Магнезиальный флюс для сталеплавильного производства и способ его получения

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к флюсам, используемым для интенсификации процесса шлакообразования при переделе чугунов в конвертере. Способ приготовления магнезиального флюса для выплавки стали в конвертере включает нагрев и обжиг смеси шлакообразующих компонентов во вращающейся печи, охлаждение полученного флюса. В качестве компонентов шлакообразующей смеси используют доломит и оксид железа. Массовое соотношение доломита и оксида железа выбирают в пределах 8:1, отношение величин их фракций соответственно в пределах (40-50):1. Обжиг смеси ведут при температуре факела природного газа в пределах 1570-1670^oС. В качестве оксида железа можно использовать прокатную окалину, железную руду и т.п. материалы. Магнезиальный флюс включает смесь шлакообразующих компонентов в виде оксидов магния алюминия, железа, кремния и кальция, в качестве которой используют ожелезненный доломит с содержанием оксидов магния, алюминия, железа, кремния и кальция при следующем соотношении компонентов, мас.%: MgO 32,0-33,5; Al₂O₃ 0,5-0,95; