RU2075515C1

RU2075515C1 - Method of steel melting

Info

Publication number: RU2075515C1
Application number: RU93057628A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Дорофеев; С.З. Афонин; А.Г. Ситнов
Original assignee: Акционерное общество закрытого типа "Интермет-Сервис и К"
Priority date: 1993-12-29
Filing date: 1993-12-29
Publication date: 1997-03-20

Abstract

FIELD: nonferrous metallurgy, particular, methods of steel melting in arc furnaces. SUBSTANCE: method of steel melting includes layered charging of iron charge from metal scrap, charge preparation in form of oxidizer poured-on with cast iron, loading of fluxed additions, heating and melting, oxygen blowing. Iron charge is loaded by two portions. First, charge preparation is loaded in the amount of 3-32% of furnace charge mass together with metal scrap, with charge arrangement between metal scrap layers with ratio of 1:(0.1-20.0), respectively. Then remaining iron charge is loaded, first, metal scrap, and then, on its top, charge preparation. Solid oxidizer is used in form of agglomerate, pellets, scale. EFFECT: higher technical-and-economic indices due to reduced duration of heat process and specific consumption of electric power. 1 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способам выплавки стали в дуговых электропечах. The invention relates to ferrous metallurgy, and more particularly to methods of steel smelting in electric arc furnaces.

Известен способ производства стали в дуговой печи, включающий загрузку скрапа, флюсующих добавок, вдувания кислорода. Вначале загружается одна корзина скрапа, после расплавления части этой загрузки и создания условий для непрерывной подачи гранулированного чугуна начинают загрузку последнего вместе с флюсующими добавками (гранулированная известь) со скоростью, соответствующей скорости их проплавления. Одновременно может вдуваться кислород. Затем загружают смесь низкоуглеродистой шихты и фрагментированного скрапа или смесь гранулированного чугуна, губчатого железа скрапа и извести при возможном вдувании кислорода (патент Англии N1569887, кл. C 07 D). A known method of production of steel in an arc furnace, including the loading of scrap, fluxing additives, blowing oxygen. First, one basket of scrap is loaded, after part of this load is melted and conditions for the continuous supply of granular cast iron are created, the latter is started to be loaded together with fluxing additives (granulated lime) at a speed corresponding to their penetration rate. At the same time, oxygen can be injected. Then a mixture of a low-carbon charge and fragmented scrap is loaded, or a mixture of granular cast iron, scrap sponge iron and lime with possible oxygen blowing (England patent N1569887, class C 07 D).

Недостатки известного способа состоят в высокой себестоимости, учитывая, что шихта (гранулированный чугун, металлизованные окатыши, фрагментированный скрап), применяемая для выплавки стали, наиболее дорогая из всех известных видов при повышенном износе футеровки, так как до начала непосредственно загрузки гранулированного чугуна требуется расплавить и нагреть часть шихты - корзину скрапа, что сопряжено с открытыми дугами, разрушающими футеровку, при этом также повышается расход электроэнергии; сложности способа, так как для его осуществления требуются различные виды шихтовых материалов скрап, фрагментированный скрап, гранулированный чугун, металлизованные окатыши, окалины, гранулированная известь. The disadvantages of this method are the high cost, given that the mixture (granular cast iron, metallized pellets, fragmented scrap), used for steelmaking, is the most expensive of all known types with increased wear of the lining, since it is required to melt and directly load granulated cast iron and heat a portion of the charge - a scrap basket, which is associated with open arcs that destroy the lining, while also increasing energy consumption; the complexity of the method, since its implementation requires various types of charge materials scrap, fragmented scrap, granular cast iron, metallized pellets, scale, granular lime.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ производства стали в дуговой печи, включающий загрузку скрапа, флюсующих добавок, вдувания кислорода, загрузку шихтовой заготовки в виде железорудных окатышей, залитых чугуном, в количестве 0,5 - 5,0 т на 1 т скрапа (а.с. N 985063). The closest in technical essence and the achieved result to the proposed one is a method of steel production in an arc furnace, including loading scrap, fluxing additives, blowing oxygen, loading a billet in the form of iron ore pellets, cast in iron, in an amount of 0.5 - 5.0 tons per 1 ton of scrap (A.S. N 985063).

