RU2467825C2 - Method of producing synthetic composite semi-finished material for steel refining - Google Patents
Method of producing synthetic composite semi-finished material for steel refining Download PDFInfo
- Publication number
- RU2467825C2 RU2467825C2 RU2010153643/02A RU2010153643A RU2467825C2 RU 2467825 C2 RU2467825 C2 RU 2467825C2 RU 2010153643/02 A RU2010153643/02 A RU 2010153643/02A RU 2010153643 A RU2010153643 A RU 2010153643A RU 2467825 C2 RU2467825 C2 RU 2467825C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxygen
- iron
- carbon
- solid
- composite material
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к способам получения из железоуглеродистого расплава и твердого наполнителя синтетических композиционных материалов - полуфабрикатов для сталеплавильного передела, предназначенных для использования в качестве металлошихты при выплавке стали в различных сталеплавильных агрегатах - в электродуговых печах, кислородных конвертерах, а также индукционных печах. Данные материалы могут применяться самостоятельно либо в комбинации с существующими видами металлошихты, включая металлолом, железо прямого восстановления, твердый и жидкий чугун.The invention relates to the field of ferrous metallurgy, and in particular to methods for producing synthetic composite materials from semi-ferrous carbon melt and solid filler - semi-finished products for steelmaking, intended for use as a metal charge in steelmaking in various steelmaking units - in electric arc furnaces, oxygen converters, and induction furnaces. These materials can be used independently or in combination with existing types of metal smelting, including scrap metal, direct reduction iron, solid and liquid cast iron.
Известны различные способы получения твердой шихты - передельного чугуна, железа прямого восстановления в виде металлизованных окатышей, брикетов холодного и горячего брикетирования, паспортной металлической шихтовой заготовки. Однако данные способы не позволяют получать материалы композиционного типа, содержащие наряду с металлической составляющей окислители, углеродсодержащие вещества, флюсы и другие компоненты.There are various methods of producing a solid charge - pig iron, direct reduction iron in the form of metallized pellets, briquettes of cold and hot briquetting, passport metal charge stock. However, these methods do not allow to obtain materials of a composite type containing, along with the metal component, oxidizing agents, carbon-containing substances, fluxes and other components.
Настоящее изобретение относится именно к способам производства синтетических композиционных материалов, получаемых путем заливки железоуглеродистого расплава в виде передельного чугуна, углеродистого полупродукта и т.п. в литейные формы разливочной машины чугуна (мульды), предварительно заполненные твердыми наполнителями различного состава, включая твердый окислитель, металлические частицы, углеродсодержащие ингредиенты, флюсы и т.п. В готовом виде эти материалы представляют собой слитки с характерной гетерогенной структурой. Они имеют одинаковую форму, размеры, массу, состав и свойства. Благодаря наличию дополнительных компонентов эти материалы обладают более высокими металлургическими свойствами по сравнению с известными.The present invention relates specifically to methods for the production of synthetic composite materials obtained by pouring iron-carbon melt in the form of pig iron, carbon intermediate, etc. cast iron casting machines (molds) pre-filled with solid fillers of various compositions, including solid oxidizing agent, metal particles, carbon-containing ingredients, fluxes, etc. In finished form, these materials are ingots with a characteristic heterogeneous structure. They have the same shape, size, weight, composition and properties. Due to the presence of additional components, these materials have higher metallurgical properties compared to the known ones.
Идея использования разливочной машины чугуна для получения композиционных материалов из жидкого расплава и твердого наполнителя впервые была предложена Е.А.Уехлингом еще в 1905 г. (патент Швеции №788.964 от 02 мая 1905 г.). Однако предложенный способ в то время не получил применения. Наличие значительных ресурсов металлошихты, в том числе относительно чистого оборотного лома, делали этот способ неконкурентоспособным.The idea of using a casting machine of cast iron to obtain composite materials from liquid melt and solid filler was first proposed by E.A. Uechling in 1905 (Swedish patent No. 788.964 dated May 2, 1905). However, the proposed method at that time did not receive application. The presence of significant resources of the metal charge, including relatively clean recycled scrap, made this method uncompetitive.
К 80 годам XX века ситуация с металлошихтой начала существенно меняться в худшую сторону. Появились первые симптомы дефицита лома, прежде всего наиболее чистого из них - оборотного, обусловленного значительным сокращением количества образующихся собственных отходов в результате перехода на непрерывную разливку вместо разливки в изложницы. Помимо этого возросли объемы выплавки стали с жестко регламентированным содержанием остаточных элементов типа Cu, Cr, Ni, Mo, Sn, Sb и т.д. (высокоуглеродистые стали для металлокорда, конструкционные высокопрочные стали, стали для автолиста и др.). Металлолом, имеющий в большинстве случаев повышенную загрязненность этими элементами, оказался не пригодным для выплавки данных сталей.By the 80s of the 20th century, the situation with metal smelting began to change significantly for the worse. The first symptoms of scrap deficiency appeared, especially of the purest of them - recycled, due to a significant reduction in the amount of own waste generated as a result of the transition to continuous casting instead of casting into molds. In addition, steelmaking volumes with strictly regulated content of residual elements such as Cu, Cr, Ni, Mo, Sn, Sb, etc., increased. (high-carbon steels for steel cord, structural high-strength steels, steels for an autosheet, etc.). Scrap metal, which in most cases has increased contamination with these elements, was not suitable for the smelting of these steels.
Указанные факторы стимулировали возобновления интереса к получению новых видов металлошихты, обладающей повышенной и стабильной чистотой в отношении остаточных микропримесей. В поле зрения оказались процессы, отмеченные выше, базирующиеся на принципе заливки твердого наполнителя, предварительно помещенного в литейную форму, жидким железоуглеродистым расплавом. К таким способам относятся технические решения, содержащиеся в патенте Великобритании №1458228 от 19 декабря 1973 г. и патентах США 3,948,612 от 27 декабря 1973 г. и 5,259,442 от 09 ноября 1993 г.These factors stimulated the resumption of interest in obtaining new types of metal charge, which has an increased and stable purity with respect to residual microimpurities. The processes noted above, which are based on the principle of filling a solid filler, previously placed in a mold, with a liquid iron-carbon melt, came into view. Such methods include technical solutions contained in Great Britain Patent No. 1458228 of December 19, 1973 and US Patents 3,948,612 of December 27, 1973 and 5,259,442 of November 9, 1993.
Вслед за этим аналогичные технические решения появились в СССР (авт. свид №125082 от 1986 г., №985063 от 1982 г., №1105273 от 1984 г.). В отличие от известных способов в этих патентах акцент был сделан на вводе в железоуглеродистый расплав твердого окислителя, который играл роль основного компонента. Ингредиенты, используемые в данных способах получения материалов, а именно передельный чугун и железорудные или рудоугольные окатыши, имеют известные происхождение, наследственность и химический состав. Это делало материалы, получаемые этими способами, чистой первородной шихтой с пониженным и стабильным содержанием остаточных элементов.Following this, similar technical solutions appeared in the USSR (ed. Certificate No. 125082 of 1986, No. 985063 of 1982, No. 1105273 of 1984). In contrast to the known methods, the emphasis in these patents was on introducing a solid oxidizer into the iron-carbon melt, which played the role of the main component. The ingredients used in these methods of producing materials, namely pig iron and iron ore or ore pellets, have a known origin, heredity and chemical composition. This made the materials obtained by these methods a clean original charge with a low and stable content of residual elements.
Одновременное присутствие в данном композиционном материале элементов - восстановителей, а именно C, Si, Mn и др., и окислителя - кислорода в виде оксидов железа, находящихся в тесной смеси между собой, открыло возможности параллельного и одновременного протекания реакций окисления - восстановления между этими элементами и кислородом оксидов железа. Совмещение процессов нагрева и расплавления и химических реакций является наиболее примечательной особенностью материалов, получаемых этими способами.The simultaneous presence in this composite material of elements - reducing agents, namely C, Si, Mn, etc., and an oxidizing agent - oxygen in the form of iron oxides, which are in a close mixture with each other, opened up the possibility of parallel and simultaneous oxidation - reduction reactions between these elements and oxygen oxides of iron. The combination of heating and melting processes and chemical reactions is the most remarkable feature of the materials obtained by these methods.
В результате реакций окисления - восстановления исходный высокоуглеродистый расплав, являющийся металлической основой материала, и содержащий повышенную концентрацию углерода, превращался в жидкий расплав со значительно меньшим содержанием углерода, следами кремния, марганца, ванадия, титана, хрома, аналогичный по содержанию расплаву, образующемуся из металлолома.As a result of oxidation-reduction reactions, the initial high-carbon melt, which is the metal base of the material and containing an increased concentration of carbon, turned into a liquid melt with a significantly lower carbon content, traces of silicon, manganese, vanadium, titanium, chromium, similar in content to the melt formed from scrap metal .
