Способ выплавки стали

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к кислородно-конвертерному производству стали. Цель изобретения - снижение расхода чугуна, увеличение производительности агрегата и эффективности нагрева лома - достигается тем, что, загрузив в конвертер 1/4-3/4 от всего объема лома, осуществляют нагрев его в течение 2 - 6 мин путем сжигания 10 - 25 кг/т лома в минуту газовых и длиннопламенных углей в потоке кислорода, подаваемого с расходом 0,8 - 1,5 м³/кг угля в минуту, при положении фурмы 18 - 35 калибров над уровнем загруженного лома. За 1 - 2 мин до окончания нагрева лома присаживают антрацит или тощие угли в количестве 0,5 - 2,5 от расхода угля на нагрев. После нагрева лома загружают его оставшуюся часть. Для предварительного нагрева нагружают тяжеловесную часть используемого на плавку лома. Операцию нагрева лома можно периодически повторять после послойной загрузки 1/4 - 1/2 от объема всего лома. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к кислородно-конвертерному производству стали. Целью изобретения является снижение расхода чугуна, увеличение производительности агрегата и эффективности нагрева лома. Предусматриваемый способом нагрев расположенного на дне конвертера лома позволяет осуществлять сам процесс нагрева в более благоприятных для стойкости футеровки условиях и приводит к более быстрому и равномерному прогреву лома из-за дополнительного нагрева его от днища конвертера. Поскольку массообменные процессы в период окислительного рафинирования в нижних слоях конвертера затруднены, то расплавление находящегося в этой зоне лома (особенно тяжеловесного) в большей мере определяет как ход всего процесса, так и производительность агрегата. В связи с этим эффективный прогрев расположенного в нижних слоях расплава лома и, в первую очередь тяжеловесного, позволяет резко сократить длительность его расплавления и увеличить производительность агрегата. Регламентируемые способом длительность, режимные параметры нагрева и части (1/4 - 3/4) загружаемого лома позволяют достигнуть полного сгорания летучих составляющих углей в полости конвертера, что в свою очередь способствует эффективному нагреву лома и повышению степени полезного использования применяемого угля. Удаление летучих из присаживаемых в конвертер углей (антрацита, тощих, газовых, длиннопламенных) и последующая загрузка лома позволяют более эффективно использовать их в качестве науглероживателя, чем обычно применяемые для этой цели более дорогие и дефицитные материалы (кокс и графит). Это вызвано тем, что применение предлагаемого способа приводит к прогреву этих материалов до высоких температур и более равномерному распределению их в твердой составляющей завалки, что в свою очередь приводит к ускорению плавления лома и к более раннему и равномерному усвоению науглероживателя расплавом. Все это способствует улучшению условий ведения процесса окислительного рафинирования, увеличению производительности агрегата и снижению расхода чугуна на плавку. Регламентация видов применяемых углей, режимов присадки, количества и соотношения между ними позволяет безопасно и рационально использовать дешевые и недефицитные угли с учетом их специфических особенностей (содержание летучих, характеристики термической деструкции и т. д.) Предусматриваемое способом соотношение количества загружаемого лома и характеристик кислородного дутья на нагрев позволяет струе кислорода не только наиболее полно осуществлять дожигание отходящих газов, но и в то же время минимально воздействовать на футеровку конвертера, так как ядро зоны горения находится на максимальном удалении от стенок конвертера. Кроме того, предусматриваемые параметры дутья дают возможность равномерно распределять и эффективно прогревать твердую составляющую углей, используемую в дальнейшем в качестве науглероживателя. Предлагаемые технологические параметры выбраны на основании результатов промышленных опытов. При этом установлено, что загрузка менее 1/4 от всего объема лома приводит к повышенному износу днища конвертеров, а достигаемое снижение продолжительности плавки за счет использования расположенного в нижней части конвертера лома в малой степени компенсирует удлинение