Недостатки известного способа состоят в том, что завалка шихты, состоящей из скрапа и шихтовой заготовки и располагаемой послойно, осуществляется в один прием. Вследствие этого масса холодной металлошихты, находящейся в печи, достигнет максимальной величины, а мощность трансформатора, отнесенная к единице массы шихты, получается минимальной. Это затрудняет проплавление шихты и увеличивает общую длительность плавления, которая уже не компенсируется сокращением времени плавления вследствие исключения операции подвалки шихты. The disadvantages of this method are that the filling of the mixture, consisting of scrap and charge billet and located in layers, is carried out in one step. As a result, the mass of cold metal charge in the furnace reaches its maximum value, and the transformer power, referred to the unit mass of the charge, is minimal. This makes it difficult to melt the charge and increases the total melting time, which is no longer compensated by a reduction in the melting time due to the exclusion of the operation of the charge of the charge.

Кроме того, недостатком известного способа является относительно большая доля шихтовой заготовки в металлозавалке, составляющей 33 83,4%
Наличие в составе исходной завалки большого количества плотной и тяжеловесной шихты, к которой относится шихтовая заготовка, ухудшает условия плавления металлошихты в начальный период плавления, когда печь холодная и содержит в рабочем пространстве максимальное количество твердой холодной металлошихты. Это увеличивает длительность плавления и плавки в целом и расход электроэнергии. Одновременная разовая загрузка скрапа и шихтовой заготовки при большом относительном количестве последней, ее высокой плотности и пониженной по сравнению с ломом температуре плавления вызывает сваривание кусков шихтовой заготовки между собой и с кусками лома, вследствие чего образуются массивные трудноплавящиеся конгломераты и мосты. Это дополнительно удлиняет плавку и увеличивает расход электроэнергии, а также увеличивает качество шлака. Завалка легковесного лома сверху в бадью на шихтовую заготовку и скрап (лом) не позволяет получить плотную укладку шихты в рабочем пространстве печи, что снижает стабильность горения дуг и потребляемую мощность во второй половине плавления, увеличивая тем самым длительность плавления и энергозатраты.In addition, the disadvantage of this method is the relatively large proportion of the charge in the billet in the metal mill, comprising 33 83.4%
The presence in the initial filling of a large amount of dense and heavy charge, to which the billet billet belongs, worsens the melting conditions of the metal charge in the initial melting period, when the furnace is cold and contains the maximum amount of solid cold metal charge in the working space. This increases the duration of melting and smelting in general and energy consumption. The simultaneous one-time loading of scrap and a billet with a large relative amount of the latter, its high density and a lower melting temperature compared to scrap causes welding of pieces of the billet billet with each other and with pieces of scrap, resulting in the formation of massive difficult to melt conglomerates and bridges. This additionally lengthens the smelting and increases energy consumption, as well as increases the quality of the slag. Filling lightweight scrap from above into a bucket on a billet and scrap (scrap) does not allow a dense packing of the charge in the working space of the furnace, which reduces the stability of arc burning and power consumption in the second half of the melting, thereby increasing the duration of melting and energy consumption.

Техническая задача повышение эффективности электроплавки за счет сокращения продолжительности плавления и снижения энергозатрат. The technical problem is to increase the efficiency of electric melting by reducing the duration of melting and reducing energy consumption.

Технический результат достигается тем, что в способе выплавки стали, включающем послойную завалку металлошихты из металлолома и шихтовой заготовки в виде твердого окислителя, залитого чугуном, загрузку флюсующих добавок, нагрев и расплавление, продувку кислородом, металлошихту загружают двумя порциями, при этом в начале в завалку дают шихтовую заготовку в количестве 3 32% от массы садки печи совместно м металлоломом, располагая ее между его слоями при соотношении 1:(0,1 20,0), затем продолжают загрузку оставшейся металлошихты. При этом в начале загружают металлолом, а сверху его шихтовую заготовку. The technical result is achieved by the fact that in the method of steelmaking, which includes layer-by-layer filling of a metal charge from scrap metal and a charge stock in the form of a solid oxidizer cast in cast iron, loading of fluxing additives, heating and melting, blowing with oxygen, the metal charge is loaded in two portions, at the same time at the beginning of the filling give a billet stock in the amount of 3 32% of the mass of the furnace charge together with scrap metal, placing it between its layers at a ratio of 1: (0.1 to 20.0), then continue to load the remaining metal charge. At the same time, scrap is loaded at the beginning, and its charge stock is placed on top.

