Способ выплавки стали в основной мартеновской печи

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки стали в основной мартеновской печи. Сущность: выплавка стали в основной мартеновской печи предусматривает выстилку подины мелким ломом, его прогрев факелом с образованием по длине ванны двух или более зон перегрева, загрузку карбюратора в зоны ванны, расположенные между зонами перегрева, загрузку легкоплавкого материала, содержащие окислы железа и шлакообразующих; легкоплавкий материал (окалина, агломерат, руда и другие), содержащий окислы железа, загружают порционно, причем одну из порций загружают после заливки части лома и шлакообразующих, на шлакообразующий материал, располагаемый над карбюратором, после чего загружают основной лом и подают чугун, проводят периоды плавления и доводки. Используемый порядок заливки способствует наиболее полному усвоению углерода карбюратора и исключает вспенивание шлака, позволяет улучшить условия теплопередачи и шлакообразования в печи (вследствие образования ферритов кальция в зоне контакта шлакообразующих и оксидов железосодержащего легкоплавкого материала), повышает производительность на 1,9%, снижается расход чугуна. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к способам выплавки стали в основной мартеновской печи.

Известный способ выплавки стали в основной мартеновской печи, включающий завалку части лома на подину, его прогрев, загрузку на него карбюратора, покрытие его слоем лома, завалку известняка или извести, остального лома и в последнюю очередь чугуна [1] позволяет заменить часть чугуна ломом и карбюратором.

Недостатком этого способа является снижение производительности печи, вызванное увеличением длительности плавки за счет удлинения периода заливки (из-за разной объемной плотности загружаемого передельного чугуна и лома) и периода плавления (из-за ухудшения теплопередачи от факела в ванну). Это ухудшение является следствием вспенивания шлака, происходящего при взаимодействии шлака с нерастворившимся карбюратором, всплывшим в конце плавления, после всплывания заваленного на него известняка.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ выплавки стали в мартеновской печи, предусматривающий выстилку подины мелким стальным ломом, его прогрев факелом, с образованием двух или более зон перегрева и зоны наиболее медленного плавления шихты, загрузку карбюратора в зоны ванны, расположенные между зонами перегрева и зонами наиболее медленного плавления, завалку части лома и загрузку шлакообразующих, загрузку непосредственно на карбюратор окисленного железосодержащего материала, загрузку остального лома и подачу чугуна, периоды плавления и доводки [2] Такая организация завалки позволяет оптимизировать время контакта карбюратора с металлом, использовать эффект каталитического воздействия свежевосстановленного железа на процесс науглероживания металла, приводит к более полному усвоению углерода карбюратора, препятствует вспениванию шлака и интенсифицируют процесс плавления за счет улучшения теплопередачи от факела в ванну.

Недостатком способа является то, что такая организация загрузки приводит к увеличению длительности плавки из-за более длительного периода заливки, затягиванию шлакообразования и вследствие этого повышению требований к качеству используемой шихты и снижению производительности печи и качества получаемого металла.

Задачей изобретения является интенсификация производства стали.

При решении этой задачи достигается технический результат, связанный с экономией чугуна без снижения производительности печи, улучшением шлакообразования и качества получаемого металла.

Технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа выплавки стали в мартеновской печи, предусматривающем выстилку подины мелким ломом, его прогрев факелом с образованием по длине ванны двух или более зон перегрева, загрузку карбюратора в зоны ванны, расположенные между зонами перегрева, загрузку легкоплавкого материала, содержащего окислы железа и шлакообразующих; легкоплавкий материал, содержащий окислы железа, загружают порционно, причем одну из порций загружают после заливки части лома и шлакообразующих, на шлакообразующий материал, располагаемый над карбюратором, после чего загружают остальной лом и подают чугун, проводят периоды плавления и доводки.

В качестве легкоплавкого материала, содержащего оксиды железа, используют окалину, руды, агломерат, концентраты, окатыши, шлаки, шламы, колошниковую пыль или отходы резки и зачистки металла.

В качестве шлакообразующих материалов используют известняк и/или известь.

В качестве карбюратора угли, кокс, бой угольной футеровки и электродов, природный графит.

В печь предусмотрено подавать жидкий и/или твердый чугун.

Под порционной подачей понимается загрузка легкоплавкого материала, содержащего оксиды железа, на различные горизонты, причем на шлакообразующие может быть загружена как часть легкоплавкого материала, так и весь его объем. Расход легкоплавкого материала в порции определяется условиями плавки.

