RU2398887C1

RU2398887C1 - Procedure for melting rail steel

Info

Publication number: RU2398887C1
Application number: RU2009101562A
Authority: RU
Inventors: Алексей Борисович Юрьев (RU); Алексей Борисович Юрьев; Леонид Александрович Годик (RU); Леонид Александрович Годик; Николай Анатольевич Козырев (RU); Николай Анатольевич Козырев; Евгений Павлович Кузнецов (RU); Евгений Павлович Кузнецов; Евгений Сергеевич Тяпкин (RU); Евгений Сергеевич Тяпкин; Пётр Александрович Шабанов (RU); Пётр Александрович Шабанов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Новокузнецкий металлургический комбинат"
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2009-01-19
Publication date: 2010-09-10
Also published as: RU2009101562A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: procedure consists in supply of metal scrap and liquid iron as metal charge into furnace, in melting, in oxidising, in melting steel in batches, in tapping melt and leaving part of metal in furnace, in adding solid slag forming mixture, deoxidisers and alloying agents into ladle during tapping and in heat finishing steel at ladle-furnace aggregate. Metal scrap at amount of 25-65% of charge weight and lime at amount of 2.8-4.3% of charge weight are charged on slag and part of metal left in the furnace after tapping. Liquid iron containing silicon not more, than 0.45% and phosphorus not more, than 0.09 % at amount of 35-75% of charge weight is supplied upon scrap melting at specific consumption of electric power 130-380 kWT·h/t of metal scrap. Oxidation is performed with gaseous oxygen at consumption rate 80-150 m³/h per ton of metal charge. Upon supply of liquid iron, lime by portions 50-200 kg at amount 0.4-1.4 % of metal charge weight is added to the furnace. Carbon containing dust is blown in at rate 35-120 kg/min. Also there is maintained FeO=13-30% contents in furnace slag, while ratio of CaO/FeO is maintained within the range 2.5-4.6.

EFFECT: upgraded quality of steel, reduced duration of melting, and reduced consumption of lime, electric power and ferroalloys.

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, 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 перед заливкой жидкого чугуна в количестве 25-70% от массы завалки и металлолома 30-75% от массы завалки присаживают кремнийсодержащие материалы из расчета 0,325-1,625 кг кремния на тонну остатка металла в печи или алюминийсодержащие материалы из расчета 0,425-2,16 кг алюминия на тонну остатка металла в печи, окисление проводят газообразным кислородом с расходом 80-120 м³/ч на тонну металлошихты до содержания углерода 0,10-0,70% и температуры не более 1700°С, перед выпуском шлак и металл в печи не раскисляют, в ковш при выпуске присаживаются марганецсодержащие сплавы из расчета введения марганца на 0,60-0,75% и известь из расчета 3-12 кг/т жидкой стали, дальнейшую доводку стали по температуре и химическому составу проводят на агрегате ковш-печь [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, oxidizing period, steel smelting in batches, smelting with leaving slag and part of the metal in the furnace, an additive in the ladle during production solid slag-forming mixture, deoxidizing agents and alloying alloys, characterized in that the slag and part of the metal remaining in the furnace after melting is released before pouring molten iron in an amount of 25-70% by weight of the filling silicon-containing materials at a rate of 0.325-1.625 kg of silicon per ton of metal residue in a furnace or aluminum-containing materials at a rate of 0.425-2.16 kg of aluminum per ton of metal residue in a furnace are planted and scrap metal 30-75% by weight of the filling, oxidation is carried out with oxygen gas 80-120 m ³ / h per tonne of metal charge to a carbon content of 0.10-0.70% and a temperature of not more than 1700 ° C, before slag is released, the slag and metal in the furnace are not deoxidized, manganese-containing alloys are planted in the ladle at the rate of introduction of manganese by 0.60-0.75% and lime from the calculation and 3-12 kg / t of liquid steel, further refinement of the steel according to temperature and chemical composition is carried out on the ladle-furnace unit [1].

