.05%.

Известен способ выплавки стали в основной мартеновской печи (SU №1409666, С21С 5/04, опубл. 15.07.1988), включающий завалку металлического лома, возвратного шлака, известняка, окислителей, плавление и доводку. В качестве возвратного шлака используют конвертерный шлак, при этом перед завалкой лома на подину печи загружают смесь конвертерного шлака, известняка и окислителей при соотношении компонентов смеси 3:2:1.There is a known method for smelting steel in the main open-hearth furnace (SU No. 1409666, C21C 5/04, publ. 07/15/1988), including filling scrap metal, return slag, limestone, oxidizers, melting and finishing. Converter slag is used as return slag, and before filling the scrap, a mixture of converter slag, limestone and oxidizing agents is loaded onto the bottom of the furnace at a ratio of mixture components of 3:2:1.

Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является способ выплавки стали в основной мартеновской печи с использованием возвратного шлака (SU №87167, С21С 5/04, опубл. 10.10.1950). При выплавке стали в основной мартеновской печи заменяют 50÷70% известкового камня, необходимого при завалке, оборотным мартеновским шлаком. После скачивания шлака для наводки нового шлака заменяют обожженную известь оборотным мартеновским шлаком в количестве 30÷50%. Ведение плавки в основной мартеновской печи с возвратным шлаком в указанных количествах возможно при выплавке стали с содержанием фосфора от 0,035 до 0,05%.The closest technical solution, adopted as a prototype, is the method of steel smelting in the main open-hearth furnace using return slag (SU No. 87167, C21C 5/04, publ. 10.10.1950). When smelting steel in the main open-hearth furnace, 50÷70% of the limestone required for filling is replaced with recycled open-hearth slag. After downloading the slag, to build up new slag, replace the burnt lime with recycled open hearth slag in an amount of 30÷50%. Melting in the main open-hearth furnace with return slag in the indicated quantities is possible when smelting steel with a phosphorus content of 0.035 to 0.05%.

Основными недостатками аналогов и прототипа являются низкая основность возвратного шлака (≤2) и высокое содержание в нем фосфора (до 2%), что значительно ухудшает процесс дефосфорации в дуговой сталеплавильной печи (далее - ДСП) и снижает стойкость футеровки печи. При значительном содержание фосфора в шлаке не обеспечивается выплавка стали с содержанием фосфора менее 0,035%, т.к. большая часть сортамента высококачественных сталей, выплавляемых в ДСП, имеет ограничения по содержанию фосфора не более 0,025%.The main disadvantages of the analogues and the prototype are the low basicity of the return slag (≤2) and its high phosphorus content (up to 2%), which significantly worsens the dephosphorization process in an arc steelmaking furnace (hereinafter referred to as EAF) and reduces the durability of the furnace lining. If the phosphorus content in the slag is significant, it is not possible to produce steel with a phosphorus content of less than 0.035%, because Most of the range of high-quality steels smelted in EAF have phosphorus content limits of no more than 0.025%.

Шлак внепечной обработки является побочным, вспомогательным и неизбежным продуктом при производстве стали. В связи с широким распространением в металлургической отрасли внепечной обработки стали с использованием высокоосновных рафинировочных шлаков обострились экологические проблемы, связанные с хранением подобных шлаков, поскольку они подвержены силикатному распаду до пылевидной фракции.Extra-furnace slag is a by-product, auxiliary and inevitable product in steel production. Due to the widespread use of extra-furnace steel processing in the metallurgical industry using highly basic refining slags, environmental problems associated with the storage of such slags have become more acute, since they are susceptible to silicate decomposition to a dusty fraction.

