Металлошихта для выплавки стали в мартеновских печах и способ ее загрузки в печь

 

Использование: в области металлургии и применяется при выплавке стали с исполь 2 зованием в составе металлошихты твердых углеродистых материалов. Сущность изобретения: при выплавке стали в мартеновской печи в качестве металлошихты используют металлоеодержащие отходы абразивного производства при следующем соотношении компонентов, мас.%: металлосодержащие отходы абразивного производства 3-12; жидкий передельный чугун 34-50; стальной лом - остальное. Жидкий передельный чугун содержит, мас.%: V 0,07-0,20; С 3,90-4,80; S 0,40-0jЈ4; Mn 0,29-0,58; Т 0,03-0,12; Сг 0,03-0.10; Си 0,02-0,07; Р 0,04-0,10; S 0.015-0.040; железо - остальное. В завалку на легковесный лом вводят 20-40% металлоотходов абразивного производства, а остальное их количество загружают в печь в период прогрева на тяжеловесный лом при температуре его поверхности 400-600°С. 2 с. и 13 п. ф-лы, 2 табл. сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

SU<, 1754784 А1 (5t)5 С 21 С 5/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К.АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 "": 2 (21) 4781232/02,::.;,, зованием в составе металлошихты твердых (22) 09.11.89,, " углеродистых материалов. Сущность изо(46) 15.08.92. Бюл. N. 30 " ;:: бретения: при выплавке стали в мартенов, (71) Нижнетагильский металлургический: ской печй в качестве металлошихты комбинат и Уральский. научно-исследова- используют металлосодержащие отходы тельский институт черных металлов .. абразивного производства при следую(72) Б.Н. Гоголев, M. А. Третьяков, В.П. Сол- . щем.соотношении комйонентов, мас.%: менцев, А.В; Евдокймов, Ю.С, Щекалев, " таллосодержащие отходы абразивного

Q.H, Кокареко, Г. Н, Василенко, Н. И. Фом-: производства 3 — 12; жидкий передельный кин и В, И, Ильин .. —, . ": чугун 34-50; стальной лом — остальное, Жид(56) Выплавка стали в мартеновских печах,: кий передельный чугун содержит, мас. j: I/

Технологическая инструкция 102-СТ.M-16- 0,07-.0,20; C 3,90-4,80; Sl 0,40-0,64; Мп

87. — Н. Тагил, 1987.,- ".:.:.:: 0,29-0,58; Ti 0,03-0,12: Cr 0,03-0.10; Си

Авторское свидетельство СССР -,:,:. 0,02-0,07; P 0,04-0,10; S 0,015-0.040; желеN. 1377300, кл. С 21 С 5/04, 1986.: : . зо — остальйое . В завалку на легковесный лом вводят 20-40 g, металлоотходов абра-,, (54) МЕТАЛЛОШИХТА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ эивного производства, а остальное их колиСТАЛИ В МАРТЕНОВСКИХ ПЕЧАХ И СПО-. чество загружают в печь в период прогрева 3

СОБ ЕЕ ЗАГРУЗКИ В ПЕЧЬ . .. : на тяжеловесный лом при температуре его (57) Использование . в области металлургии . поверхности 400-600 С. 2 с, и 13 п, ф-лы, иприменяетсяпри выплавкесталиС исйоль- 2 табл..: ... ..- .. " . ." .. -: С

1Изобретение относится к металлургии, Недостатком использовайия известной а именно к составам металлошихтовых ма- : металлошихты и способа ее загрузки явля-, териаловдлявыплавкисталииспособамих:, .ется невысокая скорость нагрева, плавле- Ф загрузкй в мартеновскую печь.. ::.: ..-. ния и шлакообразования, а форсированный режим нагрева эа счет применения кислоро- Q)

i.