цикла, связанное с нагревом лома. Загрузка более 3/4 от всего лома приводит к неравномерному прогреву лома, поскольку даже в случае нагрева верхних слоев до температуры выше 1300^oC (появление зоны оплавления) придонные слои металла не прогреваются до температуры выше 400^oC, что в свою очередь не позволяет достигнуть существенных преимуществ по сравнению с прототипом. Как показали проведенные опыты, наиболее рациональной является загрузка (1/3 - 1/2) от всего объема лома (1/3 - для тяжеловесного; 1/2 для легковесного лома). Нижний предел длительности нагрева (2 мин) выбран исходя из возможностей нагрева минимального количества лома (1/4 от всего объема) без появления зон оплавления, поскольку такие зоны способствуют накоплению окислов железа в скрапе и приводят к появлению выбросов при заливке чугуна и окислительном рафинировании расплава. Верхний предел длительности нагрева был выбран исходя из необходимости равномерного прогрева максимально рекомендованного количества легковесного лома (3/4 от всего объема) при минимальной интенсивности нагрева. Увеличение длительности нагрева приводит к нерациональному удлинению цикла плавки и снижению по сравниванию с прототипом производительности агрегатов. Предлагаемые пределы расхода газовых или длиннопламенных углей выбраны исходя из задачи быстрого и равномерного прогрева лома за счет сжигания летучих. Нижний предел (10 кг/т лома в 1 мин) относится к случаю применения углей с высоким содержанием летучих (длиннопламенные угли) при минимальной доле нагреваемого лома (1/4 от всего объема). Снижение расхода газовых или длиннопламенных углей (менее 10 кг/т лома в 1 мин) не позволяет достигнуть высоких температур нагрева лома и в полной мере достигнуть поставленной цели. Верхний предел расхода относится к случаю применения газовых или длиннопламенных углей с низким содержанием летучих (37 - 40%) при максимальной доле нагреваемого лома (3/4 от всего объема). Увеличение количества присаживаемого угля приводит к интенсивному разогреву верхних слоев лома и появлению зон оплавления, а также к подгоранию футеровки конвертера. Оптимальным для угля, содержащего 40% летучих, при загрузке 1/2 от всего объема лома является расход 15 кг/т в 1 мин. Наиболее рациональной является непрерывная подача угля в конвертер самотеком из бункеров. В случае невозможности ее реализации целесообразна присадка мелкими порциями. Количество кислорода рекомендовано исходя из требования обеспечить полное сжигание всех летучих при нагреве лома до температуры 840 - 880^oC (при этих температурах происходит практически полное выделение летучих). Снижение количества кислорода (менее 0,8 м ³/кг угля в 1 мин) приводит к догоранию летучих в газоходе и безвозвратным потерям тепла, а увеличение его (более 1,5 м³/кг угля в 1 мин) - к поджиганию футеровки и снижению ее стойкости, а также к появлению зон оплавления. Оптимальным для случая применения газового угля с 40% летучих при расходе 15 кг/т лома в 1 мин и загрузке в 350-тонный конвертер 1/3 лома (40 т) является расход кислорода 560 м³/мин (0,93 м³/кг угля в 1 мин). Пониженный по сравнению с прототипом уровень нагреваемого лома позволяет более полно сжигать летучие и дает возможность опускать кислородную фурму на большую глубину. Рекомендуемый диапазон расположения кислородной фурмы над уровнем металла позволяет достаточно эффективно сжигать летучие и равномерно распределять прогретую твердую составляющую угля. При расположении фурмы ниже чем на 18 калибров над уровнем загружаемого лома появляются локальные зоны оплавления металла. Расположение фурмы выше чем на 35 калибров над уровнем загружаемого лома ухудшает равномерность распределения прогретых твердых составляющих угля и снижает стойкость футеровки из-за приближения к ней теплового ядра. Присадка тощих углей или антрацита перед окончанием нагрева лома дает возможность быстро удалить из них летучие (у тощих углей они составляют не более 17%, у антрацита не более 7%); равномерно распределить их по поверхности лома; прогреть их до высоких температур; снизить высокие локальные температуры на поверхности нагреваемого лома и предотвратить оплавление его; стабилизировать теплопередачу от теплового ядра (горения летучих в