Способ предотвращения выбросов при производстве стали в кислородном конвертере

 

СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ВЫБРО Сбв ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СТАЛИ В КИСЛОРОДНОМ KQHBEPTEPE, включающий осаживание вспененной газошлакомечаллической эмульсии струями газ а, о т Л ичающийся тем, что, с целью предотвращения выбросов без изменения режи ма.продувки кислородом, осаживание эмульсии осуществляют в момент прохождения ее верхнего слоя уровня сталевыпускного отверстия смесью инертного газа с топливом и воздухом в соотношении 4,5:1:7 при одновременной продувке расплава окислительным газом, причем расход смеси составляет 10-15% от расхода окислительного газа.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (1% (11) 3(59 С 21 С 5 32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н втоРсному свидвтвпьству г

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3479892/22-02 (22) 02.08.82 (46) 07.05.84. Бюл. Р 17 (72) Г.М.Соломон, Л.A.Ãàíçåð, М.И.Волович, Д.И.Туркенич, Р.С.Айзатулов, Л.М.учитель и Г.Д.Булойчик (71l Сибирский ордена Трудового

Красного Знамени металлургический институт им. Серго Орджоникидзе (53) 669.184.146 (088.8) (56) 1. Патент Японии М 52-26488 кл. С 21 С 5/28, опублик 1977.

2. Патент США )е 4210742, кл. С 21 С 5/32, опублик. 1980.

3. Баптизманский В.И. Теория кислородно-конвертерного процесса.

M.,,"Ìåòàëëóðãèÿ", 1975, с.138. (54) (57) СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ВЫБРО

"0B ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СТАЛИ В КИСЛОРОДНОМ КОНВЕРТЕРЕ, включающий осаживание вспененной газошлакометаллической эмульсии струями газа,о т л ич а ю шийся тем, что, с целью пред- отвращения выбросов без изменения режима продувки кислородом, осаживание эмульсии осуществляют в момент прохождения ее верхнего слоя уровня ста. левыпускного отверстия смесью инертного газа с топливом и воздухом в соотношении 4,5:1:7 при одновременной продувке расплава окислительным газом, причем расход смеси составляет 10-15% от расхода окислительного газа. Ж с2

1090725

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству стали, и может быть использовано для управления ходом продувки в кислородном коннертере для предотвращения выбросов и переливон образующейся газошлакометаллической эмульсии.

В процессах производства стали в металлургических агрегатах наиболее важны реакции окисления примесей, 10 растворенных в расплавленной железной ванне - в первую очередь кремния, марганца, углерода, фосфора и серы.

Рафинирование металла от этих элементов обеспечивается кислородом, поступающим в ванну из ашановой фазы.

Очищение металла от серы и фосфора осуществляется их переводом из металла н шлак, который должен быть соотнетствующего химического состана и физических свойств.

Для наведения активного высокоосновного шлака кислородная фурма н начале продувки находится в высоком положении. После наведения шлака фурма переводится н рабочее положение, а образующаяся шлакометалличвс.. кая эмульсия вспенивается в результате протекания в ней реакции обезуглероживания металлических капель, попадающих в шлак из зоны взаимодей, З0 ствия кислородной струи с металлом.

По мере вспенивания шлакометаллической эмульсии ее верхний слой может достигнуть уровня сталевыпускного отверстия и превысить его, что соот- 35 ветстнует предвыбросной ситуации.

Известен способ осаждения вспененного шлака в процессе продувки в кислородном конвертере пу ем ввода в ванну специальных флюсов, содержащих 20-50Ъ органических компонентов и 30-70% огнеупорного материала, смешанных со связующим, добавляемым, в количестве 10Ъ (Ц.

Недостатком укаэанного способа является необходимость подготовки флюсов, малая скорость их осаждающего действия на шлак, снижение содер. жания закиси железа в шлаке из-за расходования ее на реакцию горения органических материалов. 50

Известен также способ предотвращения выброса эмульсии из конвертера, заключающийся н замене части кислорода (5-30%),идущего на продувку, аргоном (2). 55

Недостатками этого способа являются увеличение длительности плавки из-за уменьшения количества вдуваемого кислорода и снижение окисленности шлака, что является нежелатель" 60 ным особенно при фосфористом переделе чугунов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является способ предот- 65 вращения выбросов при производстве стали в кислородном конвертере, включающий осажинание вспененной газошлакометаллической эмульсии струями газа.При черезмерном вспенивании шлака фурму .кратковременно поднимают выше уровня вспененной ваннь1 и струями кислорода осаживают пену 533

Основным недостатком известного способа является резкое замедление процесса поступления кислорода в объ ем металла, связанное с подъемом формы выше уровня вспененной ванны.

B связи с этим уменьшается скорость реакции обезуглероживания и нагрев ванны, что приводит к увеличению длительности продувки. Кроме того, в шлак прекращается поступление металлических капель, что замедляет массообменные процессы в эмульсии, в частности окисление фосфора.

Кроме того, недостатком известного способа является возможное переокисление шлака, поскольку осаживание пены происходит с помощью кислородных струй, в результате чего после перевода фурмы в рабочее положение и попадания корольков в шлак последний может черезмерно вспениться, что приведет к выбросам.В связи с этим применять известный способ можно практически только н конце продувки ванны

>кислородом перед повалкой конвертера.

Для более полного протекания реакций между металлом и шлаком, а также для уменьшения потерь металла с выносами и заметалливания фурмы

;желательно вести продувку на грани

1приближения сформированной шлакометаллической эмульсии к горловине конвертера, не допуская при этом ее выбросов и переливов.

Целью изобретения является предотвращение выбросов беэ изменения режима продувки кислородом.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу предотвращения выбросон при производстве стали в кислородном конвертере, включающему осаживание вспененной гаэометаллйческой эмульсии струями газа, осаживание эмульсии осуществляют в момент прохождения ее верхнего слоя уровня:стаяевыпускного, отверстия смесью инертного газа с топливом и воздухом в соотношении 4,5:1:7 при одновременной продувке расплава окислительным газом, причем расход смеси составляет 10-15В от расхода окислительного газа.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Процесс разрушения вспенеиной газошлакометаллической эмульсии начинается. с верхних слоев, поэтому достаточно поверхностного воздейст1090725 вия струй инертного газа с топливом и воздухом.

Использование инертного газа в смеси необходимо для механического " разрушения вспененной ванны при пре. вышении ее уровня сталевыпускного отверстия. С целью компенсации тепла уносимого с отходящим инертным газом предлагается подавать топливо, а для его сгорания — соответственно воздух. При расчете количества топлива учитывали потери тепла, уносимого с инертным газом, а также расход тепла на нагрев пены, при этом оценивали потери тепла, уносимого с продуктами сгорания и азотом воздуха.15

Расход смеси, подаваемой на осаживание пены, должен составлять 10-15% от количества окислительного газа, поступаемого в ванну в единицу времени, что соответствует поверхностному внедрению струй смеси во вспененную газошлакометаллическую эмульсию.

При расходе смеси меньше 10% наблюдается незначительное внедрение струй смеси во вспененную газошлако25 металлическую эмульсию, происходит

"поглажинание" пены, и ожидаемого эффекта не наблюдается. увеличение расхода смеси выше 15% нецелесообразно, поскольку сильно увеличивается объем отходящих газов и затруд- няется работа системы газоочистки.

Соотношение инертного газа, топлива и воздуха.в смеси должно быть как уже отмечалось 4,5:1:7, что позволяет не только компенсировать тепло, уносимое с отходящим инертным газом, но и нагреть пену, поскольку нагревание способствует разрушению пены. .4

Количество подаваемого топлива (4,5:1) выбирается исходя из условий компенсации тепла, уносимого с инертным газом, согласно выражению

Пример. В лабораторныи кислоЪ родный конвертер емкостью 60 кг заваливали предварйтельно подогретый лом в количестве 10 кг, заливали чугун (50 кг)„ содержащий,Ъ: С 4,1„

0 М 0,71, Si 0,50, Р 0,15, 5 0,30 при 1400 С, и нели продувку кислороо дом, присаживая сыпучие по ходу продувки. Продувка осуществлялась через двухярусную четырехсоплоную фурму

5 с соплами Лаваля (диаме:тр сопел

1,0 мм), второй ярус сопел находился ,на расстоянии 540 мм от первого. Интенсивность подачи кислорода составляла О,? м /мин (3,3 мз/т мин), причем кислород подавался только через нижний ярус сопел. Сначала

Фурма находилась на высоте 45 калибров от уровня спокойного металла, после наводки активного жидкоподвижного шлака (через 2,5 мин) фурму переводили в рабочее положение (32 калибра). На седьмой минуте продувки прибор косвенного хода шлакообразования показал, что уровень вспененной газошлакометаллической эмульсии превысил уровень сталевыпускного отверстия — сразу начиналась подача через второй ярус, сопел кислородной фурмы смеси аргона с принодным газом и ноздухом:расход аргона 0,008 м/мин,, природного газа — 0, 001 3 м /мин, во з50

Cg V» (Të а) = (о(соо "соо+ л н,о я о -" ) где С вЂ” теплоемкость инертного газа, кал/г, град; плотность инертного газа,,/м 3.

Тл — температура отходящего газа, К;

Т„ — температура подаваемого га4 за, К;

V — расход инертного газа,мЗ/с; чо — расход топлива, м >/с;

Л о v< — энтальпии составляющих топсоо, <ог лина, кал/м ь. лн pVg p состав продуктон горения топлива, м /м >, 60 а также расхода тепла на нагрев пены и потери тепла, уносимого с продуктами сгорания и азотом воздуха, Указанные потери трудно определить расчетным путем, поэтому была проведена, 65 серия экспериментов и выбрано о тймальное соотношение компонентов в смеси с учетом расчетных рекомендаций и лабораторных условий.

Расход воздуха при этом выбирается равным количеству, необходимому для сжигания подаваемого топлива(V ) с коэффициентом избытка А 1,05.