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

- повышенный расход ферросплавов в связи с необходимостью раскисления стали и шлака в печи,- increased consumption of ferroalloys due to the need for deoxidation of steel and slag in the furnace,

- высокие расходы электроэнергии и извести, связанные с повышенной длительностью плавки,- high energy and lime costs associated with increased melting time,

- высокое содержание фосфора в стали и снижение в связи с этим качественных характеристик стали.- a high phosphorus content in steel and a decrease in connection with this the quality characteristics of steel.

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°С, 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 oxidizing 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 an 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 from above into the furnace after scrap metal is melted at an energy 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 added at a rate of 70-120 to / 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] .

- низкий расход жидкого чугуна,- low consumption of molten iron,

- значительная длительность плавки в связи с необходимостью раскисления стали и шлака в печи,- a significant duration of smelting due to the need for deoxidation of steel and slag in the furnace,

- высокие расходы электроэнергии, связанные с повышенной длительностью плавки,- high energy costs associated with increased melting time,

- 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,

- низкая степень дефосфорации при значительном расходе извести.- low degree of dephosphorization with a significant consumption of lime.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются: повышение качества стали, сокращение длительности плавки, уменьшение расхода извести, электроэнергии и ферросплавов.The desired technical results of the invention are: improving the quality of steel, reducing the duration of smelting, reducing the consumption of lime, electricity and ferroalloys.

Для этого предложен 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, доводку стали на агрегате ковш-печь, отличающийся тем, что на оставшийся в печи шлак и часть металла после выпуска плавки заваливают металлолом в количестве 25-65% от массы завалки и известь в количестве 2,8-4,3% от массы завалки, заливку жидкого чугуна с содержанием кремния не более 0,45% и фосфора не более 0,09% в количестве 35-75% от массы завалки осуществляют после проплавления металлолома при удельном расходе электроэнергии 130-380 кВт·ч/т металлолома, окисление проводят газообразным кислородом с расходом 80-150 м³/ч на тонну металлошихты, присадку извести в печь после заливки жидкого чугуна производят порциями по 50-200 кг в количестве 0,4-1,4% от массы металлошихты, вдувание углеродсодержащей пыли проводят с интенсивностью 35-120 кг/мин, при этом в печном шлаке поддерживают содержание FeO=13-30%, а отношение CaO/FeO в диапазоне 2,5-4,6.To this end, a method is proposed for smelting rail steel, which includes supplying scrap metal and molten iron to the 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 agents and alloying materials, steel refinement at the ladle-furnace assembly, characterized in that the remaining slag and part of the metal remaining in the furnace after the smelting are filled up with scrap metal in an amount of 25-65% by weight fillings and lime in an amount of 2.8-4.3% by weight of the fill, pouring liquid cast iron with a silicon content of not more than 0.45% and phosphorus not more than 0.09% in the amount of 35-75% of the weight of the fill is carried out after the scrap is melted at a specific energy consumption of 130-380 kWh / t of scrap metal, oxidation is carried out with gaseous oxygen with a flow rate of 80-150 m ³ / h per tonne of metal charge, lime is added to the furnace after pouring molten iron in portions of 50-200 kg in an amount of 0, 4-1.4% of the mass of the metal charge, the blowing of carbon-containing dust is carried out with intensity s 35-120 kg / min, while in the furnace slag support the content of FeO = 13-30%, and the ratio of CaO / FeO in the range of 2.5-4.6.

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

Количество жидкого чугуна в количестве 35-75% от массы завалки выбрано исходя из получения в стали необходимой концентрации углерода, при использовании жидкого чугуна менее 35% 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 при использование жидкого чугуна в количестве более 75% от массы завалки повышенная концентрация углерода при расплавлении приводит к увеличению длительности плавки в связи с необходимостью окисления «избыточного» углерода стали. Причем для обеспечения успешной дефосфорации чугун должен содержать не более 0,45% кремния и до 0,09% фосфора.The amount of molten iron in the amount of 35-75% by weight of the filling was selected on the basis of obtaining the necessary carbon concentration in the steel; when using molten iron less than 35% 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 enhanced degassing of steel and the removal of non-metallic inclusions with increased oxygen consumption, and when using molten iron in an amount of more than 75% by weight of the filling increased concentration of carbon at melt leads to an increase in the duration of melting due to the necessity of oxidation of carbon "surplus" steel. Moreover, to ensure successful dephosphorization, cast iron should contain no more than 0.45% silicon and up to 0.09% phosphorus.

