Спосіб виплавки сталей

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к выплавке сталей в электропечах на свежей шихте или методом переплава отходов. Способ относится к выплавке стали в электропечах исходя из достижения наилучши х результатов качества выплавляемых сталей, расширения марочного состава. Однако в рамках заявляемых технологических параметров предложенный способ выплавки стали может осуществляться и в други х печных агрегата х, например, в конвертере или индукционных печах, т.к. источник подведения тепла в реакционное пространство в данном конкретном случае не оказывает влияния на физико-химические закономерности окисления примесей в расплаве металла (КИП) и стоимость шлакообразующи х компонентов ши хты. Наиболее близким по технической сущности к достигаемому положительному эффекту является способ выплавки стали в кислородном конверте ре [1], который обеспечивает ускорение шлакообразования и увеличение степени дефосфорации и десульфурации. Для этого в качестве материала, ускоряющего шлакообразование, используют красный шлам глиноземного производства при соотношении его расхода к расходу извести, равному 0,2 : 0 ,5. В этом способе выплавки сталей известь и шлам глиноземного производства загружают на жидкий чугун и начинают продувку ши хты кислородом с целью окисления углерода, серы, фосфора и других примесей. Такие же физикохимические процессы протекают и в дуговых печах, ибо без КИПа, рафинирования и доводки химического состава расплава металла легирующими элементами невозможно получить сталь выплавки на "свежей" шихте из углеродистых отходов (чугун, отходы высокоуглеродистых сталей, скрап, лом и др.). В конвертерном производстве стали эти периоды плавки совмещены и менее четко разграничены, чем в электрометаллургии и поэтому возможности повышения качества выплавляемой стали ограничиваются. Данный способ ограничивает использование вторичных сырьевых ресурсов, что не позволяет существенно снизить себестоимость шлакообразующих материалов; не обеспечивает возможность варьировать основность шлаковой смеси в широких пределах; не позволяет получить комплексную шлакообразующую смесь с относительно низкой температурой плавления, высокой жидкоподвижностью и реакционной способностью. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать способ выплавки сталей путем наиболее возможной степенью использования отходов глиноземного производства и газоочистных установок электролиза алюминия, что приведет к сокращению времени окисления примесей и снижению стоимости шлакообразующих компонентов шихты. Поставленная задача достигается тем, что в способе, включающем загрузку ши хтовы х материалов на подину печи, расплавление, окислительный период с наведением окислительной шлаковой смеси, доводку химического состава расплава легирующими элементами, рафинирование с наводкой прокаленной слабокарбидной или белой шлакообразующей смеси, в период окисления вводят предварительно подготовленную комплексную шлакообразующую смесь, состоящую из красного шлама глиноземного производства, шлама газоочистных установок цехов электролиза алюминия и извести в соотношении(2,3 - 3,7) : (0,7 - 1,3) : (0,2 - 1,9), а в период рафинирования вводят предварительно подготовленную смесь, состоящую из шлама газоочистных установок электролиза алюминия и извести, взятых в соотношении (1,2 - 2,8) : (0,6 - 1,7). Согласно заявляемому решению, отходы алюминиевого производства взяты из очистных сооружений и являются продуктами утилизации выбросов в атмосферу и в водные источники. Они обладают высокой мелкодисперсностью, осаждаются в циклонах очистных сооружений. При подготовке вторичного сырья к плавке их смешивают в требуемых различных пропорциях. После окомкования, компактирования и обжига образуются легкоплавкие эвтектоидные шлаковые системы, обладающие высокой жидкоподвижностью и рафинировочной способностью. Плотность твердой некомпактной металлической шихты ниже расплава стали, что не позволяет с одной завалки достичь необходимой массы плавки. В дальнейшем операции направлены на получение качественной конструкционной стали. В конвертерном производстве металлический лом может заваливаться в печь после продувки жидкого чугуна кислородом и достижения заданной температуры расплава металла, чтобы тепловой энергии было достаточно для расплавления лома. Эта операция получила широкое распространение при выплавке стали на всех видах печных агрегатов под названием "подвалка шихты" и в зависимостиот используемого агрегата имеет некоторые особенности, что и установлено экспертизой. Относительно поставленной цели временные значения начала окислительного периода принципиального значения не имеют, поэтому в техническом понимании по периодам плавки могут