Отличие заключалось лишь в том, что получение расплава из композита происходило непосредственно в сталеплавильном агрегате в процессе расплавления композиционного материала и протекания реакций окисления углерода и других примесей и восстановления железа. Образующийся металл поступает в металлическую ванну, разбавляя ее чистым жидким расплавом, снижая концентрацию остаточных элементов. Часть этих работ, в отличие от предшествующих, была доведена до стадии изготовления материала и промышленной апробации его в дуговых электропечах [1]. Результаты этих исследований показали перспективность новых способов получения металлошихты. Однако отсутствие предпосылок для широкого применения синтетических композиционных материалов не позволило предложенным способам получить дальнейшее развитие.The only difference was that the melt was obtained from the composite directly in the steelmaking unit during the melting of the composite material and the oxidation of carbon and other impurities and the reduction of iron. The resulting metal enters the metal bath, diluting it with a clean liquid melt, reducing the concentration of residual elements. Part of these works, unlike the previous ones, was brought to the stage of manufacturing the material and its industrial testing in electric arc furnaces [1]. The results of these studies have shown the promise of new methods for producing metal charge. However, the lack of prerequisites for the widespread use of synthetic composite materials did not allow the proposed methods to be further developed.
В конце прошлого столетия и особенно в начале нынешнего века положение с обеспечением потребностей сталеплавильного производства металлоломом, особенно чистым, резко обострилось. Возник острый недостаток металлошихты, усугубляемый к тому же значительным ухудшением его качества, прежде всего чистоты, а также снижением кажущейся плотности и насыпной массы, затрудняющих загрузку шихты. Вместе взятые, эти факторы, а также возрастание требований к качеству и чистоте стали предопределили возрождение интереса металлургов к проблеме разработки новых альтернативных видов композиционной металлошихты и способов ее получения. Усилиями, главным образом, российских специалистов был выполнен большой комплекс научно-исследовательских и промышленных исследований, касающийся состава композиционных материалов, способов их получения и технологии плавки в электропечах и кислородных конвертерах с их использованием (патенты РФ №№2094478, 2094480, 2083683, 2127651 и др.). Результаты этих работ обобщены в монографии [2].At the end of the last century and especially at the beginning of this century, the situation with the needs of steelmaking production of scrap metal, especially clean, sharply worsened. An acute shortage of the metal charge has arisen, which is further aggravated by a significant deterioration in its quality, primarily purity, as well as a decrease in apparent density and bulk density, which complicate the loading of the charge. Taken together, these factors, as well as the increasing requirements for the quality and purity of steel, predetermined a revival of interest among metallurgists in the problem of developing new alternative types of composite metal charge and methods for its preparation. By the efforts of mainly Russian specialists, a large complex of research and industrial studies was carried out regarding the composition of composite materials, the methods for their preparation, and smelting technology in electric furnaces and oxygen converters using them (RF patents Nos. 2094478, 2094480, 2083683, 2127651 and other). The results of these works are summarized in the monograph [2].
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения синтетического композиционного материала - полуфабриката для сталеплавильного передела из железоуглеродистого расплава и твердого окислителя с использованием разливочной машины чугуна (патент RU №2231558 от 19.02.2002). Данный способ включает ввод расчетного количества твердого окислителя в литейную форму (мульду) разливочной машины чугуна, заливку в нее дозированного количества жидкого железоуглеродистого расплава, охлаждение твердожидкой смеси этих компонентов, затвердевание, формирование и извлечение слитка из литейной формы.The closest in technical essence and the achieved effect is a method for producing a synthetic composite material - a semi-finished product for steelmaking from an iron-carbon melt and a solid oxidizer using a casting machine of cast iron (patent RU No. 2231558 of 02.19.2002). This method includes introducing the calculated amount of solid oxidizing agent into the casting mold (mold) of the casting iron casting machine, pouring a metered amount of liquid iron-carbon melt into it, cooling the solid-liquid mixture of these components, solidifying, forming and removing the ingot from the casting mold.
Доминирующей характеристикой известного способа является отношение суммарного количества окисляемых элементов шихты к количеству кислорода в оксидах железа в пределах 0,3-3,6. Данное соотношение устанавливает расход твердого окислителя, который требуется ввести в железоуглеродистый расплав при получении композиционного материала для последующего окисления элементов, в том числе ведущего из них - углерода.The dominant characteristic of the known method is the ratio of the total number of oxidizable charge elements to the amount of oxygen in iron oxides in the range of 0.3-3.6. This ratio establishes the consumption of solid oxidizing agent, which is required to be introduced into the iron-carbon melt upon receipt of the composite material for the subsequent oxidation of elements, including carbon, the leading of them.
Недостатками известного способа являются:The disadvantages of this method are:
- при выборе соотношения между количеством окисляемых элементов и количеством кислорода и соответственно расхода твердого окислителя не принимаются во внимание потери кислорода, обусловленные термической диссоциацией оксида железа на монооксид железа и газообразный кислород и сопровождающие значительным обеднением композиционного материала по содержанию кислорода. Вследствие этого содержание кислорода в композиционном материале к моменту начала окисления элементов оказывается существенно меньше по сравнению с исходным состоянием, в результате чего возникает дефицит кислорода. Образующаяся при этом нехватка кислорода ограничивает окисление углерода до требуемых значений, поскольку его химическое средство к кислороду, особенно в области низких температур металла, значительно меньше, чем у легкоокисляемых элементов - Si, Mn, Cr, V, Ti, P. Поэтому кислород преимущественно расходуется на их окисление, усиливая тем самым дефицит его. Вследствие этого обезуглероживание в известном способе протекает в режиме кислородного голодания и поэтому не получает требуемого развития. Образующийся при этом из композиционного материала расплав имеет повышенное остаточное количество углерода. Поступая далее в металлическую ванну, он вызывает дополнительное науглероживание металла и необходимость его удаления, осложняя тем самым технологию плавки и ухудшая ее показатели;- when choosing the ratio between the amount of oxidized elements and the amount of oxygen and, accordingly, the consumption of solid oxidizer, oxygen losses due to thermal dissociation of iron oxide into iron monoxide and gaseous oxygen and accompanying significant depletion of the composite material in terms of oxygen content are not taken into account. As a result of this, the oxygen content in the composite material at the moment of the onset of oxidation of the elements is significantly lower compared to the initial state, resulting in oxygen deficiency. The resulting lack of oxygen limits the oxidation of carbon to the required values, since its chemical agent for oxygen, especially at low metal temperatures, is much less than that of easily oxidized elements - Si, Mn, Cr, V, Ti, P. Therefore, oxygen is mainly consumed on their oxidation, thereby increasing its deficiency. As a result, decarburization in the known method proceeds in an oxygen starvation mode and therefore does not receive the required development. The melt formed from the composite material has an increased residual amount of carbon. Coming further into a metal bath, it causes additional carburization of the metal and the need for its removal, thereby complicating the technology of melting and worsening its performance;
- рекомендуемое отношение количеств окисляемых элементов и кислорода не содержит коэффициентов, учитывающих стехиометрию реакций окисления Si, Mn, Cr, V, Ti, P, C и различий между стехиометрическими соотношениями кислород-элемент, достигающих существенных значений. Если для реакции окисления марганца отношение кислород-марганец минимально и равно 0,29, то для реакции кислород-углерод оно достигает 1,33. Различия между этими параметрами и неучет их вносит существенные искажения в определение количества кислорода и соответственно расхода твердого окислителя, который необходимо ввести в железоуглеродистый расплав в процессе получения композиционного материала. Игнорирование этих параметров снижает величину расхода окислителя, дополнительно увеличивая дефицит кислорода в получаемом материале и снижая степень окисления углерода;- the recommended ratio of the amounts of oxidized elements and oxygen does not contain coefficients that take into account the stoichiometry of the oxidation reactions of Si, Mn, Cr, V, Ti, P, C and the differences between the stoichiometric oxygen-element ratios, reaching significant values. If the oxygen-manganese ratio for the manganese oxidation reaction is minimal and equal to 0.29, then for the oxygen-carbon reaction it reaches 1.33. The differences between these parameters and their neglect introduce significant distortions in the determination of the amount of oxygen and, accordingly, the consumption of solid oxidizer, which must be introduced into the iron-carbon melt in the process of obtaining a composite material. Ignoring these parameters reduces the amount of oxidizer consumption, further increasing the oxygen deficiency in the resulting material and reducing the degree of carbon oxidation;
- отсутствие приемов, регламентирующих соотношение между степенью окисления углерода и расходом твердого окислителя и соответственно кислорода при получении композиционного материала. Одним из следствий этого является высокое содержание углерода в металле, формирующемся из данного материала.- lack of techniques governing the relationship between the degree of oxidation of carbon and the consumption of solid oxidizing agent and, accordingly, oxygen in the production of composite material. One of the consequences of this is the high carbon content in the metal formed from this material.