Количество металлолома связано с жидким чугуном. При использовании металлолома в количестве менее 25% 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 65% 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 25% by 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 65% it is possible to obtain high concentrations of residual metals.

Расход извести выбран исходя из того, что при присадке в количестве менее 2,8% от массы завалки не удается получить требуемую степень дефосфорации, а при присадке более 4,3% от массы завалки повышенный расход извести приводит к увеличению расхода электроэнергии увеличению длительности плавки.The consumption of lime was chosen based on the fact that when an additive in an amount of less than 2.8% by weight of the filling does not succeed in obtaining the required degree of dephosphorization, and with an additive of more than 4.3% by weight of the filling, an increased consumption of lime leads to an increase in energy consumption and an increase in the melting time.

Заливку жидкого чугуна осуществляют после проплавления металлолома при удельном расходе электроэнергии 130-380 кВт·ч/т металлолома. При удельном расходе электроэнергии менее 130 кВт·ч/т металлолома происходит закозление металла при заливке жидкого чугуна, а при расходе более 380 кВт·ч/т при заливке наблюдается резкое вскипание и выбросы из печи.Liquid iron is poured after scrap metal is melted at a specific electric power consumption of 130-380 kWh / t of scrap metal. With a specific energy consumption of less than 130 kW · h / t of scrap metal, the metal is quenched when pouring molten iron, and at a consumption of more than 380 kW · h / t, when pouring, sharp boiling and emissions from the furnace are observed.

Расход кислорода выбран исходя из следующих условий: при расходе кислорода менее 80 м³/ч на тонну металлошихты увеличивается продолжительность плавки, а при расходе кислорода более 150 м³/ч на тонну металлошихты скорость окисления углерода значительно меньше скорости диффузии кислорода, в связи с чем снижается коэффициент полезного использования кислорода.The oxygen flow rate is selected based on the following conditions: when the oxygen flow rate is less than 80 m ³ / h per ton of metal charge, the melting time increases, and when the oxygen flow rate is more than 150 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.

Присадка извести порциями по 50-200 кг в количестве 0,4-1,4% от массы металлошихты выбрана исходя из того, что присадка извести более 200 кг приводит к локальному захолаживанию шлака в зоне присадки и неэффективному использованию извести при дефосфорации, а порция менее 50 кг малоэффективна. При снижении количества извести менее 0,4% от массы металлошихты не удается получить требуемую степень дефосфорации и обеспечить требования стандартов по содержанию фосфора в стали. При количестве более 1,4% от массы металлошихты возрастает непроизводительный расход извести, электроэнергии, а также длительность плавки.Additive of lime in portions of 50-200 kg in an amount of 0.4-1.4% of the weight of the metal charge is selected based on the fact that the additive of lime more than 200 kg leads to local cooling of slag in the additive zone and the ineffective use of lime during dephosphorization, and the portion is less 50 kg is ineffective. With a decrease in the amount of lime of less than 0.4% by weight of the metal charge, it is not possible to obtain the required degree of dephosphorization and to meet the requirements of standards for the phosphorus content in steel. With an amount of more than 1.4% by weight of the metal charge, the unproductive consumption of lime, electricity, and the duration of the smelting increase.

Вдувание углеродсодержащей пыли выбрано исходя из следующих условий. При снижении количества пыли менее 35 кг/мин невозможно провести хорошее вспенивание печного шлака, а при увеличении более 120 кг/мин концентрация FeO в печном шлаке локально снижается менее 13% и соответственно уменьшается степень дефосфорации стали.Carbon-containing dust blowing is selected based on the following conditions. With a decrease in the amount of dust less than 35 kg / min, it is impossible to conduct good foaming of the furnace slag, and with an increase of more than 120 kg / min, the concentration of FeO in the furnace slag locally decreases less than 13% and, accordingly, the degree of dephosphorization of steel decreases.

