RU2094481C1

RU2094481C1 - Method of smelting steel in arc furnaces

Info

Publication number: RU2094481C1
Application number: RU96100344A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Дорофеев; А.В. Макуров; В.И. Тамбовский; И.П. Лещенко; А.Г. Ситнов
Original assignee: Акционерное общество закрытого типа "Интермет-Сервис и Ко"
Priority date: 1996-01-05
Filing date: 1996-01-05
Publication date: 1997-10-27

Abstract

FIELD: steelmaking. SUBSTANCE: invention concerns a method of smelting steel in arc furnace including charging metal charge composed of metal scrap, iron- ore materials, and alloying agents, pouring in liquid cast iron, smelting and heating, introducing remaining part of solid charge into smelt, smelting and alloying liquid metal. Method is distinguished by that light-weight scrap in amount 2-5% based on batch weight is heaped onto furnace bottom, iron-ore materials in amount 15% based on total metal charge weight are loaded onto scrap heap, and liquid cast iron in amount 40.5-55% based on batch weight is poured over iron-ore materials for 0.5-20 min, remaining part of solid metal charge is added at smelt temperature 1500-1580 C. As a result, yield of highest- quality steel is increased, power consumption is reduced by 5-9% and oxygen consumption by 11-15%. EFFECT: enhanced efficiency of process. 1 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее, к способам выплавки стали в дуговых электропечах. The invention relates to ferrous metallurgy, and more particularly, to methods for steel smelting in electric arc furnaces.

В ряде случаев, особенно при недостатке стального лома, в шихту электрических печей вводят чугун. При небольшом количестве чугуна (10 20%) в шихте его используют в твердом виде, при большом (30 50%) в жидком. В настоящее время сталь в электропечах на жидком чугуне выплавляют редко. Однако в связи с появлением новых крупных электропечей потребность в стальном ломе возрастает, поэтому можно ожидать, что в будущем жидкий чугун в шихте электропечей будет применяться в больших масштабах. К тому же, в настоящее время увеличивается дефицит стального лома. In some cases, especially with a lack of steel scrap, cast iron is introduced into the charge of electric furnaces. With a small amount of cast iron (10 20%) in the charge it is used in solid form, with large (30 50%) in liquid. Currently, steel in electric furnaces with molten iron is rarely smelted. However, in connection with the emergence of new large electric furnaces, the need for steel scrap is increasing, therefore, it can be expected that in the future liquid cast iron in the furnace charge will be used on a large scale. In addition, the deficit of steel scrap is currently increasing.

При выплавке стали с применением жидкого чугуна необходимо вводит в шихту большое количество железной руды и извести. Эти материалы можно частично загружать во время завалки, частично во время плавления шихты. После загрузки шлакообразующих и железного лома включают печь и прогревают материалы в течение 0,8 1 ч, затем заливают чугун. Количество жидкого чугуна обычно составляет 30 50% от массы металлической части шихты. После заливки чугуна происходит окисление примесей металла; образующийся при этом шлак сливают из печи. В этом отношении электроплавка стали на чугуне аналогична скрап-рудному процессу в мартеновских печах. Во время плавления, а также после расплавления ванну продувают кислородом. When smelting steel using liquid iron, it is necessary to introduce a large amount of iron ore and lime into the charge. These materials can be partially loaded during filling, partially during the melting of the charge. After loading the slag-forming and scrap iron, the furnace is turned on and the materials are heated for 0.8 1 h, then cast iron is poured. The amount of molten iron is usually 30 to 50% by weight of the metal part of the charge. After casting iron, metal impurities are oxidized; the resulting slag is drained from the furnace. In this regard, steel smelting on cast iron is similar to the scrap-ore process in open-hearth furnaces. During melting, as well as after melting, the bath is purged with oxygen.