Дополнительным негативным фактором, обусловленным недостаточной степенью окисления углерода в композиционном материале из-за нехватки кислорода, является ограничения на долю этого материала в металлозавалке электропечей и применение его в кислородных конвертерах взамен лома. Повышенное содержание углерода в сталеплавильной ванне по расплавлению исходной металлозавалки, содержащей композиционный материал, увеличивает время рафинирования ванны от избыточного углерода и удлиняет длительность всей плавки в целом, а также вызывает возрастание расхода кислорода и энергозатрат.An additional negative factor due to the insufficient degree of carbon oxidation in the composite material due to lack of oxygen is the restriction on the share of this material in the metal furnace of electric furnaces and its use in oxygen converters instead of scrap. The increased carbon content in the steelmaking bath by melting the initial metal filling containing composite material increases the time for refining the bath from excess carbon and lengthens the duration of the whole heat, as well as increases the oxygen consumption and energy consumption.
Вместе взятые, эти недостатки ухудшают эффективность известного способа и снижают технико-экономические показатели выплавки стали с использованием композиционных материалов, получаемых по данному способу.Taken together, these shortcomings worsen the effectiveness of the known method and reduce the technical and economic indicators of steel smelting using composite materials obtained by this method.
Технической задачей изобретения является получение синтетического композиционного материала - полуфабриката для сталеплавильного передела со строго регламентированным содержанием твердого окислителя, учитывающим потери кислорода, обусловленные термической диссоциацией оксида железа, а также расход кислорода на окисление углерода до заданной степени. Это обеспечивает соответствие фактического количества кислорода в композиционном материале, получаемом предлагаемым способом, потребностям в кислороде на окисление заданного количества углерода, принимая при этом во внимание окисление и других элементов, содержащихся в металлической основе композиционного материала, окисление которых опережает обезуглероживание в силу их большого сродства к кислороду по сравнению с углеродом.An object of the invention is to obtain a synthetic composite material - a semi-finished product for steelmaking with a strictly regulated solid oxidizer content, taking into account oxygen losses due to thermal dissociation of iron oxide, as well as oxygen consumption for carbon oxidation to a given degree. This ensures that the actual amount of oxygen in the composite material obtained by the proposed method meets the oxygen requirements for oxidation of a given amount of carbon, taking into account the oxidation of other elements contained in the metal base of the composite material, the oxidation of which is ahead of decarburization due to their high affinity for oxygen compared to carbon.
Технический результат, достигаемый в результате использования предлагаемого способа получения синтетического композиционного материала, - получение заданного и стабильного от плавки к плавке конечного содержания углерода в жидком металле, образующемся из композиционного материала, благодаря устранению дисбаланса между расходом кислорода на окисление углерода и первоначальным содержанием кислорода в твердом окислителе.The technical result achieved by using the proposed method for producing a synthetic composite material is to obtain a predetermined and stable from melting to melting final carbon content in the liquid metal formed from the composite material by eliminating the imbalance between the oxygen consumption for carbon oxidation and the initial oxygen content in solid oxidizing agent.
Одновременно это позволяет использовать полученный материал в кислородных конвертерах вместо части или всего стального лома без каких-либо ограничений технологического характера, обусловленных повышенным содержанием углерода в расплаве, образующемся из композиционного материала, и колебаниями его концентрации в металле от плавки к плавке.At the same time, this allows the use of the obtained material in oxygen converters instead of part or all of steel scrap without any technological limitations due to the increased carbon content in the melt formed from the composite material and fluctuations in its concentration in the metal from smelting to smelting.
Другим техническим результатом является снятие ограничений в отношении количества композиционного материала, которое можно использовать в шихте без ухудшения технико-экономических показателей плавки, и повышение на этой основе доли данного материала в исходной металлозавалке. Это открывает возможности для увеличения доли композиционных материалов в шихте электропечей вплоть до 100% в зависимости от требований к содержанию остаточных элементов в готовой стали.Another technical result is the removal of restrictions on the amount of composite material that can be used in the mixture without compromising the technical and economic indicators of smelting, and increasing on this basis the share of this material in the initial metal plant. This opens up opportunities for increasing the share of composite materials in the charge of electric furnaces up to 100%, depending on the requirements for the content of residual elements in the finished steel.
Технический результат достигается тем, что в способе получения синтетического композиционного материала - полуфабриката для сталеплавильного передела из железоуглеродистого расплава и твердого окислителя на разливочной машине чугуна, включающем ввод расчетного количества твердого окислителя в литейную форму (мульду), заливку в нее дозированного количества железоуглеродистого расплава, охлаждение твердожидкой смеси исходных компонентов, затвердевание ее, формирование и извлечение слитка из литейной формы, расход твердого окислителя по изобретению устанавливают в зависимости от потерь кислорода в результате термической диссоциации оксида железа, содержащегося в твердом окислителе, из расчета окисления 0,1-0,9 углерода железоуглеродистого расплава, исходя из соотношенияThe technical result is achieved by the fact that in the method for producing a synthetic composite material - a semi-finished product for steelmaking from an iron-carbon melt and a solid oxidizer on a cast iron casting machine, which includes introducing a calculated amount of a solid oxidizer into a mold (mold), pouring a metered amount of an iron-carbon melt into it, cooling solid-liquid mixture of the starting components, its solidification, the formation and extraction of the ingot from the mold, oxidize solid consumption I of the invention are set depending on the oxygen losses due to thermal dissociation of the iron oxide contained in a solid oxidant, the rate of 0.1-0.9 carbon melt oxidation of the iron from the ratio
где gmo - расход твердого окислителя на 1 т железоуглеродистого расплава, кг/т;where g mo is the consumption of solid oxidizing agent per 1 ton of iron-carbon melt, kg / t;
Δ(Si, Mn, Cr, V, Ti, P) - количество элементов в железоуглеродистом расплаве, окисляемых твердым окислителем, мас.%;Δ (Si, Mn, Cr, V, Ti, P) is the number of elements in the iron-carbon melt oxidized by a solid oxidizer, wt.%;
цифры 1,14; 0,29; 0,46; 0,78; 0,67; 1,29; 1,33 - стехиометрические соотношения элемент-кислород для реакций окисления соответствующих элементов железоуглеродистого расплава твердым окислителем, кг/кг;numbers 1.14; 0.29; 0.46; 0.78; 0.67; 1.29; 1.33 - stoichiometric element-oxygen ratios for the oxidation reactions of the corresponding elements of the iron-carbon melt with a solid oxidizer, kg / kg;
0,3 и 0,22 - массовая доля кислорода в оксиде и монооксиде железа твердого окислителя;0.3 and 0.22 - mass fraction of oxygen in the iron oxide and monoxide solid oxidizer;
λ - потеря кислорода в газовую фазу от первоначального его содержания при термической диссоциации оксида железа;λ is the loss of oxygen in the gas phase from its initial content during thermal dissociation of iron oxide;
1000 - масса исходного железоуглеродистого расплава, кг.1000 - the mass of the original iron-carbon melt, kg
Способ получения синтетического композиционного материала - полуфабриката для сталеплавильного передела аналогичен прототипу и заключается в заливке дозированного количества жидкого железоуглеродистого сплава в литейную форму, заполненную расчетным количеством твердого окислителя. После окончания охлаждения смеси, затвердевания и формирования из исходной смеси расплава и твердого окислителя слитков, последние извлекают из формы и направляют для использования в сталеплавильных агрегатах. В качестве твердого окислителя используют железорудные окатыши, железную руду, рудный концентрат, агломерат, окалину, частично восстановленное железо, дисперсные отходы и др. материалы, содержащие оксиды железа. В качестве сплава применяют железоуглеродистые расплавы различного типа, начиная от чугуна, в том числе предварительно обработанного, и заканчивая углеродистым полупродуктом, образующимся при рафинировании чугуна от кремния, марганца, ванадия, хрома, титана, фосфора, серы. Химический состав этих компонентов известен либо легко определим, что позволяет обеспечить надлежащее количество их в получаемом композиционном материале. Полученные слитки имеют одинаковую форму, размеры, поверхность, развес, состав и свойства.A method of obtaining a synthetic composite material - a semi-finished product for steelmaking is similar to the prototype and consists in pouring a metered amount of liquid iron-carbon alloy into a mold filled with a calculated amount of solid oxidizing agent. After the cooling of the mixture, solidification and formation of the melt and solid oxidizer of the ingots from the initial mixture, the latter are removed from the mold and sent for use in steelmaking units. As a solid oxidizing agent, iron ore pellets, iron ore, ore concentrate, sinter, scale, partially reduced iron, dispersed waste and other materials containing iron oxides are used. As an alloy, iron-carbon melts of various types are used, ranging from cast iron, including pre-treated, and ending with the carbon intermediate formed during the refining of cast iron from silicon, manganese, vanadium, chromium, titanium, phosphorus, sulfur. The chemical composition of these components is known or can be easily determined, which ensures the proper amount of them in the resulting composite material. The resulting ingots have the same shape, size, surface, weight, composition and properties.