Известна металлошихта для вйплавки : да при выплавке углеродистых марок стали стали в мартеновских печах, включающая, приводит к несоответствию температуры легковесный лом, тяжеловесный лом (блю-: металла и содержанйю углерода в нем, по-, мы; недоливки и др.), твердый и жидкий чу- . вышенйому расходучугуна и обильномуды- гун, ферросплавы. При этом завалка мовыделению. производится в следующем порядке. Внача- - Наиболее близкой по технической сущ- ле загружается в печь легковесный лом, па- ности и достигаемому эффекту к описывае-. кеты скрепа, затем тяжеловесный лом., мой является металлошихта в способе

Твердый чугун заваливается поверх сталь- выплавки стали в подовой сталеплавильной ного лома,.а затем после прогрева шихты печи, включающая легковесный стальной заливается жидкий чугун. скрап, тяжеловесный лом, твердые ковше1754784

10

20

35

45

55 вые отходы производства чугуна(С 3,85,1%; $! 0,5-2,4, Mn 0,4-1,7), жидкий «угун. Способ загрузки металлошихты в печь — перед завалкой тяжеловесной части стального скрапа на легковесную часть лома укладывают ковшевые отходы производства чугуна в количестве 1,2-2,2% от массы садки.

Этот состав металлошихты и способ ее загрузки в печь несколько снижает длительность плавки и расход чугуна за счет повышения тепловых возможностей йроцесса и ускорения периода плавления. Однако целесообразно дальнейшее снижение расхода чугуна, повышение производительности процесса и, особенно, снижение выбросов вредных веществ в атмосферу, характерных для современного мартеновского процесса с примейением кислородного дутья, Цель изобретения — увеличение производительности печи за счет сокращения периода плавления и повышения эффективности шлакообразования, уменьшение выбросов вредных веществ в атмосферу.

Поставленная цель достигается тем, что металлошихта для выплавки стали в мартеновских печах, включающая стальной скрап, состоящий из легковесной и тяжеловесной частей, металлоотходы, а также жидкий передельный чугун, в качестве металлоотходов содержит металлосодержащие отходы абразивного производства при . следующем соотношении компонентов, вес,.%:

Металлосодержащие отходы абразивного производства 3-12

Жидкий передельный чугун — 34-50

Стальной лом Остальное.

При этом жидкий йередельйый чугун содержит, мас. ., Ванадий. 0,08-0,20 . Углерод 3,90-4,80

Кремний 0,40-0,92

Марганец 0,29-0,58

Титан 0,03-0,12

Хром 0,03-0,10

Медь 0,02-0,07

Фосфор 0,04-0,10

Сера 0,015-0,040

Достижейию цели способствует "также то, что в способе загрузки металлошихты в мартеновскую печь, включающем побледовательное введение в печь легковесного стального лома, металлоотходов, тяжеловесного лома и последующую заливку жидкого передельного чугуна, на легковесный лом загружают металлосодержащие отходы абразивного производства в количестве 2040% от их общего расхода, а остальное количество металлоотходов абразивного производства загружают в печь в период прогрева шихты на тяжеловесный лом при температуре шихты 400-600 С..

Сущность предлагаемого изобретения заключается в использовании в составе металлошихты вместо или вместе с обычными твердыми углеродистыми материалами (твердый чугун, ковшевые остатки производства чугуна и др.) металлосодержащих отходов абразивного производства. Они содержат, вес. : углерод 2-5; кремний 6-12; алюминий 0,5 — 3,0; ванадий 0,5-2,0; титан

3 — 6; хром 0,5-1,0; кальций и магний 0,02—

2,0; фосфор 0,4-0,6; сера 0,02-0,03; железо металлическое — остальное.

Использование металлосодержащих отходов абразивного производства, содержащих химические элементы, окисление которых в основной печи происходит почти полностью в самом начале плавки с большим зкзотермическим эффектом, обеспечивает форсированный ход прогрева шихты, ускоренное ее плавление. Достигается требуемая концентрация углерода в металлической ванне по расплавлению при уменьшенном удельном расходе передельного чугуна. В ходе плавки окислы кремния, алюминия, ванадия и титана способствуют ассимиляции извести и быстрому формированию основного оптимального окисленного жидкоподвижного (140-170 мм по Герти) шлака. Снижение окисленности шлака в реэультате раскисляющего воздействия абразивных. отходов, с одной стороны, уменьшает потери железа со скачиваемым из печи шлаком, а с другой, наряду с микролегированием стали ценными элементами этих отходов повышает ее качество. По этой же причине за счет временного снижения скорости обезуглероживания расплава в период заливки в печь жидкого чугуна, а также раннего шлакообраэования достигается уменьшение пыли и окислов азота в отходящих газах..

