Способ выплавки стали в конвертере

 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к процессам выплавки стали в конвертере. Технический эффект при использовании изобретения заключается в снижении затрат на энергоресурсы, уменьшении угара железа металлошихты, повышении производительности процесса выплавки и выхода годной стали при работе с большой долей твердой металлошихты. По способу выплавки стали в конвертере при очередном выпуске стали из конвертера в нем оставляют весь шлак и часть стали, равную 0,1- 0,9 веса выпускаемого металла, присаживают углеродсодержащий материал фракцией 10 - 50 мм в количестве 15 - 55 кг/т веса выпускаемого металла. Продувают расплав кислородом сверху с расходом 2 - 10 м³/т · мин в течение 1 - 15 мин. Заваливают первую порцию твердой металлошихты в количестве, равном весу оставленной стали от предыдущей плавки. Продувают кислородом с расходом 2-8 м³/т · мин с присадкой углеродсодержащих материалов с расходом 25-250 кг/т выпускаемого металла 3 - 120 мин. Скачивают шлак на 50 - 70% от его веса в конвертере и заливают в конвертер чугун в количестве 0,07 - 0,65 веса выпускаемого металла. Присаживают вторую порцию твердой металлошихты в количестве 0,03 - 0,25 веса выпускаемого металла. Продувают кислородом с расходом 2 - 4 м³/т · мин до окончания плавки. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к процессам выплавки стали в конвертере.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ выплавки стали в конвертере, включающий загрузку в конвертер твердой металлошихты, ее нагрев путем подачи снизу кислорода и топлива, продувку расплава снизу углеродсодержащими порошкообразными материалами и кислородом в оболочке углеродсодержащей среды, а также продувку сверху кислородом в количестве 20-80% от общего расхода кислорода и выпуск стали.

Загрузку твердой металлошихты осуществляют в количестве на 10-30% больше сливаемого расплава из конвертера, выпуск сливаемого количества расплава производят в разливочный ковш. Избыточное количество расплава выпускают из конвертера во вспомогательный ковш, науглероживают его до концентрации углерода 1-3%. После этого науглероженный расплав или чугун из вспомогательного ковша заливают обратно в конвертер на предварительно нагретую металлошихту, количество которой равно весу сливаемой плавки. Предварительный нагрев шихты в конвертере производят при помощи газовой смеси, состоящей из кислорода и углеродсодержащего газа. Газовую смесь подают в конвертер сверху и снизу через соответствующие фурмы. После выпуска из конвертера расплава производят удаление из него шлака полностью.

Недостатком известного способа является повышенный расход энергоресурсов, ресурсов, увеличенный угар железа, низкий выход годной стали, недостаточная стойкость футеровки конвертера, низкая производительность процесса выплавки стали.

Это объясняется тем, что нагрев твердой металлошихты топливно-кислородным факелом приводит к перерасходу энергоресурсов. При этом происходит значительный угар железа металлошихты, что вызывает ускоренное разрушение футеровки конвертера. Науглероживание расплава вне конвертера требует двухкратного его перелива, что приводит к снижению температуры расплава и необходимости ее восполнения и перерасходу энергоресурсов. Продувка расплава снизу порошкообразными углеродсодержащими материалами в потоке газов приводит к перерасходу энергоресурсов на нагрев несущего газа, к повышенному расходу пылевидных углеродсодержащих материалов. Для осуществления известного способа необходимо оборудование в виде вспомогательного ковша. Дополнительный перелив расплава приводит к неоправданной загрузке кранового цехового оборудования. Продувка расплава снизу вызывает необходимость применения донных фурм, что усложняет конструкцию и эксплуатацию конвертера.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в снижении затрат на энергоресурсы, уменьшении угара железа металлошихты, повышении производительности процесса выплавки и выхода годной стали при работе с большой долей твердой металлошихты.

Указанный технический эффект достигается тем, что процесс выплавки стали включает присадку в конвертер твердой металлошихты, заливку чугуна, слив расплава из конвертера, вод в расплав углеродсодержащих материалов, продувку расплава в конвертере кислородом сверху, а также рафинирование металла присадками шлакообразующих материалов.

При очередном выпуске стали из конвертера в нем оставляют весь шлак и часть стали, равную 0,1-0,9 веса выпускаемого металла, присаживают углеродсодержащий материал фракцией 10-50 мм в количестве 15-55 кг/т веса выпускаемого металла и продувают расплав кислородом сверху с расходом 2-10 м³/т·мин в течение 1-15 мин. Затем осуществляют завалку первой порции твердой металлошихты в количестве, равном весу оставленной стали от предыдущей плавки, и продувают расплав кислородом с расходом 2-8 м³/т·мин с присадкой углеродсодержащих материалов с расходом 25-250 кг/т выпускаемого металла в течение 3-120 мин.