Отличительная особенность предложенного способа заключается в том, что расход твердого окислителя при получении композиционного материала устанавливают в зависимости от величины потерь кислорода при термической диссоциации оксида железа, выражаемых через величину λ, из расчета окисления 0,1-0,9 исходного содержания углерода. При этом принимается во внимание, что окислению углерода предшествует неизбежное окисление легкоокисляемых элементов железоуглеродистого расплава, обладающих более высоким сродством к кислороду по сравнению с углеродом, на окисление которых расходуется часть твердого окислителя. Количество легкоокисляемых элементов учитывается в формуле через значения ΔSi, ΔMn, ΔCr, ΔV, ΔTi, ΔP, а расход кислорода на эти цели - путем умножения этих значений на соответствующие стехиометрические отношения кислород-элемент.A distinctive feature of the proposed method is that the consumption of a solid oxidizing agent when producing a composite material is set depending on the amount of oxygen loss during thermal dissociation of iron oxide, expressed in terms of λ, based on the oxidation of 0.1-0.9 of the initial carbon content. It is taken into account that the oxidation of carbon is preceded by the inevitable oxidation of the easily oxidized elements of the iron-carbon melt, which have a higher affinity for oxygen than carbon, for the oxidation of which part of the solid oxidizer is consumed. The number of easily oxidizable elements is taken into account in the formula through the values of ΔSi, ΔMn, ΔCr, ΔV, ΔTi, ΔP, and the oxygen consumption for these purposes by multiplying these values by the corresponding stoichiometric oxygen-element ratios.
Ввод в соотношение для определения расхода твердого окислителя показателя потерь кислорода обусловлен следующим. При заливке железоуглеродистого расплава на твердый окислитель в процессе получения композиционного материала и после загрузки изготовленного материала в сталеплавильный агрегат происходит нагрев оксида железа. Оксид железа является основным компонентом твердого окислителя и соответственно готового композита и выполняет в нем роль главного источника кислорода для окисления элементов металлической основы, включая углерод. Оксид железа относится к неустойчивым соединениям и при нагреве до температур сталеплавильных процессов, равных 1500-1700°С, распадается на монооксид железа FeO и газообразный кислород [3-5]. Последний уходит из композиционного материала в атмосферу печи и не принимает участия в окислительных реакциях, происходящих во время расплавления композиционного материала, снижая тем самым количество кислорода, участвующего в реакциях окисления.Entering into the ratio to determine the consumption of solid oxidizer oxygen loss indicator is due to the following. When pouring an iron-carbon melt onto a solid oxidizer in the process of obtaining a composite material and after loading the manufactured material into a steel-smelting unit, iron oxide is heated. Iron oxide is the main component of the solid oxidizing agent and, accordingly, the finished composite and acts as the main source of oxygen for the oxidation of elements of the metal base, including carbon. Iron oxide belongs to unstable compounds and when heated to temperatures of steelmaking processes equal to 1500-1700 ° C, it decomposes into iron monoxide FeO and gaseous oxygen [3-5]. The latter leaves the composite material in the atmosphere of the furnace and does not take part in the oxidative reactions that occur during the melting of the composite material, thereby reducing the amount of oxygen involved in the oxidation reactions.
Термическая диссоциация оксида железа и разложение его начинается с температуры 1383°С, когда упругость диссоциации Fe2O3 достигает значений, превышающих парциальное давление кислорода в атмосфере печи, обычно равное 0,21 МПа. С этого момента создаются условия для разложения оксида железа, содержащегося в композиционном материале, сопровождающиеся выделением газообразного кислорода.Thermal dissociation of iron oxide and its decomposition begins at a temperature of 1383 ° C, when the elastic dissociation of Fe 2 O 3 reaches values exceeding the partial pressure of oxygen in the furnace atmosphere, usually equal to 0.21 MPa. From this moment, conditions are created for the decomposition of iron oxide contained in the composite material, accompanied by the release of gaseous oxygen.
По мере повышения температуры это разложение усиливается, а упругость диссоциации Fe2O3 возрастает, достигая при температуре расплавления ванны (1550-1570°С) величины порядка 9,5-15 МПа. Результатом этого является потери части кислорода, содержащегося в композиционном материале, уменьшение концентрации его по сравнению с первоначальным содержанием и снижение запасов кислорода, предназначенных для окисления примесей металлической основы этого материала.As the temperature rises, this decomposition increases, and the elastic dissociation of Fe 2 O 3 increases, reaching a temperature of about 9.5-15 MPa at the bath melting temperature (1550-1570 ° C). The result of this is the loss of part of the oxygen contained in the composite material, a decrease in its concentration compared with the initial content and a decrease in oxygen reserves intended for the oxidation of impurities of the metal base of this material.
Эти потери являются весьма значительными. Как свидетельствуют производственные данные, в мартеновской печи потери кислорода в результате прокаливания и плавления твердого окислителя (железной руды) составляют 23,1-28,1% его первоначального содержания [3, 5]. В области более высоких температур этот показатель может достигать теоретически 33,3%. Последнему случаю отвечают максимальная величина потерь кислорода, равная 10 абс.% от массы оксидов железа в твердом окислителе.These losses are very significant. According to production data, in an open-hearth furnace, oxygen losses as a result of calcination and melting of a solid oxidizing agent (iron ore) make up 23.1-28.1% of its initial content [3, 5]. In the region of higher temperatures, this indicator can theoretically reach 33.3%. The latter case corresponds to the maximum value of oxygen losses equal to 10 abs.% Of the mass of iron oxides in the solid oxidizer.
Процессы термической диссоциации и обусловленные ими значительные потери части кислорода всегда сопровождают нагрев композиционного материала как на стадии изготовления, так и на стадии использования его и поэтому носят неизбежный характер. Вследствие этого количество, содержащееся в композиционном материале, снижается по сравнению с исходным. Прежде всего и главным образом это проявляется на углероде. Легкоокисляемые элементы металлической основы - Si, Mn, Cr, V, Ti, P обладают более высоким химическим сродством к кислороду по сравнению с углеродом, особенно в области пониженных температур, свойственных периоду плавления. Поэтому в условиях дефицита кислорода основное количество его расходуется преимущественно на окисление указанных примесей, которые окисляются в приоритетном порядке, опережая углерод. На окисление углерода идет только часть кислорода, которая осталась неизрасходованной после окисления более сильных элементов, причем его окисление начинается значительно позже других примесей, когда температура металла поднимается выше 1400°С. Поэтому в композиционном материале, полученном известным способом, не учитывающим потерь кислорода, основная реакция сталеварения - окисление углерода протекает в условиях дефицита кислорода или кислородного голода, получая его по остаточному принципу. Результатом этого является недостаточная степень окисления углерода и повышенная концентрация углерода в расплаве.The processes of thermal dissociation and the significant losses of oxygen caused by them always accompany the heating of the composite material both at the manufacturing stage and at the stage of its use and therefore are inevitable. As a result, the amount contained in the composite material is reduced compared to the original. First and foremost, it manifests itself on carbon. The easily oxidized elements of the metal base — Si, Mn, Cr, V, Ti, P, have a higher chemical affinity for oxygen compared to carbon, especially in the region of low temperatures characteristic of the melting period. Therefore, in conditions of oxygen deficiency, the bulk of it is spent mainly on the oxidation of these impurities, which are oxidized in priority order, ahead of carbon. Only part of the oxygen goes to the oxidation of carbon, which remained unused after the oxidation of stronger elements, and its oxidation begins much later than other impurities when the metal temperature rises above 1400 ° C. Therefore, in the composite material obtained in a known manner that does not take into account oxygen losses, the main reaction of steelmaking is the oxidation of carbon occurs in conditions of oxygen deficiency or oxygen starvation, receiving it according to the residual principle. The result is an insufficient degree of carbon oxidation and an increased concentration of carbon in the melt.
Предлагаемый способ при установлении расхода твердого окислителя в отличие от известного учитывает потери кислорода от первоначального его содержания, принимаемого за единицу, через параметр λ. Эта величина показывает долю кислорода, переходящего в газовую фазу и теряемого с отходящими газами. Выражение (1-λ) соответственно характеризует долю кислорода, оставшегося в оксиде железа композиционного материала после его термической диссоциации, который фактически участвует в реакциях окисления, в том числе углерода.The proposed method, when establishing the flow rate of a solid oxidizing agent, in contrast to the known one, takes into account oxygen losses from its initial content, taken as a unit, through the parameter λ. This value shows the fraction of oxygen passing into the gas phase and lost with the exhaust gases. The expression (1-λ), respectively, characterizes the fraction of oxygen remaining in the iron oxide of the composite material after its thermal dissociation, which actually participates in oxidation reactions, including carbon.