иметь место при выплавке стали на "свежей" углеродистой шихте на всех практически сталеплавильных агрегатах. Что же касается растворения шлама в течение 0,5 - 1мин, то по-видимому речь идет о перегретом расплаве металла в ванне печи, который составляет основную часть. Затем идет подвалка 90т лома, 12т извести и 4т шлама и начинают продувку ванны кислородом. Тем не менее в 0,5 1мин такая масса твердой шихты не может расплавиться, а лишь смешаться с жидкой ванной печи. Продувка расплава металла кислородом протекает с бурным выделением и что создает эффект "кипения металла" (КИП). Поэтому в материалах известного способа речь может идти только о смешивании шлама со шлаком печи, а не суммарном времени расплавления всей шлакообразующей смеси. Глиноземное и электролизное производства являются источниками интенсивного пылевыделения. Продукты утилизации обладают высокой дисперсностью, а также высокой "летучестью" вследствие низкой удельной плотности и применяться в сталеплавильном производстве без специальной подготовки не могут. С уществующие методы подготовки сырых материалов в металлургии не обеспечивают эффективного использования вторичного сырья, в частности, при подготовке шлаковых смесей из отходов производства алюминия. Наиболее целесообразным в подготовке мелкодисперсных оксидных материалов является использование смесительно-прессового оборудования, которое позволяет дозировать и смешивать исходные компоненты в требуемом их соотношении. В предлагаемом техническом решении в процессе выплавки стали используют предварительно подготовленные комплексные шлакообразующие смеси, состоящие из красного шлама глиноземного производства, шлама газоочистных установок и извести, оптимальное соотношение которых установлено экспериментальным путем. В период окисления примесей в расплаве стали такое соотношение выражается следующей пропорцией: (2,3 - 3,7) : (0,7 - 1,3) : (0,2 - 1,9). Красный шлам глиноземного производства представляет наибольшую долю в шлаковой смеси, содержание оксидных составляющих его можно варьировать в следующих пределах, мас.%: 3 - 15 10 - 40 4 - 35 4 - 22 5-9 1,9 6,0 0,5 - 10,0 ост. п.п.п. В процессе работы газоочистных установок электролиза алюминия в циклонах осаждается шлам, который имеет следующий состав, мас.%: 3 -6 1-3 35 - 49 11 - 24 12 - 15 9 - 14 ост. - п.п.п. В предложенном техническом решении сокращается суммарное время расплавления шлакообразующей смеси за счет понижения температуры ее плавления при введении шлама газоочистных установок электролиза алюминия в оптимальной пропорции с другими шлакообразующими компонентами. Не трудно заметить, что в составе вновь вводимых шлакообразующих компонентов высокий процент разжижителей и др., которые могут снизить температуру плавления шлака до 950 - 1010°C (см. "Справочник металлурга по цветным металлам". Производство алюминия. М.: Металлургия, 1971. - 560с.). Компоненты шлакообразующей смеси стали использоваться только после оснащения электролизеров очистным оборудованием и сложившемся огромном дефиците разжижителей в сталеплавильном производстве. Ранее эти ценные компоненты удалялись из электролизеров в виде неорганизованных выбросов. В представленной формуле изобретения, как и в прототипе, компоненты шлакообразующей смеси представлены их соотношением, что обосновано возможностью использования способа выплавки в печных агрегатах различной емкости и устройства плавильной ванны. В примере исполнения при выплавке конструкционной стали на 40кг металлической шихты вводили 2,5кг шлакообразующей смеси в заявляемых соотношениях. В период рафинирования стали применяют предварительно подготовленную шлакообразующую смесь, состоящую из шлама газоочистных установок электролиза алюминия и извести, взятых в соотношении (1,2 - 2,8) : (0,6 1,7). Составляющими такой шлаковой смеси является глинозем и известь что позволяет создать искусственную синтетическую шлаковую смесь не путем предварительного сплавлення в дуговой печи, а спеканием в гетерогенной системе и образованием новой составляющей в процессе выплавки стали. Эта синтетическая шлаковая смесь обладает высокими рафинировочными свойствами. Для достижения этого не требуется дополнительная обработка стали в ковше плавленым синтетическим шлаком. Пример. В лабораторных условиях испытан заявляемый способ выплавки стали с использованием вторичных шлакообразующи х материалов. В качестве исходных компонентов, образующи х шлаковую смесь, использовали красный шлам глиноземного производства, шлам газоочистных установок цеха электролиза алюминия Днепровского алюминиевого завода и известь. Известь измельчали до фракции 0 1,10мм. Химический и гранулометрический составы исходных шлакообразующи х компонентов приведены в табл.1. Сумма компонентов, составляющих красный шлам и шлам газоочистных установок электролиза алюминия составляет 100% с учетом колонки потерь при прокаливании (п.