После этого скачивают шлак на 50-70% от его веса в конвертере и заливают в конвертер чугун в количестве 0,07-0,65 от веса выпускаемого метала. Затем присаживают вторую порцию твердой металлошихты в количестве 0,03-0,25 веса выпускаемого металла и продувают расплав кислородом с расходом 2-4 м³/т·мин до окончания плавки.

Снижение затрат на энергоресурсы будет происходить вследствие устранения нагрева твердой металлошихы топливно-кислородным факелом и использования шлако-топливного нагрева, а также устранения необходимости двухкратного перелива расплава. Уменьшение угара железа будет происходить вследствие устранения продувки расплава топливно-кислородным факелом, что также приводит к повышению стоимости футеровки конвертера. Повышение производительности процесса выплавки стали и выхода ее годного будет происходить вследствие сокращения времени на процесс выплавки вследствие устранения необходимости двухкратного перелива расплава и связанного с этим снижения его температуры.

Диапазон значений части стали, оставляемой в конвертере, в пределах 0,1-0,9 веса выпускаемой стали и всего шлака объясняется физико-химическими закономерностями расплавления первой порции твердой металлошихты и массообменных процессов в расплаве при продувке его кислородом сверху и необходимости обеспечения заданной производительности конвертера. При меньших значениях будет недостаточно теплосодержания оставшегося расплава для расплавления вводимой металлошихты. При больших значениях будет происходить значительное снижение удельного объема конвертера и на этой основе повышенный угар железа и снижение производительности конвертера.

Указанный диапазон устанавливают в обратной зависимости от веса выпускаемой из конвертера стали.

Диапазон значений фракционного состава присаживаемых углеродсодержащих материалов 10-50 мм объясняется физико-химическими закономерностями их сжигания и восстановления окислов железа. При меньших значениях будет происходить увеличенный вынос материалов из конвертера и высокий уровень вспениваемости шлака. При больших значениях будет затруднен процесс подачи по тракту углеродсодержащих материалов при одновременном снижении эффективности их сжигания.

Указанный диапазон устанавливают в прямой зависимости от степени помола углеродсодержащих материалов.

Диапазон значений расхода углеродсодержащих материалов в первой присаживаемой порции в пределах 15-55 кг/т веса выпускаемой плавки объясняется теплофизическими закономерностями нагрева шлака и восстановления окислов железа в шлаке в конвертере. При меньших значениях не будут обеспечиваться необходимый нагрев расплава и требуемый уровень содержания окислов железа в шлаке. При больших значениях будет происходить излишний нагрев и увеличиваться гетерогенность образующегося шлака сверх допустимых значений.

Указанный диапазон устанавливают в прямой зависимости от веса выпускаемой плавки.

Диапазон значений расхода кислорода в первой продувке в пределах 2-10 м³/т·мин объясняется физико-химическими закономерностями воздействия струи кислорода на расплав. При меньших значениях струя кислорода будет достигать уровня расплава с недостаточной интенсивностью и будет увеличиваться длительность плавки. При больших значениях будет происходить разрушение футеровки днища конвертера и будут происходить выбросы расплава из конвертера.

Указанный диапазон устанавливают в прямой зависимости от веса выпускаемой плавки.

Диапазон времени первой продувки кислородом в пределах 1-15 мин объясняется физико-химическими закономерностями взаимодействия струи кислорода и расплава. При меньших значениях струя кислорода не будет успевать взаимодействовать со шлаком и не будет происходить сжигание углеродсодержащих материалов. При больших значениях будет происходить перерасход кислорода и разгар футеровки.

Указанный диапазон устанавливают в прямой зависимости от веса выпускаемой плавки.

Диапазон значений количества присаживаемой первой порции твердой металлошихты, равного весу оставленной в конвертере стали, объясняется теплофизическими закономерностями расплавления твердой металлошихты. При меньших значениях снижается эффективность нагрева расплава оставленной в конвертере сталью от предыдущей плавки. При этом будет снижаться уровень рафинирования расплава за счет необходимости компенсирования охлаждающего эффекта металлошихты присадками железорудных материалов. При больших значениях снижается эффективность рафинирования расплава из-за недостаточного уровня кипения ванны, связанного с ограниченным количеством вводимого чугуна, при этом увеличивается угар железа и снижается производительность конвертера.