Обработка результатов промышленных плавок и специальные исследования позволили определить экспериментально потери кислорода, возникающие в процессе получения и применения композиционного материала. Средняя величина показателя потерь кислорода согласно этим данным составила 0,24 или 24% от исходного содержания кислорода в оксиде железа. Этому отвечает фактическое содержание кислорода, равное 0,76 от его первоначального количества. С учетом этого расход твердого окислителя при получении композиционного материала по предложенному способу возрастает в 1,31 раза или на 31,5% по сравнению с известным способом, обеспечивая тем самым полное удовлетворение потребностей в кислороде для окисления всех элементов, включая заданную степень окисления углерода.Processing the results of industrial swimming trunks and special studies have made it possible to determine experimentally the oxygen losses that occur during the production and use of composite material. The average oxygen loss indicator according to these data was 0.24 or 24% of the initial oxygen content in iron oxide. This corresponds to the actual oxygen content equal to 0.76 of its initial amount. With this in mind, the consumption of solid oxidizing agent when producing a composite material according to the proposed method increases by 1.31 times or by 31.5% compared with the known method, thereby ensuring complete satisfaction of oxygen requirements for the oxidation of all elements, including a given degree of carbon oxidation.
Из изложенного следует, что термическая диссоциация оксида железа, неизбежно сопровождающаяся потерями кислорода и снижением его концентрации по сравнению с исходным его содержанием, должна в обязательном порядке учитываться при установлении расхода твердого окислителя, что и достигается в предложенном способе через показатель λ, равный в данном случае 0,24 или 24%.It follows from the foregoing that the thermal dissociation of iron oxide, which is inevitably accompanied by oxygen losses and a decrease in its concentration compared to its initial content, must be taken into account when establishing the flow rate of a solid oxidizer, which is achieved in the proposed method through the exponent λ, which is equal in this case 0.24 or 24%.
Благодаря этому создаются необходимые и достаточные условия для окисления углерода до заданной концентрации и полного окисления Si, Mn, Cr, Ti, V, P. Это позволяет в предложенном способе получать в расплаве, образующемся из композиционного материала, требуемое содержание углерода и пониженное остаточное содержание всех элементов, в том числе Cr, Ti, V, являющихся для ряда сталей нежелательными примесями.This creates the necessary and sufficient conditions for the oxidation of carbon to a given concentration and the complete oxidation of Si, Mn, Cr, Ti, V, P. This allows us to obtain the required carbon content and reduced residual content of all in the melt formed from the composite material elements, including Cr, Ti, V, which are undesirable impurities for a number of steels.
Другим важным фактором, определяющим по изобретению расход твердого окислителя, служит степень окисления углерода, задаваемая в диапазоне 0,1-0,9. При этом принимается во внимание, что элементы железоуглеродистого расплава - Si, Mn, Cr, Ti, V, P обладают большим химическим сродством к кислороду, чем углерод, и поэтому окисляются раньше углерода и более сильно - до следов. Их окисление происходит при существенно более низкой температуре порядка 1200-1400°С, соответствующей началу периода плавления, и начинается сразу же после перехода металлической основы композиционного материала из твердого в жидкое состояние. Последнее соответствует температуре плавления железоуглеродистой матрицы, которая в данном случае значительно ниже, чем для стального металлолома или железа, и составляет, например, для передельного чугуна примерно 1140°С. В отличие от этого углерод из-за меньшего сродства к кислороду и особенностей этой реакции начинает окисляться при температуре выше 1400°С. По этой причине окисление Si, Mn, Cr, Ti, V, P в плавящемся композиционном материале значительно опережает окисление углерода. Это неизбежно сопровождается расходованием части твердого окислителя и соответственно кислорода, присутствующего в оксиде железа твердого окислителя, на их окисление. Это дополнительно уменьшает содержание кислорода в композиционном материале по сравнению с исходным.Another important factor determining according to the invention the consumption of solid oxidizing agent is the degree of carbon oxidation, which is set in the range of 0.1-0.9. In this case, it is taken into account that the elements of the iron-carbon melt — Si, Mn, Cr, Ti, V, P, have a greater chemical affinity for oxygen than carbon, and therefore are oxidized before carbon and more strongly to trace. Their oxidation occurs at a significantly lower temperature of the order of 1200-1400 ° C, corresponding to the beginning of the melting period, and begins immediately after the transition of the metal base of the composite material from solid to liquid. The latter corresponds to the melting temperature of the iron-carbon matrix, which in this case is much lower than for steel scrap metal or iron, and is, for example, for pig iron about 1140 ° C. In contrast, carbon, due to its lower affinity for oxygen and the characteristics of this reaction, begins to oxidize at temperatures above 1400 ° C. For this reason, the oxidation of Si, Mn, Cr, Ti, V, P in the melting composite material is significantly ahead of the oxidation of carbon. This is inevitably accompanied by the expenditure of part of the solid oxidizing agent and, accordingly, the oxygen present in the iron oxide of the solid oxidizing agent, for their oxidation. This further reduces the oxygen content in the composite material compared to the original.
Затраты кислорода на окисление данных элементов снижают запасы кислорода в композиционном материале и создают нехватку его для окисления углерода, уменьшая тем самым степень обезуглероживания расплава, образующегося из композиционного материала. Для предотвращения этого соотношение для определения расхода твердого окислителя содержит в числителе выражение (1,14ΔSi+0,29ΔMn+0,46ΔCr+0,78ΔV+0,67ΔTi+1,29ΔP), характеризующее суммарную потребность в кислороде в зависимости от количества окисляемых элементов. В отличие от известного способа оно включает в себя стехиометрические соотношения кислород - окисляемый элемент в виде цифр перед соответствующими примесями. Это более точно отражает потребность в кислороде по сравнению с прототипом.The cost of oxygen for the oxidation of these elements reduces the oxygen supply in the composite material and creates a lack of oxygen for the oxidation of carbon, thereby reducing the degree of decarburization of the melt formed from the composite material. To prevent this, the ratio for determining the solid oxidizer consumption contains in the numerator the expression (1.14ΔSi + 0.29ΔMn + 0.46ΔCr + 0.78ΔV + 0.67ΔTi + 1.29ΔP), which characterizes the total oxygen demand depending on the amount of oxidized elements . In contrast to the known method, it includes stoichiometric oxygen-oxidizable ratios in the form of numbers in front of the corresponding impurities. This more accurately reflects the need for oxygen compared to the prototype.
Анализируемые факторы, а именно величина потерь кислорода λ и задаваемая степень окисления углерода, равная 0,1-0,9, входят в соотношение в формуле изобретения, устанавливающее расход твердого окислителя, который требуется ввести в железоуглеродистый расплав при получении синтетического композиционного материала. Данное соотношение в числителе содержит суммарное количество кислорода, которое нужно затратить на окисление 0,1-0,9 первоначального содержания углерода и неизбежно связанное с этим окисление до следов всех элементов, имеющих химическое сродство к кислороду, большее, чем у углерода, а именно Si, Mn, Cr, Ti, V, P. Расход кислорода на окисление любого элемента численно определяется произведением количества окисленного элемента на стехиометрические соотношения кислород-элемент, изменяющиеся для данных элементов в широком диапазоне - от 0,29 до 1,33. Суммирование произведений для всех окисляемых элементов, начиная с марганца и заканчивая углеродом, выражает общую потребность в кислороде на окисление примесей, содержащихся в металлической основе данного композита, включая углерод.The analyzed factors, namely, the amount of oxygen loss λ and the specified degree of carbon oxidation equal to 0.1-0.9, are included in the ratio in the claims, which establishes the flow rate of the solid oxidizer, which is required to be introduced into the iron-carbon melt upon receipt of the synthetic composite material. This ratio in the numerator contains the total amount of oxygen that needs to be spent on the oxidation of 0.1-0.9 of the initial carbon content and the oxidation inevitably associated with it, to the traces of all elements having a chemical affinity for oxygen, greater than that of carbon, namely Si , Mn, Cr, Ti, V, P. The oxygen consumption for the oxidation of any element is numerically determined by the product of the amount of the oxidized element by the stoichiometric oxygen-element ratios that vary for these elements in a wide range from 0.29 to 1.33. The summation of the products for all oxidizable elements, starting with manganese and ending with carbon, expresses the total oxygen demand for the oxidation of impurities contained in the metal base of this composite, including carbon.