Известно также, что согласно способу получения железа и его сплавов из железорудных материалов, включающем загрузку железорудных материалов, металлического лома, заливку жидкого чугуна, расплавление, восстановление и выпуск металла, сначала в печь заливают жидкий чугун в количестве 30 40 мас. шихты, после чего вводят расчетное количество железорудных материалов в виде рудноугольных окатышей и известь в количестве 5 15 кг на тонну железорудных материалов [1] прототип. It is also known that according to the method for producing iron and its alloys from iron ore materials, including loading iron ore materials, scrap metal, pouring molten iron, melting, reducing and releasing the metal, molten iron in the amount of 30-40 wt. Is first poured into the furnace. charge, then enter the estimated amount of iron ore materials in the form of ore-coal pellets and lime in the amount of 5 to 15 kg per ton of iron ore materials [1] prototype.

Окислы железа, находящиеся в окатышах, при нагреве их за счет тепла чугуна и электрической дуги активно восстанавливаются в твердом состоянии углеродом, находящимся в окатышах, по схеме Fe₂O₃ __→ Fe₃O₄ --L FeO --L Fe. При этом большая часть окислов железа восстанавливается в твердом состоянии по мере их нагрева до температуры плавления. Окислы железа, не восстановленные в твердом состоянии, переходят в расплав и восстанавливаются в жидком состоянии за счет углерода, кремния и марганца чугуна. Ванна при этом интенсивно кипит.Iron oxides in the pellets, when heated by the heat of cast iron and electric arc, are actively reduced in the solid state by carbon in the pellets, according to the scheme Fe ₂ O ₃ __ → Fe ₃ O ₄ --L FeO --L Fe. In this case, most of the iron oxides are reduced in the solid state as they are heated to the melting point. Iron oxides that are not reduced in the solid state go into the melt and are reduced in the liquid state due to carbon, silicon, and manganese cast iron. The bath is boiling intensively.

Технической задачей указанного выше способа является снижение использования дефицитного стального лома и недостаточное повышение качества выплавляемой стали, а также снижение расхода газообразного кислорода. The technical task of the above method is to reduce the use of scarce steel scrap and insufficient improvement in the quality of smelted steel, as well as reducing the consumption of gaseous oxygen.

Технический результат достигается тем, что в способе выплавки стали в дуговой электропечи, включающем загрузку металлошихты из металлического лома и железорудных материалов, флюсов, заливку жидкого чугуна, расплавление и нагрев, ввод в расплав оставшейся части твердой металлошихты, расплавление и легирование жидкого металла, на подину печи заливают легковесный лом в количестве 2 5% от общей массы металлошихты, затем на него загружают железорудные материалы в количестве менее 15% от общей массы металлошихты, а жидкий чугун заливают на них в количестве 40,5 55,0% от массы ссадки в течение 0,5 20,0 мин, при этом оставшуюся твердую металлошихту вводят при температуре расплава 1500 1580^oC.The technical result is achieved by the fact that in the method of steelmaking in an electric arc furnace, including loading a metal charge from scrap metal and iron ore materials, fluxes, pouring molten iron, melting and heating, introducing the remainder of the solid metal charge into the melt, melting and alloying the liquid metal onto the bottom furnaces are poured with lightweight scrap in an amount of 2.5% of the total weight of the metal charge, then iron ore materials are loaded onto it in an amount of less than 15% of the total weight of the metal charge, and liquid iron is poured onto them in the amount of 40.5 55.0% of the mass of the precipitate for 0.5 to 20.0 minutes, while the remaining solid metal charge is introduced at a melt temperature of 1500 1580 ^o C.

Наличие легковесного лома на подине печи первой порции завалки в количестве 2 5% предохраняет подину от зарастания ее при подаче на подину в начале завалки шлакообразующих и флюсов, а также и от стравливания подины железорудным материалом при нагреве их в процессе плавления до температуры плавления и особенно при контакте подины с жидким железорудным материалом в процессе плавления. The presence of lightweight scrap on the hearth of the furnace of the first portion of filling in an amount of 2.5% protects the hearth from overgrowing when slag-forming and fluxes are fed to the hearth at the beginning of filling, as well as from etching the hearth with iron ore material when they are heated during melting to the melting temperature and especially when the contact of the hearth with liquid iron ore material during the melting process.

