Електродуговий спосіб виплавки сталі

1. Електродуговий спосіб виплавки сталі, що включає завалку металошихти, плавлення, доведення розплаву до необхідної температури, проведення окисного і рафінувального періодів плавки металу і випуск розплаву, який відрізняється 3 18171 4 Якість одержуваного кінцевого продукту в різрежиму виплавки сталі. них процесах виробництва сталі визначається тиВ основу корисної моделі поставлена задача пом використовуваних шлакоутворюючих матеріастворення електродугового способу виплавки сталів, а також застосовуваних композицій для лі, у якому за рахунок застосування композиції для оптимізації шлакоутворюючого режиму виплавки оптимізації шлакового режиму виплавки буде засталі, їх складом і фізико-хімічними властивостябезпечене удосконалення шлакового режиму в ми. В електродуговому способі виплавки сталі в рафінувальний період електродугової плавки, а якості шлакоутворюючих матеріалів найчастіше також буде забезпечена оптимізація хімічного застосовуються вапно і плавиковий шпат. При вискладу суміші шлакоутворюючих матеріалів, підкористанні тільки цих матеріалів відсутня можливищення рафінувального потенціалу розплавленої вість ефективного регулювання процесів шлакошлакової фази і прискорення активізації ведучих утворення, які значним чином впливають на хімічних компонентів шлакового розплаву. загальні термодинамічні і теплообмінні процеси Поставлена задача вирішується тим, що елеквиплавки сталі. Виходячи з цього, у сучасній метатродуговий спосіб виплавки сталі включає завалку лургії є актуальна потреба в композиціях для опметалошихти, подачу шлакоутворюючих матеріатимізації шлакового режиму виплавки сталі, що лів, плавлення, проведення окисного і рафінувабудуть мати такий хімічний і фракційний склад, льного періодів плавки, доведення розплаву до при якому мінімізується агресивний вплив компонеобхідної температури, при цьому в рафінувальнентів композиції на металургійне обладнання, ний період плавки на дзеркало металу в електропідвищується якість одержуваних продуктів за радуговій печі подають композицію для оптимізації хунок більш глибокого очищення розплаву заліза шлакового режиму виплавки, що включає, мас.%: від небажаних домішок, а також забезпечується карбід кремнію SiC 5-15 можливість ефективного регулювання процесів оксиди лужноземельних металів шлакоутворення. K2O+Na2O 1-3 Відома композиція для оптимізації шлакового металевий алюміній Аlmet 15-30 режиму виплавки сталі, що включає оксид алюміметалевий кремній Simet 5-15 нію АІ2О3 [патент України №18705, 1997p.]. Крім оксид алюмінію АІ2О3 37-74 оксиду алюмінію зазначена композиція включає Присутній у композиції для оптимізації шлакоплавиковий шпат CaF2, оксид кальцію (вапно) вого режиму виплавки сталі карбід кремнію SiC СаО, оксид кремнію SiO2, залізо Fe, вуглець С, при розплавлюванні композиції взаємодіє з рідким сірку S, фосфор Р і оксид титана ТіО2. залізом по реакції: Основними недоліками зазначеної композиції SiCТВ+[Fe]→[Si][Fe]+[C][Fe], є відносно високий вміст фосфору, що виключає з асиміляцією кремнію і вуглецю розплавленим можливість її використання при виробництві тугопметалом сталевої ванни. лавких сплавів через «забруднення» сплаву фосЗазначена особливість взаємодії карбіду крефором. Суміш також не забезпечує високого стумнію впливає на механізм розподілу кисню між пеня витягу тугоплавких елементів. Крім того, металевою і шлаковою фазами і регулює швидсуміш містить у собі велику кількість різних компокість зневуглецювання металевої ванни, а також нентів, що значно підвищує її вартість і складність блокує процес переокислювання металу в період її виготовлення і застосування. окислювання вуглецю. Наявність карбіду кремнію Відомий електродуговий спосіб виплавки став композиції створює також достатній розкиснювалі, що включає завалку металошихти, подачу шлальний ефект. Зниження вмісту карбіду кремнію в коутворюючого матеріалу, плавлення, доведення композиції нижче 5% недоцільно, оскільки на почарозплаву до необхідної температури і проведення тку окисного періоду плавки спостерігається актиокисного і рафінувального періодів плавки [патент візація окислювання заліза до FeO. Підвищення РФ №2114920, 1998р.]