Указанный диапазон устанавливают в прямой зависимости от количества оставленной стали и в обратной зависимости от количества заливаемого в конвертер чугуна.

Диапазон значений расхода кислорода во второй период в пределах 2-8 м³/т·мин объясняется физико-химическими закономерностями воздействия на расплав струи кислорода. При меньших значениях струя кислорода будет достигать уровня расплава с недостаточной интенсивностью и будет увеличиваться длительность плавки. При больших значениях будет происходить разрушение футеровки конвертера и будут происходить выбросы расплава из конвертера.

Указанный диапазон устанавливают в прямой зависимости от веса выпускаемой плавки.

Диапазон значений количества второй присадки углеродсодержащих материалов в пределах 25-250 кг/т веса выпускаемой плавки объясняется теплофизическими закономерностями нагрева расплава и расплавления металлошихты. При меньших значениях не будет обеспечиваться расплавление металлошихты в полном объеме. При больших значениях будет происходить перегрев расплава, будет увеличиваться гетерогенность образующегося шлака, а также будет происходить нежелательное вспенивание шлака.

Указанный диапазон устанавливают в прямой зависимости от веса выпускаемой плавки.

Диапазон времени вторичной продувки расплава кислородом в пределах 3-120 млн объясняется физико-химическими закономерностями взаимодействия струи кислорода и расплава. При меньших значениях струя кислорода не будет успевать взаимодействовать со шлаком и не будет происходить сжигание углеродсодержащих материалов. При больших значениях будет происходить перерасход кислорода.

Указанный диапазон устанавливают в прямой зависимости от веса выпускаемой плавки.

Диапазон величины скачиваемого шлака в пределах 50-70% от общего его количества объясняется физико-химическими и теплофизическими закономерностями процесса выплавки стали. При меньших количествах не будет обеспечиваться требуемый режим рафинирования расплава. При больших значениях будут иметь место потери металла.

Указанный диапазон устанавливают в прямой зависимости от веса выпускаемой плавки.

Диапазон значений количества заливаемого чугуна в пределах 0,07-0,65 веса выпускаемого металла объясняется физико-химическими закономерностями рафинирования расплава и обеспечения требуемого уровня шлакообразования, а также количеством перерабатываемой металлошихты. При меньших значениях не обеспечивается требуемый уровень обезуглероживания ванны, шлакообразования и удаления примесей. При больших значениях снижается эффективность операций нагрева и плавления первой порции металлошихты, так как физического и химического тепла в ванне уже достаточно для выплавки стали.

Указанный диапазон устанавливают в обратной зависимости от количества оставляемой в конверте стали.

Диапазон значений количества присаживаемой второй порции металлошихты в пределах 0,03-0,25 веса выпускаемого металла объясняется теплофизическими закономерностями нагрева и расплавления металлошихты, а также рафинирования расплава на заключительной стадии плавки после скачивания шлака и заливки чугуна. При меньших значениях будет снижаться производительность конвертера и будут повышаться энергозатраты, а также снижаться степень рафинирования расплава. При больших значениях происходит переохлаждение расплава, повышается угар железа и снижается степень рафинирования расплава из-за ухудшения условий шлакообразования.

Указанный диапазон устанавливают в прямой зависимости от количества заливаемого в конвертер чугуна.

Диапазон значений расхода кислорода в третью продувку и до окончания плавки в пределах 2-4 м³/т·мин объясняется физико-химическими закономерностями воздействия на расплав струи кислорода. При меньших значениях струя кислорода будет достигать уровня расплава с недостаточной интенсивностью и будет увеличиваться длительность плавки. При больших значениях будет происходить разрушение футеровки конвертера и будут происходить выбросы расплава из конвертера.

Указанный диапазон устанавливают в прямой зависимости от веса выпускаемой плавки.

В основу данного технического решения положены принципы: кислородного сжигания углеродсодержащих материалов в шлаковом расплаве; плавления твердой металлошихты в предварительно нагретом расплаве при обеспечении равенства твердой и жидкой составляющих расплава; интенсификации продувки в периоды, когда удельный объем конвертера на единицу веса находящегося расплава имеет минимальные значения.

Применение кислородного сжигания углеродсодержащих материалов в шлаковом расплаве обеспечивает максимальное усвоение тепла, эффективную дезактивацию шлакового расплава за счет повышения в два раза термодинамического потенциала реакции восстановления окислов железа на единицу вводимого углерода.