Легковесная шихта в данном случае также предохраняет подину и от пропитки ее жидким чугуном, который при температуре его от 1500^oC и выше обладает высокой жидкотекучестью и при длительном контакте горячего чугуна с разогретой до этой температуры подиной, слой подины пропитывается чугуном и поднимается в металл.In this case, a lightweight mixture also protects the hearth from impregnation with liquid cast iron, which at a temperature of 1500 ^° C or higher has high fluidity and with prolonged contact of hot cast iron with a heated platform, the layer of the bottom is impregnated with cast iron and rises into the metal.

При количестве легковесного лома менее 2% не получают должного технического эффекта по предохранению подины от зарастания и пропитки ее жидким чугуном. When the amount of lightweight scrap is less than 2%, they do not receive the proper technical effect of protecting the hearth from overgrowing and impregnating it with molten iron.

При количестве легковесного лома более 5% отрицательно сказывается его увеличение на технико-экономических показателях электроплавки. When the amount of lightweight scrap is more than 5%, its increase negatively affects the technical and economic indicators of electric smelting.

Последующая загрузка на легковесный лом менее 15% железорудных материалов (железорудные окатыши, агломерат, окалины, металлический концентрат и др. ) позволяет уже к моменту расплавления ванны достигать необходимое содержание углерода, фосфора, серы и во время окислительного периода требуется только небольшая корректировка содержания углерода в металле и его температуры. В связи с более низкой по сравнению с ломом температурой плавления железорудных материалов уже через 6 15 минут на подине печи образуется слой жидкого металла. Что позволяет исключить непосредственный контакт заливаемого высокоуглеродистого сплава с подиной печи. Subsequent loading onto lightweight scrap of less than 15% of iron ore materials (iron ore pellets, sinter, scale, metal concentrate, etc.) allows the desired content of carbon, phosphorus, sulfur to be reached by the time of the bath melting and only a small adjustment of the carbon content in the oxidation period is required metal and its temperature. Due to the lower melting point of iron ore materials compared to scrap, after 6-15 minutes, a layer of liquid metal forms on the bottom of the furnace. This eliminates the direct contact of the poured high-carbon alloy with the hearth of the furnace.

Применение в завалке 15% и более железорудных материалов приведет к увеличению количественного содержания шлака. The use of 15% or more iron ore materials in the filling will lead to an increase in the quantitative content of slag.

Применение в металлозавалке повышенного (40,5 55%) расхода жидкого чугуна позволяет уменьшить содержание вредных примесей, прежде всего цветных металлов, содержащихся в металлическом ломе. Кроме того, это позволяет резко сократить потребность в металлическом ломе. Твердые окислители, залитые жидким чугуном, всплывая и при нагреве ванны, вступают в реакцию с последней, перемешивают расплав пузырьками окиси углерода, образующимися в результате окисления углерода жидкого чугуна кислородом твердых железорудных материалов. Это ускоряет передачу тепла от жидкого расплава к кускам нерасплавившейся шихты и увеличивает скорость их проплавления. The use of increased (40.5 55%) consumption of liquid cast iron in a metal plant allows to reduce the content of harmful impurities, primarily non-ferrous metals contained in scrap metal. In addition, this dramatically reduces the need for scrap metal. Solid oxidizers, cast in liquid cast iron, float and when the bath is heated, react with the latter, mix the melt with carbon monoxide bubbles resulting from the oxidation of carbon of liquid iron with oxygen from solid iron materials. This accelerates the transfer of heat from the molten liquid to the pieces of the molten mixture and increases the rate of penetration.

Кроме того, на протяжении всего периода плавления наблюдается окисление углерода жидкого расплава и поддержание шлака во вспененном состоянии за счет непрерывного кипения ванны. Жидкий чугун заливают на заваленные ранее материалы в количестве 40,5 55% от массы садки в течение 0,5 20 мин. In addition, throughout the entire melting period, the oxidation of carbon in the liquid melt and the maintenance of the slag in the foamed state due to the continuous boiling of the bath are observed. Liquid cast iron is poured onto previously littered materials in an amount of 40.5 to 55% by weight of the charge for 0.5 to 20 minutes.

