Способ обработки металлошихты

 

Использование: в производстве стали в мартеновских печах скрап - процессом. Сущность изобретения: при выплавке стали углеродсодержащий порошок подают после нагрева металлошихты на 20 - 100°С выше температуры ликвидус. Отношение массовой скорости подачи углеродсодержащего порошка к площади поперечного сечения порошково - газовой струи на уровне встречи струи с металлошихтой находтся в интервале 1 - 10 кг/мин·м². 2 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к производству стали в мартеновских печах скрап-процессом.

Предлагаемое изобретение может быт применено при выплавке стали на предприятиях с мартеновскими цехами, в которых применение кислорода ни в ванну, ни в факел не имеет места и не планируется по объективным причинам. Число таких предприятий в народном хозяйстве весьма велико. Данное положение о применимости предлагаемого изобретения обусловлено тем, что заявляемый параметр режима реализации способа не может быть вне зависимости от применения кислорода в процессе выплавки, так как предельные значения этого параметра будут значительно отличаться в двух различных процессах выплавки стали - с применением и без применения кислорода.

Известен способ, включающий подачу углеродсодержащего порошка на лом в рассредоточенных струях кислорода (А. с. СССР N 968075, кл. С 21 С 5/28, 1981).

Недостатком известного способа является повышенный угар металлолома вследствие того, что для окисления углеродсодержащего порошка в кислородных струях необходим значительный избыток кислорода, который неизбежно будет окислять металл.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату является способ выплавки стали, при котором стальной лом нагревают на 20-100^оС выше температуры ликвидус и затем подвергают обработке углеродсодержащим материалом с целью снижения окисленности расплавленной низкоуглеродистой части металлошихты (А.с. СССР N 1036753, кл. С 21 С 5/28, 1981).

Недостатком известного способа являются большие потери порошка, выносимого отходящими газами, и недостаточно высокая производительность печи.

Целью настоящего изобретения является снижение потерь порошка с отходящими газами и повышение производительности сталеплавильного агрегата.

Поставленная цель достигается тем, что в способе выплавки стали, включающем нагрев стального лома на 20-100^оС выше температуры ликвидус и затем обработку порошкообразным углеродсодержащим материалом, согласно изобретению отношение массовой скорости подачи углеродсодержащего порошка к площади поперечного сечения порошковогазовой струи на уровне встречи струи с металлошихтой находится в интервале 1-10 кг/мин м².

При подаче порошка на оплавленную поверхность металлошихты имеют место следующие процессы: - внедрение частиц порошка в поверхностный пленочностекающий слой оплавленной металлошихты, растворение углерода частиц в жидком слое металла; - переход углерода из науглероженного жидкого слоя оплавляющейся металлошихты в твердую фазу металлошихты с ускорением ее плавления; - диффузия углерода из твердых частиц в твердый металл с ускорением его плавления и в жидкий поверхностный пленочный слой оплавленной металлошихты с увеличением перегрева металлической фазы пленочного слоя над температурой плавления.

Параметр, заявленный в формуле (отношение массовой скорости подачи углеродсодержащего порошка к площади поперечного сечения порошково-газовой струи на уровне встречи струи с металлошихтой), определяет режим пневмотранспорта в связи с конструкцией фурменного устройства.

Использование в заявляемом способе параметра "площадь поперечного сечения порошковогазовой струи на уровне встречи струи с металлошихтой" объясняется следующими соображениями. Подача порошка на оплавленную поверхность металлошихты эффективно реализуется в том случае, если "приход" частиц порошка балансируется с их "расходом" в оплавленном слое. "Приход" частиц определяется величиной массовой скорости подачи порошка на единицу поверхности оплавленной металлошихты, а "расход" - скоростью процессов отвода частиц с единицы поверхности или, вернее, скоростью процессов формирования единицы поверхности оплавленной шихты, способной поглощать вновь поступившие частицы. Этими процессами являются следующие: смачивание частиц, растворение углерода, ассимиляция зольных составляющих, унос частиц стекающих оплавленным слоем.

Учитывая, что тепловые нагрузки в мартеновских печах, работающих без применения кислорода, устанавливаются пропорционально площади подачи печи на уровне завалочных окон, а также тот факт, что поверхность оплавленной металлошихты при скрап-процессе имеет во всех случаях примерно одинаковую выпуклую форму эллипсоида вращения, можно сделать вывод, что параметр "площадь поперечного сечения порошковогазовой струи на уровне встречи струи с металлошихтой" с определенной поправкой на постоянную кривизну эллипсоида позволит достаточно точно оценить величину площади поверхности оплавленной металлошихты.

Определение площади поперечного сечения струи осуществляется путем определения контура струи без подачи топливного факела и при подаче факела.

