Спосіб рафінування сталі

Способ рафинирования стали, включающий нагрев расплава электрической дугой, горящей в его объеме без доступа воздуха, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что дугу зажигают между электродами, заформованными в блоки из оксидов ЩЗМ и/или оксидов химических элементов расплава, восстанавливают эти элементы в расплав, а рафинирование проводят под фторидным шлаком, в котором содержание СаРг поддерживают в пределах 50-100%. Изобретение относится к металлургии стали и может быть использовано для рафинирования ферросплавов. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ, включающий обогрев расплава дуговым разрядом, горящим в глубине металла без доступа воздуха. При этом способе в жидкую сталь, находящуюся в специально оборудованном ковше, погружают электрод с газовой электрической изоляцией боковой поверхности и нагревают сталь дуговым разрядом, возникающим в глубине ванны. Через расплав при этом продувают инертный газ, осуществляя промывочное рафинирование, а приход тепла от дугового разряда компенсирует тепловые потери. Подача необходимых присадок производится на поверхность расплава. Недостатком известного способа является невозможность рафинирования расплава от фосфорг при сохранении в нем элементов химического состава. Если присаживать на поверхность смесь для окислительной дефосфорации, то параллельно с фосфиром элементы химического состава теряются в шлак. Если присаживать на поверхность расплава смесь для восстановительной дефосфорации, то требуется использовать ранее восстановленный энергоемким процессом кальций, а улет и связанная с этим рефосфорация сводят результат рафинирования на нет. Технической задачей изобретения является освобождение расплава от фссфора при сохранении в нем полезных элементов химического состава путем того, что в зоне дугового разряда углерод расплава и частично углерод электродов восстанавливает щелочно-земельные металлы из их оксидов. Пари кальция и других ЩЗМ барботируют через расплав, взаимодействуют с его примесями и, в частности с фосфором. Поставленная задача достигается тем, что в способе рафинирования стали, включа (56) Заявка Японии № 60-43887, кл. С 21 С 7/00, 1985. С > ю го О 12672 ющем нагрев расплава электрической дугой, горящей в его объеме без доступа воздуха, дугу зажигают между электродами, заформованными в блоки из оксидов ЩЗМ и (или) оксидов химических элементов расплава, восстанавливают эти элементы в расплав, а рафинирование проводят под фторидным шлаком, в котором содержание CaF2 поддерживают в пределах 50-100%. Новое свойство, возникающее при использовании предлагаемого технического решения, заключается в том, что в зоне дугового разряда углерод расплава и частично углерод электродов восстанавливает ЩЗМ из их оксидов. Пары кальция и других ЩЗМ барботируютчерез расплав, взаимодействуют с его примесями и, в частности, с фосфором. Часть Щ З М растворяется во фторидном шлаке, придает ему способность удерживать фосфиды и постоянно компенсируетулет кальция. Этим предотвращается рефосфорация. Под восстановительным потенциалом кальция угара полезных элементов не происходит, может наблюдаться только их воестановление из оксидов. Плавку ведут со специальными "дуговыми блоками" - формованными изделиями из оксидов, снабженными электродами и подключаемыми к источнику тока. Применяют "рудно-известковые" блоки из оксидов элементов химического состава стали с известью и "известковые" - рафинировочные блоки. В блоке могут быть заформованы один или несколько электродов. При рафинировании с применением известковых дуговых блоков происходит восстановительная дефосфорация параллельно с десульфурацией по схеме: В зоне дуги СаОтв + СС] -» {Са} + {Со} В ванне 3{Са} + 2[Р] -*(СазРг) {Ca} + [S] -*(CaS) • {Са} -»(Са) Последний процесс обеспечивает способность фторидного шлака ассимилировать (СазРг). Нижний предел содержания фторида кальция в шлаке 50% является тем минимумом, при котором шлак еще усваивает кальций и, следовательно, может происходить дефосфорация расплава по представленной выше схеме. При меньшем содержании фторида в шлаке дефосфорации не достигается. Это проиллюстрировано таблицей. Верхний предел -близкое к 100-процентному содержанию фторида в шлаке - возможно как эпизодическое и 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 недолговременное в процессе плавки, когда кальций восстановил примеси шлака, а сам в шлаке еще не растворился в заметном количестве. В дальнейшем содержание фторида кальция в шлаке снижается за счет взаимодейпвия с ванной, блоком и футеровкой. Корректируют содержание фторида кальция в шлаке добавками флюоритового концентрата. Рафинировочный шлак, насыщенный фосфидами и сульфидами, утилизируют, освобождают от серы и фосфора выщелачиванием или о к и с л и т е л ь н ы м о б ж и г о м и используют повторно в качестве заменителя флюоритового концентрата. Аппаратурное оформление предлагаемого способа рафинирования стали осуществляют на базе агрегата "ковш-печь", \\а базе дуговой или индукционной электропечи. Пример устройства для реализации способа на базе бессердечниковой индукционной печи представлен на чертеже. Устройство содержит плавильное пространство 1 с индуктором 2, сводом 3, устройством эвакуации газов 4, источником 5 электропитания индуктора 2. В расплав погружен дуговой блок 6 с электродами 7, подключенными к собственному источнику электропитания 8. Дуга 9 горит между