RU2771888C1 - Method for smelting steel from scrap metal in electric arc furnace - Google Patents

Method for smelting steel from scrap metal in electric arc furnace Download PDF

Info

Publication number
RU2771888C1
RU2771888C1 RU2021137878A RU2021137878A RU2771888C1 RU 2771888 C1 RU2771888 C1 RU 2771888C1 RU 2021137878 A RU2021137878 A RU 2021137878A RU 2021137878 A RU2021137878 A RU 2021137878A RU 2771888 C1 RU2771888 C1 RU 2771888C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
melt
scrap metal
consumption
furnace
electric arc
Prior art date
Application number
RU2021137878A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Борисович Юрьев
Николай Анатольевич Козырев
Вячеслав Александрович Богданов
Дмитрий Владимирович Бойков
Алексей Романович Михно
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ"
Application granted granted Critical
Publication of RU2771888C1 publication Critical patent/RU2771888C1/en

Links

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to the field of metallurgy; it can be used in the production of steel in electric arc steelmaking furnaces using scrap metal. Scrap metal is loaded onto a furnace hearth, melted, the melt is carbonized, oxidation and reduction periods are carried out. Carbonization of the melt is carried out by blowing into the melt in a nitrogen jet at a pressure of at least 9.0 atm a powdered mixture of magnesite fraction of 0.1-3.0 mm and carbon-containing material fraction of 0.1-3.0 mm in the ratio, respectively (38-43):(57-62) with a mixture consumption of 3.8-16.2 kg/t of the weight of the melt.
EFFECT: invention makes it possible to reduce the duration of melting by 0.3-0.8 min and electricity consumption by 10-15 kW·h/t, reduce the consumption of electrodes by 0.02-0.11 kg/t, and also increase the durability of the furnace lining up to 1360 melts.
1 cl

Description

Изобретение относится к области металлургии, точнее к производству стали в дуговых сталеплавильных электропечах, и может быть использовано при производстве электростали с использованием металлолома.The invention relates to the field of metallurgy, more precisely to the production of steel in electric arc steel-smelting furnaces, and can be used in the production of electric steel using scrap metal.

Известно, что при выплавке стали в дуговых электросталеплавильных печах с основной футеровкой важной технологической характеристикой шлака является его основность. Мерой основности служит отношение суммы концентрации основных оксидов к сумме концентраций кислотных, в простейшем случае (CaO)/(SiO2) [Григорян В.А., Белянчиков Л.Н., Стомахин А.Я. Теоретические основы электросталеплавильных процессов. - М.: Металлургия, 1987 - 272 с. С. 70]. Таким образом, основность шлака можно повысить введением в печной шлак основных оксидов магния, при этом снизится износ футеровки.It is known that when steel is smelted in electric arc furnaces with a basic lining, an important technological characteristic of the slag is its basicity. The measure of basicity is the ratio of the sum of the concentration of basic oxides to the sum of the concentrations of acid, in the simplest case (CaO)/(SiO 2 ) [Grigoryan V.A., Belyanchikov L.N., Stomakhin A.Ya. Theoretical foundations of electric steelmaking processes. - M.: Metallurgy, 1987 - 272 p. S. 70]. Thus, the basicity of the slag can be increased by introducing basic magnesium oxides into the furnace slag, and the wear of the lining will decrease.

Известен сталеплавильный флюс, содержащий оксиды магния, кремния, железа, кальция, алюминия и потери при прокаливании, при следующем содержании компонентов флюса, масс. %:Known steel flux containing oxides of magnesium, silicon, iron, calcium, aluminum and loss on ignition, with the following content of the flux components, wt. %:

оксид кальцияcalcium oxide 0,1-2,00.1-2.0 оксид кремнияsilicon oxide 25,0-50,025.0-50.0 оксид железаiron oxide 5,0-20,0 5.0-20.0 оксид алюминияaluminium oxide 0,5-10,00.5-10.0 потери при прокаливанииloss on ignition 0,5-20,00.5-20.0 оксид магнияmagnesium oxide остальноеrest

при этом соотношение содержаний оксида магния к оксиду кремния равно 0,4-1,8, а соотношение содержаний суммы оксидов кальция и железа к оксиду кремния равно 0,1-1,0 (RU №2623168 МГЖ С21С 5/36, С21С 5/54 опубл. 27.06.2017).while the ratio of the contents of magnesium oxide to silicon oxide is 0.4-1.8, and the ratio of the contents of the sum of calcium and iron oxides to silicon oxide is 0.1-1.0 (RU No. 54 published 06/27/2017).