Знаменатель соотношения представляет собой фактическое содержание кислорода, вносимого оксидом и монооксидом железа твердого окислителя, которое осталось после потерь части кислорода в результате разложения оксида железа. Эти потери учитываются параметром (1-λ), в котором коэффициент λ, равный 0,24, характеризует относительную величину потерь кислорода от исходного содержания его в оксиде железа. Соответственно этому доля кислорода, оставшегося в оксиде железа после его диссоциации, получается равной 0,76. Произведение исходной концентрации кислорода в оксиде железа - 0,3 на содержание оксида железа в твердом окислителе 
По своему физическому смыслу соотношение в формуле изобретения для установления расхода твердого окислителя выражает баланс между количеством кислорода, необходимым для окисления заданной части углерода и полного окисления легкоокисляемых элементов, содержащихся в металлической основе композиционного материала, и содержанием кислорода, вносимого оксидом и монооксидом твердого окислителя при получении композиционного материала, причем с учетом потерь кислорода при разложении оксида железа.In its physical sense, the ratio in the claims to establish the consumption of a solid oxidizer expresses a balance between the amount of oxygen needed to oxidize a given part of carbon and the complete oxidation of the easily oxidizable elements contained in the metal base of the composite material and the oxygen content introduced by the oxide and monoxide of the solid oxidizer upon receipt composite material, and taking into account the loss of oxygen during the decomposition of iron oxide.
Отношение общей потребности в кислороде к его фактическому содержанию в оксидах железа определяет удельный расход твердого окислителя, который необходимо ввести в железоуглеродистый расплав в процессе производства данного материала. Приведенное в формуле изобретения соотношение для установления расхода твердого окислителя при изготовлении композиционного материала включает в себя все факторы, определяющие баланс поступления и расхода кислорода, и выражает собой необходимые и достаточные условия для получения данного материала с повышенными металлургическими свойствами.The ratio of the total oxygen demand to its actual content in iron oxides determines the specific consumption of solid oxidizer, which must be introduced into the iron-carbon melt during the production of this material. The ratio given in the claims to establish the flow rate of a solid oxidizer in the manufacture of a composite material includes all factors determining the balance of oxygen supply and consumption, and expresses the necessary and sufficient conditions for obtaining this material with enhanced metallurgical properties.
Полное соблюдение технологических параметров предложенного способа обеспечивает получение заданного и стабильного содержания углерода в расплаве, который формируется из композиционного материала в результате расплавления, а также гарантирует более сильное окисление - до следов Si, Mn, Cr, Ti, V, P.Full compliance with the technological parameters of the proposed method provides a given and stable carbon content in the melt, which is formed from the composite material as a result of melting, and also guarantees stronger oxidation to the traces of Si, Mn, Cr, Ti, V, P.
Наличие в формуле изобретения соотношения для определения расхода твердого окислителя и знание всех параметров, входящих в него, обеспечивает выбор необходимого расхода этих компонентов и получение композиционного материала с регламентированным содержанием кислорода, соответствующим потребностям в нем на окисление заданного количества элементов металлической основы, в том числе углерода.The presence in the formula of the invention of a ratio for determining the consumption of solid oxidizing agent and knowledge of all the parameters included in it provides the choice of the required flow rate of these components and the production of a composite material with a regulated oxygen content corresponding to its needs for oxidation of a given number of metal base elements, including carbon .
Рекомендуемые параметры получения материала по предложенному способу базируются на следующем. Рабочие температуры сталеплавильных процессов достигают 1500-1700°С, вызывая тем самым нагрев всех компонентов шихты и диссоциацию оксида железа. В результате термической диссоциации на монооксид газообразный кислород исходный состав твердого окислителя претерпевает изменения. Эти изменения оказывают определенное влияние на температуру плавления твердого окислителя и непосредственно композиционного материала. В свою очередь, температура нагрева оказывает обратное влияние, поскольку определяет при прочих равных условиях степень диссоциации Fe2O3 и потери кислорода, выражаемые через параметр λ.Recommended parameters for obtaining material by the proposed method are based on the following. Operating temperatures of steelmaking processes reach 1500-1700 ° C, thereby causing heating of all components of the charge and dissociation of iron oxide. As a result of thermal dissociation into gaseous oxygen, the initial composition of the solid oxidizer undergoes changes. These changes have a definite effect on the melting temperature of the solid oxidizer and the composite material itself. In turn, the heating temperature has an inverse effect, since it determines, ceteris paribus, the degree of dissociation of Fe 2 O 3 and oxygen loss, expressed through parameter λ.
Температура плавления композиционного материала определяется температурой плавления наиболее тугоплавкого компонента, в данном случае твердого окислителя. В исходном состоянии окислитель состоит в основном из оксида железа, имеющего температуру плавления 1565°С, а также монооксида железа и пустой породы, снижающие температуру плавления твердого окислителя. В результате термической диссоциации оксид железа переходит в монооксид, увеличивая содержание последнего и соответственно снижая концентрацию оксида железа. Температура плавления монооксида железа существенно ниже, чем оксида железа и равна 1368°С. Средняя температура плавления этих компонентов составляет 1466°С. Фактически она будет ниже из-за влияния пустой породы. Данное значение по величине близко к температуре начала интенсивного разложения оксида железа, равной 1383°С. Температура металлической ванны по ходу плавления существенно выше этого значения и обычно находится в пределах 1520-1570°С. Это обеспечивает полное расплавление наиболее тугоплавкого компонента - твердого окислителя и всего композиционного материала в целом, а также интенсивное развитие диссоциации оксида железа, сопровождающееся выделением газообразного кислорода и его потерями.The melting temperature of the composite material is determined by the melting temperature of the most refractory component, in this case, a solid oxidizing agent. In the initial state, the oxidizing agent consists mainly of iron oxide having a melting point of 1565 ° C, as well as iron monoxide and waste rock, which reduce the melting point of the solid oxidizer. As a result of thermal dissociation, iron oxide passes into monoxide, increasing the content of the latter and, accordingly, reducing the concentration of iron oxide. The melting point of iron monoxide is significantly lower than iron oxide and equal to 1368 ° C. The average melting point of these components is 1466 ° C. In fact, it will be lower due to the influence of waste rock. This value is close to the temperature at the beginning of the intensive decomposition of iron oxide, equal to 1383 ° С. The temperature of the metal bath during melting is significantly higher than this value and is usually in the range 1520-1570 ° C. This ensures complete melting of the most refractory component — the solid oxidizing agent and the entire composite material as a whole, as well as the intensive development of dissociation of iron oxide, accompanied by the release of gaseous oxygen and its losses.
Потери кислорода в газовую фазу по своей величине оцениваются, как показано выше, значением 0,24. По своей величине они близки к данным, полученным в результате исследования поведения железной руды при прогреве ее в мартеновских печах [3-5]. Согласно этим данным потери кислорода составляют 23,1 и 28%. Экспериментальные исследования равновесия оксидов железа с металлическим железом также подтверждают эти значения. При 1380°С равновесный расплав оксидов железа характеризуется содержанием FeO=90,5% и Fe2O2=9,5% [4], чему отвечают относительные потери кислорода, равные 26,6%.Losses of oxygen into the gas phase are estimated, as shown above, by a value of 0.24. In magnitude, they are close to the data obtained as a result of studying the behavior of iron ore during its heating in open-hearth furnaces [3-5]. According to these data, oxygen loss is 23.1 and 28%. Experimental studies of the equilibrium of iron oxides with metallic iron also confirm these values. At 1380 ° С, the equilibrium melt of iron oxides is characterized by the content of FeO = 90.5% and Fe 2 O 2 = 9.5% [4], to which the relative oxygen losses equal to 26.6% correspond.
Приведенные цифры, характеризующие относительные потери кислорода при переходе оксида железа в его монооксид и газообразный кислород при нагреве твердого окислителя, изменяющиеся в диапазоне 23,1-28%, соответствуют величине потерь кислорода в композиционном материале, равной 24%. Это подтверждает достоверность и надежность показателя потерь λ в соотношении для установления расхода твердого окислителя в предложенном способе.The given figures characterizing the relative oxygen losses during the transition of iron oxide to its monoxide and gaseous oxygen during heating of the solid oxidizer, varying in the range of 23.1-28%, correspond to the oxygen loss in the composite material equal to 24%. This confirms the reliability and reliability of the rate of loss λ in the ratio to establish the consumption of solid oxidizer in the proposed method.
Расход твердого окислителя устанавливают из расчета степени окисления углерода 0,1-0,90 от его начального содержания. В предложенной зависимости это учитывается выражением 1,33(0,1-0,9)С, показывающим количество кислорода, которое нужно иметь в композиционном материале, чтобы обеспечить требуемую степень окисления углерода и соответственно нужную концентрацию его. Если степень окисления углерода оказывается ниже 10%, то концентрация углерода в расплаве, возникающем при расплавлении композиционного материала, получается высокой - не менее 3,8-4,1%. Такой расплав, переходя в металлическую ванну, привносит с собой углерод, вызывает значительное науглероживание и увеличение концентрации углерода в металле. Это удлиняет длительность обезуглероживания плавки в целом, а также ограничивает долю композиционного материала в металлозавалке и сужает марочный сортамент выплавляемых сталей. Поэтому нижний предел степени окисления углерода имеет величину 10%.The consumption of solid oxidizer is determined from the calculation of the degree of carbon oxidation of 0.1-0.90 of its initial content. In the proposed dependence, this is taken into account by the expression 1.33 (0.1-0.9) C, which shows the amount of oxygen that must be present in the composite material to provide the desired degree of carbon oxidation and, accordingly, its desired concentration. If the degree of carbon oxidation is below 10%, then the carbon concentration in the melt that occurs during the melting of the composite material is high - not less than 3.8-4.1%. Such a melt, passing into a metal bath, brings carbon with it, causes significant carburization and an increase in the concentration of carbon in the metal. This lengthens the duration of decarburization of the smelting as a whole, and also limits the proportion of composite material in the metal mill and narrows the grade range of smelted steels. Therefore, the lower limit of the carbon oxidation state is 10%.
