Способ выплавки стали в конвертере

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к выплавке стали в кислородных конвертерах. Способ включает загрузку металлошихты, содержащей лом и жидкий чугун, присадку извести и продувку ванны кислородом с дожиганием выделяющегося оксида углерода в объеме конвертера. Целью изобретения является повышение тепловой эффективности кислородно-конвертерного процесса путем интенсификации дожигания CO и теплопередачи от факела к расплаву. Для этого кислород на дожигание оксида углерода подают в сторону ванны попарно соударяющимися струями, причем одну из струй каждой пары подают с постоянным расходом в процессе плавки под углом 60-70° к оси фурмы, а другую струю - с переменным расходом под углом 15-20°, при этом соотношение постоянного и переменного расходов струй каждой пары по периодам плавки устанавливают в соответствии с зависимостью V реч/V пост=K(H ф) N где V реч - регулируемый расход кислорода

V пост - постоянный по периодам плавки расход кислорода

K - коэффициент пропорциональности, равный 1,1-1,3

H ф - коэффициент высоты фурмы над уровнем спокойной ванны

N - показатель степени, равный 3/2. 4 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ Х

РЕСПУБЛИН (19) (1И (5t)5 С 21 С 5/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Г

1 ! е

J I и !

ГОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21 ) 4297576/23-02 (22) 17.08.87 (46) 15.07.90. Бюл. Ю 26 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт по очистке технологических газов, сточных вод и использованию вторичных энергоресурсов черной металлургии (72) В.С.Бобошко, И.В.Кабанов, С.И.Волгин, Е.А.Сутягин, Н.Ю,Винник, Э.С.Белокуров, В.В.Смоктий, P.Ñ.Àéçàòóëîâ и Л.И.Учитель (53) 669.184.244.66(088.8) (56) Патент СНА М 3895784, кл. С 21 С 5/46, опублик. 1975.

Экспресс-информация. Черная металлургия, сер. "Сталеплавильное производство", вып. 3, 1985. (54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В КОНВЕРТЕРЕ (57) Изобретение относится к черной металлургии, в частности к выплавке стали в кислородных конвертерах.

Способ включает загрузку металлошихты, содержащей лом и жидкий чугун, Изобретение относится к черной металлургии и может найти примеяение при производстве стали в конвертерах.

Цель изобретения - повышение теп-. ловой эффективности кислородно-конвертерного процесса путем интенсификации дожигания СО и теплопередачи от

2 присадку извести и продувку ванны кислородом с дожиганием выделяюц!егося оксида углерода в объеме конвертера. Целью изобретения является повышение тепловой эффективности кислородно-конвертерного процесса путем интенсификации дожигания СО и тепло" передачи от факела к расплаву. Для этого кислород на дожигание оксида углерода подают в сторону в нны попарно соударяюшимися струями, причем одну из струй каждой пары подают с постоянным расходом в процессе плавки под углом 60-70 к оси фурмы, а другую струю — с переменным расходом под углом 15-20, при этом соотношение постоянного и переменного расходов струй каждой пары по периодам планки устанавливают .в соответ( сТ вии с за ви симяст ью Чрег / д т =

= К(Н )" где V „- регулируемь!й расход кислорода, V „т - постоянный по периодам плавки расход кислорода, К - коэффициент пропорциональности, равный 1,1-1,3, Н - коэффициент высоты фурмы над уровнем спокойной ванны, n - показатель степени, равный 3/2. 4 табл. факела к расплаву - достигается за счет использования скрытой теплоты

СО и определяется увеличением степени дожигания СО в объеме конвертера и интенсивности передачи тепла от факела к расплаву.

Эффект вспенивания ванны при использовании предлагаемого способа

1578209 преодолен путем организации горения в верхних слоях газошлакометаллической эмульсии, которые являются областью, где обеспечиваются наиболее эффективные условия как для дожигания

CO так и для теплопередачи одновременно. Это связано с тем, что эмульсия в верхних слоях характеризуется высоким содержанием газовой фазы в единице объема, что является необходи мым условием эффективного дожигания

СО. С другой стороны, эмульсия в вер>, них слоях также характеризуется достаточным содержанием и жидкой Фазы в виде шлаковых пленов, и обезуглероженных капель расплава.