Существенными недостатками данного флюса являются:Significant disadvantages of this flux are:

- используемые фракционные и химические составы не позволяют быстро расплавлять и формировать высокоэффективный жидкоподвижный сталеплавильный шлак, обладающий, с одной стороны, защитными свойствами по отношению к футеровке, с другой стороны, высокой степенью вспенивания получаемого печного шлака;- the used fractional and chemical compositions do not allow to quickly melt and form a highly efficient liquid steel-smelting slag, which, on the one hand, has protective properties in relation to the lining, on the other hand, a high degree of foaming of the resulting furnace slag;

- используемый химический состав предопределяет высокую температуру плавления флюса, что увеличивает длительность плавки.- the chemical composition used predetermines the high melting point of the flux, which increases the melting time.

Известен, выбранный в качестве прототипа, способ выплавки стали из металлолома в дуговой электропечи, включающий загрузку металлолома на подину, его расплавление, науглероживание расплава. В расплав в струе газа вдувают порошкообразную смесь извести и углеродсодержащего материала при их соотношении 1:1 и с расходом смеси, равным 0,4-3,0% от массы расплава. Скорость науглероживания расплава поддерживают в пределах 0,2-0,6% углерода в минуту. Порошкообразную смесь вдувают в расплав до получения в нем требуемого перед началом окислительного периода содержания углерода. В качестве газа используют азот или аргон. В качестве углеродсодержащего материала - порошкообразный кокс, уголь или графит. Порошкообразная смесь вдувается фракцией 0,01-6,00 мм. (RU №2107738 МПК С21С 5/52, опубл. 27.03.1998).Known, selected as a prototype, the method of smelting steel from scrap metal in an electric arc furnace, including loading scrap metal on the hearth, melting, carburizing the melt. A powdered mixture of lime and carbonaceous material is blown into the melt in a gas jet at a ratio of 1:1 and with a mixture flow rate equal to 0.4-3.0% by weight of the melt. The rate of carburization of the melt is maintained within the range of 0.2-0.6% carbon per minute. The powdered mixture is blown into the melt until the required carbon content is obtained in it before the start of the oxidation period. Nitrogen or argon is used as the gas. As a carbonaceous material - powdered coke, coal or graphite. The powder mixture is injected with a fraction of 0.01-6.00 mm. (RU No. 2107738 IPC S21S 5/52, publ. 03/27/1998).

Существенными недостатками известного способа являются:Significant disadvantages of the known method are:

- низкая стойкость стен печи в связи с отсутствием в составе оксида магния,- low resistance of the furnace walls due to the absence of magnesium oxide in the composition,

- высокая длительность плавки в связи с низкой степенью эффективности вспенивания шлака,- high duration of melting due to the low degree of efficiency of slag foaming,

- повышенный расход электродов из-за неэффективного укрытия дуг при вспенивании шлака в печи,- increased consumption of electrodes due to inefficient arc cover during slag foaming in the furnace,

- высокий расход электроэнергии в связи с присадкой шлакообразующих материалов крупной фракции.- high power consumption due to the addition of coarse slag-forming materials.

Техническая проблема, решаемая заявляемым изобретением, заключается в обеспечении высокой стойкости футеровки стен электросталеплавильной печи, а также повышении технико-экономических показателей при выплавке стали в частности: снижении расхода электродов, электроэнергии и длительности плавки.The technical problem solved by the claimed invention is to ensure high resistance of the lining of the walls of the electric arc furnace, as well as to improve the technical and economic performance in steelmaking, in particular: to reduce the consumption of electrodes, electricity and the duration of melting.

Для решения существующей технической проблемы в расплав в струе газа вдувают порошкообразную смесь магнезита и углеродсодержащего материалов.To solve the existing technical problem, a powdered mixture of magnesite and carbon-containing materials is blown into the melt in a gas jet.