Использование в составе металлошихты металлосодержащих отходов абразивного производства в количестве более 12% . нецелесообразйо, так как снижает интенсивность кипения ванны, увеличивает длительность периода плавления, а также требует повышения. расхода иэвестьсодержащих материалов для обеспечения необходимого уровня рафинирования металла

Снижение расхода металлсодержащих отходов абразивного производства менее 3% не обеспечивает полного реагирования окисленных капель металла с химическими элементами и существенно снижает эффек1754784 тивность их воздействия на процессы нагрева. плавления и шлакаабраэования. шению длительности ванны. Повышается также уровень FeO и расход металошихты.

Вторым существенным моментом предложенного технического решения является

При снижении же их содержания менее 3 замедляются темпы плавления и шлакаабприменение в составе металлошихты пере- 5 разавания, соответственно увеличиваются дельного чугуна, содержащего ванадий. Та- пылевыделение и расход металлашихты, кой чугун получают путем подшихтовки в Как следует.из данных табл,1, дополнидоменную печь при выплавке передельного тельный ввод в металлошихту мартеновской печи емкостью 400 т выплавляли рельсовую

30 жащими абразивными отходами. Затем так сталь из известной и предлагаемой метал-, же равномерно в печь загружают тяжелолошихт. Состав металлошихт приведен в весный лом, поверх которого заваливают табл. 1. При этом использовали жидкий пе-. редельный чугун с повышенным до 0,08остальную часть металласодержащих абразивных отходов.

0,20 содержанием ванадия. В качестве" 35

Размещение отходов в объеме металлофл осов применяли известняк и агломерат в шихты позволяет наиболее эффективно исколичестве 60 и 20 кг/т соответственно. В. конце периода нагрева и в период плавлепользовать дополнительное тепло от окисления экзотермических элементов для ния осуществляли подачу кислорода через равномерного прогрева и расплавления лосводовые дутьевые фурмы. Технологиче- 40 ма. Выделяющееся непосредственно в слое ские параметры и показатели выплавки ста- . материалов тепло сокращает продолжи-ли приведены в табл, 1. тельность периода плавления шйхты, За

Из таблицы промышленных испытаний счет этого повышается производительность известной и предлагаемой шихт при высталеплавильного агрегата, Кроме того, исплавке рельсовой стали следует, что введе- 45 ние в металлошихту углеродистых металлосодержащих отходов абразивного производства приводит к снижению длительности плавления и улучшению процесключаются случаи "вскипания" при заливке чугуна и выбросы металла. обусловленные интенсивным окислением углерода жидкого чугуна окислами железа, образующимися в период прогрева, когда сильно окисленса шлакоабраэования, выражающегося и 50 получении легкоплавких шлаков при снйжении концентрации Fe0 и основности на " ные капли металла стекают в направлении пода, покрывая нижние слои шихты очень железистым шлаком. С другой стороны в уровне 2,0-2, ед. Заметно уменьшаются вы- период прогрева в окислительной атмасфебросы пыли и окислов азата в атмосферу и ре печи на поверхности абразивных атхоснижается расход металлошихты на тонну 55 дав; не контактирующих с окислами железа, образуется слой защитной окалины иэ StOq, который препятствует внутреннему окислению сплава. Таким образом, отходы. расположенные поверх металлолома. экранируют существенную массу металлоэавалки от стали, Допустимое содержание металлосодержащих отходов абразивного производства в металошихте, как следует из данных таблицы, не должно превышать 12%, так как дальнейшее увеличение приводит к павычугуна таких же отходов абразивного произ- плавки металлосодержащих отходов абраводства или желеэорудных материалов из 10 зивного производства обеспечивает снижетитаномагниевых руд. ние длительности плавления на 20-30%, Применение D шихте чугуна с 0,08- уменьшение количества вредных веществ, 0,20 V ускоряет растворение извести за выбрасываемых в атмосферу, на 20-30% и счет образования легкоплавких кангру- экономию металлошихты 6-10 кг/т стали. энтно плавящихся ванадатов кальция, обес- 15 Данный состав металлошихты исключает печивает ранна о наводку шлака и случаи "замякания" плавок при выплавке дефосфорацию металла. Исключаются слу- средне- и высокоуглеродистой сталей. .чаи вспенивания шлака при Заливке в печь . Металлашихту загружают в мартеновчугуна,чтоулучшаетусловия нагреваметал- скую печь в определенной последовательла. Однако повышение концентрации вана- 20 ности. дия в чугуне более 0,20 приводит к Часть металлосодержащих отходов абобразованию пенйстых шлаков, затрудняю- разивнаго производства укладывают на легщихзаданныеусловия нагреваметалла,па- кавесный лом, который в количестве вышаются количество металловкл очений и . 30-50% от общего расхода лома на плавку окисленнасть шлака. Снижение же содер- 25 равномерно располагают по асей поверхножания ванадия в чугуне менее 0,08% не: сти над подом на некотором расстоянии от оказывает заметного влияния на паказате- откосов печи. Этот прием гарантировайно ли процесса...:. предохраняет футеровку подины печи от неПример. В основной мартеновской посредственнога контакта с кремни9садер1754784 воздействия кислорода, что особенно важно при обычно практикуемой для форсирования процесса нагрева подаче кислорода через сводовые фурмы. В результате такого расположения отходов и снижения степени 5 оксидированности лома при заливке чугуна в печь резко снижается дымовыделение, меньше оно и в дальнейшем в связи с ранней наводкой жидкотекучего шлака, равно10 мерно покрывающего поверхность металлической ванны. Уменьшение количества оксидной фазы замедляет реакцию образования окислов азота (Nz) +

