RU2333256C1

RU2333256C1 - Method of rail steel smelting

Info

Publication number: RU2333256C1
Application number: RU2006144046A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Владимирович Павлов; Юрий Дмитриевич Девяткин; Леонид Александрович Годик; Николай Анатольевич Козырев; Евгений Павлович Кузнецов; Валерий Петрович Дементьев; Константин Евгеньевич Ботнев; Дмитрий Владимирович Бойков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Новокузнецкий металлургический комбинат"
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2008-09-10

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention concerns ferrous metallurgy field. Particularly it concerns method of rail steel smelting. Method includes feeding into arc steel-smelting furnace scrap metal and liquid cast iron, smelting, oxidation period, tapping with slag and part of metal reservation in furnace. To the residual in furnace slag and part of metal it is filled up liquid cast iron at a quantity 25-70% of charging mass. Further it is filled up scrap metal at a quantity 30-75% of charging mass in the mix with scale from gaseous oxygen cut machinery at a quantity 1-3% of charging mass. It is implemented oxygen blow with consumption 50-140 m³/hour per tonne of metal stock till carbon content not less than 0.10% and temperature not more than 1720°C. Into casting ladle while discharging it is added calcium carbide at a quantity 1-6% of steel mass in ladle or manganese and siliferous alloys at a rate of 0.50% and lime at a rate of 3-10 kg/tonne of liquid steel. Further finishing is implemented at aggregate ladle-furnace. Method allows reducing of melting duration, reducing of power consumption.

EFFECT: reducing of melting duration, reducing of power consumption.

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки рельсовой стали в электропечах.The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to methods for smelting rail steel in electric furnaces.

Известен выбранный в качестве прототипа способ выплавки рельсовой стали, включающий подачу в дуговую электросталеплавильную печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление, окислительный период, раскисление в печи стали алюминием и шлака порошком кокса, дробленого ферросилиция и гранулированного алюминия, выпуск плавки в ковш, присадку в ковш при выпуске твердой шлакообразующей смеси, состоящей из извести и плавикового шпата, отличающийся тем, что выплавку стали производят сериями, причем металлошихту первой плавки в серии дают массой на 10-15% больше массы металлшихты последующих плавок, а массу металлошихты последней плавки в серии уменьшают на 10-15%, окислительный период проводят до получения стали с содержанием углерода не менее 0,60% и температуры выше ликвидуса на 180-240°C; причем сталь раскисляют на всех плавках серии алюминием в количестве 0,07-0,10% от массы металлошихты, а раскисление шлака в печи порошком кокса, дробленого ферросилиция и гранулированного алюминия в количестве, соответственно, каждого 0,09-0,10% от массы металлошихты проводят на последней плавке в серии, при выпуске первой и последующих плавок отсекают печной шлак, а последнюю плавку выпускают с печным шлаком, при выпуске плавок в ковш присаживают твердую шлакообразующую смесь, состоящую из извести и плавикового шпата, при соотношении (1,0-1,5):(0,3-0,5) соответственно, в количестве 3-3,3% от массы жидкой стали, и необходимые раскислители и легирующие [1].A known method of smelting rail steel selected as a prototype is known, which includes feeding scrap metal and molten iron into a electric arc furnace as a metal charge, melting, oxidation, deoxidation of steel with aluminum and slag with coke powder, crushed ferrosilicon and granular aluminum, melting into a ladle, an additive in the ladle when releasing a solid slag-forming mixture consisting of lime and fluorspar, characterized in that the steel is smelted in series, and the metal charge of the first benches in the series give a mass of 10-15% more than the weight of the metal smelting of subsequent melts, and the mass of the metal smelting of the last heat in the series is reduced by 10-15%, the oxidation period is carried out until steel with a carbon content of at least 0.60% and a temperature higher than liquidus 180-240 ° C; moreover, steel is deoxidized in all melts of the series with aluminum in an amount of 0.07-0.10% of the mass of the metal charge, and slag deoxidation in the furnace with coke powder, crushed ferrosilicon and granular aluminum in the amount, respectively, of 0.09-0.10% of each the mass of the metal charge is carried out on the last heat in the series, when the first and subsequent melts are released, furnace slag is cut off, and the last heat is released with furnace slag, when the melts are released, a solid slag-forming mixture consisting of lime and fluorspar is planted in the ratio (1.0 -1.5) :( 0.3-0.5 ) respectively, in the amount of 3-3.3% by weight of liquid steel, and the necessary deoxidizers and alloying [1].

