RU2400541C1

RU2400541C1 - Procedure for rail steel melting

Info

Publication number: RU2400541C1
Application number: RU2009125076/02A
Authority: RU
Inventors: Алексей Борисович Юрьев (RU); Алексей Борисович Юрьев; Николай Анатольевич Козырев (RU); Николай Анатольевич Козырев; Игорь Викторович Александров (RU); Игорь Викторович Александров; Евгений Павлович Кузнецов (RU); Евгений Павлович Кузнецов; Петр Александрович Шабанов (RU); Петр Александрович Шабанов; Дмитрий Владимирович Бойков (RU); Дмитрий Владимирович Бойков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Новокузнецкий металлургический комбинат"
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2010-09-27

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: procedure consists in charging arc electric furnace with solid metal charge, in melting, in oxidation, in melting steel in series, in tapping melt leaving slag and part of metal in furnace, in adding solid slag forming mixture, deoxidisers and alloying elements into ladle during tapping and in finishing steel at aggregate ladle-furnace. Upon melt tapping on slag and part of metal left in the furnace there are charged solid iron at amount of 15-25 % of charge weight, composite semi-finished product at amount of 25-40 % of charge weight and lime at amount of 4-6 % of charge weight, also there is poured liquid iron with contents of silicon not more, than 0.60 % and phosphorus not more, than 0.10 % at amount of 40-65 % of charge weight. Lime is added into furnace by portions of 50-150 kg at amount 0.1-1.5% per weight of metal charge upon liquid iron supply; carbon containing dust is blasted at consumption 25-210 kg/min.

EFFECT: upgraded quality of steel, reduced duration of melting, and reduced consumption of electrodes, electric power, lime 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, в котором 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°C, 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, in which 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 and metal 30-75% of the filling weight is filled with silicon-containing materials at the rate of 0.325-1.625 kg of silicon per ton of metal residue in the furnace or aluminum-containing materials at the rate of 0.425-2.16 kg of aluminum per ton of metal residue in the furnace, oxidation is carried out with gaseous oxygen at a rate of 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 releasing slag and metal in the furnace are not deoxidized, manganese-containing alloys are poured into the ladle upon release based on the introduction of manganese on 0.60-0.75% and lime at the rate of 3-12 kg / t liquid oh steel become further fine-tuning of temperature and chemical composition is performed at the ladle furnace [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,

- невозможность снижения остаточных элементов (хрома, никеля и меди) из-за использования металлолома.- the impossibility of reducing residual elements (chromium, nickel and copper) due to the use of scrap metal.

Известна также шихта для выплавки стали, содержащая железоуглеродистый сплав и оксидный материал, в которой в качестве железоуглеродистого сплава используют сплав с содержанием: 2,5-4,8% C, 0,05-1,20% Si, 0,05-0,70% Mn, 0,01-0,16% V, менее 0,15% P, менее 0,030% S, менее 0,15% Cr, менее 0,10% Cu, менее 0,10% Ni, менее 0,05% Al, менее 0,008% As, менее 0,15% Ti, а в качестве оксидного материала используется материал с содержанием: 3,0-98,0% FeO, 0,5-15,0% SiO₂, 0,1-8,5% Al₂O₃, 0,15-12,5% CaO, 0,15-3,8% MgO, 0,1-6,5% MnO, 0,01-0,12% S, 0,03-0,18% P₂O₅; причем компоненты содержатся в следующем соотношении, мас.%:A charge for steelmaking is also known, containing an iron-carbon alloy and an oxide material, in which an alloy with the content of 2.5-4.8% C, 0.05-1.20% Si, 0.05-0 is used as an iron-carbon alloy. , 70% Mn, 0.01-0.16% V, less than 0.15% P, less than 0.030% S, less than 0.15% Cr, less than 0.10% Cu, less than 0.10% Ni, less than 0 , 05% Al, less than 0.008% As, less than 0.15% Ti, and as the oxide material is used a material with a content of: 3.0-98.0% FeO, 0.5-15.0% SiO ₂ , 0, 1-8.5% Al ₂ O ₃ , 0.15-12.5% CaO, 0.15-3.8% MgO, 0.1-6.5% MnO, 0.01-0.12% S 0.03-0.18% P ₂ O ₅ ; moreover, the components are contained in the following ratio, wt.%:

