Способ выплавки стали

 

Использование: в области черной металлургии при выплавке стали в мартеновских печах. Задача, решаемая изобретением, повышение технологических показателей плавки за счет исключения использования чугуна, сокращения продолжительности процесса, повышение усвоения углерода. Сущность изобретения: способ включает послойную завалку металлошихты, шлакообразующих материалов, порционную загрузку карбюратора, нагрев и расплавление шихты. В качестве карбюратора - смеси энергоактивных и инертных углеродсодержащих материалов: кусковых крупностью 150 мм и пылевидных. Расход пылевидной фракции составляет 30-50% от общего количества карбюратора. Расход энергоактивной угольной пыли составляет в первой порции 30-50% от общего количества пылевидного карбюратора в порции с уменьшением в каждой последующей до 50-70% от предыдущей. 2 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности, к технологии выплавки стали в мартеновских печах.

При производстве стали в мартеновских печах скрап-рудным процессом в отсутствии и/или малом расходе чугуна первостепенным становится период получения жидкой ванны.

Для расплавления лома требуется температура более 1500^oC, в то время как чугуна 1130^oC. Поэтому необходимо обеспечить значительно большую температуру и длительность нагрева лома, что приводит к повышению теплоэнергозатрат. Другой путь реализации и ускорения расплавления - науглероживание шихты и тем самым снижение температуры расплавления. Для этого вводят карбюраторы материалы, способствующие науглероживанию металлолома.

Известен способ выплавки стали, включающий завалку металлолома, твердого чугуна и шлакообразующих материалов, присадку карбюратора на металлолом двумя горизонтами при восстановительной атмосфере печи, при этом крупность материала карбюратора составляет 2,5-7,0 см (Морозов А.Н. "Современный мартеновский процесс", Металлургиздат, 1961, с.422).

Недостатком способа является большой расход чугуна и низкое усвоение углерода карбюратора из-за длительности процесса плавки. Следствием этого является снижение стойкости огнеупорной футеровки печи.

По технической сущности и достигаемому результату наиболее близким к предлагаемому способу является карбюраторный способ выплавки стали в мартеновской печи (а.с. СССР N 994564, C 21 C 5/04, 1980). Способ включает завалку металлолома твердого чугуна, шлакообразующих материалов и присадку карбюратора фракцией 0,1-1 см, который загружают в печь ниже и выше шлакообразующих с расходом его в первой порции 60-70% от общего веса, нагрев и расплавление шихты. Кроме того, карбюратор загружают после завалки 10-15% и 35-40% от общего веса металлолома.

Однако способ недостаточно эффективен. Использование в качестве карбюратора материала только мелкой фракции из-за уплотнения при загрузке не обеспечивает в шихте необходимой пористости и газопроницаемости, что приводит к снижению степени усвоения углерода и повышенному расходу передельного чугуна.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением повышение технологических показателей плавки за счет сокращения продолжительности нагрева и расплавления лома, повышения усвоения углерода.

Поставленная задача достигается тем, что в способе выплавки стали в мартеновской печи, включающем послойную завалку металлошихты, шлакообразующих материалов, порционную загрузку карбюратора, нагрев и расплавление шихты, согласно изобретению, в качестве карбюратора используют смесь энергоактивных и инертных углеродсодержащих кусковых, крупностью не более 150 мм, и пылевидных материалов с расходом пылевидной фракции 30-50% от общего количества, причем в первой порции загружают 30-50% энергоактивной угольной пыли от общего количества пылевидной фракции в порции, с последующим уменьшением до 50-70% от предыдущей порции.

Наличие в карбюраторе энергоактивной углеродсодержащей составляющей обеспечивает энергетический (тепловой) баланс процесса, а присутствие инертного углеродсодержащего материала обеспечивает оптимальные условия протекания химических реакций в расплаве. Энергоактивные углеродсодержащие материалы обладают высокой теплотворной способностью, являются топливом, способствуют образованию очагов горения. Энергоактивность материала зависит от размера и структурного несовершенства либо кристаллов графита, либо соединений углерода, определяется активностью углерода в реакции с кислородом, являющейся основой процесса горения. В качестве энергоактивных углеродсодержащих материалов применяют промышленные угли (антрацит, каменный уголь, бурый уголь, их пылевидные фракции, торф и продукты их переработки, например, кокс). К инертным углеродсодержащим относятся материалы, имеющие низкую температуру воспламенения и теплотворность по отношению к металлургическим процессам. Ими являются остатки переработки углей и углеродсодержащих материалов (золы ТЭЦ, отходы производства графитизации электродов ПГЭ, сажа и т.д.). Смесь энергоактивных и инертных углеродсодержащих материалов используют в качестве карбюратора как в виде кусковой (не более 150 мм), так и пылевидной фракций.