Выбор периода подачи порошка на оплавленную поверхность - после оплавления твердого чугуна - обусловлен тем, что в мартеновском скрап-процессе перед завалкой чугуна температура нагрева поверхности металлошихты недостаточна для образования оплавленного слоя, верхняя поверхность металлошихты еще не приняла форму единой поверхности эллипсоида, при этом порошок может просыпаться между отдельными частями металлолома, накапливаться там и затем эти скопления порошка, будучи покрыты шлаком, длительное время плавают по ванне и способствуют вспениванию шлака, ухудшая технологические показатели процесса, в том числе снижают производительность печи.

Чушковый чугун, заваленный поверх прогретого металлолома, оплавляясь, немедленно формирует вышеупомянутую поверхность.

Уменьшение отношения массовой скорости подачи углеродсодержащего порошка к площади поперечного сечения порошковогазовой струи на уровне встречи струи с металлошихтой менее 1 кг/мин м² нецелесообразно, так как менее интенсивные режимы могут быть реализованы при высоком положении фурмы, что приводит к потерям порошка вследствие его уноса из струи потоками отходящих газов и снижению производительности печи в результате удлинения периода плавления металлозавалки. Таким образом достижение поставленной цели становится невозможным.

Увеличение заявленного отношения более 10 кг/мин м² также нецелесообразно, так как при этом количество порошка, подаваемого на оплавленный слой, больше, чем может раствориться, ассимилироваться и быть унесено стекающим слоем в единицу времени, в результате чего значительная часть порошка выносится из слоя отходящими газами, потому что не смачивается оплавленным слоем вследствие слишком большой скорости поступления порошка и большой толщины слоя порошка, в связи с чем достижение поставленной цели оказывается невозможным. Кроме того, часть порошка попадает в шлак и вспенивает его, что приводит к снижению скорости нагрева и обезуглероживанию металла и, в конечном итоге, к снижению производительности агрегата.

На основании изложенного считаем, что ввод порошка на поверхность металлозавалки в режиме изобретения позволяет уменьшить потери порошка и увеличить производительность сталеплавильного агрегата, по сравнению с прототипом, что доказывает соответствие соответствие предлагаемого технического решения критерию "положительный эффект".

П р и м е р. В 100-тонной мартеновской печи производят завалку 83 т металлолома, по ходу которой с предварительным прогревом заваливают 6 т известняка. После окончания завалки лом прогревают в течение 20 мин и заливают чугун в количестве 30 т. Через 30 мин после завалки чугуна начинают подачу коксовой пыли через две сводовые односопловые фурмы.

Режим нагрева металлошихты до и после подачи порошка полностью совпадает с классической технологией скрап-процесса: отопление - мазутное, во время завалки лома и чугуна нагрев осуществляется с расходом мазута 220-260 кг/т, после окончания завалки - в первом периоде плавления - 200-240 кг/т, во втором периоде - 180-220 кг/т.

Порошок подают после достижения перегрева поверхности металлошихты над температурой ликвидус 20-100^оС. Это происходит через 30 мин - в условиях примера.

Варианты конкретного выполнения приведены в табл. 1 и 2.

Внедрение предлагаемого изобретения позволит, по сравнению с прототипом, снизить потери порошка и повысить производительность сталеплавильного агрегата.

В порядке объяснения параметров, приведенных в данной таблице, следует отметить, что увеличение перегрева температуры поверхности металлошихты до 100^оС и более сопровождается интенсивным прогревом шихты по всему объему, оседанием ее и плавлением, в связи с чем продолжительность пребывания шихты, поверхность которой перегрета на 100^оС, выше зеркала ванны расплавленного металла крайне мала, а более чем на 100^оС - равна нулю, т.е. соответственно мало или равно нулю время обработки порошком и масса порошка.

Уменьшение перегрева менее 20^оС обусловливает низкую скорость плавления и низкую интенсивность ассимиляции порошка расплавом, стекающим с поверхности металлошихты.

Применение заявленного способа по сравнению с прототипом позволяет увеличить производительность агрегата на 0,93 т/час и вводить с низкими потерями до 2 т коксовой пыли на 100-тонную печь, при этом снижение расхода чугуна составит до 100 кг/т.

Формула изобретения

СПОСОБ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОШИХТЫ, включающий завалку металлошихты в сталеплавильный агрегат, ее нагрев на 20 - 100^oС выше температуры ликвидус, подачу порошкообразного углеродсодержащего материала, отличающийся тем, что, с целью снижения потерь порошка и повышения производительности сталеплавильного агрегата, порошкообразный углеродсодержащий материал подают при отношении массовой скорости порошка к площади поперечного сечения газопорошковой струи на уровне встречи струи с металлошихтой, равном 1 - 10 кг/мин · м².

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3