UA18171U - Electroarc method for steel smelting - Google Patents

Description

Опис винаходу

Корисна модель відноситься до чорної металургії, а саме конкретно до сталеплавильного виробництва і 2 може бути використана для підвищення ефективності виробництва сталі в основних плавильних агрегатах.

Чорна металургія є галуззю важкої промисловості, яка виробляє чорні метали, а саме чавун, сталь, прокат, доменні феросплави, металеві порошки чорних металів і ін. Чорна металургія охоплює весь процес від видобутку і підготовки сировини, палива і допоміжних матеріалів до випуску прокату чорних металів і їх сплавів.

В даний час чорна металургія є однією з базових галузей промисловості багатьох країн, однак при цьому 70 залишається досить матеріалоємним виробництвом, а обладнання, що використовується в даній галузі, достатньо швидко стає непридатним внаслідок агресивного впливу факторів виробництва. У зв'язку з розвитком нових галузей техніки потрібна була сталь, що має високу чистоту. Наприклад, у жароміцних сталях, що широко застосовуються в ракетобудуванні, неприпустима навіть незначна домішка свинцю або сірки. Для забезпечення високої якості одержуваного продукту в металургії використовують шлакоутворюючі матеріали, що дозволяють 79 очистити розплав заліза від небажаних або шкідливих домішок, а також сприяють прискоренню процесів шлакоутворення і скороченню часу виплавки сталі. Однак найчастіше шлакоутворюючі матеріали, що використовуються в даний час, внаслідок недосконалості їх хімічного і фракційного складу мають обмежену здатність підвищення якості одержуваного продукту. При їх застосуванні зберігаються агресивні фактори виробництва, що негативно впливає на ресурс роботи обладнання, а витрати на виробництво сталі залишаються досить високими. Тому часто одночасно зі шлакоутворюючими матеріалами додатково використовують композиції для оптимізації шлакового режиму виплавки сталі, що у металургії являють собою матеріали, переважно мінерального походження, які сприяють утворенню шлаку, збільшенню швидкості його утворення, а також регулюванню його складу, зокрема зв'язуванню порожньої породи або руди продуктів розкислення металу.

Найбільш розповсюдженими в даний час є шлакоутворюючі матеріали, у якості яких застосовують вапно, 22 плавиковий шпат або боксит, а також марганцевмісні речовини. Однак зазначені матеріали не є універсальними, -о а існуючі методи їх використання не можуть забезпечити задану стабілізацію ходу виплавки сталі в будь-якому відомому способі. Їх застосування для реалізації того чи іншого способу залежить від технологічних умов протікання процесу виплавки сталі. Крім того, використання зазначених матеріалів не дозволяє цілком використовувати рафінувальний потенціал шлакової фази, що і приводить до підвищеної витрати вапна і -- 30 плавикового шпату. ча

Якість одержуваного кінцевого продукту в різних процесах виробництва сталі визначається типом використовуваних шлакоутворюючих матеріалів, а також застосовуваних композицій для оптимізації -- шлакоутворюючого режиму виплавки сталі, їх складом і фізико-хімічними властивостями. В електродуговому с способі виплавки сталі в якості шлакоутворюючих матеріалів найчастіше застосовуються вапно і плавиковий 35 шпат. При використанні тільки цих матеріалів відсутня можливість ефективного регулювання процесів -- шлакоутворення, які значним чином впливають на загальні термодинамічні і теплообмінні процеси виплавки сталі. Виходячи з цього, у сучасній металургії є актуальна потреба в композиціях для оптимізації шлакового режиму виплавки сталі, що будуть мати такий хімічний і фракційний склад, при якому мінімізується агресивний « вплив компонентів композиції на металургійне обладнання, підвищується якість одержуваних продуктів за З 70 рахунок більш глибокого очищення розплаву заліза від небажаних домішок, а також забезпечується можливість с ефективного регулювання процесів шлакоутворення.