железоуглеродистый сплавcarbon alloy 70-99,9,70-99.9 оксидный материалoxide material 0,1-30;0.1-30;

шихту изготавливают методом литья в виде чушек массой 5-50 кг, причем оболочка содержит только железоуглеродистый сплав, а оксидный материал фракции 0,01-10 мм располагают в 1-3 слоя в центральной части чушки, при этом отношение концентрации оксидов железа в оксидном материале к содержанию углерода в железоуглеродистом сплаве поддерживают равным 1:(1-2,5) и отношение плотности оксидного материала к плотности железоуглеродистого сплава поддерживают равным 1:(2,2-7,8) [2].the charge is made by casting in the form of ingots weighing 5-50 kg, and the shell contains only iron-carbon alloy, and the oxide material of the fraction of 0.01-10 mm is placed in 1-3 layers in the central part of the ingot, while the ratio of the concentration of iron oxides in the oxide material to the carbon content in the iron-carbon alloy is maintained equal to 1: (1-2.5) and the ratio of the density of the oxide material to the density of the iron-carbon alloy is maintained equal to 1: (2.2-7.8) [2].

Существенными недостатками данной шихты для выплавки стали являются:Significant disadvantages of this mixture for steelmaking are:

- высокий расход электроэнергии при проплавлении шихты в связи с необходимостью плавления по сравнению с использованием жидкого чугуна при электроплавке;- high energy consumption during the melting of the charge due to the need for melting in comparison with the use of liquid iron in electric melting;

- повышенный расход извести при плавке в связи с высокими концентрациями кремния и фосфора в шихте.- increased consumption of lime during melting due to the high concentrations of silicon and phosphorus in the mixture.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются:The desired technical results of the invention are:

- повышение качества стали за счет снижения содержания примесей остаточных элементов (хрома, никеля и меди);- improving the quality of steel by reducing the content of impurities of residual elements (chromium, nickel and copper);

- сокращение длительности плавки;- reducing the duration of the heat;

- уменьшение расхода электродов, электроэнергии, извести и ферросплавов;- reduction in the consumption of electrodes, electricity, lime and ferroalloys;

- повышение комплекса физико-механических свойств стали.- increase the complex of physical and mechanical properties of steel.

Для этого предложен способ выплавки рельсовой стали, включающий подачу в дуговую электросталеплавильную печь твердой металлошихты, 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 твердый чугун в количестве 15-25% от массы завалки, полуфабрикат композиционный в количестве 25-40% от массы завалки и известь в количестве 4-5,5% от массы завалки, заливку жидкого чугуна с содержанием кремния не более 0,60% и фосфора не более 0,10% в количестве 40-65% от массы завалки осуществляют после проплавления твердой металлошихты при удельном расходе электроэнергии 46,5-68,7 кВт·ч/т суммарной массы твердого чугуна и полуфабриката композиционного, окисление проводят газообразным кислородом с расходом 60-110 м³/ч на тонну металлошихты, присадку извести в печь после заливки жидкого чугуна производят порциями по 50-150 кг в количестве 0,1-0,5% от массы металлошихты, вдувание углеродсодержащей пыли проводят с интенсивностью 25-210 кг/мин.To this end, a method for smelting rail steel is proposed, which includes supplying a solid metal charge into the electric arc furnace, melting, oxidizing period, steel smelting in batches, releasing melting leaving slag and some metal in the furnace, adding to the ladle during the production of solid slag-forming mixture, deoxidizing and alloying , refinement of steel at the ladle-furnace assembly, characterized in that on the slag remaining in the furnace and part of the metal after the melting release, cast iron is poured in the amount of 15-25% by weight of the filling, prefabricated composite iterative in the amount of 25-40% by weight of the filling and lime in the amount of 4-5.5% by weight of the filling, pouring liquid iron with a silicon content of not more than 0.60% and phosphorus not more than 0.10% in the amount of 40-65% of the weight of the filling is carried out after the solid metal charge is melted at a specific electric energy consumption of 46.5-68.7 kWh / t of the total mass of solid cast iron and the semi-finished composite, oxidation is carried out with gaseous oxygen at a rate of 60-110 m ³ / h per ton of metal charge, an additive lime in the furnace after pouring liquid iron is produced in portions of 50-150 kg per The number of 0.1-0.5% by weight of metallic charge injecting carbonaceous dust is carried out with an intensity of 25-210 kg / min.