Для этого предлагается способ выплавки стали из металлолома в дуговой электропечи, включающий загрузку на подину печи металлолома, его расплавление, науглероживание расплава путем вдувания в расплав в струе газа углеродсодержащего материала, окислительный и восстановительный периоды, согласно изобретению, науглероживание расплава осуществляют путем вдувания в расплав в струе азота при давлении не менее 9,0 атм порошкообразной смеси магнезита фракции 0,1-3,0 мм и углеродсодержащего материала фракции 0,1-3,0 мм в соотношении соответственно (38-43):(57-62) с расходом смеси 3,8-16,2 кг/т от массы расплава.For this, a method is proposed for smelting steel from scrap metal in an electric arc furnace, including loading scrap metal onto the furnace bottom, melting it, carburizing the melt by blowing carbon-containing material into the melt in a gas jet, oxidation and reduction periods, according to the invention, carburizing the melt is carried out by blowing into the melt in a jet of nitrogen at a pressure of at least 9.0 atm powder mixture of magnesite fraction 0.1-3.0 mm and carbonaceous material fraction 0.1-3.0 mm in the ratio respectively (38-43):(57-62) with a flow rate mixtures 3.8-16.2 kg/t by weight of the melt.

Технические результаты, получаемые в результате использования изобретения, заключаются:The technical results obtained as a result of using the invention are:

- в повышении стойкости футеровки печи за счет образования гарнисажа, вследствие ввода в состав смеси магнезита;- in increasing the resistance of the furnace lining due to the formation of a skull, due to the introduction of magnesite into the mixture;

- в снижении длительности плавки за счет интенсификации процессов вспенивания шлака за счет образования СО и СО2 и поддержания шлака во вспененном состоянии за счет оксидов магния из магнезита;- in reducing the duration of melting due to the intensification of the processes of slag foaming due to the formation of CO and CO 2 and maintaining the slag in a foamed state due to magnesium oxides from magnesite;

- в снижении расхода электродов за счет хорошего вспенивания шлака;- in reducing the consumption of electrodes due to good foaming of the slag;

- в уменьшении расхода электроэнергии за счет сокращения длительности плавки и интенсификации процессов плавления шихты.- in reducing the consumption of electricity by reducing the duration of melting and intensifying the processes of melting the charge.

Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем, исходя из полученных результатов, в частности образования гарнисажа на футеровке печи и связанную с этим стойкость стен; эффективностью процесса вспенивания шлака и получения высоких технико-экономических показателей - расхода электродов, электроэнергии и длительности плавки.The claimed limits are selected empirically, based on the results obtained, in particular the formation of a skull on the lining of the furnace and the associated resistance of the walls; the efficiency of the slag foaming process and obtaining high technical and economic indicators - the consumption of electrodes, electricity and the duration of melting.

Использование порошка магнезита и углеродсодержащего материала фракцией более 3,0 мм замедляет процесс растворения вдуваемой смеси, что сказывается на степени эффективности вспенивания шлака, а при снижении фракции менее 0,1 мм наблюдается неэффективное использование материала за счет улета мелкой фракции магнезита через газоочистку.The use of magnesite powder and carbon-containing material with a fraction of more than 3.0 mm slows down the dissolution of the blown mixture, which affects the degree of efficiency of slag foaming, and when the fraction is less than 0.1 mm, inefficient use of the material is observed due to the escape of fine magnesite fraction through the gas cleaning.

Содержание магнезита выбрано исходя из обеспечения требуемого содержания оксида магния в шлаке, обеспечивающего наличие гарнисажа на футеровке печи. При этом, при расходе магнезита менее 38% образование гарнисажа было незначительным, а повышение расхода более 43% приводило к повышению вязкости шлака и связанным с этим увеличением температуры плавления смеси, что сказывалось на повышении расхода электроэнергии и электродов.The content of magnesite is selected based on the provision of the required content of magnesium oxide in the slag, which ensures the presence of a skull on the furnace lining. At the same time, at a magnesite consumption of less than 38%, the formation of a scull was insignificant, and an increase in consumption of more than 43% led to an increase in the viscosity of the slag and an associated increase in the melting temperature of the mixture, which affected the increase in the consumption of electricity and electrodes.

При расходе углеродсодержащего материала менее 57% наблюдалось неэффективное укрытие дуг, что приводило к повышенному износу футеровки печи и высокому расходу электроэнергии и электродов. Увеличение расхода углеродсодержащего материала более 62% приводило к резкому вспениванию шлака и в ряде случаев выбросам из печи.At less than 57% carbonaceous material consumption, inefficient arc cover was observed, which led to increased wear of the furnace lining and high consumption of electricity and electrodes. An increase in the consumption of carbonaceous material by more than 62% led to a sharp foaming of the slag and, in some cases, emissions from the furnace.