Із» Відома композиція для оптимізації шлакового режиму виплавки сталі, що включає оксид алюмінію АЇ 2О3 (патент України Мо18705, 1997р.|. Крім оксиду алюмінію зазначена композиція включає плавиковий шпат Саг», оксид кальцію (вапно) Сас, оксид кремнію 51іО», залізо Ре, вуглець С, сірку 5, фосфор Р і оксид титана ТіО». 45 Основними недоліками зазначеної композиції є відносно високий вміст фосфору, що виключає можливість її - використання при виробництві тугоплавких сплавів Через "забруднення" сплаву фосфором. Суміш також не

Ге | забезпечує високого ступеня витягу тугоплавких елементів. Крім того, суміш містить у собі велику кількість різних компонентів, що значно підвищує її вартість і складність її виготовлення і застосування. - Відомий електродуговий спосіб виплавки сталі що включає завалку металошихти, подачу -І 20 Шлакоутворюючого матеріалу, плавлення, доведення розплаву до необхідної температури і проведення окисного і рафінувального періодів плавки (патент РФ Мо2114920, 1998р.). У якості шлакоутворюючого матеріалу та використовують вуглевмісний комплексний флюс на феритно-кальцієвій основі.

У цьому способі неможливе забезпечення достатньо високого рівня десульфурації сталі, що у свою Чергу не дозволяє забезпечити високу якість одержуваного продукту. Крім того, використання такого шлакоутворюючого матеріалу не сприяє розкисленню металевого розплаву до необхідного рівня. с Найбільш близьким аналогом композиції, що заявляється, є композиція для оптимізації шлакового режиму виплавки сталі, що включає карбід кремнію 5іС, металевий алюміній АїІдесі оксид алюмінію АЇ2Оз (патент

України Мо18995, 1997р.|. Крім того, зазначена композиція містить оксид кремнію ЗіО».

При використанні цієї композиції рівень в'язкості шлаку залишається досить високим, що у свою чергу 60 приводить до погіршення умов плавлення композиції і зниженню ефективності шлакового режиму виплавки сталі.

В основу корисної моделі поставлена задача створення електродугового способу виплавки сталі, у якому за рахунок застосування композиції для оптимізації шлакового режиму виплавки буде забезпечене удосконалення шлакового режиму в рафінувальний період електродугової плавки, а також буде забезпечена оптимізація бо хімічного складу суміші шлаксоутворюючих матеріалів, підвищення рафінувального потенціалу розплавленої шлакової фази і прискорення активізації ведучих хімічних компонентів шлакового розплаву.

Поставлена задача вирішується тим, що електродуговий спосіб виплавки сталі включає завалку металошихти, подачу шлакоутворюючих матеріалів, плавлення, проведення окисного і рафінувального періодів плавки, доведення розплаву до необхідної температури, при цьому в рафінувальний період плавки на дзеркало металу в електродуговій печі подають композицію для оптимізації шлакового режиму виплавки, що включає, мас.бо: карбід кремнію ІС 5-15 70 оксиди лужноземельних металів КоО-Маг2О 1-3 металевий алюміній Алеї 15-30 металевий кремній Зідеї 5-15 оксид алюмінію АІ2О3 37-74

Присутній у композиції для оптимізації шлакового режиму виплавки сталі карбід кремнію 5іС при розплавлюванні композиції взаємодіє з рідким залізом по реакції: зіствуге) хІЗЦеетс(Ре), з асиміляцією кремнію і вуглецю розплавленим металом сталевої ванни.

Зазначена особливість взаємодії карбіду кремнію впливає на механізм розподілу кисню між металевою і шлаковою фазами і регулює швидкість зневугллецювання металевої ванни, а також блокує процес переокислювання металу в період окислювання вуглецю. Наявність карбіду кремнію в композиції створює також достатній розкиснювальний ефект. Зниження вмісту карбіду кремнію в композиції нижче 595 недоцільно, оскільки на початку окисного періоду плавки спостерігається активізація окислювання заліза до ГеО. Підвищення вмісту карбіду кремнію в композиції понад 1595 також є недоцільним, оскільки це приводить до блокування процесу окислювання вуглецю. Це може викликати необхідність введення додаткових окислювачів, приводить до З перегріву сталевої ванни і негативно діє на футерівку печі, а також збільшує час виплавки сталі, що у свою чергу приводить до збільшення витрат на виробництво сталі.