Вследствие непосредственного контакта горячих газов с развитой поверхностью жидкой Фазы происходит интенсивный сток тепла, в результате чего и обеспечиваются эффективные условия теплопередачи.

Пространственное положение зоны верхних слоев эмульсии в рабочей полости конвертера по ходу продувки непрерывно меняется, что связано с характерным протеканием процессов шлакообразования и обезуглерожива— ния на плавке.

В начале плавки вспененная эмульсия занимает относительно небольшой объем s центральной части ванны. В процессе наводки шлака высота и объем вспененной ванны существенно возрастают. Вместе с тем сохраняется форма вспененной ванны в виде развитого конического участка, образующая которого при его вершине образует в процессе плавки с осью фурмы углы в диапазоне (27,5+3,5 - 40+4 ), что обусловливает необходимость изменения в тех же пределах положения оси факела дожигания CO.

0cb факела дожигания СО, образующая с осью фурмы углы в диапазоне

24-44 о, формируется как результат соударения пары струй, одну из которых подают с постоянным расходом в процессе плавки под углом 0{ „„ т, рав ным 60-70,к оси Фурмы, а другуюс переменным расходом под углом 4 er равным 15-20 к оси фурмы.

C другой стороны, изменяется (приближаясь друг к другу) взаиморасположение области верхних слоев эмульсии и источника кислорода дожигания СО (сопел верхнего яруса) вследствие опускания по ходу продувки фурмы (изменения высоты фурмы, как правило, ступенчатого).,что обусловливает необходимость уменьшения дальнобойности кислородной струи, 5 чтобы, снизив ее проникающую способность, предотвратить расходование кислорода дожигания на реакцию окисления углерода и железа.

Из изложенного выше следует необходимость управления по ходу плавки расходом кислорода на дожи га ние СО и направлением его подачи.

Подача в предлагаемом способе кислорода на дожигание CO попарно соударяющимися струями дает в процессе их взаимодействия результирующую струю, расход которой определяется суммой расходов, а направление совпадает с направлением вектора суммы импульсов взаимодействующих струй, что позволяет по ходу плавки управлять расходом и направлением подачи кислорода одновременно.

25 Управление дальнобойностью струи осуществляют с помощью изменения ее импульса, величина которого прямо пропорциональна расходу кислорода.

Управление направлением результирующей струи осуществляют с помощью изменения соотношения импульсов соударяющихся струй. Таким образом, вопрос управления, положением и длиной

Факела дожигания CO сводится к оптимальному регулированию соотношения расходов кислорода в соударяющихся струях.

Характер вспенивания ванны в наибольшей степени связан с высотой фурмы, график изменения которой по ходу продувки определяет процессы шлакообразования и обезуглероживания металла на плавке.;1о этой причине график изменения положения Фурмы (график изменения относительной . высоты фурмы Н, представляющий отТ ношение фактической высоты фурмы в любой текущий момент плавки Н д„ к минимальной высоте Фурмы Н „ц в масштабе относительного времени плавки, 4,н) может служить индикатором положения верхних слоев газошлакометаллической эмульсии. Таким образом, наиболее целесообразно алгоритм регулирования расхода кислорода в одной из пары соударяющихся струй (при постоянном расходе в другой из этой пары струй, что позволит упростить и повысить надежность точ5 1 ного регулирования соотношения импульсов струй) построить в функции высоты фурмы, причем таким образом, чтобы в процессе регулирования положения результирующей струи охватывали весь диапазон углов, образуемых положениями верхних слоев эмульсии в процессе плавки (24-44 к оси Фурмы), в сочетании с изменением ее дальнобойности.

Указанные оптимальные характеристики результирующей струи, формирующей зону факела с наиболее эффективным условиями дожигания СО и теплопередачи в любой текуц<ий момент плав ки, определяются совокупностью параметров направленных в сторону ванны попарно соударяющихся струй; подачей струи с постоянным в процессе плавки расходом кислорода (одной из каждой лары) под углом 60-70О к оси Фурмы, а струи с переменным расходом -кисло рода (второй из этой же пары) под углом 15-20о к оси Фурмы, при этом соотношение переменного и постоянного расходов в струях каждой пары по ходу плавки устанавливают в соответствии с зависимостью

Оптимизация характеристик факела дожигания СО в процессе плавки пред ставлена в табл. 1-3, записанных в виде матриц, осью координат которых является коэффициент пропорциональности К, а осью абсцисс — параметр о рею / < поет, Физический смысл параметра о pgf-/

/Ы по,т состоит в следующем.

Поскольку положение результирующей струи, указываемое с помощью ф,рр, задается направлениями подачи каждой пары соударяющихся струй в сочетании с соотношением их импульсов, указание угла подачи любой одной иэ пары струй (р, или по 7) является недостаточным условием.

Из рассмотрения поля значений

g(„„, .представленных в табл. 1-3 э ет слева направо и снизу вверх.

При углах М, р образуемых осью результирующей струи к оси фурмы, больших, чем величина угла, образуемого положением верхних слоев аспененной ванны к оси Фурмы, зона (на57820

15

30

40

9

6 пример, в табл. 1 41, 0-43, 5о) факе-". ла дожигания CO располагается над эмульсией, что существенно снижает интенсивность теплопередачи.

0 величина угла, образуемого положением верхних слоев (образующей конического участка вспененной ванны к оси фурмы). например, в табл. 1

36,0 - 38;5, зона факела дожигания

СО располагается во внутренних областях шлакометаллической эмульсии, что снижает степень дожигания CO u по этой причине уменьшает коэффициент использования скрытой теплоты

СО на плавке.

В табл. 1-3 представлены поля значений „ при различных положениях фурмы, соответствующих Н, 1, Й,р —— 1,34 и Н(р = 2, О.

Величина коэффициента пропорциональности К, равная 1, 1-1,3, опре- деляется таким же соотношением расходов кислорода в соударяющихся струях, оптимальным для номинального положения фурмы, когда ее высота минимальна, при этом Йр = 1. Это соотношение расходов позволяет кислород, подаваемый на дожигание СО в этом положении фурмы, направлять с помощью рез.льтирующей струи в область верхних слоев вспененной ванны.

При коэффициенте пропорциональности К, меньшем 1,1 зона горения СО выходит за область верхних слоев, по" ложение которых с осью Фурмы в период интенсивного обеэуглероживания лежит в диапазоне углов 40+5 :, в сторону свободного объема рабочей полости, т.е. эа угол, превышающий 45 . Это приводит к снижению эффек"

-тивности теплопередачи от Факела в ванне и локальному разгару футеровки за счет воздействия на нее высокотемпературным факелом.

При коэффициенте пропорциональности К, большем 1,3, эона горения

С0 располагается во внутренних слоях вспененной ванны, входя таким образом в диапазон углов, меньших

35О, что приводит к снижению степени дожигания СО в объеме конвертера, так как подаваемый кислород расходуется на реакции обеэуглероживания и окисления железа (угар). что проти воречит поставленной цели.

Такие же эффекты происходят в других положениях Фурмы, для которых

1 1578209 требуемый диапазон углов, образуемых осью результирующей струи с осью фурмы, достигается с помощью других оптимальных соотношений расходов кислорода в соударяющихся струях, величина которых корректируется умножением К, равного 1,1 - 1,3, на величину (Й )". соответствующую фактическому положению фурмы (Н

Влияние углов подачи соударяющихся струй на характеристики факела можно уяснить из следующего.

При одинаковых импульсах соударяющихся струй влияние величины углов их подачи равноценно: ось результирующей струи совпадает с биссектрисой угла, образованного направле- ниями подачи каждой из пары струй.

При большом соотношении импульсов в соударяющихся струях влияние нап-, 1 .давления струи с малой величиной импульса подавляется., Как видно из табл. 1-3, при выхо"

° де параметра ;er /о «cr за заданные пределы углов для каждой изпары струй, на направление результирующей струи .оказывается воздействие, аналогичное влиянию коэффициента пропорциональности К для любого фактического положения фурмы, при котором коэффициент относительной высоты принимает значения в соответствии с графиком изменения высоты фурмы в процессе плавки.

