RU1786089C - Способ выплавки стали скрап-процессом - Google Patents

Abstract

Использование: в черной металлургии при выплавке молибденоникелевых сталей в мартеновских печах скрап-процессом. Сущность изобретени : дл  выплавки мо- либденоникелевой стали в мартеновскую печь загружают шихту в следующем пор дке . Подину закрывают мелким скрапом, на который с равномерным распределением присаживают в количестве 9-14 кг/т стали отработанные алюмомолибденоникелевые катализаторы с восстановителем, имеющим большее сродство к кислороду, чем углерод, например с кремнием. Поверх катализатоИзобретение относитс  к черной металлургии , а именно к выплавке молибденоникелевых сталей в мартеновских печах скрап-процессом. Известен способ выплавки шихтовой заготовки, по которому на подину дуговой электропечи присаживают известь в количестве 20-30 кг/т и молибденокобальтовый ка- тализатор в количестве 40-80 кг/т совместно с коксом в соотношении 1:(6-8). ров загружают шлакообразующие, затем стальной лом и чушковый передельный чугун . Шихту расплавл ют. Расход восстановител  подбирают расчетом по формуле cj faoKar-rj -f l)}, хат. где Ов удельный расход восстановител , кг/т; Оокат удельна  масса кислорода, вносимого катализаторами в виде окислом молибдена и никел , кг/т; 1,14- отношение массовой доли кислорода к массовой доле кремни  в двуокиси кремни ;-0,5 - массова  дол  чугуна (стали) в железистом расплаве начала пери ода плавлени ; Окат - расход катализатора на плавку, кг; /ож.ст - удельный вес жидкой стали, кг/м ; ркат - удельный вес катализатора, кг/м3; М - масса плавки, т; гпчуг - массова  дол  кремни  в чугуне; тлом - массова  дол  кремни  в стальном ломе; тв - отношение массовой доли восстановител  к массовой доле кислорода в оксиде восстановител . 1 з.п. ф-лы, 1 табл. ел С Известный способ имеет существенные недостатки. Во-первых, он направлен на развитие технологии получени  стали двух- стадийным процессом по схеме шихтова  заготовка - готова  сталь. Такой процесс низкотехнологичен, так как требует двойного задействовани  оборудовани  сталеплавильных цехов и, тем самым, снижает их производительность. Кроме того, он характеризуетс  большой величиной условно-по xi 00 о о со о

Description

сто нной части расходов по переделу. Во- вторых, способ предусматривает использование в завалку кокса, что ограничивает возможность его применени  при производстве стали методами окислительного переплава шихты, например, в мартеновских печах. Это обусловлено следующим. В период плавлени  окисленность шлака и металла в мартеновской печи намного выше, чем в электродуговой из-за большего окисли- тельного потенциала печной атмосферы. Дополнительным источником кислорода  вл ютс  катализаторы. По мере растворени  катализатора и кокса в железистом расплаве резко возрастает концентраци  и кислорода , и углерода. Получает сильное развитие процесс окислени  углерода, привод щий к бурлению расплава вследствие выделени  большого количества газов, оголению зеркала металла, что влечет за собой интенсивное обезуглероживание ванны из- за возрастани  окислительного воздействи  печной атмосферы. Кроме того, при бурлении расплава часть кокса выноситс  в шлак и тер етс  во врем  скачивани  последнего . Итогом  вл етс  расплавление шихты с недостаточным запасом углерода на кипение,- ; .. ..,.........-:.. л.-.--..-....

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому  вл етс  способ выплавки стали дл  получени  легированной заготовки, включающий послойную загрузку в мартеновскую печь шихты, отработанныхал юмомолибденоникелевых катализаторов в количестве 150-200 кг/т, извести в количестве 70-95 кг/т и боксита в количестве 12-17 кг/т, затем, после расплавлени  - смеси из 8-10 кг/т катализатора и 18-20 кг/т извести. Этот способ прин т за прототип. Известный способ обеспечивает высокое усвоение легирующих элементов и повышение производительности печи, но, вместе с тем, имеет р д существенных недостатков . Так, он, как и ранее описанный, предполагает низкотехнологичное двухста- дийное получение стали. Кроме того, использование катализаторов в сравнительно большом количестве (150-200 кг/т) ведет к повышенному износу огнеупорной футеровки рабочего пространства печи, ухудшению шлакообразовани  и большому угару углерода из шихты за врем  ее плавлени . Повышенный износ футеровки обусловлен прежде всего образованием высокоактивного шлака с содержанием до 60-65% . Насыща сь глиноземом, поверхностный слой футеровки перерождаетс : в нем образуетс  шпинель (МдО А120з), котора  с силикатами типа 2СаО Si02 и 2МдО -SiOz дает легкоплавкую эвтектику (температура плавлени  около 1340°С), Ухудшение шлакообразовани  и большой угар углерода обусловлены следующими факторами. Трехокись молибдена и окись никел , содержащиес  в катализаторах,  вл ютс  термодинамическими неуйстойчивыми, восстанавливающимис  химическими элементами чугуна, в частности - углеродом уже в период плавлени  шихты. При растворении катализаторов в железистом расплаве концентраци  кислорода возрастает до уровн , значительно превышающего равновесный с углеродом. Интенсивно протекающий процесс обезуглероживани :