Смесь инертного гама с топливом и воздухом подается в момент превышения вспененной газошлакометаллической эмульсии уровня сталевыпускного отверстия. Подача осаждающей смеси осуществляется через второй ярус сопел кислородной фурмы, тогда как кислород подается непрерывно в течение всей продувки через нижний ярус сопел. Расстояние между ярусами сопел вь1бирается из расчета, чтобы верхний ярус сопел находился у среза горловины.

Ограничение максимальной высоты слоя газошлакометаллической эмульсии уровнем сталевыпускного отверстия вызвано тем, что выше его уровня резко угленьшается свободный объем конвертера (переход в коническую часть) который может вместить новые объемы эмульсии.

Продувка смесью инертного газа с топливом и воздухом продолжается до тех пор, пока уровень эмульсии не опустится ниже сталевыпускного от верстия, что может быть зафиксировано ,специальным датчиком косвенного конт--! роля хода шлакообразования.

1090725

Расход смеси,Ъ

Примечание

Время осаждения эмуль-, сии,с

Опыт

25 зо компенсировалось в полной мере уносимое с продуктами сгорания и инертным газом тепло). Уменьшение в смеси доли инертного газа ниже 4,5 ч.

35 вызывало (при сохранении расхода смеси на уровне 10-15Â рост количества отходящих продуктов горения (за счет сгорания природного газа) „В последнем случае также наблюдалось выбивание

40 отходящих газов из-под гаэоприемного устройства.

Регулирование вспенивания шлака при производстве стали в кислородном конвертере позволило увеличить выход жидкой на З,ОЪ, а также получить высокую степень дефосфорации и десульфурации металла (90% и 6ОЪ соот ветственно.

Предложенный способ регулирования уровня . вспенивания шлака позволит предупредить черезмерное вспенивание и исключить потери .металла с выбросами и переливами через горловину конвертера. Продувка же металла под вспененным шлаком обеспечит высокую скорость окислительных процессов, глубокое рафинирование металла от вредных примесей и уменьшит вынос капель металла и шлака, что в пересчете на годовое производство со)Q временного кислороднотконвертерного, цеха может дать экономический эффект до 10 млн. руб.

Тираж 540 Подписное

» » \»

Ужгород, ул. Проектная,4

6,0 33

8,1 21

10,0 15

12,2 14

Слабое осаждающее дейст вие

5 14,0 11

15,0 8

16 2 б

18,3 б

24,0 5

30,0 4

7, Выбивание дымовых газов из-под газо:отводящего тракта

9 духа - 0,013 м /мин. Смесь аргона с природным газом и воздухом подавалась в течение 6 с, в результате чего было полностью ликвидировано черезмерное вспенивание шлака. Подача смеси прекращалась после сигнала прибора косвенного контроля хода шлакообраэования о прохождении газошлакометаллической эмульсии уровня сталевы. пускного отверстия. В дальнейшем осуществляли обычную продувку ванны 30 кислородом с проведением всех рафинированных процессов и процессов шлакообразования. Общая продолжительность продувки составляла 15,3 мин °

Затем производился раздельный слив 5 металла и шлака, при этом получено

56,6 кг металла с содержанием серы

0,012%, фосфора вЂ,0,018%.

По указанной методике были проведЕНЫ ОПЫТНЫЕ ЛабОратОрНЫЕ ПЛавКИ, результаты которых представлены в таблице.

Результаты лабораторных плавок показали, что увеличение расхода смеси выше рекомендованных значений (156) приводило к более быстрому . 5 осаждению эмульсии ниже уровня сталевыпускного отверстия, но при этом наблюдалосЬ выбивание отходящих газов иэ-под гаэоприемногр устройства (опыты 7-10).Последнее свидетельству ет о неспособности гаэоотводящего тракта пропустить выделяющийся проВНИИА Заказ 3016/23

»»» Ю ЮО» Ф»»

Филиал Drja Патент", дукт горения. Уменьшение расхода смеси ниже 10% вызывало .(опыты 1 и

2) замедление осаждающего действия смеси иэ-эа слабого воздействия ее на поверхность вспененной эмульсии.

Цель изобретения была достигнута без ухудшения остальных параметров плавок в опытах 3-6, когда время осаждения пены составило 8-15 с.

Для более полного обеспечения рекомендованного соотношения компонентов смеси были проведены опытные плавки в лабораторном конвертере при выполнении и невыполнении рекомендованного соотношения. Соотношение инертного газа, топлива и воздуха, как уже указывалось, предлагается равным 4,5 : 1 : 7, а расход смеси

10-15% от расхода окислительного газа. В связи с тем, что для полного сжигания одной части природного газа требуется минимум 7 ч воздуха, варьировали только содержание аргона в смеси, изменяя тем самым содержание природного газа и воздуха, поскольку общий расход смеси оставался постоянным. Увеличение в смеси доли инертного газа выше 4,5 ч. приводило к удлинению времени продувки ванны до достижения температуры металла

1620 С (при этом наблюдался более оло ный хо плавки так ак не