Время 0,5 мин. необходимо для заливки жидкого чугуна печей малой емкости (до 1 т). Time 0.5 min. necessary for pouring liquid iron of small-capacity furnaces (up to 1 ton).

Время 20 мин. необходимо для заливки жидкого чугуна в электропечь большой емкости (свыше 100 тонн). Time 20 min. necessary for pouring liquid iron into a large-capacity electric furnace (over 100 tons).

Если жидкое количество чугуна заливаемое в электропечь меньше 40,5% то при выплавке стали достигается заметное снижение дефицитного металлического лома. If the liquid amount of pig iron poured into an electric furnace is less than 40.5%, then a significant decrease in scarce scrap metal is achieved during steelmaking.

Если жидкое количество чугуна заливаемое в электропечь более 55% то имеет место повышенное содержание углерода в расплаве, что приведет к повышенному расходу газообразного кислорода и увеличению длительности плавки. If the liquid amount of pig iron poured into the electric furnace is more than 55%, then there is an increased carbon content in the melt, which will lead to an increased consumption of gaseous oxygen and an increase in the duration of smelting.

При соотношении чугуна и железорудных материалов в ванне электропечи соответственно в пределах 40,5 55% и 10 14,9% количество кислорода, находящегося в железорудных материалах и переходящего в жидкий расплав, оказывается достаточным для окисления всех примесей жидкого чугуна и вводимой затем твердой металлошихты, включая углерод, кремний, марганец и полного восстановления оксидов железа до металлического состояния. При этом обеспечивается кипение ванны, обеспечиваются благоприятные условия для рафинирования металла и сокращение продолжительности плавки. When the ratio of cast iron and iron ore materials in the electric furnace bath is respectively in the range of 40.5 55% and 10 14.9%, the amount of oxygen in the iron ore materials and passing into the molten liquid is sufficient to oxidize all impurities of liquid iron and then the solid metal charge introduced including carbon, silicon, manganese and the complete reduction of iron oxides to a metallic state. This ensures the boiling of the bath, provides favorable conditions for the refining of metal and a reduction in the duration of the smelting.

Затем включают дуги и нагревают ванну, ведут расплавление и нагрев, при температуре расплава равным 1500 1580^oC вводят оставшуюся часть твердой металлошихты.Then turn on the arcs and heat the bath, lead melt and heat, at a melt temperature of 1500 1580 ^o C enter the remainder of the solid metal charge.

Если температура расплава менее 1500^oC, то на подине могут оставаться нерасплавившиеся куски лома. Выше температуры равной 1580^oC расплав нагревать нецелесообразно. Заканчивают процесс выплавки стали по традиционно известной технологии.If the melt temperature is less than 1500 ^o C, then molten pieces of scrap may remain on the hearth. Above a temperature equal to 1580 ^o C melt heating is impractical. Finish the process of steelmaking according to traditionally known technology.

Пример конкретного выполнения. An example of a specific implementation.

Выплавка трубной стали марки 20 осуществляется в 100 т дуговой электропечи. Шихта состоит из 2,5 5 т легковесного металлолома, который заливают на подину печи после ее заправки и осмотра. На легковесный металлолом загружают 15 16 т железорудных материалов. Сверху на железорудный материал заливают жидкий чугун в количестве 45 55 т следующего состава C 4,6% Mn 0,5% Si 0,7% S 0,02% P 0,08% Fe остальное. Электропечь включают и подогревают расплав до температуры 1500 1580^oC. После нагрева до этой температуры вводят оставшуюся часть шихты в виде металлолома, без чугуна и снова печь включат на расплавление. По расплавлении всей шихты был получен металл следующего состава: C 0,22, Si нет, Mn 0,16, P 0,005, S 0,034, Cr 0,08, Ni 0,11, Cu 0,18. В процессе расплавления плавильный шлак сливают самотеком, а после полного расплавления металл раскисляют и выпускают в ковш.Smelting of steel pipe grade 20 is carried out in 100 tons of electric arc furnace. The mixture consists of 2.5 to 5 tons of lightweight scrap metal, which is poured onto the hearth of the furnace after refueling and inspection. 15 16 tons of iron ore materials are loaded onto lightweight scrap metal. Liquid iron is poured on top of iron ore material in an amount of 45 55 tons of the following composition C 4.6% Mn 0.5% Si 0.7% S 0.02% P 0.08% Fe the rest. The electric furnace is turned on and the melt is heated to a temperature of 1,500-1,580 ^° C. After heating to this temperature, the remainder of the charge is introduced in the form of scrap metal without cast iron and the furnace is again switched on for melting. By melting the entire charge, a metal of the following composition was obtained: C 0.22, Si no, Mn 0.16, P 0.005, S 0.034, Cr 0.08, Ni 0.11, Cu 0.18. In the process of melting, the melting slag is drained by gravity, and after complete melting, the metal is deoxidized and released into the ladle.