Существенными недостатками данного способа выплавки рельсовой стали являются:Significant disadvantages of this method of smelting rail steel are:

- значительная длительность плавки,- significant melting time,

- высокие расходы электродов и электроэнергии,- high consumption of electrodes and electricity,

- повышенный расход легирующих и ферросплавов.- increased consumption of alloying and ferroalloys.

Известен также способ выплавки рельсовой стали, включающий завалку в дуговую электросталеплавильную печь металлолома, чугуна и извести, расплавление металлошихты, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию путем присадки железной руды и извести, скачивание окислительного шлака через порог рабочего окна, раскисление стали и шлака в печи, последующий выпуск стали под печным шлаком в ковш, присадку в ковш во время выпуска смеси, состоящей из извести, плавикового шпата, силикокальция и феррованадия, отличающийся тем, что в завалку дополнительно присаживают железную руду в количестве 4-5% от веса завалки, известь подают в количестве 4-8% от веса завалки, чугун присаживают в виде жидкого чугуна, который заливают сверху в печь после проплавления металлолома при расходе электроэнергии 220-320 кВт·ч/т металлолома в количестве 30-35% от веса завалки со скоростью 6-12 т/мин, при этом газообразный кислород подают с расходом 15-30 нм³/т стали, а температуру в печи при окислении углерода поддерживают не более 1680°C, железную руду и известь для дефосфорации присаживают с расходом 70-120 кг/т стали в соотношении соответственно (1-2):(2,5-3,5) с последующим спуском окислительного шлака, а расход присаживаемой в ковш во время выпуска стали смеси поддерживают в пределах 18-27 кг/т стали при соотношении в ней извести, плавикового шпата, силикокальция и феррованадия (1-1,50):(0,30-0,40):(0,50-0,65): (0,07-0,15) соответственно [2].There is also known a method of smelting rail steel, including filling scrap metal, cast iron and lime in an electric arc furnace, melting a metal charge, oxidizing carbon with gaseous oxygen, dephosphorizing by adding iron ore and lime, downloading oxidative slag through a working window threshold, deoxidizing steel and slag in a furnace, subsequent production of steel under the furnace slag in the ladle, an additive in the ladle during the production of a mixture consisting of lime, fluorspar, silicocalcium and ferrovanadium, characterized in that iron ore is additionally planted in the amount of 4-5% of the weight of the filling, lime is fed in the amount of 4-8% of the weight of the filling, the iron is planted in the form of molten iron, which is poured into the furnace after melting the scrap metal at an electric power consumption of 220-320 kW h / t of scrap metal in an amount of 30-35% of the weight of the filling at a speed of 6-12 t / min, while gaseous oxygen is supplied with a flow rate of 15-30 nm ³ / t of steel, and the temperature in the furnace during carbon oxidation is maintained no more than 1680 ° C, iron ore and lime for dephosphorization are planted at a rate of 70-120 kg / t of steel in the ratio, respectively (1-2) :( 2.5-3.5) followed by the discharge of oxidizing slag, and the flow rate of the mixture that is seated in the ladle during the production of steel is maintained within 18-27 kg / t of steel at a ratio of lime, fluorspar, silicocalcium and ferrovanadium (1-1.50) :( 0.30-0.40) :( 0.50-0.65): (0.07-0.15), respectively [2] .