Загрузка металлошихты двумя порциями резко увеличивает тепловую мощность на единицу массы шихты в период плавления, облегчая ее проплавление и снижая расход электроэнергии. Downloading a metal charge in two portions sharply increases the thermal power per unit mass of the charge during the melting period, facilitating its penetration and reducing energy consumption.

Сочетание в первой порции лома и шихтовой заготовки, обладающей по сравнению с ломом пониженной температурой плавления благодаря наличию в ее основе легкоплавкого чугуна, ускоряет образование на подине печи слоя жидкого расплава, формирующегося преимущественно из расплавившейся шихтовой заготовки. При этом дальнейшее плавление кусков лома происходит в жидкой металлической ванне, имеющей повышенную величину коэффициента теплоотдачи. Перемешивание расплава пузырьками окиси углерода, образующимися в результате реакции окисления углерода чугуна кислородом твердого окислителя, входящими в исходный состав шихтовой заготовки, ускоряет передачу тепла от жидкого расплава к кускам твердой нерасплавившейся шихты и увеличивает скорость их проплавления. Быстрое образование на подине печи слоя жидкого расплава закрывает подину от электрических дуг, дает возможность в течение 1 3 минут выйти на предельную мощность, обеспечивает возможность более ранней подачи кислорода, способствует устойчивому горению дуг, увеличивает среднюю потребляемую мощность, ускоряет шлакообразование и получение вспененного шлака. The combination in the first portion of scrap and a billet stock, which has a lower melting temperature compared to scrap due to the presence of low-melting cast iron, accelerates the formation of a liquid melt layer on the hearth of the furnace, which is formed mainly from the molten billet billet. In this case, further melting of scrap pieces takes place in a liquid metal bath having an increased heat transfer coefficient. Mixing the melt with carbon monoxide bubbles formed as a result of the oxidation of cast iron carbon with a solid oxidizer oxygen, which are part of the initial composition of the billet, accelerates the transfer of heat from the molten liquid to the pieces of solid unmelted mixture and increases the rate of their penetration. The rapid formation of a liquid melt layer on the hearth of the furnace closes the hearth from the electric arcs, makes it possible to reach its maximum power within 1 to 3 minutes, provides the possibility of an earlier supply of oxygen, contributes to the steady burning of arcs, increases the average power consumption, accelerates slag formation and foamed slag production.

Загрузка оставшейся металлошихты со второй порцией на частично расплавившуюся шихту облегчает ее проплавление. Наличие поверх лома шихтовой заготовки способствует уплотнению слоя шихты и устойчивому горению дуг. Кроме того, при этом на протяжении всего периода плавления наблюдается окисление углерода шихтовой заготовки твердым окислителем и поддержание шлака во вспененном состоянии за счет непрерывного кипения ванны. Благодаря этому резко увеличивается коэффициент использования энергии дуг и ускоряются плавление шихты и нагрев ванны. Loading the remaining metal charge with a second portion onto a partially melted charge facilitates its penetration. The presence on top of the scrap charge stock contributes to the compaction of the charge layer and the stable burning of arcs. In addition, in this case, throughout the entire melting period, the oxidation of the carbon of the billet billet with a solid oxidizing agent and the maintenance of the slag in the foamed state due to the continuous boiling of the bath are observed. Due to this, the utilization of the energy of the arcs sharply increases and the melting of the charge and heating of the bath are accelerated.

Таким образом, загрузка металлошихты двумя порциями позволяет сократить длительность периода плавления и общую продолжительность плавки, а также снизить удельный расход электроэнергии. Thus, loading a metal charge in two portions reduces the duration of the melting period and the total duration of the smelting, as well as reduce the specific energy consumption.

Дальнейшее увеличение числа порций загружаемой шихты нецелесообразно, так как это сопровождается потерями времени и тепловой энергии, вызванными паузами в работе печи, которые уже не компенсируются преимуществами, создаваемыми в результате увеличения количества порций. A further increase in the number of portions of the charge being loaded is impractical, since this is accompanied by losses of time and thermal energy caused by pauses in the operation of the furnace, which are no longer compensated by the benefits created by the increase in the number of portions.