Металевий алюміній являє собою власне алюміній у технічно чистому виді. Алюміній розкислює рідкий розплав, тобто видаляє кисень, а наявність оксиду алюмінію сприяє як прискоренню засвоєння вапна, так і «- асиміляції неметалічних включень, що у свою чергу сприяє зниженню вмісту шкідливих домішок, наприклад сірки і кисню в сталі. За рахунок вибору різних співвідношень алюмінію та оксиду алюмінію можна регулювати процес - шлакоутворення. Зниження вмісту алюмінію в композиції нижче 1595 недоцільно, оскільки приводитьдо зниження ж рафінувальних властивостей шлаку, тобто до зниження здатності шлаку до очищення розплаву від небажаних або шкідливих домішок. Крім того, при вмісті металевого алюмінію менш ніж 1595 не досягається істотного со прискорення шлакоутворення через недостатнє надходження тепла реакції окислювання алюмінію в зону - активного шлакоутворення. Підвищення вмісту алюмінію в суміші понад 3095 також є недоцільним, оскільки приводить до протікання процесу шлакоутворення з піротехнічним ефектом, підвищення температури шлаку в реакційній зоні, що у свою чергу приводить до тимчасового уповільнення протікання основних сталеплавильних « процесів і зниженню рафінувальної здатності шлакового розплаву.

Вміст у композиції оксиду алюмінію менш ніж 3795 не забезпечує зниження в'язкості шлаку до значень, при - с яких відбувається істотне прискорення шлакоутворення. При вмісті оксиду алюмінію понад 7490 в'язкість шлаку а не тільки не знижується, але навіть підвищується за рахунок насичення шлаку тугоплавким глиноземом (А1/20О3). "» Таким чином, включення до складу композиції для оптимізації шлакового режиму виплавки сталі металевого алюмінію А|е і оксиду алюмінію АІ2О3з у встановлених межах дозволяє забезпечити високу швидкість протікання реакцій шлакоутворення з одночасним підтримуванням рідкорухливості шлакового розплаву в умовах тривалого - періоду часу і широкого діапазону температур процесів виплавки сталі, що дозволяє забезпечити ефективність бо металургійних процесів і знизити виробничі витрати.

Металевий кремній Зіпле; широко застосовується в металургії як одна з основних розкиснюючих і легуючих - добавок. Металевий кремній - це кремній технічної чистоти (96-9995 Зі), що одержується у рудовідновних - 50 електропечах відновленням кварциту вуглецевими відновниками (деревне вугілля, нафтовий кокс і ін.).

Присутність у суміші металевого кремнію біде; у зазначених межах дозволяє стабілізувати вплив на "- шлакометалевий розплав металевого алюмінію АГе, за рахунок чого підвищується загальний технологічний ефект від використання композиції. Зниження вмісту кремнію нижче 595 є недоцільним, тому що приводить до прискорення реакції окислювання металевого алюмінію АЇі де;і зниження рафінувального потенціалу шлакової фази. Збільшення вмісту кремнію понад 1595 є недоцільним, оскільки може привести до уповільнення реакції окислювання металевого алюмінію А|Ідь; і зниження рафінувального потенціалу шлакової фази. с Для одержання рідкорухливого шлаку до складу композиції введені легкоплавкі компоненти: оксид натрію та оксид калію в кількості 1-39уомас. Зниження вмісту в композиції оксидів натрію і калію нижче 195 приводить до небажаного збільшення в'язкості шлаку, погіршенню умов плавлення композиції і зниженню ефективності 60 шлакового режиму виплавки сталі. Введення в композицію більш 395 оксидів натрію і калію приводить до зниження температури розплаву в зоні реакції і зниженню ефективності його обробки шлакоутворюючими матеріалами, що містять композицію для оптимізації шлакового режиму виплавки сталі.