- значительная длительность плавки в связи с разведением операций загрузки металлолома и заливки жидкого чугуна во временном интервале, а также необходимостью раскисления стали и шлака в печи,- a significant duration of smelting in connection with the separation of operations for loading scrap and pouring molten iron in the time interval, as well as the need for deoxidation of steel and slag in the furnace,

- высокий «угар» ферросплавов и легирующих в связи с повышенной окисленностью печного шлака и присадкой значительного количества ферросплавов в печь,- high "waste" of ferroalloys and alloys due to the increased oxidation of furnace slag and the addition of a significant amount of ferroalloys to the furnace,

- высокие расходы электроэнергии и электродов, связанные с повышенной длительностью плавки,- high consumption of electricity and electrodes associated with increased melting time,

- пониженный уровень физико-механических свойств в связи со значительной загрязненностью стали неметаллическими включениями эндогенного типа.- reduced level of physical and mechanical properties due to significant contamination of non-metallic inclusions of the endogenous type.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются: сокращение длительности плавки, уменьшение расхода электроэнергии, электродов и ферросплавов, снижение загрязненности стали неметаллическими включениями и повышение уровня механических свойств стали.The desired technical results of the invention are: reducing the duration of the smelting, reducing the consumption of electricity, electrodes and ferroalloys, reducing the contamination of steel by non-metallic inclusions and increasing the level of mechanical properties of steel.

Для этого предлагается способ выплавки рельсовой стали, включающий подачу в дуговую электросталеплавильную печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление, окислительный период, выплавку стали сериями, выпуск плавки с оставлением шлака и части металла в печи, присадку в ковш во время выпуска твердой шлакообразующей смеси, раскислителей и легирующих, отличающийся тем, что на оставшийся в печи шлак и часть металла после выпуска плавки проводят заливку жидкого чугуна в количестве 25-70% от массы завалки, загрузку металлолома в количестве 30-75% от массы завалки в смеси с окалиной машин газокислородной резки в количестве 1-3% от массы завалки, окисление проводят газообразным кислородом с расходом 50-140 м³/ч на тонну металлошихты до содержания углерода не менее 0,10% и температуры не более 1720°С, перед выпуском шлак и металл в печи не раскисляют, в ковш при выпуске присаживают карбид кальция в количестве 1-6% от массы стали в ковше или марганецсодержащие сплавы из расчета введения марганца не менее чем на 0,50% и известь из расчета 3-10 кг/ т жидкой стали, дальнейшую доводку стали по температуре и химическому составу проводят на агрегате ковш-печь.To this end, a method for smelting rail steel is proposed, which includes supplying scrap metal and molten iron to a electric arc furnace as a metal charge, melting, oxidizing period, steel smelting in batches, smelting with leaving slag and part of the metal in the furnace, an additive in the ladle during the production of solid slag-forming mixture, deoxidizing and alloying, characterized in that on the slag remaining in the furnace and part of the metal after the melting release pour liquid iron in an amount of 25-70% by weight of the filling, meta loading Lol in an amount of 30-75% by weight filling in admixture with vehicles oxyfuel dross in an amount of 1-3% by weight of the filling, the oxidation is carried out with oxygen gas at a rate of 50-140 m ³ / h per ton of metal charge to a carbon content of not less than 0, 10% and temperatures no more than 1720 ° С, before slag discharge, the metal in the furnace is not deoxidized, calcium carbide in the amount of 1-6% of the mass of steel in the ladle or manganese-containing alloys are added to the ladle upon release, based on the introduction of manganese by not less than 0 , 50% and lime at the rate of 3-10 kg / t of liquid steel, further argument steel in temperature and chemical composition is carried out on a ladle-furnace unit.

Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем.The claimed limits are selected experimentally.