Содержание FeO=13-30% и CaO/FeO=2,5-4,6 выбрано исходя из лучшей степени дефосфорации при плавке стали и оптимальных расходных показателях извести и кислорода.The content of FeO = 13-30% and CaO / FeO = 2.5-4.6 was selected based on the best degree of dephosphorization during steel melting and optimal consumption rates of lime and oxygen.

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 осуществляли завалку металлолома в количестве 25-65 т и извести в количестве 2,8-4,3 т. Проводили расплавление и при удельном расходе 130-380 кВт·ч/т металлолома проводили заливку жидкого чугуна в печь сверху из чугуновозного ковша в количестве 35-75 т.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, 25-65 tons of scrap metal and 2.8-4.3 tons of lime were loaded into the furnace. Melting was carried out and, at a specific consumption rate of 130-380 kWh / t of scrap metal, liquid was poured cast iron to the furnace from above from an iron ladle in the amount of 35-75 tons

Работа проводилась без последующих подвалок металлолома в печь. Окисление углерода проводили продувкой стали в печи газообразным кислородом через систему газокислородных горелок с расходом 80-150 м³ на тонну металлошихты. В период плавления и окислительный период осуществляли присадку в печь через сводовое отверстие известь порциями по 50-200 кг в количестве 400-1400 кг. Для вспенивания шлака осуществляли вдувание углеродсодержащего порошка с интенсивностью 35-120 кг/мин. При этом шлак в печи содержал 13-30% FeO при отношении CaO/FeO=2,5-4,6.The work was carried out without subsequent dumping of scrap metal 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 with a flow rate of 80-150 m ³ per ton of metal charge. During the melting period and the oxidation period, an additive was added to the furnace through the lime aperture in portions of 50-200 kg in an amount of 400-1400 kg. For foaming the slag, carbon-containing powder was injected with an intensity of 35-120 kg / min. The slag in the furnace contained 13-30% FeO with a ratio of CaO / FeO = 2.5-4.6.

При выпуске стали в ковш присаживали силикомарганец МнС17 800-1100 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-х ручьевых МНЛЗ с сечением кристаллизатора 300×330 мм. Далее проводили нагрев непрерывнолитых заготовок в печи с шагающими балками и прокатку на рельсы типа Р65.During the production of steel, 800-1100 kg of silicomanganese MnC17 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 опытной выплавке стали по заявляемому способу сокращается длительность плавки с 55-59 мин до 52-55 мин, электроэнергии с 276-295 кВт·ч/т до 268-293 кВт·ч/т, снижен угар ферросплавов (марганецсодержащих на 2%, кремнийсодержащих на 2,2%), расход извести сокращен с 58 кг/т до 53 кг/т.With experimental steelmaking according to the claimed method, the melting time is reduced from 55-59 min to 52-55 min, electricity from 276-295 kW · h / t to 268-293 kW · h / t, the burning of ferroalloys (manganese-containing 2%, silicon-containing 2.2%), lime consumption reduced from 58 kg / t to 53 kg / t.

Список источниковList of sources

1. Патент РФ №2328534, кл. C21C 5/52, 7/07.1. RF patent №2328534, cl. C21C 5/52, 7/07.

2. Патент РФ №2197536, кл. C21C 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 smelting of a solid slag-forming mixture, deoxidizers and alloying, finishing steel on the ladle-furnace unit, characterized in that the remaining slag in the furnace and part of the metal after melting is fed scrap metal in an amount of 25-65% of the weight of the filling and known in the amount of 2.8-4.3% by weight of the filling, the supply of molten iron with a silicon content of not more than 0.45% and phosphorus not more than 0.09% in the amount of 35-75% of the weight of the filling is carried out after the scrap metal is melted at a specific consumption electric power 130-380 kW · h / t scrap metal, oxidation is carried out with gaseous oxygen with a flow rate of 80-150 m ³ / h per tonne of metal charge, after supplying molten iron, lime is added to the furnace in portions of 50-200 kg in an amount of 0.4-1 , 4% by weight of the metal charge and blow carbonaceous dust with an intensity of 35-120 kg / min, while in the furnace content of the slag is maintained FeO = 13-30%, and the ratio CaO / FeO in the range - 2,5-4,6.