+(Fe0) (N0>)+ (Fej, что наряду с сокращением периода плавления снижает концентрацию NO< в отходящих газах, Образующаяся шлаковая фаза со сравнительно низкой степенью окисленности уменьшает потери железа при скачивании шлака и повышает качество металла за счет снижения

20 в нем концентрации неметаллических включений.

Время ввода металлосодержащих абразивных отходов в печь в период прогрева определяется температурой металлолома.

При температуре 400 С и более с появлением в окалине вюститного слоя скачкообразно возрастает скорость окисления железа.

В этот период и вводят в печь отходы абра30 зивного производства, так как при температурах поверхности лома, превышающих

600 С, наблюдается переокйсление значи.тел ь ной части лома. П реждев реме н н ы и ввод в печь металлосодержащих абразивных отходов (при температуре менее 400 С) снижает скорость нагрева металлолома в связи с более низкой теплопроводностью отходо В, Соотношение количеств металлосодер35 производства на поверхность лома в период 45 доводки в количестве более 80% от общего количества и, соответственно, недостаточного количества в завал ку (менее 20%) ухудшается прогрев шихты, которая располагается в объеме металлозавалки. 50

Экзотермический процесс окисления химических элементов отходов окислами железа начинается только после заливки чугуна, что приводит к увеличению продолжитель55 ности нагрева и позднему формированию шлака. Кроме того, происходит раскислевие металлической ванны при заливке чугуна и замедляется массообмен в зонах расположения абразивных отходов. При загрузке в период прогрева металлосодержажащих отходов абразивного производства, 40 загружаемых в период завалки и в период прогрева, отрабатывалось экспериментально, При вводе избыточного количества металлосодержащих отходов абразивного щих абразивных отходов в количестве менее 60% нивелируется их положительное воздействие, в частности окисление большей их части в период прогрева и изоляции определенной части лома от переокисления, ухудшаются показатели процесса.

Пример. В основной 400 т печи выплавляют рельсовую сталь скрап-рудным процессом. В состав металлошихты входят:

26 т металлосодержащих отходов абразивного производства (5,5%), 216 т жидкого чугуна (45,5%) и 231 т металлолома (49%) В качестве флюсов используют известняк и агломерат в количестве 25 и 8 т соответственно. Завалку флюсующих осуществляют послойно с металошихтой, Вначале на подину печи на загруженную предварительно часть агломерата и известняка равномерно заваливают 100 т легковесного лома(43,5% от общего количества), затем ровным слоем по всей поверхности ванны засыпают металлосодержащие отходы абразивного производства в количестве 8,5 т(33% от общего количества). Далее заваливают тяжеловесный лом, в том числе пакеты.