При этом при одних значениях паРаметРа

20/55, и т.д., результирующая струя будет занимать положение во внутрен", них слоях вспененной ванны. При других значениях параметра 0(, ое„ / 1поот например 20/75, 11/75 и т.д., факел горения СО буде располагаться над эмульсией.

В обоих случаях отклонение от положения верхних слоев эмульсии приводит к уменьшению коэффициента ис" пользования скрытой теплоты СО.

При заявляемых диапазонах углов подачи кислорода из каждой пары соударяющихся струй, в соответствии с которыми параметр К, /К пост при" нимает, например, значения 15/60, 20/60, 15/70, 20/70, в сочетании с оптимальным коэффициентом К, равным

1, 1-1,3, факел дожигания CO будет располагаться в верхних слоях аспененной ванны для любого текущего положения фурмы, причем оптимальное соотношение расходов в соударяюц|их ся струях корректируется по величии не Н с помощью сомножителя (Н )

Пример. После завалки 60 т стального лома и заливки 103 т предельного чугуна в 160-тонный конвертер, присаживают 8 т извести и 0,2 т плавикового шпата и опускают в конвертер двухъярусную водоохлаждаемую фурму °

Начинают продувку при положении фурмы 2, 5 м над уровнем спокойной ванны, подавая кислород через сопла нижнего яруса, размещенные в головке фурмы, с расходом 350 м /мин.

Одновременно кислород подают через сопла верхнего (второго) яруса на дожигание оксида углерода, выделяющегося из ванны в процессе ее обезуглероживания.

Расход кислорода на продувку ванны поддерживают постоянным в течение плавки. Положение фурмы по ходу про25 дувки изменяют в процессе плавки по ступенчатому графику: высокое — 2,5 м во время наводки шлака, минимальное1„75 м в период интенсивного обезуглероживания ванны.

30 Управление процессом подачи кисло" рода на дожигание осуществляют на основе автономного регулирования расходов в соударяющихся струях. При этом одну группу сопел подсоединяют к кислородному тракту с постоянным питающим сечением, что позволяет формировать струи постоянного расхода при его величине, например, о

17 мо/мин, подаваемым под углом 70 к оси фурмы. Вторую группу сопел подсоединяют к кислородному тракту с регулируемым сечением, что позволяет формировать струи переменного расхода, подаваемые под углом t5 к

4»; оси фурмы.

Регулирование расхода кислорода в струях, подаваемых на дожигание, в процессе плавки осуществляют rlo зависимости

-- — = к(й >" пост при значениях К = 1,2 и n = 3,2 в соответствии с графиком изменения высоты фурмы. При этом параметры подачи кислорода на дожигание С0 по ходу плавки принимают значения, приведенные в табл. 4, при постоянной

1578209 TJ пост

25 где Ч

К(Н ) регулируемый расход кислорода, постоянный по периодам пла ки расход кислорода; пос т30

К=1, 1коэффициент пропорциональности, коэффициент высоты фурмы— отношение фактической высоты фурмы над уровнем спокойной ванны в текущий момент плавки (Н,рц т) к минимальной высоте фурмы над уровнем спокойной ванны во время интенсивно" го обезуглероживания ме" (H мин):. показатель степени.,35

40 и = 3/2

Э °

Табли ца

Значения К е9 л при 1{У= 1 (x ег / о пост

20/70 15/75 20/75

15/55 20/55 15/60 20/60 15/70

42,5 45,0 46,5

39. 5 43,5 45,0

38,0 42,5 44,0

37,0 41,0 42,5

36,0 39,0 40.0

1,0 36,0 38,0

1,1 35,. 0 37,0

1,2 33,5 36,0

1,3 32,5 35,5

1,4 31,0 34,0

40,0

38,5

37,0

36,0

35,0

44,0

42,0

40,0

38,5

37,0

47,5

46,0

44,5

43,5

41,5 величине расхода кислорода, составляющей 17 м /мин в струях, подаваемых под углом 70

Как видно из данных табл. 4, в процессе плавки диапазон углов, охватываемый направлениями результирующей струи, находился в пределах

28-40, общий расход кислорода на дожигание СО изменялся в интервале

37.4"74,8 м /мин, величина регулируз емого расхода кислорода в струях, подаваемых под углом 16 к оси фурмы, изменялась в интервале 20,4-58,7 м /

/мин.