Техническая задача состоит в разработке способа выплавки стали в электродуговой печи с использованием в качестве шлакообразующего материала высокоосновного шлака, скачиваемого из сталеразливочного ковша, что обеспечит снижение энергозатрат и себестоимости, а также уменьшит поступление шлака внепечной обработки в отходы производства.The technical problem is to develop a method for smelting steel in an electric arc furnace using highly basic slag as a slag-forming material, downloaded from a steel-pouring ladle, which will reduce energy consumption and cost, and also reduce the flow of extra-furnace slag into production waste.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в снижении ресурсопотребления для выплавки стали при сохранении стойкости футеровки печи.The technical result of the proposed invention is to reduce resource consumption for steel smelting while maintaining the durability of the furnace lining.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ выплавки стали в электродуговой печи включает завалку в рабочее пространство печи металлического лома, твердых углеродсодержащих материалов, извести, возвратного шлака, плавление и доводку. Согласно изобретению, используют возвратный шлак вместо 5÷35% извести, скачанный из сталеразливочного ковша на агрегате печь-ковш, который перед скачиванием модифицируют, при этом доводку расплава полупродукта осуществляют на агрегате печь-ковш.This technical result is achieved due to the fact that the method of steel smelting in an electric arc furnace includes filling the working space of the furnace with scrap metal, solid carbon-containing materials, lime, return slag, melting and finishing. According to the invention, return slag is used instead of 5÷35% lime, downloaded from a steel-pouring ladle on a ladle furnace unit, which is modified before downloading, while finishing of the semi-product melt is carried out on a ladle furnace unit.

В частном случае выполнения используют возвратный модифицированный высокоосновный шлак с основностью CaO/SiO₂, составляющей от 2,0 до 6,0.In a particular case, return modified highly basic slag with a basicity of CaO/SiO ₂ ranging from 2.0 to 6.0 is used.

В частном случае выполнения модифицируют шлак путем добавления модификатора в количестве 0,2÷1,8 кг на тонну стали.In a particular case, the slag is modified by adding a modifier in an amount of 0.2÷1.8 kg per ton of steel.

В частном случае выполнения используют модификатор с содержанием оксидов бора не менее 5%.In a particular case, a modifier containing boron oxides of at least 5% is used.

Сущность заявляемого способа заключается в следующем. Выплавку стали осуществляют в электродуговой печи, при этом сначала осуществляют завалку в рабочее пространство печи металлического лома, твердых углеродосодержащих материалов и извести, причем 5÷35% дорогостоящей свежеобожженной извести заменяют дешевым возвратным шлаком. На агрегате печь-ковш осуществляют доводку расплава полупродукта, из сталеразливочного ковша на агрегате печь-ковш скачивают возвратный шлак, который перед скачиванием модифицируют.The essence of the proposed method is as follows. Steel smelting is carried out in an electric arc furnace, and first, scrap metal, solid carbon-containing materials and lime are poured into the working space of the furnace, and 5-35% of expensive freshly burnt lime is replaced with cheap returnable slag. On the ladle furnace unit, the melt of the semi-product is refined; return slag is downloaded from the steel-pouring ladle on the ladle furnace unit, which is modified before downloading.

Нижний предел содержания возвратного шлака обусловлен тем, что при отдаче меньшего количества шлака взамен извести экономический эффект от удешевления шихты будет исчезающее мал.The lower limit of the returnable slag content is due to the fact that when a smaller amount of slag is returned instead of lime, the economic effect from reducing the cost of the charge will be vanishingly small.

При отдаче возвратного шлака более 35% в печи изменяется основность шлакового расплава, повышается его жидкотекучесть и, как следствие, увеличивается износ футеровки по шлаковому поясу. Кроме того, большее количество модифицированного шлака в завалке приводит к росту содержания в стали бора, что может увеличить трещинообразование в литой заготовке.When the return slag is returned to more than 35% in the furnace, the basicity of the molten slag changes, its fluidity increases and, as a result, the wear of the lining along the slag belt increases. In addition, a larger amount of modified slag in the charge leads to an increase in the boron content in the steel, which can increase cracking in the cast billet.

В качестве возвратного шлака используют модифицированный высокоосновный шлак с основностью CaO/SiO₂, предпочтительно составляющей от 2,0 до 6,0, что требуется для удаления фосфора из стали и предотвращения разрушения футеровки ДСП.The return slag is a modified highly basic slag with a CaO/SiO ₂ basicity, preferably ranging from 2.0 to 6.0, which is required to remove phosphorus from the steel and prevent destruction of the chipboard lining.

