Спосіб плавлення сталі у дугових електропечах

Винахід належить до галузі спецелектрометалургії, зокрема до плавлення сталі у електропечах. Відомий спосіб отримання нержавіючої сталі в дуговій електропечі, який складається із завалки, розплавлення та нагріву сталевої ши хти з окислювальним рафінуванням і легуванням, продувкою розплаву киснем і аргоном з присадкою на шлак наприкінці продування порошкового, алюмінію та плавикового шпату [А.с. СРСР 962323 Кл3 С21С7/10, Б.И. 1982 №36]. До недоліків такої технології слід віднести апаратурну складність операцій та високу вартість аргонокисневої продувки. Те ж саме можна сказати й про необхідність введення порошкового алюмінію та плавикового шпату. Як прототип прийнятий спосіб ведення плавлення в дуговій сталеплавильній печі, який складається із завантаження у ванну ши хтових матеріалів, подачі електричної напруги на електроди, проплавлення шихтови х матеріалів, окислювальний та відновлювальний періоди, випуск розплаву з печі [А.с. СССР №747894, Кл. С21С5/52, Б.И. 1980, №26]. До недоліку названого способу слід віднести значні витрати електроенергії, низький робочий ресурс склепіння та верхньої частини футерівки, погану якість металу. В основу винаходу поставлено задачу зменшення витрат електроенергії, підвищення робочого ресурсу склепіння та верхнього ярусу футерівки, використання відходів металургійного та коксохімічного виробництв для підвищення виходу придатного металу. Поставлене задача вирішується за рахунок того, що у відомому способі плавлення сталі в дугових електропечах, який складається із завантаження у ванну печі ши хтови х матеріалів, їх плавлення, окислювального та відновлювального періодів з легуванням сталі, перед завантаженням шихти попередньо на подину печі задають рівномірно перемішану суміш окалини та вуглецевого відновника у співвідношенні 1: (0,25.-0,35) товщиною 100-150мм, після утворення розплаву на його поверхню завантажують шар окалини з вапном у співвідношенні 1:(0,28-0,30) у кількості 0,1-0,5% від ваги садки, у окислювальний період рівномірно через кожні 15...20 хвилин у шлак додають суміш вентиляційного марганцевого пилу та нефракційного кремнію вапно, що містить пил виробництва феросиліцію у співвідношенні 1:(1-0,5) у кількості (0,02-0,03%) від маси садки. Вуглецевим відновником, який вносять разом з окалиною на подину печі може бути й антрацитовий штаб, відсіви коксу, газове вугілля. Вентиляційний пил печей, які виплавляють, марганцеві сплави, має склад, мас. %: 40,0.-48,0 МnО; 18,0-20,0 СаО; 8,0-11,0 SiO2; 0,2-3,0 Fe2O3; 4,0-5,0 С; 2,5.-3,0 Аl2О3; 3,0-4,0 К2О + Na2O та інші домішки. Циклонний пил ділянки розливу та подрібнення феросиліцію містить, мас, %: 62,0-63,0 Si; 1,2-1,3 ΑΙ; 0,20,4 С; 12,3г. 12,8 СаО; 17,0-18,0 Fe; 0,05г 0,20 Μn та інші домішки. Для організації перемішування розплаву на подину печі задається суміш окалини та вуглецевого відновника. Перемішування відбувається за допомогою СО, який утворюється за реакцією: (1) Fe2O3+3C®2[Fe]+3CO Крім того дрібнодисперсна суміш окалини та вугілля створює демпфер при завантаженні основної шихти на подину печі, при цьому відновлюється частина Fe, що дозволяє отримати додаток металу з відходів виробництва. Підвищений вміст у завалці FeO та СаО сприяє видаленню фосфору з металу. Співвідношення окалини та відновника як 1:(0,25-0,35) пояснюється стехіометрією реакції (1) та вмістом золи у вуглецевих матеріалах. При такому співвідношенні більшому ніж 0,25 частина окалини не прореагує і може у відновлювальному періоді