RU2409682C1

RU2409682C1 - Procedure for steel melting

Info

Publication number: RU2409682C1
Application number: RU2009125063/02A
Authority: RU
Inventors: Алексей Борисович Юрьев (RU); Алексей Борисович Юрьев; Насибулла Хадиатович Мухатдинов (RU); Насибулла Хадиатович Мухатдинов; Николай Анатольевич Козырев (RU); Николай Анатольевич Козырев; Евгений Павлович Кузнецов (RU); Евгений Павлович Кузнецов; Дмитрий Владимирович Бойков (RU); Дмитрий Владимирович Бойков; Евгений Сергеевич Тяпкин (RU); Евгений Сергеевич Тяпкин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Новокузнецкий металлургический комбинат"
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2011-01-20

Abstract

FIELD: metallurgy. ^ SUBSTANCE: according to procedure on slag left in furnace and part of metal upon melt tapping there is charged solid iron at amount of 0-25% of charge weight, composite semi-product at amount of 25-60% of charge weight and lime at amount of 3.0-6.0 of charge weight. Upon melting solid metal charge at specific consumption of electric power 46-70 kWt-h/t of summary weight of solid iron and composite semi-product there is performed liquid iron pouring where contents of silicon is not above 0.60 % and phosphorus not over 0.10 % at amount of 40-50 % of charge weight. Melt is oxidised with gaseous oxygen at rate of 60-120 m3/h per ton of metal charge. Upon liquid iron pouring lime is added into the furnace by portions of 50-150 kg at amount of 0.1-0.2 % of metal charge weight. Carbonaceous powder is blown at rate of 25-180 kg/min. ^ EFFECT: reduced prime cost of steel, upgraded steel quality owing to reduced weight share of residual elements of chromium, nickel, copper and nitrogen, reduced duration of melting due to intensification of carbon oxidation, decreased lime and power consumption due to reduced oxidising period of melt.

Description

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

Известен выбранный в качестве прототипа способ выплавки стали в дуговой электросталеплавильной печи, включающий загрузку в печь завалки, содержащей металлолом, заливку жидкого чугуна, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию, последующий выпуск стали в ковш с отсечкой печного шлака и оставлением 10-15% от общей массы жидкого металла в печи, подачей в ковш шлакообразующей смеси и ферросплавов, отличающийся тем, что в состав завалки в количестве 3-8% от ее массы вводят железосодержащий концентрат, полученный в результате переработки отвальных шлаков мартеновского и доменного производства, фракцией 80-300 мм и массовой долей железа не менее 75% [1].Known as a prototype is a method of steelmaking in an electric arc furnace, including filling a furnace with scrap metal, pouring molten iron, oxidizing carbon with gaseous oxygen, dephosphorization, and then releasing the steel into a ladle with cut-off of furnace slag and leaving 10-15% of the total mass of liquid metal in the furnace by feeding a slag-forming mixture and ferroalloys into the ladle, characterized in that iron-containing concentrate obtained as a result of the transfer is introduced into the filling composition in an amount of 3-8% of its mass abotki dump slag and blast furnace hearth, fraction 80-300 mm and a Fe content of not less than 75% [1].

Существенными недостатками данного способа выплавки стали в дуговой электропечи являются:Significant disadvantages of this method of steelmaking in an electric arc furnace are:

- повышенная себестоимость стали в связи с использованием дорогостоящего металлического лома;- increased cost of steel due to the use of expensive scrap metal;

- повышение расхода извести и электроэнергии в связи с длительным периодом плавления металлошихты;- increased consumption of lime and electricity due to the long melting time of the metal charge;

- увеличенная длительность плавки из-за продолжительного времени, затрачиваемого на формирование печного шлака;- increased melting time due to the long time spent on the formation of furnace slag;

- невозможность снижения остаточных элементов (хрома, никеля и меди) в связи с использованием металлолома;- the inability to reduce residual elements (chromium, nickel and copper) in connection with the use of scrap metal;

- невозможность получения низкой концентрации азота в связи с незначительным количеством окисленного углерода.- the impossibility of obtaining a low nitrogen concentration due to a small amount of oxidized carbon.