потоке кислорода) к лому. Присадка ранее 2 мин до окончания нагрева лома из-за плохой теплопроводности угля ухудшает суммарную эффективность нагрева лома. Более поздняя присадка (позже чем за 1 мин до окончания нагрева) приводит в ряде случаев к неполному удалению летучих, неравномерному распределению угля и возможности появления выбросов при заливке чугуном при проведении окислительного рафинирования. Наиболее оптимальной для случая использования антрацита является его присадка за 1 - 1,5 мин до окончания нагрева. Присадку целесообразно проводить непрерывным потоком или мелкими порциями. Выбор соотношения между количествами газового или длиннопламенного угля и антрацита осуществляется исходя из практически установленных пропорций между максимальным количеством прогретого науглероживателя, не ухудшающего характеристики окислительного рафинирования, и необходимым для эффективного нагрева лома количеством газовых или длиннопламенных углей. Нижний предел расхода антрацита (0,5 от расхода угля на нагрев) относится к газовым углям с минимальным количеством летучих. Более низкий расход приводит к увеличению расхода чугуна на плавку, поскольку не используют весь потенциал возможностей применения науглероживателя в шихте. Верхний предел (2,5 от расхода угля на нагрев) относится к длиннопламенным углям с высоким содержанием летучих. Более высокие присадки антрацита или тощих углей приводят к ухудшению условий нагрева из-за их низкой теплопроводности, а также к появлению выбросов при проведении окислительного рафинирования. Наиболее оптимальным расходом антрацита в случае применения газового угля с 40% летучих при расходе 60 кг/т лома и загрузке в 350-тонный конвертер 1/3 лома (40 т) является расход 40 кг/т лома. В этом случае суммарный эффект влияния науглероживания эквивалентен присадке кокса в количестве 90 кг/т лома. Присадка для нагрева тяжеловесного лома позволяет резко сократить длительность его плавления, а поскольку этот процесс практически определяет продолжительность окислительного рафинирования расплава, то и сократить цикл плавки. Для способа с послойным нагревом рекомендуется нагрев осуществлять после периодической загрузки не менее 1/4 от всего лома, поскольку при уменьшении количества присаживаемого лома увеличивается длительность нагрева и снижается производительность агрегата. Присадка во вторую порцию более 1/2 от всего объема лома имеет те же недостатки, что и способ по прототипу (низкая стойкость футеровки, неполное сжигание летучих, снижение степени использования угля и т. д.). Параметры нагрева второй и последующих порций выбраны исходя из задач эффективного и равномерного прогрева лома и с учетом того, что температура лома после нагрева предыдущей порции составляет не менее 800^oC. Нижний предел (10 кг/т лома в 1 мин) расхода газового, длиннопламенного угля на нагрев второй и последующих порций относится к случаю применения углей с высоким содержанием летучих, а верхний предел (15 кг/т лома в 1 мин) - для углей с низким содержанием летучих. Более низкий расход угля не позволяет эффективно нагревать лом, а более высокий расход приводит к подгоранию футеровки. Пример 1. В 350-тонный глуходонный конвертер после выпуска предыдущей плавки на дно загружают 6 т извести, заваливают из одного совка 50 т тяжеловесной обрези (весь лом 120 т заваливают из трех совков). Конвертер для равномерного распределения лома наклоняют на 30 - 60^o в сторону сталевыпускного отверстия. Затем его устанавливают вертикально, опускают фурму на уровень 0 - 1 м по сельсину (18 - 35 калибров над уровнем спокойной ванны) и подают кислород с расходом 600 м³/мин (0,8 м³/кг угля в 1 мин). Фурму опускают медленно с учетом возможностей ее утыкания в лом. Через 10 - 15 с после включения кислорода в конвертер подают самотеком газовый уголь с содержанием летучих 40% и фракций не более 60 мм. Интенсивность подачи угля 700 кг/мин (15 кг/т лома в 1 мин). Для наблюдения за характером горения угля конвертер наклоняют на 10 - 15^o в противоположную сталевыпускному отверстию сторону. В случае незагорания угля подачу кислорода и угля прекращают и все операции повторяют. Прогрев осуществляют 5 мин, за 1,5 мин до окончания нагрева в конвертер