Предложенный по изобретению способ выплавки стали в основной мартеновской печи основан на полном или частичном превращении шлакообразующих (извести и/или известняка) под действием теплового или химического воздействия на них расплавленного легкоплавкого окисленного материала, содержащего окислы железа (окалина и другие) в кальциевые ферриты. Поверхностные слои извести насыщаются окислами железа, образуя легкоплавкие соединения ферриты кальция.

Ферриты кальция образуются при прогреве шихты, например извести и загруженной на нее окалины, ферриты образуются также при загрузке остального лома и чугуна, вследствие поверхностного окисления лома под действием атмосферы печи и стекания образующихся окислов железа на шлакообразующие. В результате на шлакообразующих образуется высокореакционный железистый шлак с повышенной жидкоподвижностью. Капли расплавившегося металла попадают в шлак. Происходит взаимодействие составляющих ферритов CaO и FeO с элементами лома и чугуна (C, Mn, Si, P, Cr, и т.д.).

Рафинированный металл и шлак стекают в зоны загрузки карбюратора. Новые порции окислов железа и окалины вступают во взаимодействие со шлакообразующими над карбюратором и образуют кальциевые ферриты, затем шлак, который с рафинированным металлом также стекает вниз.

Пока толщина слоя шлакообразующих оптимальна, карбюратор, размещенный между слоями лома, надежно защищен от прямого воздействия атмосферы печи и окислов железистого шлака. При этом развитый контакт карбюратора, мелкого стального лома и окислов железа (например одна из порций легкоплавкого материала) способствует развитию процессов диффузии углерода в лом, позволяет оптимизировать время контакта карбюратора с металлом и использовать эффект каталитического воздействия свежевосстановленного железа на процесс науглероживания металла, приводит к более полному усвоению углерода карбюратора, понижению температуры оплавления и плавления лома.

Особенно этот процесс развит при достаточном первоначальном прогреве мелкого лома, выстилающего подину. В случае твердой заливки достаточным считается прогрев, при котором в зоне загрузки карбюратора на ломе наблюдается оплавление (появляется жидкая фаза). В случае работы на жидком чугуне оптимальным считается частичное проникновение в зону загрузки карбюратора жидкого чугуна (до момента наступления фильтрации слоя шлакообразующих над ним).

По мере плавления лома и чугуна (при твердой заливке) или рафинирования чугуна (при жидкой подаче чугуна) и уменьшения толщины слоя шлакообразующих феррит кальция, стекая вниз, на лом и карбюратор, будет происходить диссоциация на составляющие CaO и Fe₂O₃. Окислы железа вступают во взаимодействие с углеродом карбюратора, а освободившийся CaO вступит во взаимодействие с SiO₂, P₂O₅, Al₂O₃, Cr₂O₃, образуя шлак. Произойдет разрушение слоя из мелкого стального лома и известняка, защищающего карбюратор и подину. Остатки шлакообразующих и карбюратора начинают взаимодействовать с ферритами кальция, растворенного в шлаке, и элементами металлического расплава. Интенсивное перемешивание ванны пузырями оксида углерода, образующегося в результате этого взаимодействия, улучшает процессы тепло- и массообмена.

Способ выплавки стали по предложенной и известной технологиям реализован в 450 т основных мартеновских печах, отапливаемых природным газом и мазутом.

На плавках использовался чугун в количестве 150 260 т с T 1270 - 1290^oC следующего состава (мас. ): C 3-3,5; Mn 0,07=0,014; Si - 0,04-0,06; P 0,013-0,022 и металлический лом по ГОСТ 2287-75 в количестве 210 320 т.

Пример 1 (известный способ на твердом чугуне). После заправки в печь заваливали равномерным слоем мелкий стальной лом в количестве 30,0 т. (≈6% от веса металлошихты). Затем в зону, расположенную между зонами перегрева, образуемых направленным действием факелов и продувочных фурм (2-3-4 завалочные окна), равномерным слоем загружали карбюратор в количестве 4 т с содержанием углерода C^г 86% сверху кокса загружали 9 т агломерата, содержащего, мас. Fe общ. 49,4; FeO 16,6; MnO 0,2; SiO₂ 10,7; CaO 16.1; S 0,201, на агломерат загружают металлолом в количестве 40 т, сверху металлолома (равномерно над карбюратором) загрузили 26 т известняка и затем остальной лом 320 т и чугун 150 т.