Для виключення виникнення пожежонебезпечних ситуацій при виготовленні, збереженні і транспортуванні композиції необхідно, щоб її вологість не перевищувала 296. 65 Оптимальність зазначеного вище співвідношення компонентів у композиції була підтверджена багаторазовими експериментами, виконаними як у лабораторних, так і у виробничих умовах.

Переважним є виконання композиції для оптимізації шлакового режиму виплавки сталі з наступним фракційним складом компонентів, 90: 20,Омм і менше 290 більш 20О0мм Решта.

Такий діапазон фракційних складів компонентів композиції пояснюється фізико-хімічними закономірностями ефективності їх використання і засвоєння при проведенні основних технологічних процесів виплавки сталі.

Відхилення фракційного складу убік збільшення вмісту дрібнодисперсних часток недоцільно, тому що вимагає то додаткових витрат, але не дає помітного ефекту. Збільшення вмісту великодисперсних часток приводить до збільшення часу наведення шлаку, тобто також є невиправданим.

У цьому способі композиція для оптимізації шлакового режиму виплавки сталі є каталізатором процесів шлакоутворення та активатором хімічних компонентів шлакового розплаву, за рахунок чого досягається прискорення процесів формування і підвищення активності рафінувального шлаку. Додатково за рахунок їз вхідного до складу композиції металевого алюмінію досягається часткове зниження окисненості металевого розплаву. Рафінувальний період плавки при реалізації даного способу з використанням зазначеної композиції відрізняється стійкістю горіння електричних дуг у період розплавлювання шлакоутворюючих матеріалів, зниженням витрати графітованих електродів, а також зниженням витрати вапна, кремнієвмісних і марганцевмісних феросплавів. Крім того, відбувається збільшення вмісту сірки в шлаку, що свідчить про підвищення ефективності десульфурації металу.

Експериментально встановлено, що найбільш оптимальний ефект при реалізації способу з використанням зазначеної композиції досягається при введенні композиції в кількості 4,5-5,Окг/т сталі при вологості не більш 2965.

Реалізація способу електродугового способу виплавки сталі ілюструється наступним прикладом.

Приклад. Виплавка сталі в електродуговій печі. 29 Здійснюють завалку металошихти і введення шлакоутворюючих матеріалів, в якості яких вводиться - розрахункова кількість вапна і плавикового шпату. Після завалки здійснюють плавлення, після чого здійснюють окисний, а потім рафінувальний періоди плавки. При цьому, у рафінувальний період плавки на дзеркало металу в електродугову піч, разом з вапном, подають композицію для оптимізації шлакового режиму доведення сталі до - необхідної температури і хімічного складу. Зазначена композиція включає, мас.9о: їч- карбід кремнію ІС 8 оксиди лужноземельних металів КоО-Маг2О 2,2 - металевий алюміній Алеї 25 (ее) металевий кремній Зітдеї 5,5 «- оксид алюмінію АІ203 59,3

Компоненти композиції, що завантажується, мають вологість близько 1,596 при наступному фракційному складі: « | - 20,О0мм і менше 92,595 с більш 20,00мм решта. ;»

Після повного розплавлювання всіх компонентів шлакової суміші здійснюються наступні коригувальні заходи згідно з встановленою технологією виплавки сталі в електродугових печах. Далі здійснюють випуск розплаву в -3з 35 сталерозливний ківш.