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

Расход жидкого чугуна в количестве 40-65% от массы завалки выбран исходя из получения требуемой длительности плавки и содержания углерода, при использовании жидкого чугуна менее 40% от массы завалки не удается получить требуемую для рельсовой стали концентрацию углерода, а при использовании жидкого чугуна с расходом более 65% 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 0,60% кремния и до 0,10% фосфора.The consumption of liquid cast iron in an amount of 40-65% by weight of the filling is selected based on obtaining the required melting duration and carbon content; when using liquid cast iron less than 40% of the filling mass, it is not possible to obtain the carbon concentration required for rail steel, and when using liquid cast iron with a flow more than 65% of the filling mass, an increased carbon concentration during melting leads to an increase in the melting time due to the need to oxidize the "excess" carbon of steel. Moreover, to ensure successful dephosphorization, cast iron should contain no more than 0.60% silicon and up to 0.10% phosphorus.

Количество твердого чугуна и полуфабриката композиционного связано с жидким чугуном. При использовании твердого чугуна в количестве менее 15% от массы завалки и полуфабриката композиционного более 40% от массы завалки возможно получение низкого содержания углерода при расплавлении, при количестве данных материалов соответственно более 25% и менее 25% возрастает концентрация углерода в расплаве, в связи с чем увеличивается длительность плавки вследствие ограничения скорости выгорания углерода.The amount of solid cast iron and semi-finished composite is associated with liquid cast iron. When using solid cast iron in an amount of less than 15% by weight of the filling and the semi-finished composite more than 40% by weight of the filling, it is possible to obtain a low carbon content during melting, when the amount of these materials is more than 25% and less than 25%, the carbon concentration in the melt increases, due to what increases the duration of the smelting due to the limitation of the rate of carbon burnout.

Расход извести выбран исходя из того, что при присадке в количестве менее 4% от массы завалки не удается получить требуемую степень дефосфорации, а при присадке более 5,5% от массы завалки растут тепловые потери, связанные с расплавлением извести, в связи с чем увеличивается длительность плавки.The consumption of lime was chosen based on the fact that when an additive in an amount of less than 4% of the weight of the filling, the required degree of dephosphorization cannot be obtained, and when the additive is more than 5.5% of the weight of the filling, the heat losses associated with the melting of lime increase, and therefore increases the duration of the heat.

Заливку жидкого чугуна осуществляют после проплавления твердого чугуна и полуфабриката композиционного при удельном расходе электроэнергии 46,5-68,7 кВт·ч/т суммарной массы твердого чугуна и полуфабриката композиционного. При удельном расходе электроэнергии менее 46,5 кВт·ч/т металлолома происходит закозление металла при заливке жидкого чугуна, в связи с чем увеличивается длительность плавки, а при расходе более 68,7 кВт·ч/т при заливке наблюдается резкое вскипание и выбросы из печи.Liquid cast iron is poured after melting of solid cast iron and semi-finished composite with a specific electric energy consumption of 46.5-68.7 kW · h / t of the total mass of solid cast iron and semi-finished composite. With a specific electric energy consumption of less than 46.5 kWh / t of scrap metal, metal is quenched when pouring molten iron, and therefore the melting time is increased, and with a consumption of more than 68.7 kWh / t, pouring and emissions from ovens.