При степени окисления углерода выше 90% концентрация углерода в расплаве, получаемом из композита, как показала практика, оказывается меньше 0,30%, что ниже требуемого содержания углерода в металлической ванне по расплавлении. По указанным причинам чрезмерно высокая степень обезуглероживания для композиционного материала выше 90% является нежелательной, так как влечет за собой необходимость дополнительного науглероживания ванны и усложняет технологию плавки.When the degree of carbon oxidation is above 90%, the carbon concentration in the melt obtained from the composite, as practice has shown, is less than 0.30%, which is lower than the required carbon content in the metal bath by melting. For these reasons, an excessively high degree of decarburization for a composite material above 90% is undesirable, since it entails the need for additional carburization of the bath and complicates the melting technology.
Степень окисления углерода в пределах 10-90% является оптимальной и обеспечивает получение заданной концентрации углерода в расплаве, образующемся из конструкционного материала. Выбор расхода твердого окислителя при производстве композиционного материала с учетом потерь кислорода при термической диссоциации оксида железа и с учетом его зависимости от заданной степени обезуглероживания и требуемого содержания углерода в расплаве, образующемся из данного материала, гарантирует контролируемый ход основной реакции производства стали - окисления углерода. Благодаря этому достигается получение заранее заданного и стабильного содержания углерода в расплаве, формирующемся из композиционного материала.The degree of carbon oxidation in the range of 10-90% is optimal and provides a given concentration of carbon in the melt formed from the structural material. The choice of consumption of solid oxidizer in the production of composite material, taking into account oxygen losses during thermal dissociation of iron oxide and taking into account its dependence on a given degree of decarburization and the required carbon content in the melt formed from this material, guarantees a controlled course of the main reaction of steel production - carbon oxidation. Due to this, it is possible to obtain a predetermined and stable carbon content in the melt formed from the composite material.
Пример конкретного выполнения способа получения композиционного материалаAn example of a specific implementation of the method for producing composite material
Способ осуществляли на разливочной машине, имеющей два конвейера литейных форм (мульд) длиной 35 м и шириной 5,8 м. Каждая лента оснащена 292 мульдами. Разливочная машина была оборудована устройством для дозированной подачи твердого окислителя в мульды высотой 125 мм с площадью поперечного сечения 318 см2 при скорости движения 9-13 м/мин. В качестве твердого окислителя использовали окисленные железорудные окатыши из руды КМА, в качестве железоуглеродистого расплава - передельный чугун. Расход твердого окислителя устанавливали по предложенной зависимости, учитывая при этом количество окисляемых элементов и заданную степень обезуглероживания металлической основы композиционного материала, а также величину относительных потерь кислорода, равную 0,24.The method was carried out on a filling machine having two conveyors of molds (molds) with a length of 35 m and a width of 5.8 m. Each belt is equipped with 292 molds. The filling machine was equipped with a device for the dosed supply of solid oxidizer into molds with a height of 125 mm with a cross-sectional area of 318 cm 2 at a speed of 9-13 m / min. Oxidized iron ore pellets from KMA ore were used as a solid oxidizing agent, and pig iron was used as an iron-carbon melt. The consumption of solid oxidizer was determined according to the proposed dependence, taking into account the number of oxidizable elements and the given degree of decarburization of the metal base of the composite material, as well as the relative oxygen loss of 0.24.
Пример определения удельного расхода твердого окислителя, подаваемого в мульды разливочной машины при получении композиционного материала для степени обезуглероживания 0,5An example of determining the specific consumption of a solid oxidizing agent supplied to the molds of a casting machine upon receipt of a composite material for a degree of decarburization of 0.5
Химический состав компонентов, мас.%:The chemical composition of the components, wt.%:
Расход кислорода составляет: на окисление примесей чугуна 1,441%; на окисление углерода - 2,995%; всего 4,436%. На окисление углерода приходится в данном случае 67,5% от общего количества кислорода. Количество первоначального кислорода в оксидах железа равно 26,6%, уменьшаясь из-за потерь, равных 0,24 до 20,48%, чему отвечает абсолютная величина потерь кислорода 6,12 абс.%. Подставляя указанные значения в соотношение формулы изобретения получаем 
Доля твердого окислителя в композиционном материале составитThe proportion of solid oxidizing agent in the composite material will be
Соответственно доля железоуглеродистого сплава получается равнойAccordingly, the proportion of iron-carbon alloy is equal to
Для вышеуказанного случая при расходе твердого окислителя 216,6 кг на 1 т железоуглеродистого сплава исходный композиционный материал содержит соответственно 17,8% твердого окислителя и 82,2% железоуглеродистого сплава.For the above case, at a consumption of solid oxidizer of 216.6 kg per 1 ton of iron-carbon alloy, the initial composite material contains 17.8% of solid oxidizer and 82.2% of iron-carbon alloy, respectively.
Результаты расчета расхода твердого окислителя для разной степени окисления углерода представлены в табл.1. Здесь же для сравнения приведены данные о расходах твердого окислителя по прототипу. Сопоставление этих результатов показывает, что в предложенном способе получения композиционного материала расход этого компонента существенно выше, чем в прототипе. При этом по мере увеличения степени окисления углерода это различие в величине этого показателя существенно возрастает. При степени окисления углерода 0,5 необходимый расход твердого окислителя возрастает с 161,65 до 216,60 кг/т или на 34%. В случае, когда требуемая степень окисления должна составить 0,90, расход твердого окисления увеличивается с 237,78 до 348,05 кг/т или на 46,4%. Приведенные цифры свидетельствуют о существенных отличиях предложенного способа от известного (прототипа).The results of calculating the consumption of solid oxidizer for different degrees of carbon oxidation are presented in table 1. Here, for comparison, data are presented on the costs of the solid oxidizer of the prototype. A comparison of these results shows that in the proposed method for producing composite material, the consumption of this component is significantly higher than in the prototype. Moreover, as the degree of carbon oxidation increases, this difference in the value of this indicator increases significantly. When the degree of carbon oxidation is 0.5, the required consumption of solid oxidizer increases from 161.65 to 216.60 kg / t, or 34%. In the case when the required oxidation state should be 0.90, the consumption of solid oxidation increases from 237.78 to 348.05 kg / t or by 46.4%. The above figures indicate significant differences of the proposed method from the known (prototype).
Полученный композиционный материал с содержанием твердого окислителя в диапазоне 7,83-25,82% использовали в дуговой электропечи. Результаты приведены в табл.2. Во всех случаях при использовании предложенного способа были достигнуты положительные результаты. Содержание углерода в металлической ванне по расплавлению металлозавалки в зависимости от степени окисления углерода и доли композиционного материла в шихте составили 0,24-0,68%, что значительно ниже, чем в прототипе, для которого эти показатели оказались равны 0,57-1,04.The resulting composite material with a solid oxidizer content in the range of 7.83-25.82% was used in an electric arc furnace. The results are shown in table.2. In all cases, when using the proposed method, positive results were achieved. The carbon content in the metal bath by melting the metal filling depending on the degree of carbon oxidation and the fraction of the composite material in the charge was 0.24-0.68%, which is significantly lower than in the prototype, for which these indicators were 0.57-1, 04.
Устранение «крепкого» расплавления (получение в металле повышенного содержания углерода) позволило сократить длительность периода обезуглероживания и плавки в целом на 3-9 мин, уменьшить удельные расходы электроэнергии и газообразного кислорода соответственно на 8-15 кВтч/т и 2-4 м3/т. Одновременно с этим достигнуто увеличение доли композиционного материала в шихте электроплавки до 40-50% вместо 25% по прототипу. Соответственно это обеспечило повышение чистоты и качества стали, а также расширение сортамента выплавляемого металла. Полученные данные показывают, что предложенный способ получения синтетического композиционного материала обеспечивает лучшие результаты, чем известный (прототип).The elimination of “strong” melting (obtaining a high carbon content in the metal) made it possible to reduce the length of the decarburization and melting period by 3–9 min in general, and to reduce the specific consumption of electricity and gaseous oxygen by 8–15 kWh / t and 2–4 m 3, respectively t At the same time, an increase in the proportion of composite material in the charge of the electric melting was achieved up to 40-50% instead of 25% of the prototype. Accordingly, this provided an increase in the purity and quality of steel, as well as an extension of the range of smelted metal. The data obtained show that the proposed method for producing a synthetic composite material provides better results than the known (prototype).