После прогрева и достижения температуры поверхности лома 400-600 С загружают равномерным слоем остальное количество металлосодержащих отходов абразивного производства. В конце прогрева и в период плавления для интенсификации плавки через сводовые фурмы подают кислород, .В период плавления скачивают первичный шлак. Содержание углерода по расплавлению 1,15%, Т = 1520 С. Концен.трация FeO составляет 12,2%, а основность

2,1 ед.

Длительность периода плавления составила 1 ч 20 мин. Содержание в отходящих газах пыли и окислов азота 190 и 12 мг/мз, соответственно. Расход металлошихты

1101 кг/т.

Этим способом осуществляют эавалку металлошихты при различном. количестве и расположении в ванне металлосодержащих отходов абразивного производства и остальной шихты. Для сравнения осуществляют завалку металлошихты по известному способу.

Как следуег из данных, приведеннйх в табл. 2, регламентированная эавалка металлосодержащих отходов абразивного производства в определенной последовательности обеспечивает ускорение плавле-. ния, улучшение шлакообразования, снижение вредных веществ в отходящих га-. зах, а также снижение расхода металлошихты;

1754784

« «ч

Шихта (варианты)

1 ть Ct твердый углеродис тый неталл

Л. жидкий редельн чугун

Сч отходы аб-. разивного производства ковшевые остатки пр-.ss чугуна — «!

Известная (2)

Предлагаемая

3

5

10

11 12

2/9,5 56/270, Остальн, 0,01 4,2 0,74 (l,62

0,09 о,12 0,08

0,08 о,07

0,10 о,ог

0,03 0,02

0,06 0,01

4, l

4,3

3,9

4 В

4,5

53/254 50/240

4 О/192

34/164

32/150

2/9 ° 5

3/14,5

В/Зв

12/58

14/67,5

0,26

0,20

0,12

o,as

0,05

0,36

a,г9

0,58

0,50

o,3ã

0,30

0,40

0,72

0,92

0,99

0,04

0,04

0,08

0,10

0,12

0,12

0,12

0,05

0,0З

0,01

Остал LH и и и

«1 В»

Рродолжение табл.1

»ч» «»»й» ь — »"т«"

Длительность| 8ремя периода . плавления плавления, натурного

1 ч-мин шлакового ! образца,, иин

Показатели выплавки стали

Шихта (варианты) «Ь «»

Расх иета щи хт кг/т

Содержанн пыли в от ходлщих газах, мг/низ редний объемный г ксндов

Содержание окислов азота s от ходящих газах, иг/и одержани шлаке е0, 2

16

« « «

17

20

««Ю« — . ° ,5,0 300

Известная (2)

Предлага" еная 2

4

6..1115 . 15,1 0,033

0 u4 - 2-оо

34

23

4,0 :: 260

3 0 . 230

2,5 220

2,5 " 200, г,5 190

1112 14 >2

1109 12,6

1107 1г 0

1105 10у9

1108 12,8 м ° » 0,020

0,017 о,016

0,0 l9

0,028

94,áo

94.48

94,40

93,48

93,90

«1

l -50

1-35

1-25

1-25

1-55

0,02

0,02

; 0,0З о,04

0,04

ФФФФФ«»

«««

Формула изоб ретения.

1. Металлошихта для выплавки стали в мартеновских печах, включающая стальной скрап, состоящий из легковесной и тяжеловесной частей,.металлошихты,и жидкий передельныйчугун, отл и ч а ю ща я с я тем, что, с цель1о повышения производительности печи за счет сокращения периода плавления и повышения зффективности шлакообразования, уменьшения выбросоо вредных веществ в атмосферу, она содержит в качестве металлоотходов металлосодержащие отходы абразивного производства при следующем соотношении компонентов, мас. /в:

Металлосодержащие отходы абразивного производства 3-12

>Кидкий передельный чугун . 34-50

Стальной лом Остальное.. 2. Металлошихта по и, 1, отл и ч а ющ а я с я тем, что жидкий передельный чугун содержит, мас.%:

Состав аихты, е/т пе тальной 9

Ванадий 0,08-0,20

Углерод 3.90 — 4,80

Кремний 0,40-0,92 . Марганец 0,29 — 0,58

5 Титан 0,03 — 0,12

Хром 0,03 — 0,10

Медь . 0,02-0,07

Фосфор . 0,04 — 0,10

Сера 0,015-0,040

10 Железо Остальное .