Расход кислорода выбран исходя из следующих условий: при расходе кислорода менее 60 м³/ч на тонну металлошихты увеличивается продолжительность плавки, а при расходе кислорода более 110 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 60 m ³ / h per ton of metal charge, the melting time increases, and when the oxygen flow rate is more than 110 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 50-150 кг в количестве 0,1-0,5% от массы металлошихты выбрана исходя из того, что при присадке извести более 150 кг происходит локальное захолаживание шлака в зоне присадки и неэффективное использование извести при дефосфорации, а присадка порции менее 50 кг малоэффективна. При снижении количества извести менее 0,1% от массы металлошихты стали невозможно получить требуемую рафинирующую способность шлака и обеспечить требования нормативных документов по содержанию фосфора в стали. При количестве извести более 0,5% от массы металлошихты возрастают тепловые потери, связанные с формированием шлака, что ведет к повышению расхода электроэнергии, длительности плавки, нерациональному использованию извести.The lime additive in portions of 50-150 kg in an amount of 0.1-0.5% by weight of the metal charge is selected based on the fact that when lime is added more than 150 kg, local slag cooling occurs in the additive zone and the lime is ineffectively used during dephosphorization, and the portion is additive less than 50 kg is ineffective. If the amount of lime is reduced to less than 0.1% of the mass of the steel charge, it is impossible to obtain the required refining ability of the slag and to ensure the requirements of regulatory documents on the phosphorus content in steel. When the amount of lime is more than 0.5% of the mass of the metal charge, heat losses associated with the formation of slag increase, which leads to an increase in energy consumption, the duration of smelting, and irrational use of lime.

Вдувание углеродсодержащей пыли выбрано исходя из следующих условий. При снижении количества пыли менее 25 кг/мин отсутствует необходимое вспенивание печного шлака, в результате чего возможно увеличение аварийных ситуаций на водоохлаждаемой части печи, а при увеличении более 210 кг/мин пыль используется неэффективно.Carbon-containing dust blowing is selected based on the following conditions. If the amount of dust is reduced to less than 25 kg / min, the necessary foaming of the furnace slag is absent, as a result of which an increase in emergency situations on the water-cooled part of the furnace is possible, and when the increase is more than 210 kg / min, dust is used inefficiently.

Заявляемый способ выплавки рельсовой стали был реализован при выплавке рельсовой стали марок Э76Ф и НЭ76Ф, в дуговых электросталеплавильных печах типа ДСП 100Н10.The inventive method of smelting rail steel was implemented in the smelting of rail steel grades E76F and NE76F, in electric arc furnace type DSP 100N10.

После выпуска плавки на остаток металла и шлака в печь производили завалку твердого чугуна в количестве 15-25 тонн, полуфабриката композиционного в количестве 25-40 тонн и извести в количестве 4-6 тонн.After releasing the smelting to the remainder of the metal and slag into the furnace, solid cast iron was filled in the amount of 15-25 tons, semi-finished composite in the amount of 25-40 tons and lime in the amount of 4-6 tons.

Заливка жидкого чугуна (40-65 тонн) с содержанием кремния не более 0,60% и фосфора не более 0,10% проводилась из чугуновозного ковша посредством мостового крана при открытом своде печи после проплавления твердой металлошихты при удельном расходе электроэнергии 46,5-68,7 кВт·ч/т суммарной массы твердого чугуна и полуфабриката композиционного.Pouring liquid cast iron (40-65 tons) with a silicon content of not more than 0.60% and phosphorus not more than 0.10% was carried out from an iron ladle by means of a bridge crane with an open arch of the furnace after melting of a solid metal charge with a specific electric energy consumption of 46.5-68 , 7 kW · h / t total mass of solid cast iron and semi-finished composite.