При вдувании порошкообразной смеси с давлением несущего газа менее 9 атм, осуществить процесс вдувания не удается, а при давлении более 9 атм, значительно увеличивается расход несущего газа и соответственно увеличиваются затраты, что нежелательно.When blowing a powder mixture with a carrier gas pressure of less than 9 atm, it is not possible to carry out the injection process, and at a pressure of more than 9 atm, the carrier gas consumption increases significantly and, accordingly, costs increase, which is undesirable.

На опытных плавках использовался магнезит Халиловского месторождения (марки МАХГ по ТТ 08.99.29-002-23860774-2017) с химическим составом, % масс. на не прокаленное вещество: MgO не менее 42,0%, СаО не более 5,0%, SiO2 не более 5,0%, Fe2O3 не более 1,5% при показателе изменения массы при прокаливании не более 52,0%.On experimental melts, magnesite of the Khalilovsky deposit was used (MAKHG grade according to TT 08.99.29-002-23860774-2017) with a chemical composition, % wt. on a non-calcined substance: MgO not less than 42.0%, CaO not more than 5.0%, SiO 2 not more than 5.0%, Fe 2 O 3 not more than 1.5% with a weight change index upon ignition not more than 52, 0%.

В качестве углеродсодержащего материала использовали антрацит Горловского бассейна (по ТУ 05.10.10.-001-53872533-2019) с химическим составом, в масс. %: нелетучего углерода не менее 78%, зольность не более 14%, выход летучих веществ не более 8,0%), при содержания серы не более 0,4%.Anthracite of the Gorlovsky basin (according to TU 05.10.10.-001-53872533-2019) was used as a carbon-containing material with a chemical composition, wt. %: non-volatile carbon not less than 78%, ash content not more than 14%, volatile matter yield not more than 8.0%), with sulfur content not more than 0.4%.

Экспериментальные плавки проводили на ДСП 100Н10 при выплавке стали марки Э76ХФ.Experimental melts were carried out on EAF 100N10 during the smelting of steel grade E76KhF.

Выплавка проводилась по следующей схеме. Завалка состояла из 100-120 т металлолома, 5-35 т твердого чугуна и 2-45 т извести. Окисление углерода проводили в печи до концентрации 0,05-0,20% посредством продувки кислородом, при этом температура в печи изменялась в пределах 1630-1710°С.Smelting was carried out according to the following scheme. The filling consisted of 100-120 tons of scrap metal, 5-35 tons of hard iron and 2-45 tons of lime. Carbon oxidation was carried out in a furnace to a concentration of 0.05-0.20% by purging with oxygen, while the temperature in the furnace varied within 1630-1710°C.

В процессе плавки после отработки (140-250) кВт⋅ч/т завалки производилось вдувание в струе азота при давлении несущего газа (азота) 9,0 атм смеси порошка магнезита и углеродсодержащего материала фракции 0,1-3,0 мм с расходом 400-1600 кг на плавку, что соответствует 3,8-16,2 кг/т от массы расплава.In the process of melting, after working off (140-250) kWh/t of filling, injection was carried out in a nitrogen jet at a carrier gas (nitrogen) pressure of 9.0 atm of a mixture of magnesite powder and carbon-containing material with a fraction of 0.1-3.0 mm at a flow rate of 400 -1600 kg per melt, which corresponds to 3.8-16.2 kg/t of the mass of the melt.

Использование заявляемого способа производства стали по сравнению с прототипом позволяет:The use of the proposed method of steel production in comparison with the prototype allows:

- снизить длительность плавки на 0,3-0,8 мин;- reduce the melting time by 0.3-0.8 min;

- уменьшить расход электродов на 0,02-0,11 кг/т;- reduce the consumption of electrodes by 0.02-0.11 kg/t;

- снизить расход электроэнергии на 10-15 кВт⋅ч/т;- reduce electricity consumption by 10-15 kWh/t;

- повысить стойкость футеровки печи до 1360 плавок.- increase the durability of the furnace lining up to 1360 heats.