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% С, 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% СаО, 0,15-3,8% MgO, 0,1-6,5% MnO, 0,01-0,12% S, 0,03-0,18% Р₂О₅; причем компоненты содержатся в следующем соотношении, масс.%:A charge for steelmaking is also known, containing an iron-carbon alloy and an oxide material, in which an alloy with a 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 70-99,970-99.9 оксидный материалoxide material 0,1-300.1-30

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 molten 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:

- снижение себестоимости стали;- reduction in the cost of steel;

- повышение качества стали в связи со снижением массовой доли остаточных элементов (хрома, никеля и меди) и азота;- improving the quality of steel due to a decrease in the mass fraction of residual elements (chromium, nickel and copper) and nitrogen;

- сокращение длительности плавки за счет интенсификации окисления углерода;- reduction of the duration of the heat due to the intensification of carbon oxidation;

- уменьшение расхода извести и электроэнергии за счет сокращения окислительного периода плавки.- reducing consumption of lime and electricity by reducing the oxidative period of the smelting.

Для этого предложен способ выплавки 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 0-25% от массы завалки, полуфабрикат композиционный в количестве 25-60% от массы завалки и известь в количестве 3,0-6,0% от массы завалки, заливку жидкого чугуна с содержанием кремния не более 0,60% и фосфора не более 0,10% в количестве 40-50% от массы завалки осуществляют после проплавления твердой металлошихты при удельном расходе электроэнергии 46-70 кВт·ч/т суммарной массы твердого чугуна и полуфабриката композиционного, окисление проводят газообразным кислородом с расходом 60-120 м³/ч на тонну металлошихты, присадку извести в печь после заливки жидкого чугуна производят порциями по 50-150 кг в количестве 0,1-0,2% от массы металлошихты, вдувание углеродсодержащей пыли проводят с интенсивностью 25-180 кг/мин.To this end, a method for steel smelting is proposed, which includes 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 in the ladle during the production of solid slag-forming mixture, deoxidizing and alloying materials, steel refinement 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 in the amount of 0-25% by weight of the filling is filled up, the semi-finished composite the amount of 25-60% by weight of the filling and lime in the amount of 3.0-6.0% 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 40-50% of the weight of the filling is carried out after the solid metal charge is melted at a specific electric energy consumption of 46-70 kW · h / t of the total mass of solid iron and semi-finished composite, oxidation is carried out with gaseous oxygen at a rate of 60-120 m ³ / h per ton of metal charge, lime is added to the furnace after pouring liquid iron is produced in portions of 50-150 kg in an amount of 0, 1-0.2% of the mass of the metal charge, the blowing of carbon-containing dust is carried out with an intensity of 25-180 kg / min.

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

Количество жидкого чугуна 40-50% от массы завалки и твердого чугуна 0-25% выбрано исходя из получения в стали необходимой концентрации углерода, при использовании жидкого чугуна менее 40% от массы завалки не удается получить пониженные концентрации остаточных элементов (хрома, никеля и меди) и получаемая концентрация углерода при расплавлении не позволит провести требуемую дегазацию стали и удаление неметаллических включений, а при использовании жидкого чугуна более 50% и твердого чугуна более 25% от массы завалки повышенная концентрация углерода при расплавлении приводит к увеличению длительности плавки в связи с необходимостью окисления «избыточного» углерода стали. Причем для обеспечения необходимой дефосфорации чугун должен содержать не более 0,60% кремния и до 0,10% фосфора.The amount of liquid cast iron 40-50% by weight of the filling and solid cast iron 0-25% is selected on the basis of obtaining the necessary carbon concentration in the steel, when using liquid cast iron less than 40% of the filling weight it is not possible to obtain lower concentrations of residual elements (chromium, nickel and copper ) and the resulting carbon concentration during melting will not allow the required degassing of steel and the removal of non-metallic inclusions, and when using liquid iron more than 50% and solid iron more than 25% by weight of the filling, an increased concentration of carbon ode during melting leads to an increase in the duration of melting due to the need to oxidize the "excess" carbon of steel. Moreover, to ensure the necessary dephosphorization, cast iron should contain no more than 0.60% silicon and up to 0.10% phosphorus.

Количество полуфабриката композиционного связано с жидким и твердым чугуном. При использовании полуфабриката композиционного менее 25% от массы завалки возрастает концентрация углерода в расплаве, в связи с чем увеличивается длительность плавки, а при количестве полуфабриката композиционного более 60% возможно получение низких концентраций углерода, не позволяющих провести усиленную дегазацию и удаление неметаллических включений.The amount of semi-finished composite is associated with liquid and solid cast iron. When using a semi-finished composite less than 25% by weight of the filling, the carbon concentration in the melt increases, and therefore the melting time increases, and when the amount of the semi-finished composite is more than 60%, it is possible to obtain low carbon concentrations that do not allow enhanced degassing and removal of non-metallic inclusions.