Для получения пригодного к завалке в печь высокоосновного шлака перед скачиванием из сталеразливочного ковша в него добавляют модификатор шлака, содержащий, например оксиды бора в количестве не менее 5%, т.к. при меньшем содержании оксида бора модификация шлака не происходит. За счет содержащегося в модификаторе оксида бора возможно предотвращение рекристаллизации с изменением объема высокоосновного шлака при охлаждении и получение не пылевидного материала с фракцией менее 0,063 мм, а кускового.To obtain highly basic slag suitable for loading into a furnace, before downloading from a steel-pouring ladle, a slag modifier is added to it, containing, for example, boron oxides in an amount of at least 5%, because with a lower boron oxide content, slag modification does not occur. Due to the boron oxide contained in the modifier, it is possible to prevent recrystallization with a change in the volume of highly basic slag during cooling and to obtain not dusty material with a fraction of less than 0.063 mm, but lump material.

Количество добавляемого модификатора определяют из расчета 0,2÷1,8 кг на тонну стали. Нижнее значение обусловлено тем, что при отдаче меньшего количества модификатора высокоосновный шлак начнет рассыпаться при охлаждении, и увеличится количество пылевидной фракции, что недопустимо при транспортировке и завалке материала в печь. При введении модификатора в количестве, превышающем верхнее значение, повышается себестоимость высокоосновного шлака, что снижает экономичность процесса.The amount of added modifier is determined at the rate of 0.2÷1.8 kg per ton of steel. The lower value is due to the fact that when a smaller amount of modifier is released, the highly basic slag will begin to crumble during cooling, and the amount of dust fraction will increase, which is unacceptable when transporting and loading the material into the furnace. When introducing a modifier in an amount exceeding the upper value, the cost of highly basic slag increases, which reduces the efficiency of the process.

Температура плавления модифицированного шлака (1400÷1460°С) значительно ниже температуры плавления извести (2570°С), поэтому уменьшаются затраты электроэнергии на получение полупродукта в ДСП.The melting point of the modified slag (1400÷1460°C) is significantly lower than the melting point of lime (2570°C), therefore, the energy costs for producing the semi-product in the EAF are reduced.

Таким образом, предлагаемый способ выплавки стали в электродуговой печи обеспечивает снижение удельных затрат электроэнергии и расхода извести в процессе выплавки стали при сохранении стойкости футеровки печи.Thus, the proposed method of steel smelting in an electric arc furnace ensures a reduction in the specific energy costs and lime consumption in the steel smelting process while maintaining the durability of the furnace lining.

Способ выплавки стали осуществляют следующим образом. В рабочее пространство электродуговой сталеплавильной печи осуществляют завалку твердой металлошихты, состоящей из подготовленного металлолома, твердых углеродсодержащих материалов (антрацит), свежеобожженной извести и модифицированного кускового возвратного шлака. При объеме металлошихты в количестве 110-180 тонн объем извести составляет 5-10 т. Модифицированный кусковой возвратный шлак используют в объеме 0,25-3,5 тонн, что составляет 5÷35% извести.The steel smelting method is carried out as follows. A solid metal charge consisting of prepared scrap metal, solid carbon-containing materials (anthracite), freshly burnt lime and modified lump return slag is filled into the working space of an electric arc steel-smelting furnace. With a metal charge volume of 110-180 tons, the volume of lime is 5-10 tons. Modified lump return slag is used in a volume of 0.25-3.5 tons, which is 5÷35% of lime.

Возвратный шлак скачивают из сталеразливочного ковша на агрегате печь-ковш после его модификации путем добавления модификатора с содержанием оксидов бора не менее 5%, что обеспечивает его стабилизацию (предотвращает распад до пылеобразного состояния). Преимущественно используют высокоосновный шлак с основностью CaO/SiO₂, составляющей от 2,0 до 6,0. Полученный расплав полупродукта стали направляют на доводку на агрегат печь-ковш.The return slag is downloaded from the steel-pouring ladle on the ladle furnace unit after its modification by adding a modifier containing at least 5% boron oxides, which ensures its stabilization (prevents decomposition to a dusty state). Preferably, highly basic slag is used with a CaO/SiO ₂ basicity ranging from 2.0 to 6.0. The resulting melt of semi-product steel is sent for finishing to the ladle furnace unit.

В таблице представлен расход основных компонентов шихты, электроэнергии и стойкости футеровки печи при реализации способа выплавки стали по базовой технологии и по предлагаемому изобретению.The table shows the consumption of the main components of the charge, electricity and the durability of the furnace lining when implementing the method of steel smelting according to the basic technology and according to the proposed invention.