Claims (1)

Способ выплавки стали из металлолома в дуговой электропечи, включающий загрузку на подину печи металлолома, его расплавление, науглероживание расплава путем вдувания в расплав в струе газа углеродсодержащего материала, окислительный и восстановительный периоды, отличающийся тем, что науглероживание расплава осуществляют путем вдувания в расплав в струе азота при давлении не менее 9,0 атм порошкообразной смеси магнезита фракции 0,1-3,0 мм и углеродсодержащего материала фракции 0,1-3,0 мм в соотношении соответственно (38-43):(57-62) с расходом смеси 3,8-16,2 кг/т от массы расплава.A method for smelting steel from scrap metal in an electric arc furnace, including loading scrap metal onto the hearth of the furnace, melting it, carburizing the melt by blowing carbon-containing material into the melt in a gas jet, oxidation and reduction periods, characterized in that carburizing the melt is carried out by blowing into the melt in a nitrogen jet at a pressure of at least 9.0 atm, a powdered mixture of magnesite with a fraction of 0.1-3.0 mm and a carbon-containing material with a fraction of 0.1-3.0 mm in the ratio, respectively (38-43): (57-62) with a mixture flow rate of 3 ,8-16.2 kg/t from the mass of the melt.
RU2021137878A 2021-12-17 Method for smelting steel from scrap metal in electric arc furnace RU2771888C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2771888C1 true RU2771888C1 (en) 2022-05-13

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5397379A (en) * 1993-09-22 1995-03-14 Oglebay Norton Company Process and additive for the ladle refining of steel
RU2107738C1 (en) * 1996-01-09 1998-03-27 Московский металлургический завод "Серп и молот" Method of steel melting from metal scrap in electric-arc furnace
RU2374329C1 (en) * 2008-05-23 2009-11-27 Открытое акционерное общество "Северсталь" (ОАО "Северсталь") Steel-making method in electric furnace
RU2749446C1 (en) * 2020-05-07 2021-06-10 Виталий Николаевич Мерзляков Charge and method of obtaining flux and refractory material for steel production (options) with its use

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5397379A (en) * 1993-09-22 1995-03-14 Oglebay Norton Company Process and additive for the ladle refining of steel
RU2107738C1 (en) * 1996-01-09 1998-03-27 Московский металлургический завод "Серп и молот" Method of steel melting from metal scrap in electric-arc furnace
RU2374329C1 (en) * 2008-05-23 2009-11-27 Открытое акционерное общество "Северсталь" (ОАО "Северсталь") Steel-making method in electric furnace
RU2749446C1 (en) * 2020-05-07 2021-06-10 Виталий Николаевич Мерзляков Charge and method of obtaining flux and refractory material for steel production (options) with its use

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104164531A (en) Method for producing cast iron by adopting converter blowing smelting and purification
KR100269897B1 (en) Process for desulphurising irons metals with minimal slag production and suitable device therefor
CN104164529A (en) Method for producing cast iron by adopting remelting furnace blowing smelting and purification, and apparatus thereof
RU2771888C1 (en) Method for smelting steel from scrap metal in electric arc furnace
RU2347764C2 (en) Method of producing portland cement clinker from industrial wastes
RU2771889C1 (en) Method for smelting steel from scrap metal in electric arc furnace
RU2770657C1 (en) Method for steel melting from scrap in electric arc furnace
JP6954481B2 (en) Charcoal material and charcoal method using it
JP4329724B2 (en) Converter scrap increase method
KR100257213B1 (en) Process for smelting reduction of chromium ore
RU2107738C1 (en) Method of steel melting from metal scrap in electric-arc furnace
RU2805114C1 (en) Steel melting method in electric arc furnace
RU2333255C1 (en) Method of steel smelting
RU2437941C1 (en) Procedure for melting steel in arc steel melting furnace with increased consumption of liquid iron
RU2493263C1 (en) Method of steel making in arc-type steel-making furnace
RU2404263C1 (en) Method of steel making in arc-type steel-making furnace
RU2384627C1 (en) Steel-making method in arc electric steel-smelting furnace
SU969744A1 (en) Method for smelting steel
RU2191831C1 (en) Method of processing ferromanganesian raw materials
RU2204612C1 (en) Method for melting manganese-containing steel
RU2150514C1 (en) Charge briquette for production of high-grade steel and method of charge briquette preparation
RU2183678C2 (en) Method for melting steel in basic open-hearth furnace
JP2003171713A (en) Carbonizing material, and steel making method using the same
RU2346059C1 (en) Smelting method of rail steel
RU2031960C1 (en) Method for smelting steel