Пример второй выплавка трубной стали марки 09Г2С. An example of the second smelting of steel pipe grade 09G2S.

После слива металла и шлака, печь осматривают и производят заправку подины и откосов. На заправленную подину загружают легковесный скрап в количестве 2 3 т, а на него железорудный материал 15^oC16 т в виде окатышей с содержанием Fe_общ 60,0% Fe₂O₃ 83% FeO 2,4% S 0,02% P 0,02% На загруженный материал допускается загрузка металлолома (на окатыши) в количестве 2 3 т любого вида (легковеса или другого вида, (чтобы окатыши не всплывали). После всего этого заливают жидкий чугун состава, C 4,5, Mn 0,6, Si 0,9, P 0,08, S 0,03 в количестве 45 55 т.After the discharge of metal and slag, the furnace is inspected and the bottom and slopes are refilled. A lightweight scrap in the amount of 2 3 t is loaded onto the tucked bottom and iron ore material is 15 ^o C16 t in the form of pellets with an Fe content of _total 60.0% Fe ₂ O ₃ 83% FeO 2.4% S 0.02% P 0 , 02% On the loaded material it is allowed to load scrap metal (on pellets) in an amount of 2 to 3 tons of any kind (light weight or another kind (so that the pellets do not float) .After all, pour molten cast iron of composition, C 4,5, Mn 0,6 , Si 0.9, P 0.08, S 0.03 in an amount of 45 55 t.

Печь включают и подогревают загруженные материалы до температуры 1520 - 1560^oC. После нагрева до этой температуры загружают остальной металлолом и скрап в количестве 50 60 т и снова печь включат на расплавление. По расплавлении всей шихты получен металл состава, C 0,10, Si нет, Mn 0,10, P 0,014, S 0,018, Cr 0,05, Ni 0,07, Cu 0,11. В процессе расплавления шлак сливали самотеком, после полного расплавления и нагрева металла до температуры 1660^oC легировали ферромарганцем и ферросилицием и выпускали в ковш.The furnace is turned on and the loaded materials are heated to a temperature of 1520 - 1560 ^° C. After heating to this temperature, the remaining scrap metal and scrap are charged in an amount of 50-60 tons and the furnace is switched on again for melting. By melting the entire mixture, a metal of the composition was obtained, C 0.10, Si no, Mn 0.10, P 0.014, S 0.018, Cr 0.05, Ni 0.07, Cu 0.11. In the process of melting, the slag was poured by gravity, after complete melting and heating of the metal to a temperature of 1660 ^o C alloyed with ferromanganese and ferrosilicon and released into the ladle.

Результаты проведенных плавок по показателям количественному составу примесей и длительности плавок показаны в таблице. The results of the swimming trunks in terms of the quantitative composition of impurities and the duration of the melts are shown in the table.

Claims

A method of steel smelting in an electric arc furnace, including loading a metal charge from scrap metal and iron ore materials, fluxes, pouring molten iron, melting and alloying liquid metal, characterized in that lightweight scrap is poured onto the hearth of the furnace in an amount of 2.5% of the charge, then loaded onto it iron ore materials in an amount of less than 15% of the total mass of the metal charge, and molten iron is poured onto them in an amount of 40.5 55.0% of the weight of the charge for 0.5 to 20 minutes, while the remaining solid metal charge is introduced at a temperature of va 1500 1580 ^o C.