слугувати джерелом зайвого О2 в металі, а при співвідношенні меншому ніж 1:0,35 вуглець, який не прореагував, може призвести до підвищеного вмісту С у сталі. Джерелом С можуть слугувати відходи антрациту, газового вугілля та коксу. Товщина шару суміші окалини та вугілля в 100-150мм пояснюється тим, що при меншому шарі кількість CO виявиться недостатньою для спінювання шлаку, а при шарі більшому за 150мм можуть бути викиди газу, оскільки суміш дрібнодисперсна і погано газопроникна. Для створення умов спінювання шлаку необхідна його максимальна рідиноплинність. Так і виходить при дотриманні співвідношення окалини, вапна, шамотного бою як 1:(0,28-0,30):(0,05-0,10) відповідно. Крім того бажаний ще додаток плавикового шпату 1,2-1,5% до суміші. Кількості 0,1-0,5% присадки у відношенні до всієї садки достатньо для підтримання умов спінювання шлаку до кінця періоду плавлення, коли теплове навантаження в печі максимальне. В окислювальний період, коли шар суміші окалини та вугілля на подані вже вичерпано, для спінювання шлаку використовують суміш вентиляційного марганцевого пилу та відходи феросиліцієвого виробництва, яка у шлаку кипить за реакцією: {MnO}+Si=[Μn]+(SiO 2)+Q (2) {MnO2} та спінює шлак за рахунок підвищення його температури Q та реакції: (3) МnО+С®Μn+СО Крім того, частина марганцю з відходів переходить в метал та сприяє десульфурації за реакцією: (4) FeS+Μn®(MnS)+[Fe] Спінений шлак витікає через робоче вікно печі, полегшуючи процес скачування збагаченого S та Ρ шлаку. Додавання послідовно CaF2, CaO, коксу, FeSi, FeMn, ΑΙ у відновлювальному періоді, а в нашому випадку частково вентиляційного марганцевого пилу та відходів виробництва феросиліцію не лише спінює шлак, але і зменшує вміст FeO в шлаку, отже, кисню та сірки в металі. Приклад На печі ДС-0.5 з електродами Æ250мм кафедри металургії сталі НМетАУ провели плавлення шихти сталі марки ШХ-15СГ. Перед завантаженням шихти вагою 0,4т на подину печі завантажили 100кг суміші окалини та антрацитового штибу товщиною шар у 105мм. Коли з'явились перші порції розтопленого металу, нижня частина садки почала прогріватися і реакція 1 стала сприяти перемішуванню розплаву з прискоренням його проплавлення. Після присадки першої, в 10кг, порції окалини, вапна, шамотного бою у співвідношенні 1:28:0,05 відповідно, легкоплавкий шлак почав спінюватись та закривати газову порожнину під електродами. Тепловипромінення на склепіння та футерівку зменшилося і температура їх не перевищувала 1520°С проти 1700°С при роботі без спіненого шлаку. Після скачування первинного шлаку багатого на S та Ρ перед початком окислювального періоду на розплав проводили дозавантажування шлакоутворюючої суміші вентиляційного марганцевого пилу та відсівів і пилу феросиліцію у співвідношенні 1:0,6. Кипіння і спінювання шлаку знову зменшило теплове навантаження на склепіння та стіни печі. У відновлювальний період в розплав послідовно задавалось додатково 20кг CaF2; 150кг СаО; 1,5кг коксу; 1кг 65% FeSi; 4кг С у FeMn; 4,1 FеСr та 0,3кг Аl. Все плавлення продовжувалось протягом 4 години 10 хвилин. Для отримання стандартного за складом металу витрачено менше на 3% FeSi, на 4,5% FeMn, ніж за традиційною технологією, на 5,8% скоротилися витрати електроенергії. Отриманий метал відповідав ГОСТу 801-60 та містив крім заліза 1,05 С; 0,6 Si; 1,0 Μn; 1,5 Cr; 0,3 Νi; 0,25 Сu; 0,025 Ρ та 0,02 S. Таким чином запропонована технологія дозволяє здійснити поставлене завдання - знизити витрати електроенергії та феросплавів, покращити роботу склепіння та футерівки.