Расход извести выбран исходя из того, что при присадке в количестве менее 3,0% от массы завалки не удается получить требуемую степень дефосфорации, а при присадке более 6,0% от массы завалки повышенный расход извести приводит к увеличению расхода электроэнергии и увеличению длительности плавки.The consumption of lime is selected based on the fact that with an additive in an amount of less than 3.0% by weight of the filling, the required degree of dephosphorization cannot be obtained, and with an additive of more than 6.0% by weight of the filling, an increased consumption of lime leads to an increase in energy consumption and an increase in the duration of smelting .

Заливку жидкого чугуна осуществляют после проплавления твердого чугуна и полуфабриката композиционного при удельном расходе электроэнергии 46-70 кВт·ч/т суммарной массы твердого чугуна и полуфабриката композиционного. При удельном расходе электроэнергии менее 46 кВт·ч/т твердой металлошихты происходит закозление металла при заливке жидкого чугуна, а при расходе более 70 кВт·ч/т при заливке наблюдаются резкое вскипание и выбросы из печи.Pouring liquid cast iron is carried out after the melting of solid cast iron and semi-finished composite with a specific electric energy consumption of 46-70 kW · h / t of the total mass of solid cast iron and semi-finished composite. With a specific energy consumption of less than 46 kWh / t of solid metal charge, metal is quenched when pouring molten iron, and at a flow rate of more than 70 kWh / t, when pouring, sharp boiling and emissions from the furnace are observed.

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 120 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 tonne of metal charge, the melting time increases, and when the oxygen flow rate is more than 120 m ³ / h per tonne of metal charge, the carbon oxidation rate is much lower than the oxygen diffusion rate, and therefore the efficiency of oxygen is reduced.

Размер присадки извести порциями по 50-150 кг в количестве 0,1-0,2% от массы металлошихты выбран исходя из того, что при присадке извести более 150 кг происходит локальное захолаживание шлака в зоне присадки и неэффективное использование извести при дефосфорации, а порция менее 50 кг малоэффективна. При снижении количества извести менее 0,1% от массы металлошихты не удается получить требуемую степень дефосфорации и обеспечить требования стандартов по содержанию фосфора в стали. При количестве более 0,2% от массы металлошихты возрастают непроизводительный расход извести, электроэнергии, а также длительность плавки.The size of the lime additive in portions of 50-150 kg in an amount of 0.1-0.2% of the 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 ineffective use of lime during dephosphorization, and a portion less than 50 kg is ineffective. When the amount of lime is reduced to less than 0.1% of the weight of the metal charge, it is not possible to obtain the required degree of dephosphorization and to meet the requirements of the standards for the phosphorus content in steel. With an amount of more than 0.2% 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 25 кг/мин невозможно провести хорошее вспенивание печного шлака, а при увеличении более 180 кг/мин пыль используется неэффективно.Carbon-containing dust blowing is selected based on the following conditions. With a decrease in the amount of dust less than 25 kg / min, it is impossible to conduct good foaming of furnace slag, and with an increase of more than 180 kg / min, dust is used inefficiently.

Заявляемый способ выплавки стали был реализован при выплавке стали марок 5сп, Л53 и 35ГС в дуговых электросталеплавильных печах типа ДСП 100Н10. После выпуска плавки на остаток металла и шлака в печь осуществляли завалку твердого чугуна в количестве 0-25 тонн, полуфабриката композиционного в количестве 25-60 тонн и извести в количестве 3,0-6,0 тонн. Полуфабрикат композиционный, содержащий в качестве железоуглеродистого материала сплав с содержанием: 3-4% С, 0,1-0,50% Si, 0,1-0,50% Mn, 0,07-0,11% P, а в качестве оксидного материала окатыши с содержанием: 50-70% Fe, 2-10% SiO₂, 1-8% Al₂O₃, 0,5-10% СаО, в виде чушек массой 10-20 кг, изготовленный при разливке чугуна в доменном цехе. Проводили расплавление и при удельном расходе 46-70 кВт·ч/т суммарной массы твердого чугуна и полуфабриката композиционного проводили заливку жидкого чугуна в печь сверху из чугуновозного ковша в количестве 40-50 т.The inventive method of steel smelting was implemented in the smelting of steel grades 5sp, L53 and 35GS in electric arc furnace type DSP 100N10. After releasing the smelting to the remaining metal and slag into the furnace, solid cast iron was filled in an amount of 0-25 tons, a semi-finished composite in an amount of 25-60 tons and lime in an amount of 3.0-6.0 tons. A semi-finished product containing alloy as an iron-carbon material with a content of: 3-4% C, 0.1-0.50% Si, 0.1-0.50% Mn, 0.07-0.11% P, and in as the oxide material, pellets containing: 50-70% Fe, 2-10% SiO ₂ , 1-8% Al ₂ O ₃ , 0.5-10% CaO, in the form of ingots weighing 10-20 kg, made by casting iron in the blast furnace shop. Melting was carried out and at a specific consumption of 46-70 kW · h / t of the total mass of solid cast iron and semi-finished composite, pouring liquid cast iron into the furnace from the top of the iron ladle in an amount of 40-50 tons was performed.