При количестве шихтовой заготовки в первой порции менее 3% от массы садки печи объем образующегося из нее жидкого металла оказывается недостаточным для образования на подине печи слоя жидкого металла, погружения в него кусков твердой шихты и защиты подины от прожога мощными дугами. When the amount of the charge stock in the first portion is less than 3% of the mass of the furnace charge, the volume of the molten metal formed from it is insufficient to form a layer of liquid metal on the hearth of the furnace, immerse pieces of the solid charge in it and protect the hearth from burning through powerful arcs.

Это снижает вводимую мощность и расход кислорода и в целом технико-экономические показатели плавки, не позволяет использовать полностью преимущества предлагаемого способа. This reduces the input power and oxygen consumption and, in general, the technical and economic indicators of the smelting, does not allow to fully use the advantages of the proposed method.

При количестве шихтовой заготовки более 32% от массы садки печи длительность плавления исходной завалки и расход энергии начинают возрастать вследствие того, что доля тяжеловесной шихты, плавящейся более медленно, превышает оптимальную величину. Кроме того, коэффициент заполнения рабочего пространства печи шихтой вследствие наличия в металлошихте тяжеловесного и плотного материала уменьшается, что не позволяет использовать максимальную мощность трансформатора из-за опасности снижения стойкости футеровки свода и стен. При этом длительность плавления и плавки возрастают, а энергозатраты увеличиваются. Поэтому дальнейшее увеличение доли шихтовой заготовки в первой порции нецелесообразно. When the amount of the charge stock is more than 32% of the mass of the furnace charge, the melting time of the initial filling and energy consumption begin to increase due to the fact that the proportion of heavy charge melting more slowly exceeds the optimal value. In addition, the fill factor of the working space of the furnace with the charge due to the presence of heavy and dense material in the metal charge is reduced, which does not allow the maximum power of the transformer to be used due to the risk of reducing the durability of the lining of the arch and walls. At the same time, the duration of melting and melting increases, and energy costs increase. Therefore, a further increase in the share of charge stock in the first portion is impractical.

Соотношение шихтовой заготовки и лома 1:(0,1 20,0) отвечает условиям достижения наилучших технико-экономических показателей. Если это соотношение более 1:0,1, то эффективность способа снижается из-за чрезмерно большой доли шихтовой заготовки, имеющей большую плотность и образующей плотный слой, склонный к свариванию кусков в монолит. Последний плавится значительно медленнее отдельных кусков, образующих этот слой. The ratio of charge stock and scrap 1: (0.1 to 20.0) meets the conditions for achieving the best technical and economic indicators. If this ratio is more than 1: 0.1, then the efficiency of the method is reduced due to an excessively large fraction of the billet, having a high density and forming a dense layer, prone to welding pieces into a monolith. The latter melts much slower than the individual pieces forming this layer.

Если это соотношение менее 1:20, то эффект положительного влияния заготовки снижается из-за относительно малой массы в металлошихте. Шихтовая заготовка, опережающая по скорости плавления лом, при этом образует жидкий расплав, стекающий по холодным кускам лома, образование таких монолитов затрудняет их проплавление. При этом образующегося расплава оказывается недостаточно для формирования слоя жидкого расплава на подине печи. Это препятствует использованию максимальных мощностей и раннему вводу кислорода. При этом затягивается плавление шихты и возрастают энергозатраты. If this ratio is less than 1:20, then the effect of the positive influence of the workpiece is reduced due to the relatively small mass in the metal charge. The billet stock, ahead of scrap in terms of melting speed, at the same time forms a liquid melt flowing down into cold pieces of scrap, the formation of such monoliths makes their penetration difficult. In this case, the formed melt is not enough to form a layer of liquid melt on the bottom of the furnace. This prevents the use of maximum power and the early introduction of oxygen. In this case, melting of the charge is delayed and energy consumption increases.

Загрузка оставшегося лома с расположением шихтовой заготовки поверх лома позволяет увеличить плотность шихты, обеспечить стабильное горение дуг, максимальное использование вводимой мощности, а также создает эффект кипения ванны во второй период плавления и окислительный период. Благодаря этому шлак поддерживается во вспененном состоянии, что повышает термический КПД и защищает футеровку от излучения дуг, а также создает условия для работы с максимальными мощностями. Кроме того, непрерывное кипение металла в периоды плавления и окисления обеспечивает удаление газов и включений и способствует получению более высокого качества стали. Downloading the remaining scrap with the location of the charge on top of the scrap allows you to increase the density of the charge, ensure stable arc burning, maximize the use of input power, and also creates the effect of boiling the bath in the second melting period and the oxidation period. Due to this, the slag is maintained in a foamed state, which increases thermal efficiency and protects the lining from the emission of arcs, and also creates the conditions for working with maximum power. In addition, the continuous boiling of the metal during periods of melting and oxidation ensures the removal of gases and inclusions and contributes to higher quality steel.