Кількість композиції, що вводиться, варіювали з розрахунку від 3,12 до 5,26кг/т сталі. (ее) ї - 50 використанням композиції) витрати Витрати Швидкість Основність Швидкість Витрати меленого / Витрати Тривалість - й коМПпОЗ., вапна, нагрівання шлаку десульфурації, 6595 феросиліцію, феромарганцю, кг/т | рафінувального

ШЕ. ж. Ме Шен ЖТЛАХ Жоден Енн ов с во б5 -5,26 21,АІ17,5 4,8БІБЛО 2,2212,56 1,08/1,10 3,8/3,6 5,75/5,55 40/35

-4А ТА 16,4/14,5 4А,Т015,АБ 2,2412,7А 1,12/2,20 ЗІЗ 5,65/5,55 35/26 -423 16,7/15,6 5, 15/50 2,2112,66 1,13/2,21 3,6/3,5 5,55/5,35 32/25 -4,55 18,6/13,7 5,20/5,70 2,18/2,87 1,20/2,24 3,7/3,0 5,14/5,25 30/27 -4 АБ 19,4/14,6 4,95/5,85 2,11/2,75 1,19/2,23 35/31 5,31/5,24 36/25 -5ЛБ 18,7/12,5 АТБІБЛБ 2,АБІ2,БА 1,21/1,25 3,9/3,9 5,28/5,11 35/29 -4 Ав 19,5/12,8 405,75 2,АтІ2,88 1,18/2,24 АлІЗ,2 5,15/5,05 За/25 -4,52 18,6/113,1 4,85/5,85 2,35/2,67 1,06/2,21 4,0/3,5 5,35/5,15 З8/30 -4 АБ 17,512,9 5,15/5,70 2,23/2,68 1,09/2,23 3,8/3,А 5,АБ/Б,18 40/26 70 -5ЛБ 16,8/16,А4 5,20/5,15 2,18/2,715 1,21/2,12 42139 5,14/5,08 30/31 -4,56 17,7/12,8 4,95/5,85 2,25/2,85 1,06/2,32 3,8/3,2 5,65/5,24 З8/30

Аналіз отриманих даних показує, що при використанні композиції в рафінувальний період електродугової виплавки сталі досягається збільшення швидкості нагрівання металевої ванни, а також зниження масової частки 7/5 сірки в металі, що, при виконанні усіх вимог щодо параметрів композиції та оптимальній її витраті в межах, що заявляються, забезпечує скорочення тривалості рафінувального періоду плавки в електродуговій печі, зниження витрати кремнієвмісних і марганцевмісних феросплавів, поліпшення якості сталі і зниження витрат на виробництво сталі. При цьому найбільш помітно ефект застосування композиції виявляється при завантаженні приблизно 4,5-5,Окг/т сталі.

Таким чином, корисна модель, що заявляється, за рахунок використання композиції для оптимізації шлакового режиму виплавки сталі з оптимально підібраним складом компонентів має удосконалений шлаковий режим в рафінувальний період електродугової плавки, а також оптимальний хімічний склад суміші шлакоутворюючих матеріалів, високий рафінувальний потенціал розплавленої шлакової фази і прискорену активізацію основних хімічних компонентів шлакового розплаву. що 2

Claims (2)

Формула винаходу

1. Електродуговий спосіб виплавки сталі, що включає завалку металошихти, плавлення, доведення розплаву «-- зо до необхідної температури, проведення окисного і рафінувального періодів плавки металу і випуск розплаву, який відрізняється тим, що в рафінувальний період плавки на дзеркало металу в електродуговій печі подають ЇМ композицію для оптимізації шлакового режиму виплавки, що включає, мас. 90: «- карбід кремнію 5іС 5-15 (ее) оксиди лужноземельних металів КоО-МагО 1-3 ьо металевий алюміній АІртпеї 15-30 металевий кремній Зітеї 5-15 оксид алюмінію АІ203 37-74. «

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що композицію подають у кількості 4,5-5 кг/т сталі при вологості Щ- с не більше ніж 2905. . "» Офіційний бюлетень "Промислоава власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних мікросхем", 2006, М 10, 15.10.2006. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і науки України. - (ее) - -і -ь 60 б5