Из таблицы следует, что по результатам промышленного опробования способа расход электроэнергии на получение полупродукта снизился на 4÷4,6% по сравнению с базовой технологией.It follows from the table that, according to the results of industrial testing of the method, the energy consumption for obtaining the intermediate product decreased by 4÷4.6% compared to the basic technology.

При выполнении способа выплавки стали, в котором высокоосновным шлаком заменено только 3% извести, что меньше нижнего значения - 5% (первая плавка), эффект от снижения ресурсопотребления незначителен.When performing a steel smelting method in which only 3% of lime is replaced by highly basic slag, which is less than the lower value of 5% (first melt), the effect of reducing resource consumption is insignificant.

При реализации способа выплавки стали с заменой возвратным высокоосновным шлаком 5÷35% извести (вторая - четвертая плавки), сокращен удельный расход электроэнергии и дорогостоящей извести по сравнению с базовой технологией выплавки стали при сохранении стойкости футеровки печи.When implementing the method of steel smelting with the replacement of 5÷35% lime with return high-basic slag (second - fourth heat), the specific consumption of electricity and expensive lime is reduced compared to the basic technology of steel smelting while maintaining the durability of the furnace lining.

Использование возвратного высокоосновного шлака в объеме, превышающем 35% объема извести (пятая плавка), приводит к снижению стойкости футеровки печи при сокращении удельного расхода электроэнергии.The use of return high-basic slag in a volume exceeding 35% of the volume of lime (fifth melt) leads to a decrease in the durability of the furnace lining while reducing specific energy consumption.

При выплавке стали в дуговой сталеплавильной печи применение высокоосновного модифицированного возвратного шлака вместо части извести приводит к снижению в 1,5÷1,95 раза объем его вывоза на полигон для захоронения.When smelting steel in an arc steel-smelting furnace, the use of highly basic modified returnable slag instead of part of the lime leads to a 1.5÷1.95 times reduction in the volume of its removal to the landfill for disposal.

Таким образом, использование предлагаемого способа выплавки стали в электродуговой печи сокращает ресурсопотребление, позволяет получить необходимый полупродукт стали для дальнейшей доводки в агрегате печь-ковш с меньшими удельными затратами электроэнергии, дорогостоящей свежеобожженной извести при сохранении стойкости футеровки печи и снизить вывоз шлака внепечной обработки на полигон для захоронения.Thus, the use of the proposed method of steel smelting in an electric arc furnace reduces resource consumption, makes it possible to obtain the necessary semi-product of steel for further finishing in the ladle furnace unit with lower specific costs of electricity, expensive freshly burnt lime while maintaining the durability of the furnace lining and reduces the removal of slag from out-of-furnace processing to a landfill for burials.

Claims (3)

1. Способ выплавки стали в электродуговой печи, включающий завалку в рабочее пространство печи металлического лома, твердых углеродсодержащих материалов, извести, возвратного шлака, плавление и доводку, отличающийся тем, что используют возвратный шлак в количестве 5÷35% от объема извести на плавку, скачанный из сталеразливочного ковша на агрегате печь-ковш, который перед скачиванием модифицируют, при этом доводку расплава полупродукта осуществляют на агрегате печь-ковш и используют модификатор с содержанием оксидов бора не менее 5 мас.%.1. A method for smelting steel in an electric arc furnace, including filling scrap metal, solid carbon-containing materials, lime, return slag into the working space of the furnace, melting and finishing, characterized in that return slag is used in an amount of 5÷35% of the volume of lime for smelting, downloaded from a steel-pouring ladle on a ladle furnace unit, which is modified before downloading, while finishing of the semi-product melt is carried out on a ladle furnace unit and a modifier containing boron oxides of at least 5 wt.% is used. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют возвратный модифицированный высокоосновный шлак с основностью CaO/SiO₂, составляющей от 2,0 до 6,0.2. The method according to claim 1, characterized in that they use return modified highly basic slag with a basicity of CaO/SiO ₂ ranging from 2.0 to 6.0. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что модифицируют шлак путем добавления модификатора в количестве 0,2÷1,8 кг на тонну стали.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the slag is modified by adding a modifier in an amount of 0.2÷1.8 kg per ton of steel.