Периоды доводки и раскисления на плавках по известному и заявленному способам проводились по одинаковой технологии в соответствии с действующими заводскими инструкциями.

Пример 2 (известный, с использованием жидкого чугуна). После заправки в печь заваливали равномерным слоем мелкий стальной лом в количестве 30,0 т. (≈6% от веса металлошихты). Затем в зону, расположенную между зонами перегрева, образуемых направленным действием факелов и продувочных фурм (2-3-4 завалочные окна), равномерным слоем загружали карбюратор в количестве 4 т с содержанием углерода C^г 86% сверху кокса загружали 6 т окалины содержащей, мас. Fe_общ. 68,9; FeO 28,9; Fe₂O₃ 0,90; MnO 0,86; MgO 4,07; SiO₂ 0,22; п.п. п. 0,15. На окалину загружали металлолом в количестве 40 т, сверху металлолома (равномерно над карбюратором) загрузили 26 т известняка и затем остальной лом 250 т и заливали жидкий чугун 220 т.

Пример 3 (заявляемый способ, на твердом чугуне). После заправки в печь заваливали равномерным слоем мелкий стальной лом в количестве 30,0 т (≈6% от веса металлошихты). Затем в зону, расположенную между зонами перегрева, образуемых направленным действием факелов и продувочных фурм (2-3-4 завалочные окна), равномерным слоем загружали карбюратор в количестве 4 т с содержанием углерода C^г 86% сверху кокса загружали 2 т агломерата и металлолом в количестве 40 т, сверху металлолома (равномерно над карбюратором) загрузили 26 т известняка и 7 т агломерата, а затем остальной лом 320 т и чугун 150 т.

Пример 4 (заявляемый способ, с использованием жидкого чугуна). После заправки в печь заливали равномерным слоем мелкий стальной лом в количестве 30,0 т (≈6% от веса металлошихты). Затем в зону, расположенную между зонами перегрева, образуемых направленным действием факелов и продувочных фурм (2-3-4 завалочные окна), равномерным слоем загружали карбюратор в количестве 4 т с содержанием углерода C^г 86% сверху кокса загружали 2 т окалины и металлолом в количестве 40 т, сверху металлолома (равномерно над карбюратором) загрузили 26 т известняка и 4 т окалины, а затем остальной лом 250 т и чугун 220 т.

Во всех примерах выплавлялась сталь 5 СП, результаты опытных плавок приведены в таблице.

Для сравнения производительности печи при использовании различных технологий выплавки стали в основных мартеновских печах в таблицу включены сведения о плавке, выполненной без использования карбюратора.

Использование изобретения обеспечивает уменьшение расхода чугуна без потери производительности печи по сравнению с технологией без использования карбюратора и с повышением производительности по сравнению с технологиями, использующими карбюратор, улучшилось качество металла (меньшее содержание серы и фосфора).

Использование изобретения позволят также снизить требования к шихтовым материалам по сере, фосфору и кремнию.

Источники информации 1. Морозов А.Н. Современный мартеновский процесс. Свердловск: Металлургиздат, 1961, с. 421 426.

2. Патент РФ N 2056461, кл. C 21 C 5/04, 1996.

Формула изобретения

1. Способ выплавки стали в основной мартеновской печи, включающий закрытие подины ванны мелким стальным ломом, подачу в ванну потоков газа с формированием двух или более зон перегрева, его прогрев, загрузку карбюратора, завалку части мелкого стального лома, загрузку шлакообразующих и легкоплавкого материала, содержащего оксиды железа, завалку остального лома и подачу чугуна, периоды плавления и доводки, отличающийся тем, что легкоплавкий материал, содержащий окислы железа, загружают порционно, причем по крайней мере одну из порций загружают на шлакообразующие, равномерно распределенные над карбюратором, который загружают между сформированными зонами перегрева.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве легкоплавкого материала, содержащего оксиды железа, используют окалину, руды, агломерат, концентраты, окатыши, шлаки, шламы, колошниковую пыль или отходы, отрезки и зачистки металла.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве шлакообразующих материалов используют известняк и/или известь.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве карбюратора используют угли, коксовую мелочь, бой угольной футеровки и электродов, природный графит.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что чугун в печь подают в жидком и/или твердом состоянии.

РИСУНКИ

Рисунок 1