3. Способ загрузки металлошихты для выплавки стали в мартеновскую печь, включающий последовательное введение в печь легковесного стального лома, металлоот15 ходов, тяжеловесного лома и последующую заливку жидкого передельного чугуна, прогрев металлошихты, о т л и ч аю шийся тем, что на легковесный лом загружают металлосодержащие отходы аб20 разивного производства в количестве 20-40 j.

t от их общего расхода. а остальное количество металлоотходов абразивного производства загружают в печь в период прогрева шихты на тяжеловесный лом при температуре ших25 ты 400 — 600 С. Таблица1

Химический состав жидкого чугуна, г

1754784

1

3

I

l! Ф

>s о

1 >X Д) св

xmas

r X O

I tX ,"., io с 4 л о

1. О О)С

L1 I

I ф

1 %

I C1

I e

1 tX о

1 О

3-»

»

Э

tg к а ф дФ

0О л

I о

I сйК

1 ОК х е

) О)1 tg Э

I CL! I

I

I

I л

2I

i- Iх

X 1.

З Y

1

)v

Щ с„ х

9 сс

АХ оех

Х mN

I- tg 1. о с

3 Э

X

1 .tg ф m м о

) а

ЭО et;s о

3:ОYm

t О Ос0

3 сЧ ! м

I Ш

l Э I

X 1 х о

1 tg

1 m а

I e e

I c о з

I с.>

1

I

3 О о л- а

1 сЧ . сЧ

1

I:

) о с .> .л

I м м

1 .

I .1

I

1 а

1 М

l I

3 >»: т

I

I

I

1

1

X к

Э

1tg

Щ

tg

У о

X i <К

"> X X сс щ Х сЕл о to iX L. X о о !.Е

ooig

x m «) а.om

>l Y tg

)- to аz ф к ю х х:-) о х

Э X

X ф

l к д с л

to

Q X о z

I

I

I .3

I

tg X а 1ъо

)- .о .tg z и. х

Э а с э ф

m 1 о е х х.э а I» аYio о

1 !

r- m tg ,ч

toàìõ

X L 2 Ю

otgex л и о!

) !

>Х

tO 2i

X X о

1. «Х

l » сС <б Э

omm

s e,о а а к х

2i

X!

l в

Э i Э сок а сс

1. O

I й

1 I

I ) I

l i >X I

1 Э 2i

1. O

I Э

3 Х

1 К о I л ф д Р о

Ц л о л х ю

1- tD

О 3=

1 t» X I

o X ) о

tg e,о,>> «

I- Б

XX)м. s x

m я tg лв X а ° а

1 1- tg

Ig Э.ф с>>

>Х 1

2i, (О .

Х й

tg о к

Ф Э ф а

IO

О о о с.э

I

to 1

1

t

I

I

l

I

3

l в

1

I .К

I X ! ° X

1 Э

1 СС С„

I X ф

I Э tg

I a. t сс> с . I1

1 X

I Q.

I I tD

I .0 С

3 с.„

Э -с> I, )- 1-

1 X О к о

) с4:Х

С) > а 00 W сЧ

° е» л» r» сЧ о оооо л л л л ооооо асо сч мо л л л л л

-0 СЧ ОО

О СЛСЧ 33 СЧ во о»° ÑÎ л Е е»

Ю>,0 сЧ сЧсЧ ° r» е ° оооо с0 сЧ о о

>» CV CV Q оооа л л л л л аоаоо

cv сч мФ

3 В В 3 В ооьоо аооо 3 аaьae а tx) 0Î аоооа м сч

1

I

I

I

1

I !

I

)

1

1

3 !

l

l

1

1

I в

l

I

3

1 .

3

I

t

I в

I

I

1

1

1

I

1

1 в