. У якості шлакоутворюючовмісту карбіду кремнію в композиції понад 15% го матеріалу використовують вуглевмісний комтакож є недоцільним, оскільки це приводить до плексний флюс на феритно-кальцієвій основі. блокування процесу окислювання вуглецю. Це У цьому способі неможливе забезпечення доможе викликати необхідність введення додаткових статньо високого рівня десульфурації сталі, що у окислювачів, приводить до перегріву сталевої свою чергу не дозволяє забезпечити високу якість ванни і негативно діє на футерівку печі, а також одержуваного продукту. Крім того, використання збільшує час виплавки сталі, що у свою чергу притакого шлакоутворюючого матеріалу не сприяє водить до збільшення витрат на виробництво старозкисленню металевого розплаву до необхідного лі. рівня. Металевий алюміній являє собою власне Найбільш близьким аналогом композиції, що алюміній у технічно чистому виді. Алюміній розкизаявляється, є композиція для оптимізації шлакослює рідкий розплав, тобто видаляє кисень, а наявого режиму виплавки сталі, що включає карбід вність оксиду алюмінію сприяє як прискоренню кремнію SiC, металевий алюміній Аlmet і оксид засвоєння вапна, так і асиміляції неметалічних алюмінію Аl2О3 [патент України №18995, 1997p.]. включень, що у свою чергу сприяє зниженню вмісКрім того, зазначена композиція містить оксид ту шкідливих домішок, наприклад сірки і кисню в кремнію SiO2. сталі. За рахунок вибору різних співвідношень При використанні цієї композиції рівень в'язкоалюмінію та оксиду алюмінію можна регулювати сті шлаку залишається досить високим, що у свою процес шлакоутворення. Зниження вмісту алюмічергу приводить до погіршення умов плавлення нію в композиції нижче 15% недоцільно, оскільки композиції і зниженню ефективності шлакового приводить до зниження рафінувальних властивос 5 18171 6 тей шлаку, тобто до зниження здатності шлаку до Для виключення виникнення пожежонебезпечочищення розплаву від небажаних або шкідливих них ситуацій при виготовленні, збереженні і трансдомішок. Крім того, при вмісті металевого алюміпортуванні композиції необхідно, щоб її вологість нію менш ніж 15% не досягається істотного присне перевищувала 2%. корення шлакоутворення через недостатнє надхоОптимальність зазначеного вище співвіднодження тепла реакції окислювання алюмінію в шення компонентів у композиції була підтверджезону активного шлакоутворення. Підвищення вмісна багаторазовими експериментами, виконаними ту алюмінію в суміші понад 30% також є недоцільяк у лабораторних, так і у виробничих умовах. ним, оскільки приводить до протікання процесу Переважним є виконання композиції для опшлакоутворення з піротехнічним ефектом, підвитимізації шлакового режиму виплавки сталі з нащення температури шлаку в реакційній зоні, що у ступним фракційним складом компонентів, %: свою чергу приводить до тимчасового уповільнен20,0мм і менше ≥90 ня протікання основних сталеплавильних процесів більш 20,0мм Решта. і зниженню рафінувальної здатності шлакового Такий діапазон фракційних складів компоненрозплаву. тів композиції пояснюється фізико-хімічними закоВміст у композиції оксиду алюмінію менш ніж номірностями ефективності їх використання і за37% не забезпечує зниження в'язкості шлаку до своєння при проведенні основних технологічних значень, при яких відбувається істотне прискоренпроцесів виплавки сталі. Відхилення фракційного ня шлакоутворення. При вмісті оксиду алюмінію складу убік збільшення вмісту дрібнодисперсних понад 74% в'язкість шлаку не тільки не знижуєтьчасток недоцільно, тому що вимагає додаткових ся, але навіть підвищується за рахунок насичення витрат, але