Количество жидкого чугуна в количестве 25-70% от массы завалки выбрано исходя из получения в стали необходимой концентрации углерода, при использовании жидкого чугуна менее 25% от массы завалки не удается получить требуемые для рельсовой стали концентрации остаточных элементов (хрома, никеля и меди) и получаемая концентрация углерода при расплавлении не позволит провести усиленную дегазацию стали и удаление неметаллических включений при повышенном расходе кислорода, а использование жидкого чугуна в количестве более 70% от массы завалки приводит к повышенной концентрации углерода при расплавлении и увеличению длительности плавки в связи с необходимостью окисления «избыточного» углерода стали.The amount of molten iron in the amount of 25-70% by weight of the filling was selected based on obtaining the necessary carbon concentration in the steel; when using molten iron less than 25% of the filling weight, it was not possible to obtain the concentrations of residual elements (chromium, nickel and copper) required for rail steel and the resulting carbon concentration during melting will not allow for enhanced degassing of steel and the removal of non-metallic inclusions with increased oxygen consumption, and the use of molten iron in an amount of more than 70% of the weight of the filling It leads to increased carbon concentration during the melting and smelting duration increase due to the necessity of oxidation of carbon "surplus" steel.

Количество металлолома связано с жидким чугуном. При использовании металлолома в количестве менее 30% от массы завалки возрастает концентрация углерода в расплаве, в связи с чем увеличивается длительность плавки в связи с ограничением скорости выгорания углерода, при количестве более 75% возможно получение высоких концентраций остаточных металлов.The amount of scrap metal is associated with molten iron. When using scrap metal in an amount of less than 30% of the weight of the filling, the concentration of carbon in the melt increases, and therefore the melting time increases due to the limitation of the rate of carbon burnout, with an amount of more than 75% it is possible to obtain high concentrations of residual metals.

Окалина от машин газокислородной резки в количестве 1-3% от массы завалки обеспечивает интенсификацию процесса обезуглероживания расплава. При содержании окалины менее 1% от массы завалки повышается длительность плавления, при увеличении количества окалины более 3% возможно резкое протекание процесса обезуглероживания с последующими выбросами шлака и стали из печи.Dross from oxy-fuel cutting machines in an amount of 1-3% of the filling weight provides an intensification of the decarburization process of the melt. When the scale content is less than 1% of the weight of the filling, the melting time is increased, with an increase in the amount of scale more than 3%, a decarburization process can occur abruptly, followed by emissions of slag and steel from the furnace.

Расход кислорода выбран исходя из следующих условий: при расходе кислорода менее 50 м³/ч на тонну металлошихты увеличивается продолжительность плавки, а при расходе кислорода более 140 м³/ч на тонну металлошихты скорость окисления углерода значительно меньше скорости диффузии кислорода, в связи с чем снижается коэффициент полезного использования кислорода. При этом снижение содержания углерода в печи менее 0,10% приводит к значительной переокисленности стали в печи, высокому «угару» ферросплавов, повышению загрязненности стали неметаллическими включениями и снижению качественных показателей выплавляемой стали.The oxygen flow rate is selected based on the following conditions: when the oxygen flow rate is less than 50 m ³ / h per ton of metal charge, the melting time increases, and when the oxygen flow rate is more than 140 m ³ / h per ton of metal charge, the carbon oxidation rate is much lower than the oxygen diffusion rate, and therefore the efficiency of oxygen is reduced. At the same time, a decrease in the carbon content in the furnace less than 0.10% leads to a significant overoxidation of steel in the furnace, a high “waste” of ferroalloys, an increase in the pollution of steel by non-metallic inclusions, and a decrease in the quality indicators of smelted steel.

При превышении температуры в печи более 1720°C при окислении углерода происходит интенсивный размыв футеровки и загрязнение стали неметаллическими включениями, увеличивается расход электродов и электроэнергии.When the temperature in the furnace exceeds 1720 ° C during carbon oxidation, the lining is washed out intensively and the steel is contaminated with non-metallic inclusions, the consumption of electrodes and electricity increases.