Таким образом, по ходу продувки обеспечи валос ь одновременное и зменение интенсивности и направления подачи кислорода на дожигание оксида углерода в рабочем объеме конвертера в широком диапазоне значений, оптимальных для изменяющихся условий вспенивания эмульсии, что позволяет повысить тепловую эффективность конвертерной плавки.

По окончании продувки вначале отключался кислород на дожигание, затем кислород на продувку ванны и поднималась фурма. После этого осуществлялись пбвалка конвертера и слив металла.

Повышение тепловой эффективности процесса при данном способе выплавки стали позволяет увеличить количество дополнительно перерабатываемого лома на 50-60 кг/т стали при эквивалентном сокращении расхода чугуна по сравнению с традиционной технологией и на 30-40 кг/т по сравнению с процессами при использовании известных двухъярусных буРи. формула и э о б р е т е н и я

Способ выплавки стали в конверте" ре, включающий загрузку металлошихты, содержашей лом и жидкий чугун, присадку извести и продувку ванны кислородом с дожиганием выделяющегося оксида углерода в объеме конвертера, отличающийся тем,что,с целью повышения тепловой эффективности кислородно-конвертерного процесса путем интенсификации дожигания СО и

10 теплопередачи от факела к расплаву, кислород на дожигание СО подают в сторону ванны попарно соударяющимися струями, причем одну и" струй каждой пары подают с постоянным расходом о в процессе плавки под углом 60-70 к оси фурмы, а другую струю - с перео менным расходом под углом 15-20 при Этом соотношение постоянного и переменного расходов струй каждой пары по периодам плавки устанавливают flo зависимости

1578209

Таблица 2

Значения g pe»lg np>> II т 1,34

0 рфг/Ы >>cст

15/55. 20/55 15/60 1 20/60 15/70

20/70, 15/75 20/75

41,5

39,5

38,0

36,5

35,0

43.0

41,5

39 0

37>5

36-, 0.32) 5 34,0 35,5 37,0

31,0 32,0 34, О 35, 5

30,0 31,0 32,5 34,0

29,0 30,0 31,0 33 0

28,0 29.0 30 0 31 5

30,0

29>0

28 0

27,0

26,0

39,5

38 0

37,0

36,0

35,5

1,0

1il

1,2

1 3

1,4

Таблица 3

Значения Ы О„у„при Й 2,0 а(рет /Ы п>:>ст

--т--""--г

0 15/70 20/70 1 15/75 (20/75

15/55 120/55 I 15/60 20/6

32 5 34 5 35 0

31,0 32,0 33,0

30 0 310 315

29 0 30 0 30 5

27 5 280 290

26,5

25> 0

24,0

23,0

21,5

1,0

1,1

1,2

1;3

1,4

25,5

24,0

23,0

22,0

20 5

27> 5

26,0

25,0

24 0

23,0

29,0

28,0

27,0

26,0

25,0

30,5

29> 0

28,0

27,0

26,0

Т а б л и ц а 4

Изменение параметров подачи кислорода на дожигание СО в процессе плавки

Параметр

Фактическое положение фурмы по периодам

Н,р„„, (И1

2 5 1 67 j 1 25

Коэффициент относительной высоты фурмы, Й

Соотношение расходов кислорода в струях, М er

1) пост

Величина угла, образованного осью факела с осью фурмы, Ы разул (град)

Общий расход кислорода на дожигание, Чрььу (м /мин) 1:34

2,0

1,0

3,4

1,84

1;2

34

74,8

48,3

37,4

Составитель 8.Самсонов

Редактор А.Иаковская . Техреду.Дидык Корректор И.Иуска

Заказ 1892 Тираж 506 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, 3-35, Рауц1ская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.. Гагарина,101