Работа проводилась без подвалок в печь. Окисление углерода проводили продувкой стали в печи газообразным кислородом через систему газокислородных горелок с расходом 60-120 м³ на тонну металлошихты. В период плавления и окислительный период осуществляли присадку в печь через сводовое отверстие известь порциями по 50-150 кг в количестве 100-200 кг. Для вспенивания шлака осуществляли вдувание углеродсодержащего порошка с интенсивностью 25-180 кг/мин.The work was carried out without basements in the furnace. The oxidation of carbon 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 60-120 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 50-150 kg in an amount of 100-200 kg. For foaming the slag, carbon-containing powder was injected with an intensity of 25-180 kg / min.

При выпуске стали в ковш присаживали силикомарганец и известь. Дальнейшую доводку сталей по температуре и химическому составу проводили на агрегате типа ковш-печь. Разливку стали проводили на четырехручьевых МНЛЗ с сечением кристаллизатора 300×(330÷360) мм. Далее проводили нагрев непрерывнолитых заготовок в печи с шагающими балками и прокатку на требуемый профиль.When steel was released, silicomanganese and lime were planted in the bucket. Further refinement of the steels by temperature and chemical composition was carried out on a ladle-furnace unit. Steel was cast on four-strand continuous casting machines with a mold cross section of 300 × (330 ÷ 360) mm. Then, continuously cast billets were heated in a furnace with walking beams and rolled to the required profile.

При опытной выплавке стали по заявляемому способу сокращается длительность плавки с 56-60 до 55-59 мин, электроэнергии с 276-295 до 245-261 кВт·ч/т, расход извести сокращен с 58-59 до 56-57 кг/т, получено содержание в стали Cr≤0,05%, Ni≤0,05%, Cu≤0,08%, N≤0,09%.With experimental steelmaking according to the claimed method, the melting time is reduced from 56-60 to 55-59 min, electricity from 276-295 to 245-261 kW · h / t, lime consumption is reduced from 58-59 to 56-57 kg / t, the content in steel Cr≤0.05%, Ni≤0.05%, Cu≤0.08%, N≤0.09%.

Список источниковList of sources

1. Заявка №2007123047/02 (025095) кл. С21С 5/52.1. Application No. 2007123047/02 (025095) class. C21C 5/52.

2. Заявка №2007110459, кл. С21С 5/00.2. Application No. 2007110459, class C21C 5/00.

Claims

A method of steel smelting, including supplying a solid metal charge to an electric arc furnace, 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 materials, finishing steel on ladle-furnace assembly, characterized in that solid iron in the amount of 0-25% by weight of the filling is poured onto the slag and part of the metal remaining in the furnace after melting, and the semi-finished composite in the amount of 25-60% by weight filling and lime in the amount of 3.0-6.0% of the weight of the filling, after the solid metal charge is melted at a specific electric energy consumption of 46-70 kWh / t of the total mass of solid cast iron and semi-finished composite, liquid cast iron is filled with a silicon content of not more than 0 , 60% and phosphorus no more than 0.10% in the amount of 40-50% by weight of the filling, oxidation is carried out with gaseous oxygen with a flow rate of 60-120 m ³ / h per tonne of metal charge, lime is added to the furnace after pouring liquid cast iron in portions of 50 -150 kg in an amount of 0.1-0.2% by weight of metal you, and the blowing of carbon-containing dust is carried out during the melting and oxidation period with an intensity of 25-180 kg / min.