Пример конкретного выполнения. An example of a specific implementation.

Опытные плавки проводили в 100 т дуговых электропечах, сортамент стали - электротехническая анизотропная сталь. В составе металлозавалки использовали лом (обрезь прокатных цехов, бракованные слябы, амортизационный лом), шихтовую заготовку при различном их соотношении. The experimental melts were carried out in 100 tons of electric arc furnaces, the steel gauge was electrical anisotropic steel. Scrap metal (trimmings of rolling shops, defective slabs, depreciation scrap), charge stock at various proportions were used as part of the metal filling plant.

Шихту, состоящую из заготовки и лома, послойно загружали в бадью и загружали в печь. В завалку давали также известь в количестве 1,5 4 т, агломерат 2 4 т, а на отдельных плавках плавиковый шпат в количестве до 300 500 т на плавку. После проплавления исходной завалки производили подвалку, загружая в бадью при этом шихтовую заготовку поверх лома. Выплавку стали производили по действующей технологической инструкции с использованием сводовой фурмы для вдувания в ванну кислорода. По ходу плавления осуществляли в случае необходимости присадки агломерата и шпата. Для получения шихтовой заготовки использовали передельный чугун и железорудные окатыши Михайловского ГОКа с соотношением чугуна и окатышей в пределах (61 84):(19 16). По расплавлении шихты в пробе 1 получали металл следующего химсостава, C 0,18 1,00; Mn 0,10 0,20; F 0,009 0,016; S 0,005 0,027; Cr 0,03 0,09; Ni 0,05 0,09; Cu 0,05 0,13. The mixture, consisting of billets and scrap, was layer by layer loaded into the tub and loaded into the furnace. Lime was also fed into the filling in an amount of 1.5–4 tons, agglomerate - 2–4 tons, and on individual heats, fluorspar in an amount of up to 300–500 tons for smelting. After the initial filling was melted, a basement was made, loading the billet over the scrap into the tub at the same time. Steel was smelted according to the current technological instructions using a vault lance for blowing oxygen into the bath. In the course of melting, if necessary, sinter and spar additives were added. To obtain the billet, we used pig iron and iron ore pellets from the Mikhailovsky GOK with a ratio of cast iron and pellets in the range of (61 84) :( 19 16). By melting the charge in sample 1, a metal of the following chemical composition was obtained, C 0.18 1.00; Mn 0.10 0.20; F 0.009 0.016; S 0.005 0.027; Cr 0.03 0.09; Ni 0.05 0.09; Cu 0.05 0.13.

После рафинирования и предварительного раскисления металл выпускали в ковш. After refining and preliminary deoxidation, the metal was released into the ladle.

Технико-экономические показатели электроплавки электротехнической стали, выплавленной по предлагаемому способу, в сравнении с плавками текущего производства (средние по 20 плавкам), приведены в таблице. Technical and economic indicators of electric melting of electrical steel, smelted by the proposed method, in comparison with the melts of the current production (average of 20 melts) are shown in the table.

Как видно из таблицы, предлагаемый способ выплавки стали в дуговой печи обеспечивает повышение технико-экономических показателей плавки за счет сокращения продолжительности периода плавления на 7 12 и удельного расхода электроэнергии на 4 10 As can be seen from the table, the proposed method of steelmaking in an arc furnace provides an increase in the technical and economic indicators of smelting by reducing the duration of the melting period by 7 12 and specific energy consumption by 4 10

Claims

A method of steel smelting, including layer-by-layer filling of a metal charge from scrap metal and a charge stock in the form of a solid oxidizer cast in cast iron, loading of fluxing additives, heating and melting, purging with oxygen, characterized in that the metal charge is loaded in two portions, at the same time the charge is fed into the charge the amount of 3 32% of the mass of the furnace charge together with the scrap metal, placing it between its layers at a ratio of 1: 0.1 to 20.0, respectively, then continue to load the remaining metal charge, while loading at the beginning scrap, has a top charging stock.