2 (МоОз) + 3 С 2 Мо + 3{С02 } f

2(NiO) + C + {C02H

сопровождаетс  выделением большого количества газообразных окислов углерода и бурлением расплава, что ведет к оголению зеркала металла в местах бурлени  к дополнительному угару углерода вследствие взаимодействи  с кислородом атмосферы рабочего пространства мартеновской печи. Кроме того, при бурлении ванны не растворивша с  известь всплывает на поверхность расплава и ошлаковываетс ,

вследствие чего замедл етс  процесс ее ассимил ции и, тем самым, рафинировка стали , Целью предполагаемого изобретени   вл етс  получение стали одностадийным процессом, повышение стойкости огнеупорной футеровки печи, улучшение шлакообразовани  и снижение угара углерода за период плавлени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе выплавки стали скрап-процессом,

включающим послойную загрузку шихты, отработанных ал юмомолибденоникелевых катализаторов и шлакообразующих расплавление шихты, катализаторы загружают в количестве 9-14 кг на 1 т стали-совместно

с восстановителем, имеющем большее сродство к кислороду, чем углерод, например с кремнием, причем удельный расход восстановител  должен соответствовать величине:

50

{5окаг-Ш -СТ- ( mЈM)} m,

J КОТ.

где Оокат Удельна  масса кислорода, вносимого в ванну катализаторами в виде окис- лов молибдена и никел , кг/т;

1,14- отношение массовой доли кислорода к массовой доле кремни  в двуокиси кремни ;

0,5 - массова  дол  чугуна (стали) в железистом расплаве начала периода плавлени ;

Окат - расход катализатора на плавку, кг;

Лк.ст - удельный вес жидкой стали, кг/м ;

РКЭТ-удельный вес катализатора, кг/м3;

М - масса плавки, т;

гпцуг - массова  дол  кремни  в чугуне;

гллом - массова  дол  кремни  в стальном ломе;

тв - отношение массовой доли восстановител  к массовой доле кислорода в оксиде восстановител .

Характер плавлени  шихты в мартеновской печи при скрап-процессе следующий. Первым плавитс  чугун верхних слоев шихты . Стека  в нижние горизонты ванны, жидкий чугун раствор ет стальной лом, а образующийс  железистый расплав раствор ет неметаллическую часть шихты (шлако- образующие флюсы, а также, в случае использовани  - катализаторы). Осуществленный авторами анализ проб железистого расплава, образующегос  в первой половине периода плавлени , показал, что химический состав данного расплава, точнее - содержание углерода, кремни  и марганца, соответствует промежуточному между составом чугуна и составом стального лома практически с равным соотношением их долей .

Интенсивное окисление углерода и соответственно кипение ванны начинаютс  после выгорани  кремни , внесенного чугуном и стальным ломом. Катализаторы,  вл ющиес  сильным окислителем, ускор ют выгорание кремни , а также создают избыточное (значительно превышающее равновесное с углеродом) содержание кислорода в расплаве. Повышенна  температура расплава в зоне растворени  катализатора вследствие экзотермического эффекта окислени  кремни  и перенасыщенность кислородом  вл ютс  причиной бурного вскипани  ванны, м гкого расплавлени  (т.е. без требуемого запаса по углероду на рафинировку) из-за повышенного угара углерода

Изменить характер плавлени  шихты и растворени  шлакообразующих предлагаетс  за счет загрузки катализаторов совместно с восстановителем, имеющим большее, чем углерод, сродство к кислороду и не дающим газообразных продуктов реакции . При этом, расход восстановител  должен обеспечить св зывание вносимого

катализаторами избыточного кислорода в виде МоОз и NiO.

Механизм взаимодействи  восстановител  (R) с ингридиентами-окислител ми ка- тализаторов следующий:

3mR + 3(RmOn) + mR + (RmOn).

Загрузка катализаторов в количестве менее 9 кг/т экономически нецелесообразна , т.к. требует увеличени  расхода дорогосто щих и дефицитных ферросплавов. При загрузке катализаторов в количестве более 14 кг/т снижаетс  стойкость огнеупорной футеровки рабочего пространства печи изза возрастани  агрессивности шлака.