Использование кусковой фракции карбюратора диктуется необходимостью обеспечения газопроницаемости и гидравлических характеристик мартеновской печи. При использовании карбюратора более 150 мм не обеспечивается достаточная поверхность контакта с расплавленным металлом, что снижает усвоение углерода.

Пылевидная фракция карбюратора обеспечивает необходимую поверхность контакта с расплавленным металлом, что повышает степень усвоения углерода, благодаря чему происходит снижение температуры и продолжительности плавки.

Предлагаемая смесь из энергоактивного и инертного углеродсодержащего пылевидного материала позволяет интенсифицировать как процесс нагрева, так и науглероживания металлолома.

При расходе пылевидной фракции менее 30% от общего количества карбюратора не обеспечивается необходимый объем зоны горения и насыщения тонкоизмельченным углеродсодержащим материалом расплава, при большем 50% ухудшаются газопроницаемость и гидравлические характеристики мартеновской ванны. Горение энергоактивной пылеугольной составляющей, входящей в состав карбюратора, и обеспечение температуры нагрева шихты интенсифицирует процесс расплавления стального лома. В первой порции энергоактивной пылеугольной пыли требуется не менее 30% т.к. меньшее количество не обеспечивает необходимый объем ванны первичного жидкого расплава. Более 50% может привести к интенсивному вспениванию шлака.

После образования жидкой ванны роль пылеугольного материала, как топлива, становится второстепенной. Поэтому в последующих порциях его содержание составляет 50-70% от предыдущей. Меньшее количество не обеспечивает необходимое количество тепла, большее нецелесообразно из-за перегрева и потери материала как карбюратора.

После образования расплава определяющую роль в мартеновской плавке играет процесс растворения металлолома в жидкой ванне. Благодаря наличию пылеугольной фракции ускоряется науглероживание металлической части шихты. Для этого увеличивают количество инертного углеродсодержащего материала, что и достигается уменьшением содержания энергоактивного материала. Вследствие получения насыщенного углеродом расплава происходит собственно не плавление при 1500^oС, а растворение металлолома при 1100^oC, таким образом сокращается период расплавления.

Пример. Предлагаемый способ выплавки стали осуществили в 250-тонной мартеновской печи. Завалку печи производили следующим образом: загружали 15-30 т металлолома, 6 мульд карбюратора, затем второй слой металлолома и карбюратора, известняка 12 мульд, металлолома 180-250 т. Затем шихту нагревали и расплавляли при температуре 1100^oС. В качестве карбюратора использовали материал, состоящий из смеси энергоактивных и инертных углеродсодержащих материалов крупностью от 150 мм до пылевидных уголь, кокс, коксик, отходы ПГЭ, золу, сажу. Расход пылевидной фракции в смеси принимали 20, 30, 40, 50, 60% от общего количества карбюратора.

Пылевидная фракция карбюратора состояла из энергоактивной составляющей, в качестве которой брали угольную пыль, и инертной составляющей, в качестве которой использовали золу ТЭЦ, отходы ПГЭ, сажу, при этом расход угольной пыли составлял в I порции 30, 40, 50% от пылевидной фракции карбюратора и во II порции 50, 60, 70% от количества I порции.

Наиболее высокие результаты получены при расходе пылевидного углеродсодержащего материала с расходом 30-50% от общего количества карбюратора.

Выявлено, что наибольший эффект дает использование пылеугольной пыли в первой порции 30-50% от углеродсодержащего материала, в последующем - уменьшенное до 50-70% от предыдущей порции.

Технико-экономические показатели процесса для различных вариантов выплавки приведены в табл. 1 и 2. Использование предложенного способа выплавки стали по сравнению с прототипом позволило сократить расход чугуна и время периода плавления и доводки металла на 1,1 и 5,4% соответственно, повысить усвоение углерода, а также производительность печи на 1,8 т/час.

Благодаря отсутствию значительного теплового эффекта, который наблюдается при окислении кремния чугуна при использовании его в завалку, обеспечивается более равномерный прогрев свода печи и повышается его стойкость. Кроме того, предотвращается выброс металлошихты через пороги завалочных окон, повышается безопасность работы обслуживающего персонала.

Формула изобретения

Способ выплавки стали, включающий послойную завалку металлошихты и шлакообразующих материалов, порционную загрузку карбюратора, нагрев и расплавление шихты, отличающийся тем, что в качестве карбюратора используют смесь энергоактивных и инертных углеродсодержащих кусковых крупностью не более 150 мм и пылевидных материалов, с расходом пылевидной фракции 30 50% от общего количества, причем в первой порции загружают 30 50% энергоактивной угольной пыли от общего количества пылевидной фракции в порции, с последующим уменьшением до 50 70% от предыдущей порции.

РИСУНКИ

Рисунок 1