Работа проводилась без подвалок в печь. Окисление углерода проводили продувкой стали в печи газообразным кислородом через систему газокислородных горелок с расходом 60-110 м³/ч на тонну металлошихты. В период плавления и окислительный период осуществляли присадку в печь через сводовое отверстие извести порциями по 50-150 кг в количестве 100-500 кг. Для вспенивания шлака осуществляли вдувание углеродсодержащего порошка с интенсивностью 25-210 кг/мин.The work was carried out without basements in 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 60-110 m ³ / h per ton of metal charge. During the melting period and the oxidation period, an additive was introduced into the furnace through a lime bore hole in portions of 50-150 kg in an amount of 100-500 kg. For foaming slag, carbon-containing powder was injected with an intensity of 25-210 kg / min.

При достижении требуемого содержания углерода (не менее 0,40%), фосфора и температуры проводили выпуск плавки с отсечкой печного шлака. Для полной отсечки печного шлака и снижения вероятности загрязнения стали неметаллическими включениями в печи оставляли 15-30 т стали.Upon reaching the required carbon content (not less than 0.40%), phosphorus and temperature, melting was performed with cut-off of furnace slag. To completely cut off furnace slag and reduce the likelihood of steel contamination by non-metallic inclusions, 15-30 tons of steel were left in the furnace.

При выпуске стали в ковш присаживали силикомарганец МнС17 400-1000 кг и известь в количестве 500-1000 кг. Дальнейшую доводку стали марок НЭ76Ф и Э76Ф по температуре и химическому составу проводили на агрегате типа ковш-печь и установке дегазации стали. Разливку стали проводили на 4-ручьевых МНЛЗ с сечением кристаллизатора 300×(330÷360) мм. Далее проводили нагрев непрерывнолитых заготовок в печи с шагающими балками и прокатку на рельсы типа Р65.When steel was released, 400-1000 kg of silicomanganese MnC17 and lime in an amount of 500-1000 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 and a steel degassing unit. Steel was cast on 4-strand caster with a mold section of 300 × (330 ÷ 360) 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 54-58 мин, электроэнергии с 276-295 кВт·ч/т до 250-276 кВт·ч/т, снижен угар ферросплавов (марганецсодержащих на 0,1%, кремнийсодержащих на 0,2%), электродов с 2,54-2,74 кг/т до 1,90-2,19 кг/т, уменьшено суммарное содержание остаточных элементов (хрома, никеля и меди) в среднем с 0,31% до 0,17%, расход извести сокращен с 58-59 кг/т до 52-56 кг/т, повышен предел прочности на 6 Н/мм².With experimental steelmaking according to the claimed method, the melting time is reduced from 55-59 min to 54-58 min, electricity from 276-295 kW · h / t to 250-276 kW · h / t, the burning of ferroalloys (manganese-containing 0.1 %, silicon-containing by 0.2%), electrodes from 2.54-2.74 kg / t to 1.90-2.19 kg / t, the total content of residual elements (chromium, nickel and copper) is reduced on average from 0 , 31% to 0.17%, lime consumption reduced from 58-59 kg / t to 52-56 kg / t, tensile strength increased by 6 N / mm ² .

Список источников информацииList of sources of information

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

2. Заявка №2007110459, кл. C21C 5/00.2. Application No. 2007110459, class C21C 5/00.

Claims

A method of smelting rail steel, including supplying a solid metal charge to the electric arc furnace, 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 the solid slag-forming mixture, deoxidizing and alloying materials, finishing steel on the ladle-furnace assembly, characterized in that on the slag remaining in the furnace and part of the metal after the melting release, cast iron is fed in an amount of 15-25% by weight of the filling, the semi-finished composite in quantity Only 25-40% by weight of the filling and lime in the amount of 4-5.5% by weight of the filling, the supply of molten iron with a silicon content of not more than 0.60% and phosphorus not more than 0.10% in the amount of 40-65% by weight filling is carried out after the solid metal charge is melted at a specific electric energy consumption of 46.5-68.7 kWh / t of the total mass of solid cast iron and semi-finished composite, while oxidation is carried out with gaseous oxygen at a rate of 60-110 m ³ / h per ton of metal charge, after pouring liquid cast iron add lime to the furnace in portions of 50-150 kg in quantities 0.1-0.5% by weight of metallic charge and the injected carbon-containing dust with the intensity of 25-210 kg / min.