самотеком начинают подавать антрацит с расходом 1,3 т/мин и общим расходом 2 т. По окончании нагрева, характеризуемого содержанием CO₂ и H₂O в отходящих газах, подачу кислорода прекращают, фурму выводят, а в конвертер загружают оставшийся лом (70 т из двух совков), заливают чугун и осуществляют окислительное рафинирование расплава. В связи с предварительным прогревом расположенного в донной части конвертера тяжеловесного лома длительность предварительной продувки с повышенным уровнем фурмы сокращают до 1 - 2 мин (обычно 3 - 4 мин), а общую длительность продувки сокращают на 1 - 1,5 мин. Расход кислорода на плавку сокращают на 1500 м³. Расход чугуна на плавку по сравнению с прототипом сокращают на 10 - 15 кг/т, он составляет 770 - 780 кг/т. Пример 2. В конвертер, что в примере 1, на шлак предыдущей плавки загружают известь, жидкую часть шлакового расплава сливают и осуществляют завалку одного из четырех поданных с ломом на плавку (125 т) совков. Завалку осуществляют из совка с наибольшей массой лома (40 т). Операции по завалке и нагреву лома осуществляют, как в примере 1. Расход угля, содержащего 40% летучих, составляет 600 кг в 1 мин (15 кг/т в 1 мин), расход кислорода 500 м³/мин (0,83 м³/кг угля в 1 мин). Длительность нагрева первого совка 3 мин. За 1 мин до окончания нагрева самотеком подают 700 кг антрацита. По окончании нагрева загружают один совок лома (30 т) и нагревают в течение 2,5 мин с расходом угля 360 кг/мин (12 кг/т в 1 мин), кислорода 500 м³/мин (1,38 м³/кг угля в 1 мин). Присадку антрацита (700 кг) осуществляют за 1 мин до окончания нагрева. По аналогичному режиму ведут нагрев третьего совка (масса лома 30 т). Последнюю (четвертый совок) порцию с массой лома 25 т нагревают в течение 2 мин с расходом углей 250 кг/мин и кислорода 450 м³/мин. По окончании нагрева в конвертер заливают чугун и продувают расплав кислородом. Расход последнего сокращается на 3000 м³. Длительность продувки с поднятой фурмой сокращают до 1 мин, а расход чугуна по сравнению с прототипом - на 15 - 30 кг/т. Пример 3. В конвертер, что в примере 2, на шлак предыдущей плавки загружают 10 т извести, жидкую часть шлакового расплава сливают и осуществляют завалку лома с двух совков (при завалке с трех совков 2/3 от всего количества лома). Заваливают первым и вторым совком наиболее тяжеловесный лом (95 т из 125 т общей завалки). Операции по нагреву осуществляют в той же последовательности, что в примере 2. Предлагаемый способ производства стали по сравнению с прототипом позволяет снизить расход чугуна на 10 - 30 кг/т; сократить цикл плавки на 5 - 10%; повысить стойкость футеровки на 10 - 20%; увеличить выход годной стали на 0,1 - 0,25%; снизить себестоимость стали за счет замены кокса на уголь и увеличить коэффициент полезного использования угля.

Формула изобретения

1. Способ выплавки стали, включающий загрузку в конвертер лома и его предварительный нагрев путем сжигания углеродсодержащего топлива и кислорода, последующую заливку чугуна и окислительное рафинирование расплава, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода чугуна, увеличения производительности агрегата и эффективности нагрева лома, после загрузки в конвертер 1/4 - 3/4 от объема всего лома осуществляют нагрев его в течение 2 - 6 мин путем сжигания 10 - 25 кг/т лома в 1 мин газовых или длиннопламенных углей в потоке кислорода, подаваемого с расходом 0,8 - 1,5 м³/кг угля в 1 мин, при положении фурмы 18 - 35 калибров над уровнем загруженного лома, а за 1 - 2 мин до окончания нагрева лома присаживают антрацит или тощие угли в количестве (0,5 - 2,5) от расхода угля на нагрев и после нагрева лома загружают оставшуюся его часть. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для предварительного нагрева загружают тяжеловесную часть лома. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что операцию нагрева периодически повторяют после послойной загрузки 1/4 - 1/2 от объема всего лома, причем нагрев второго и последующих слоев осуществляют с расходом газового или длиннопламенного угля 10 - 15 кг/т лома в 1 мин, а присадку антрацита или тощих углей распределяют прямо пропорционально массе загружаемого лома.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3