Присадка карбида кальция в количестве 1-6% от массы стали в ковше обеспечивает требуемое снижение концентрации кислорода и обеспечивает необходимую длину строчки по неметаллическим включениям. При присадке в ковш карбида кальция в количестве менее 1% от массы стали в ковше не удается снизить содержание кислорода в стали до требуемых значений и получить низкую окисленность стали, при этом основное количество растворенного кислорода при присадке взаимодействует с углеродом карбида кальция с образованием оксида углерода СО, в результате чего сталь не загрязняется неметаллическими включениями (типа МеО), значительно снижающими физико-механические свойства стали. При присадке карбида кальция в количестве более 6% от массы стали в ковше возможно повышение концентрации углерода выше требуемых значений для определенных марок рельсовой стали.The additive of calcium carbide in the amount of 1-6% by weight of steel in the ladle provides the required reduction in oxygen concentration and provides the necessary length of stitch for non-metallic inclusions. When calcium carbide is added to the ladle in an amount of less than 1% of the mass of steel in the ladle, it is not possible to reduce the oxygen content in steel to the required values and to obtain low steel oxidation, while the majority of dissolved oxygen interacts with calcium carbide carbon with the formation of carbon monoxide CO As a result, the steel is not contaminated with non-metallic inclusions (such as MeO), which significantly reduce the physical and mechanical properties of steel. When calcium carbide is added in an amount of more than 6% of the mass of steel in the ladle, it is possible to increase the carbon concentration above the required values for certain grades of rail steel.

Присадка марганцевых сплавов в ковш из расчета введения марганца не менее чем на 0,50% позволяет снизить концентрацию кислорода в стали до требуемых значений.The addition of manganese alloys to the ladle based on the introduction of manganese by at least 0.50% allows reducing the oxygen concentration in steel to the required values.

Присадка извести позволяет сформировать рафинирующий шлак в ковше и снизить тепловые потери. При расходе извести менее 3 кг/т жидкой стали невозможно получить требуемую рафинирующую способность шлака, а при увеличении свыше 10 кг/т жидкой стали возрастают тепловые потери, связанные с формированием шлака.Additive of lime allows the formation of refining slag in the bucket and reduce heat loss. With lime consumption of less than 3 kg / t of liquid steel, it is impossible to obtain the required refining ability of slag, and with an increase of more than 10 kg / t of liquid steel, the heat loss associated with the formation of slag increases.

Заявляемый способ выплавки рельсовой стали был реализован при выплавке рельсовой стали марок Э76Ф, стали в дуговых электросталеплавильных печах типа ДСП 100И10. После выпуска плавки на остаток металла и шлака в печь заливка жидкого чугуна (25-70 тонн) проводилась из чугуновозного ковша посредством мостового крана при открытом своде печи на остаток печного шлака и металла. Далее бадьей осуществляли завалку 30-75 тонн металлолома в смеси с окалиной машин газокислородной резки с содержанием общего железа не менее 90% в количестве 1-3 т. Работа проводилась без последующих подвалок металлолома в печь. Окисление углерода проводили продувкой стали в печи газообразным кислородом через систему газокислородных горелок. Во время окисления углерода температура в печи не превышала 1720°C. При достижении требуемого (в зависимости от марки стали) содержания углерода (0,10-0,70%) и фосфора проводили выпуск плавки с отсечкой печного шлака. Ферросплавы для раскисления металла и шлака в печь не присаживались. Для полной осечки печного шлака и снижения вероятности загрязнения стали неметаллическими включениями в печи оставляли 10-15 т стали.The inventive method of smelting rail steel was implemented in the smelting of rail steel grades E76F, steel in electric arc furnace type DSP 100I10. After releasing the smelting to the remainder of the metal and slag into the furnace, liquid cast iron (25-70 tons) was poured from the iron ladle by means of a bridge crane with the furnace open to the remainder of the furnace slag and metal. Further, a bucket was used for filling 30-75 tons of scrap metal mixed with the scale of gas-oxygen cutting machines with a total iron content of at least 90% in the amount of 1-3 tons. The work was carried out without subsequent scrap metal dumping into the furnace. Carbon oxidation was carried out by purging the steel in the furnace with gaseous oxygen through a system of gas-oxygen burners. During the oxidation of carbon, the temperature in the furnace did not exceed 1720 ° C. Upon reaching the required (depending on the grade of steel) carbon content (0.10-0.70%) and phosphorus, melting was performed with cut-off of furnace slag. Ferroalloys for deoxidation of metal and slag did not sit in the furnace. To completely misfire the furnace slag and reduce the likelihood of steel contamination by non-metallic inclusions, 10-15 tons of steel were left in the furnace.