Осуществление плавления твердой металлошихты в предварительно нагретом расплаве при обеспечении примерного весового равенства твердой металлошихты за счет создания максимально развитых теплопередающих поверхностей раздела сред и развитых массообменных процессов на границах жидкость - твердое тело создают благоприятные условия для высоких скоростей плавления твердой металлошихты, в том числе уже в период завалки.

Интенсификация продувки расплава кислородом в периоды, когда удельный объем конвертера на единицу веса находящегося расплава имеет минимальные значения, позволяет сократить отдельные периоды плавки, что обеспечивает цикл работы конвертера, требуемый по условиям непрерывной разливки стали.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого способа с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Ниже дан вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения.

Способ выплавки стали в конвертере осуществляют следующим образом.

Пример. В конвертере выплавляют сталь марки ст3. При очередном выпуске стали из конвертера в нем оставляют часть стали, равную 0,1-0,9 веса расплава, и весь имеющийся в конвертере шлак на момент выпуска. В оставшийся в конвертере расплав присаживают первую порцию углеродсодержащего материала, например угля с фракцией 10-50 мм с расходом 15-55 кг/т веса выпускаемой плавки. После этого расплав в первый раз продувают кислородом через фурму сверху с расходом 2-10 м³/т·мин в течение 1-15 мин. Далее присаживают первую порцию металлошихты в виде металлического лома или чугунного скрапа в количестве, равном весу оставленной стали от предыдущей плавки, после чего продувают расплав кислородом сверху с расходом 2-8 м³/т·мин в течение 3-120 мин с одновременной присадкой углеродсодержащих материалов в виде угля с расходом 25-250 кг/т веса выпускаемого металла. После этой операции скачивают шлак на 50-70% от веса его в конвертере и заливают чугун в конвертер в количестве 0,07-0,65 веса выпускаемого металла. Затем присаживают вторую порцию твердой металлошихты в количестве 0,03-0,25 веса выпускаемого металла и продувают расплав кислородом сверху с расходом 2-4 м³/т·мин до окончания плавки. При очередном выпуске вес шлака достигает 150 кг/т или 15% от веса плавки.

В таблице приведены примеры осуществления способа выплавки стали в конвертере с различными технологическими параметрами.

В первом примере вследствие малой величины технологических параметров происходит увеличение загрузки твердой металлошихты в первый период плавки, что понижает эффективность плавления и снижает производительность конвертера.

В пятом примере вследствие большой величины технологических параметров происходит перерасход материальных и энергосиловых ресурсов.

В шестом примере, прототипе, вследствие нагрева твердой металлошихты в конвертере топливно-кислородным факелом происходит перерасход энергоресурсов и угар железа металлошихты, что вызывает уменьшение производительности процесса выплавки стали в конвертере.

В оптимальных примерах 2-4 вследствие устранения нагрева твердой металлошихты топливно-кислородным факелом, а также устранения необходимости двухкратного перелива расплава в условиях необходимых значений технологических параметров обеспечивается уменьшение расхода энергоресурсов на 10-30% и повышение производительности процесса выплавки на 10-30% при увеличении выхода годной стали на 0,5-2,5%.

Формула изобретения

Способ выплавки стали в конвертере, включающий присадку твердой металлошихты, заливку чугуна, продувку расплава в конвертере кислородом сверху, ввод в него углеродсодержащих материалов, рафинирование металла присадками шлакообразующих материалов, выпуск стали из конвертера, отличающийся тем, что при очередном выпуске стали из конвертера в нем оставляют весь шлак и часть стали, равную 0,1 - 0,9 от веса выпускаемого металла, присаживают углеродсодержащий материал фракции 10 - 50 мм в количестве 10 - 55 кг/т веса выпускаемого металла и продувают расплав кислородом сверху с расходом 2 - 10 м³/т · мин в течение 1 - 15 мин, затем осуществляют завалку первой порции твердой металлошихты в количестве, равном весу оставленной стали от предыдущей плавки, и производят продувку расплава кислородом с расходом 2 - 8 м³/т · мин с присадкой углеродсодержащих материалов с расходом 25 - 250 кг/т выпускаемого металла в течение 3 - 120 мин, после этого скачивают шлак на 50 - 70% от веса его в конвертере, заливают чугун в конвертер в количестве 0,07 - 0,65 от веса выпускаемого металла и присаживают вторую порцию твердой металлошихты в количестве, равном 0,03 - 0,25 от веса выпускаемого металла, а затем продувают расплав кислородом с расходом 2 - 4 м³/т · мин до окончания плавки.

РИСУНКИ

Рисунок 1