п.п.) - в примерах 1 - 5 соответственно 3,96; 5,81; 5,82; 6,17; 1,88мас.%, а колонка уточняет форму присутствия оксидов активных металлов в общей сумме (100мас.%) соединений металлов. В красных шламах глиноземного производства и является естественными примесями, которые переходят из бокситов в шламы. Концентрация их может существенно изменяться в зависимости от месторождения используемых бокситов и комплексности их переработки. Например, на Днепровском алюминиевом заводе технологией предусмотрено доизвлечение пятиокиси ванадия (1,5 - 2,0т в месяц). Однако, с точки зрения рафинирующих свойств шлакообразующей смеси оксиды ванадия и титана (их концентрации) не являются определяющими, поэтому в укрупненных составах могут быть не представлены, тем более, что при прокаливании высшие оксидные соединения могут возгоняться и остаточное содержание их существенно измениться. В шламах газоочистных установок углерод осаждается в виде сажи в результате протекания реакции Белла-Будуаре в циклоне очистных устройств. Исходными реагентами являются окись и двуокись углерода, которые образуются в результате газификации углерода футеровки электролизеров (графитированных блоков) и анодной массы. В электролизной ванне криолит используется для растворения глинозема В электролизной ванне имеет место реакция что является источником фтористого алюминия в шламах газоочистки. Для осаждения некоторых компонентов в очистных устройства х отходящие выбросы обрабатывают раствором а в газовой фазе всегда содержится Отсюда В связи с острейшим дефицитом плавикового шпата (флюорита) его добавки могут снижаться или исключаться. Поэтому в конкретных примерах исполнения шламы могут иметь несколько отличный состав от общепринятых пропорций. Содержание незначительно и представлено в табл.1 общей суммой совместно с другими оксидами щелочных металлов. Измельченные материалы тщательно перемешивают в требуемом соотношении с добавками связующего и брикетировались под давлением 80 - 120кг на брикет. Брикеты имели овальную форму размером 60 ´ 60 ´ 80мм. Брикетированная шлакообразующая смесь подвергалась предварительной сушке при температуре 80 - 250°C, а затем при прокалке при температуре 1000 - 1350°C. Выплавку конструкционных легированных сталей 30ХЗМФ. 30ХГСНА, 25ХГСНМА, 30ХН2МФА, 36 Х2Н2МФА проводили в индукционной печи емкостью 40кг с полным окислением шихты. В качестве металлической составляющей ши хты использовали стальной углеродистый лом, легированные отходы, содержащие до 0,4% молибдена и никеля, чугун. После расплавления 50% шихты, присаживали известь, железную руду для окисления фосфора, кремния алюминия, а затем предварительно подготовленную шлакообразующую смесь, предназначенную для окисления примесей. После скачивания окислительного шлака наводили рафинировочную шлакообразующую смесь, состоящую из шлама газоочистных установок электролиза алюминия и извести. Результаты испытаний способа выплавки сталей представлены в табл.2. Как видно из табл.2, данные вариантов 5 - 9 являются оптимальными, так как обеспечивают наиболее предпочтительные технико-экономические показатели выплавки конструкционных легированных сталей и их качества. При этом выявлен ряд "преимуществ разработанного способа, выплавки сталей по сравнению с базовым (прототип): решена проблема эффективного использования отходов процесса получения алюминия - красного шлама глиноземного производства и шлама газоочистных установок электролиза алюминия с добавками извести, которые после предварительной подготовки предложено использовать при выплавке сталей в качестве комплексной шлакообразующей смеси и окислительный период и период рафинирования, взятых в соответствующи х оптимальных соотношениях; - сокращается время раскисления примесей в окислительный период плавки на 4 - 8% для наведения комплексной шлакообразующей смеси с более высокой жидкоподвижностью, окислительной способностью эвтектоидного состава и предварительным регулированием состава в зависимости от требуемых условий выплавки сталей; - повышается степень рафинирования сталей от серы и фосфора (содержание серы и фосфора перед выпуском не превышает 0,020 и 0,021% соответственно) за счет образования шлаковой смеси с рафинирующими свойствами синтетического шлака, который выплавляется в специальной печи для обработки металла в ковше; - снижается себестоимость шлакообразующих компонентов ши хты за счет использования дешевых циклонных отходов алюминиевого производства, ранее направлявшихся в о твал, которые составляют основную долю в общем объеме шлакообразующих компонентов шихты.