не дає помітного ефекту. Збільшення шлаку тугоплавким глиноземом (АІ2О3). вмісту великодисперсних часток приводить до Таким чином, включення до складу композиції збільшення часу наведення шлаку, тобто також є для оптимізації шлакового режиму виплавки сталі невиправданим. металевого алюмінію Аlmet і оксиду алюмінію АІ2О3 У цьому способі композиція для оптимізації у встановлених межах дозволяє забезпечити вишлакового режиму виплавки сталі є каталізатором соку швидкість протікання реакцій шлакоутворення процесів шлакоутворення та активатором хімічних з одночасним підтримуванням рідкорухливості компонентів шлакового розплаву, за рахунок чого шлакового розплаву в умовах тривалого періоду досягається прискорення процесів формування і часу і широкого діапазону температур процесів підвищення активності рафінувального шлаку. виплавки сталі, що дозволяє забезпечити ефектиДодатково за рахунок вхідного до складу композивність металургійних процесів і знизити виробничі ції металевого алюмінію досягається часткове витрати. зниження окисненості металевого розплаву. РафіМеталевий кремній Simet широко застосовуєтьнувальний період плавки при реалізації даного ся в металургії як одна з основних розкиснюючих і способу з використанням зазначеної композиції легуючих добавок. Металевий кремній - це кремній відрізняється стійкістю горіння електричних дуг у технічної чистоти (96-99% Si), що одержується у період розплавлювання шлакоутворюючих матерірудовідновних електропечах відновленням кваралів, зниженням витрати графітованих електродів, циту вуглецевими відновниками (деревне вугілля, а також зниженням витрати вапна, кремнієвмісних нафтовий кокс і ін.). Присутність у суміші металеі марганцевмісних феросплавів. Крім того, відбувого кремнію Simet у зазначених межах дозволяє вається збільшення вмісту сірки в шлаку, що свідстабілізувати вплив на шлакометалевий розплав чить про підвищення ефективності десульфурації металевого алюмінію Аlmet, за рахунок чого підвиметалу. щується загальний технологічний ефект від викоЕкспериментально встановлено, що найбільш ристання композиції. Зниження вмісту кремнію оптимальний ефект при реалізації способу з виконижче 5% є недоцільним, тому що приводить до ристанням зазначеної композиції досягається при прискорення реакції окислювання металевого введенні композиції в кількості 4,5-5,0кг/т сталі при алюмінію Аlmet і зниження рафінувального потенцівологості не більш 2%. алу шлакової фази. Збільшення вмісту кремнію Реалізація способу електродугового способу понад 15% є недоцільним, оскільки може привести виплавки сталі ілюструється наступним прикладо уповільнення реакції окислювання металевого дом. алюмінію Аlmet і зниження рафінувального потенціПриклад. Виплавка сталі в електродуговій алу шлакової фази. печі. Для одержання рідкорухливого шлаку до Здійснюють завалку металошихти і введення складу композиції введені легкоплавкі компоненти: шлакоутворюючих матеріалів, в якості яких ввооксид натрію та оксид калію в кількості 1-3%мас. диться розрахункова кількість вапна і плавикового Зниження вмісту в композиції оксидів натрію і кашпату. Після завалки здійснюють плавлення, після лію нижче 1% приводить до небажаного збільшенчого здійснюють окисний, а потім рафінувальний ня в'язкості шлаку, погіршенню умов плавлення періоди плавки. При цьому, у рафінувальний перікомпозиції і зниженню ефективності шлакового од плавки на дзеркало металу в електродугову піч, режиму виплавки сталі. Введення в композицію разом з вапном, подають композицію для оптимібільш 3% оксидів натрію і калію приводить до знизації шлакового режиму доведення сталі до необження температури розплаву в зоні реакції і знихідної температури і хімічного складу. Зазначена женню ефективності його обробки шлакоутворююкомпозиція включає, мас.