электродами 7. Ток однофазный. Если ток трехфазный, применяют три блока с одним электродом каждый и замыканием дуги на металл. Дуга газифицирует материал блока, "прожигает" в нем полость 10, электроды и блок расходуются с согласованной скоростью, полость 10 сохраняет изображенную на фиг.1 конфигурацию. Устройство снабжено держателем блоков 11 и механизмом их перемещения 12, а также устройствами контроля и управления, которые на фиг. не показаны. Предлагаемый способ рафинирования стали заключается в следующем. В плавильном пространстве 1 с применением индукционного нагрева формируют железоуглеродистый расплав с содержанием углерода, превышающим требуемое для стали данной марки на величину, достаточную для восстановления из оксидов элементов химического состава стали и кальция для рафинирования. Затем восстанавливают в расплав элементы химического состава стали. Блок 6 из оксидов этих элементов с электродами 7, подключенными к источнику 8, погружают в расплав и зажигают дугу 9. Оксиды газифицируются и диссоциируют в зоне дуги, образуя плазму дугового разряда. По выходе из зоны дуги 9 плазма конденси • 12672 руется, элементы ассоциируют, насыщая металл по схеме (MeO) + [CJ - * [ М е ^ {CO} Энергия для восстановления элементов поступает от дугового разряда 9. Дуга отделена от футеровки и рабочего пространства жидким металлом, поглощающим избыток тепла. Теплопотери в окружающую среду уменьшаются. Газы фильтруются через жидкий металл, пылеобразование отсутствует. После восстановления заданного количества элементов, о чем свидетельствует количество израсходованной на дуге электроэнергии, а также результаты химического анализа, убирают ч утилизируют остатки рудных блоков, убирают шлак. Затем проводят собственно рафинирование на известковых дуговых блоках 6, а на поверхность расплава загружают флюоритовый концентрат. Зажигают дугу 9. В зоне дуги углерод расплава и частично углерод электродов восстанавливают кальций из извести дугового блока, кальций в виде пара барботирует через расплав, взаимодействует с его примесями фосфором и серой, параллельно протекают десульфурация и дефосфорация. Если в шкале имеются оксиды восстановимых кальцием элементов, то эти элементы переходят в расплав. Кальций растворяется во фторидном шлаке, образует систему СаГ-2~Са, способную ассимилировать фосфиды и сульфиды. По окончанию рафинирования, о чем свидетельствует количество израсходованной на дуге электроэнергии и результаты химанализов, остаток блока убирают для утилизации, шлак удаляют для освобождения от фосфора и серы с последующим его повторным использованием. 5 10 15 20 25 30 35 40 Раскисление как таковое не проводят. Ферросплавы не применяют или применяют очень немного. Сталь разливают на машине или в изложницы. 45 Пример осуществления способа. Выплавили сталь марки 35ХГ2А. Плавку вели в лабораторной индукционной печи емкостью 10 кг с магнезитовым тиглем. Кроме 50 штатного источника электропитания индуктора - машинного преобразователя 50/2850 Hz дополнительно задействован сварочный трансформатор на питание дуги. Шихту составили по углероду с учетом углерода электродов, что составило 1.55%, необходимых для восстановления 1 % хрома, 2% марганца, 0,3% кремния и кальция на рафинирование. В тигель загрузили чугун и лом ст 3 кг, всего 9,7 кг. После расплавления металла индуктор отключили, на зеркало загрузили 100 г смеси шамота, песка, извести и силикат-глыбы. Тигель накрыли крышкой, ввели в металл дуговой блок из смеси оксидов марганца и хрома с добавкой извести на связке из жидкого стекла. Блок снабжен электродами, подключенными к сварочнику. Зажгли дугу: 200 А, 20 В. Работали на рудном блоке 45 мин. Огарок блока убрали. Удалили шлак. Анализ пробы: 2,11% марганца; 0,915% хрома; 0,06% фосфора; 0,04% серы. На поверхность металла загрузили 300 г флюорита. Ввели в металл известковый блок, подключили электродами блока к трансформатору и зажгли дугу: 200 А, 20в, На известковом блоке работали 15 мин. Огарок убрали. Шлак собрали для регенерации. За время работы на дуге температура метзлла повысилась от 1480° до 1620°С. Готовую сталь вылили в уширенную кверху изложницу с прибыльной надставкой. В слитке сосредоточенная усадочная раковина. Раскисление не делали. Анализ металла: 0,34% С; 0,014% Р; 0,003% S; 2,09% Мп; 0,94% Сг. Вес с/?игка, скрапа и проб - 10,06 кг. На слиток израсходовано 6,2 квт • ч электроэнергии от индуктора, 4,0 квт • ч от дуги, переработано 0,65 кг блоков. Общий расход электроэнергии - 7,4 квт • ч иа плавление и нагрев, 2,8 квт • ч из восстановление. Ферросплавы не применяли. При обычной плавке требуется 10 кг лома, 0,35 кг ферромарганца, 0,2 кг феррохрома, 0,1 кг ферросилиция, 10 г алюминия, 8,2 квт • ч электроэнергии, электроды. Степень дефосфорации по предлагаемому способу 70-80%, по прототипу дефосфорации нет. Предлагаемая технология с учетом резкого уменьшения расхода ферросплавов дает выигрыш электроэнергии 200-400 квт • ч на тонну стали, не нуждается в применении ферросплавов и раскислителей. Способ малоотходный, позволяет переработать любую шихту в сталь высокого качества, переработать шлаковые отвалы. 12672 Содержание в шлаке, вес.% Степень удаления фосфора, % Упорядник Замовлення 4077 40 45 50 0,5 8 Техред М.Моргентал 70 90 со 80 Коректор,. М.Керецман Тираж Підписне Державне патентне відомство України 251655, ГСП, Київ-53, Львівська пл.. 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101