При выпуске стали в ковш присаживали карбид кальция 100-600 кг или силикомарганец МнС17 800-900 кг и известь в количестве 300-1200 кг. Дальнейшую доводку стали марок НЭ76Ф и Э76Ф по температуре и химическому составу проводили на агрегате типа ковш-печь. Разливку стали проводили на 4-ручьевых МНЛЗ с сечением кристаллизатора 300×330 мм. Далее проводили нагрев непрерывнолитых заготовок в печи с шагающими балками и прокатку на рельсы типа Р65.When steel was released, calcium carbide of 100-600 kg or silicomanganese MnC17 of 800-900 kg and lime in an amount of 300-1200 kg were planted in the ladle. Further refinement of steel grades NE76F and E76F in temperature and chemical composition was carried out on a ladle-furnace unit. Steel was cast on 4-strand continuous casting machines with a mold section of 300 × 330 mm. Then, continuously cast billets were heated in a walking beam furnace and rolled onto P65 rails.

При выплавке стали по заявляемому способу сокращена длительность плавки с 70-90 мин до 54-57 мин, электроэнергии с 300-420 до 267-285 кВт·ч/т, электродов с 2,95-3,20 до 1,96-2,45 кг/т; снижен угар ферросплавов (марганецсодержащих на 9%, кремнийсодержащих на 12%); уменьшена максимальная длина строчки 0,1 мм (по базовой достигает 2 мм); увеличены предел текучести и предел прочности на 6-8 МПа, повышена ударная вязкость при отрицательных температурах на 0,4-0,6 Дж/см².When steel is smelted according to the claimed method, the melting time is reduced from 70-90 minutes to 54-57 minutes, electricity from 300-420 to 267-285 kWh / t, electrodes from 2.95-3.20 to 1.96-2 , 45 kg / t; reduced carbon ferroalloys (manganese-containing by 9%, silicon-containing by 12%); the maximum stitch length is 0.1 mm (on the base reaches 2 mm); increased yield strength and tensile strength by 6-8 MPa, increased toughness at low temperatures by 0.4-0.6 J / cm ² .

Список источниковList of sources

1. Патент РФ №2235790, кл С21С 5/52, 7/07.1. RF patent No. 2235790, class C21C 5/52, 7/07.

2. Патент РФ №2197536, кл. С21С 5/52, 7/06.2. RF patent No. 2197536, cl. C21C 5/52, 7/06.

Claims

A method of smelting rail steel, including supplying scrap metal and molten iron to a electric arc furnace as a metal charge, melting, oxidizing period, steel smelting in batches, smelting with leaving slag and part of the metal in the furnace, an additive to the ladle during the release of solid slag-forming mixture, deoxidizing agents and alloying, characterized in that on the slag remaining in the furnace and part of the metal after melting, pouring molten iron in an amount of 25-70% of the weight of the filling, loading scrap metal in an amount of 30-75 % by weight of filling in a mixture with mill scale of oxy-fuel cutting machines in an amount of 1-3% by weight of filling, oxidation is carried out with gaseous oxygen with a flow rate of 50-140 m ³ / h per ton of metal charge to a carbon content of not less than 0.10% and temperature not more than 1720 ° С, calcium carbide in the amount of 1-6% of the mass of steel in the ladle or manganese-containing alloys is added to the ladle upon release, based on the introduction of manganese of not less than 0.50% and lime at the rate of 3-10 kg / t of liquid steel, further the refinement of steel in temperature and chemical composition is carried out on a ladle-furnace unit .