Источники информацииInformation sources
1. Мачикин В.И., Шлемко С.В. Поведение окислов железа в составе шихтовой заготовки для электросталеплавильных печей. Изв. вузов. Черная металлургия, №5, 1986, с.46-49.1. Machikin V.I., Shlemko S.V. The behavior of iron oxides in the composition of the billet for electric steel furnaces. Izv. universities. Ferrous metallurgy, No. 5, 1986, p. 46-49.
2. Шахпазов Е.Х., Дорофеев Г.А. Новые синтетические композиционные материалы и технология выплавки стали с их использованием. - М.: Интерконтакт Наука, 2008, 272 с.2. Shakhpazov E.Kh., Dorofeev G.A. New synthetic composite materials and steel smelting technology using them. - M .: Intercontact Science, 2008, 272 p.
3. Ростовцев С.Т. Теория металлургических процессов. М., Гос. научно-техн. изд-во литературы по черной и цветной металлургии, 1956, с.78-89.3. Rostovtsev S.T. Theory of metallurgical processes. M., State. scientific and technical publishing house of literature on ferrous and non-ferrous metallurgy, 1956, p. 78-89.
4. Борнацкий И.И. Физико-химические основы сталеплавильных процессов. М., «Металлургия», 1974, с.115-116.4. Bornatsky I.I. Physicochemical foundations of steelmaking processes. M., "Metallurgy", 1974, S. 115-116.
5. Ойкс Г.Н., Иоффе Х.М. Производство стали (Расчеты). М., Гос. научно-техн. изд-во литературы по черной и цветной металлургии, 1960, с.35.5. Oyks G.N., Ioffe H.M. Steel production (Calculations). M., State. scientific and technical publishing house of literature on ferrous and non-ferrous metallurgy, 1960, p.35.
Claims (1)
gmo - расход твердого окислителя на 1 т железоуглеродистого расплава, кг/т;
Δ(Si, Mn, Сr, V, Ti, Р) - количество элементов в железоуглеродистом расплаве, окисляемых твердым окислителем, мас.%;
1,14; 0,29; 0,46; 0,78; 0,67; 1,29; 1,33 - стехиометрические соотношения элемент-кислород для реакций окисления соответствующих элементов железоуглеродистого расплава твердым окислителем, кг/кг;
0,3 и 0,22 - массовая доля кислорода в оксиде и монооксиде железа твердого окислителя;
λ - доля кислорода, переходящего в газовую фазу и теряемого с отходящими газами;
(1-λ) - доля кислорода, оставшегося в оксиде железа композиционного материала после его термической диссоциации;
1000 - масса исходного железоуглеродистого расплава, кг. A method for producing a synthetic composite material in the form of a semi-finished product for steelmaking from an iron-carbon melt and a solid oxidizer on a casting machine, which includes introducing a calculated amount of a solid oxidizer into a mold, pouring a metered amount of an iron-carbon melt into it, cooling a solid-liquid mixture of the starting components, solidifying it, forming and forming the extraction of the ingot from the mold, characterized in that the consumption of solid oxidizer is set depending on oli oxygen in solid oxidant remaining in the iron oxide composite material after thermal dissociation, the rate of 0.1-0.9 carbon melt oxidation of the iron from the ratio:
g mo - consumption of solid oxidizer per 1 ton of iron-carbon melt, kg / t;
Δ (Si, Mn, Cr, V, Ti, P) is the number of elements in the iron-carbon melt oxidized by a solid oxidizer, wt.%;
1.14; 0.29; 0.46; 0.78; 0.67; 1.29; 1.33 - stoichiometric element-oxygen ratios for the oxidation reactions of the corresponding elements of the iron-carbon melt with a solid oxidizer, kg / kg;
0.3 and 0.22 - mass fraction of oxygen in the iron oxide and monoxide solid oxidizer;
λ is the fraction of oxygen passing into the gas phase and lost with the exhaust gases;
(1-λ) is the fraction of oxygen remaining in the iron oxide of the composite material after its thermal dissociation;
1000 - the mass of the original iron-carbon melt, kg
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010153643/02A RU2467825C2 (en) | 2010-12-27 | 2010-12-27 | Method of producing synthetic composite semi-finished material for steel refining |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010153643/02A RU2467825C2 (en) | 2010-12-27 | 2010-12-27 | Method of producing synthetic composite semi-finished material for steel refining |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010153643A RU2010153643A (en) | 2012-07-10 |
| RU2467825C2 true RU2467825C2 (en) | 2012-11-27 |
Family
ID=46848063
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010153643/02A RU2467825C2 (en) | 2010-12-27 | 2010-12-27 | Method of producing synthetic composite semi-finished material for steel refining |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2467825C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2815374C1 (en) * | 2023-01-11 | 2024-03-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Сибирский Завод Магистрального Оборудования" (ООО "СЗМО") | Composite alloy and method of its manufacture |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1275570A (en) * | 1968-10-11 | 1972-05-24 | Exxon Research Engineering Co | Improved feed for iron and steel making |
| RU2094480C1 (en) * | 1995-11-21 | 1997-10-27 | Акционерное общество закрытого типа "Интермет-Сервис и Компания" | Method of producing charge stock for smelting steel |
| RU2231558C2 (en) * | 2002-09-19 | 2004-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное малое предприятие "Интермет-Сервис" | Composite material for metallurgical conversion and a method for achievement thereof |
| RU2382824C1 (en) * | 2008-05-28 | 2010-02-27 | Генрих Алексеевич Дорофеев | Method of steel melting |
-
2010
- 2010-12-27 RU RU2010153643/02A patent/RU2467825C2/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1275570A (en) * | 1968-10-11 | 1972-05-24 | Exxon Research Engineering Co | Improved feed for iron and steel making |
| RU2094480C1 (en) * | 1995-11-21 | 1997-10-27 | Акционерное общество закрытого типа "Интермет-Сервис и Компания" | Method of producing charge stock for smelting steel |
| RU2231558C2 (en) * | 2002-09-19 | 2004-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное малое предприятие "Интермет-Сервис" | Composite material for metallurgical conversion and a method for achievement thereof |
| RU2382824C1 (en) * | 2008-05-28 | 2010-02-27 | Генрих Алексеевич Дорофеев | Method of steel melting |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2815374C1 (en) * | 2023-01-11 | 2024-03-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Сибирский Завод Магистрального Оборудования" (ООО "СЗМО") | Composite alloy and method of its manufacture |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010153643A (en) | 2012-07-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100562591C (en) | Technology with smelting ferroferrite with sponge iron | |
| EP2530171A1 (en) | Method for removing impurities in molten cast iron, and cast iron raw material | |
| CN105886765A (en) | Method for producing ferrosilicon | |
| RU2467825C2 (en) | Method of producing synthetic composite semi-finished material for steel refining | |
| Karimov | Improving steel melting intensity in the process of electrosmeltingfrom waste and pellets (HBI) | |
| JP4077504B1 (en) | Steelmaking method using scrap iron as the main raw material | |
| RU2542157C1 (en) | Method of steelmaking in arc furnace | |
| JPH09501737A (en) | Composite charge for steel smelting | |
| RU2514241C2 (en) | Synthetic composite charge material for production of high-quality steel | |
| RU2647432C2 (en) | Method for steel making in oxygen converter | |
| RU2092571C1 (en) | Composite charge for making steel | |
| Amelin et al. | Characteristic Features of the Gas Injection Process in Oxygen Converters That Use Iron-Containing Slag Produced During Steel Smelting | |
| CN113444884B (en) | Preparation method of micro-carbon ferrochrome | |
| UA30831U (en) | Method for ferrotitanium smelting from iron-titanium concentrate | |
| RU2145356C1 (en) | Method of converter melting with use of prereduced materials | |
| Gasik et al. | Metallurgy of Manganese Ferroalloys | |
| Nokhrina et al. | Direct alloying of steel with nickel concentrate | |
| Gasik et al. | Metallurgy of Chromium Ferroalloys | |
| RU2343204C1 (en) | Charge for steel melting | |
| RU2241045C1 (en) | Method for steel smelting in basic oxygen furnace | |
| Kudliński et al. | Research the impact of steel scrap participation in the metallic charge for the yield of liquid steel casted in BOF process | |
| RU2541218C2 (en) | Flux cored wire with modifier for out-of-furnace steel treatment | |
| SU765389A1 (en) | Charge for producing low-silicon ferrosilicium | |
| SU1668404A1 (en) | Modifying mixture | |
| RU2064508C1 (en) | Exothermic briquette for deoxidation and alloying of killed steel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20190513 |