%: чими матеріалами, що містять композицію для карбід кремнію SiC 8 оптимізації шлакового режиму виплавки сталі. оксиди лужноземельних металів 2,2 7 18171 8 K2O+Na2O більш 20,0мм решта. металевий алюміній Аlmet 25 Після повного розплавлювання всіх компоненметалевий кремній Simet 5,5 тів шлакової суміші здійснюються наступні коригуоксид алюмінію АІ2О3 59,3 вальні заходи згідно з встановленою технологією Компоненти композиції, що завантажується, виплавки сталі в електродугових печах. Далі здіймають вологість близько 1,5% при наступному снюють випуск розплаву в сталерозливний ківш. фракційному складі: Кількість композиції, що вводиться, варіювали 20,0мм і менше 92,5% з розрахунку від 3,12 до 5,26кг/т сталі. Таблиця 1 Показники використання композиції в рафінувальний період електродугової плавки (чисельник без використання композиції / знаменник з використанням композиції) Швидкість витрати Витрати Швидкість денагрівання Основність композ., вапна, сульфурації, металу, шлаку кг/т сталі кг/т сталі %х10-4/хв. °С/хв.. -/3,12 -/3,95 -/5,25 -/4,45 -/4,15 -/4,56 -/4,57 -/5,00 -/4,48 -/4,46 -/3,52 -/4,54 -/5,26 -/4,74 -/4,23 -/4,55 -/4,45 -/5,15 -/4,46 -/4,52 -/4,45 -/5,15 -/4,56 17,8/17,6 16,2/15,8 15,6/14,5 16,2/12,5 17,0/13,0 18,2/11,8 17,4/12,2 16,8/15,3 15,5/13,7 18,3/14,5 17,6/17,6 18,9/13,6 21,4/17,5 16,4/14,5 16,7/15,6 18,6/13,7 19,4/14,6 18,7/12,5 19,5/12,8 18,6/13,1 17,5/12,9 16,8/16,4 17,7/12,8 4,72/4,70 4,68/4,75 4,85/5,15 4,95/5,25 5,15/5,45 4,75/5,70 4,85/5,65 4,95/5,45 5,10/5,70 5,15/5,85 4,85/4,95 4,75/5,45 4,85/5,10 4,70/5,45 5,15/5,10 5,20/5,70 4,95/5,85 4,75/5,15 4,70/5,75 4,85/5,85 5,15/5,70 5,20/5,15 4,95/5,85 2,25/2,32 2,32/2,56 2,18/2,48 2,56/2,78 2,34/2,65 2,14/2,82 2,13/2,78 2,15/2,64 2,15/2,55 2,17/2,65 2,36/2,46 2,31/2,75 2,22/2,56 2,24/2,74 2,27/2,66 2,18/2,87 2,11/2,75 2,45/2,54 2,47/2,88 2,35/2,67 2,23/2,68 2,18/2,75 2,25/2,85 1,25/1,21 1,18/1,16 0,95/1,10 1,15/2,23 1,14/2,02 1,23/2,12 1,25/2,23 1,12/2,21 1,08/2,32 1,16/2,24 1,16/1,10 1,16/2,13 1,08/1,10 1,12/2,20 1,13/2,21 1,20/2,24 1,19/2,23 1,21/1,25 1,18/2,24 1,06/2,21 1,09/2,23 1,21/2,12 1,06/2,32 Аналіз отриманих даних показує, що при використанні композиції в рафінувальний період електродугової виплавки сталі досягається збільшення швидкості нагрівання металевої ванни, а також зниження масової частки сірки в металі, що, при виконанні усіх вимог щодо параметрів композиції та оптимальній її витраті в межах, що заявляються, забезпечує скорочення тривалості рафінувального періоду плавки в електродуговій печі, зниження витрати кремнієвмісних і марганцевмісних феросплавів, поліпшення якості сталі і зниження витрат на виробництво сталі. При цьому найбільш помітно ефект застосування композиції виявляєтьКомп’ютерна верстка М. Мацело Витрати меленого 65% Витрати фероферосиліцію, марганцю, кг/т кг/т сталі сталі 3,8/3,8 4,0/3,9 4,1/3,9 3,8/3,5 3,6/3,5 3,7/3,6 3,8/3,5 3,5/3,5 3,9/3,4 3,7/3,5 3,8/3,9 3,5/3,2 3,8/3,6 3,7/3,1 3,6/3,5 3,7/3,0 3,5/3,1 3,9/3,9 4,1/3,2 4,0/3,5 3,8/3,4 4,2/3,9 3,8/3,2 Тривалість рафінувального періоду, хв.. 5,12/5,25 5,25/5,35 5,10/5,15 5,75/5,05 5,65/5,25 5,35/5,10 5,25/5,11 5,12/5,23 5,70/5,12 5,35/5,18 5,15/5,25 5,35/5,35 5,75/5,55 5,65/5,55 5,55/5,35 5,14/5,25 5,31/5,24 5,28/5,11 5,15/5,05 5,35/5,15 5,45/5,18 5,14/5,08 5,65/5,24 30/34 35/35 45/36 32/30 30/25 30/28 30/26 32/25 34/25 32/28 34/36 35/26 40/35 35/26 32/25 30/27 36/25 35/29 34/25 38/30 40/26 30/31 38/30 ся при завантаженні приблизно 4,5-5,0кг/т сталі. Таким чином, корисна модель, що заявляється, за рахунок використання композиції для оптимізації шлакового режиму виплавки сталі з оптимально підібраним складом компонентів має удосконалений шлаковий режим в рафінувальний період електродугової плавки, а також оптимальний хімічний склад суміші шлакоутворюючих матеріалів, високий рафінувальний потенціал розплавленої шлакової фази і прискорену активізацію основних хімічних компонентів шлакового розплаву. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601