Диапазон расхода 9-14 кг/т определен еще и с учетом довольно широкого интервала колебаний массовой доли ингредиентов катализаторов даже одной партии поставки,

что обусловлено спецификой работы нефтеперерабатывающих предпри тий-поставщиков катализаторов. Так, например, содержание MoOj может колебатьс  в пределах от 9 до21%.

При расходе восстановител  менее предлагаемой величины не обеспечиваетс  в полной мере св зывание кислорода, вносимого катализаторами, что ведет к повышению угара углерода из шихты в период

плавлени .

Расход восстановител  сверх указанной величины ведет к перераскислению ван- ны и, тем самым, к увеличению продолжительности окислительного перио-

да плавки, а также к ухудшению условий дефосфорации стали. Использование совместно с катализаторами восстановител . дающего газообразные продукты реакции (например, углерод в виде графита, кокса и

т.п.), ведет к бурлению расплава и тем самым , к дополнительному угару углерода шихты в период плавлени , а также к ухудшению шлакообразовани  и, соответственно , увеличению продолжительности

рафинировки. Аналогический эффект имеет место и при использовании восстановител 1 со сродством к кислороду меньшим, чем у углерода (например марганца).

В совокупности указанные технологические приемы обеспечивают расплавление шихты с необходимым запасом углерода на рафинировку и удовлетворительное шлакообразование , что позвол ет выплавл ть сталь одностадийным процессом.

П р и м е р. В 45-тонной мартеновской печи с основной футеровкой скрап-процессом выплавл ют сталь марки 20ХГНМ. Шихту загружают следующим образом. Подину закрывают мелким скрапом, на который с равномерным распределением присаживают отработанные алюмомолибденоникеле- вые катализаторы в количестве 13,3 кг/т стали (600 кг на плавку) с восстановителем в количестве 0,42 кг/т стали. Состав катализаторов: 21,5% МоОз; 7,1% NiO; 67,2% А120з; удельный вес - 900 кг/м3. В качестве восстановител  используют кремний в виде порошкообразного карбида кремни . Необходимое количество восстановител  (кремни ) рассчитывают следующим образом:

0,5 600 7000

900 45 0,875 0,42 кг/т .

(0,009 + 0,002)

}

Поверх катализаторов загружают известь , затем стальной лом и чушковый передельный чугун (содержание кремни  в чугуне-0,9%).

В окислительный период плавки в расплав ввод т расчетное количество ферромолибдена ФМо55Б и никел  НЗ. После удалени  фосфора до 0,015%, серы до 0,035% и нагрева до 1620°С сталь предварительно раскисл ют и легируют присадкой ферросиликохрома ФСХ20 и феррохрома ФХ200 и выпускают в ковш, где окончательно раскисл ют и легируют алюминием АВ- 86 и силикомарганцем СМп17Р.

Данные по плавкам, проведенным согласно предлагаемому способу с выходом за пределы за вленных признаков, а также согласно прототипу, представлены в таблице.

Из таблицы видно, что в сравнении с прототипом предлагаемый одностадийный способ выплавки стали обеспечивает повышение стойкости огнеупорной футеровки печи на 18-20 плавок, снижение угара углерода за период плавлени  с 73,1 % до 31,2- 33,9, увеличение степени десульфурации и дефосфорации в первой половине рафини- ровки соответственно с 20% до 37-40% и с 44% до 51-53%, что свидетельствует об улучшении шлакообразовани ; снижение затрат на легирование молибденом на 3,3-10,5 руб./т.

Claims (2)

1. Способ выплавки стали скрап-процессом , включающий послойную загрузку шихты, отработанных алюмомолибденони- келевых катализаторов и шлакообразующих в мартеновскую печь, расплавление шихты, отличающийс  тем, что, с целью

получени  стали одностадийным процессом , повышени  стойкости огнеупорной футеровкипечи , улучшени  шлакообразовани  и снижени  угара углерода за период плавлени , катализаторы загружают в количестве 9-14 кг на 1 т стали совместно с восстановителем, имеющим большое сродство к кислороду, чем углерод, причем удельный расход восстановител  определ ют по формуле

e.)iK

где Ов удельный расход восстановител , кг/т;

ООкат -удельна  масса кислорода, вносимого катализаторами в виде окислов молибдена и никел , кг/т;

1,14 - отношение массовой доли кислорода к массовой доле кремни  в двуокиси кремни ;

0,5 - массова  дол  чугуна (стали) в железистом расплаве начала периода плавлени ;

Окат - расход катализатора на плавку, кг;

.ст - удельный вес жидкой стали, кг/м3;

/Окат - удельный вес катализатора,

кг/м3;

М - масса плавки, т; m массова  дол  кремни  в чугуне; гллом - массова  дол  кремни  в стальном ломе;

гпв - отношение массовой доли восста- новител  к массовой доле кислорода в оксиде восстановител .

2. Способ по п. 1,отличающийс  тем, что в качестве восстановител  используют кремний.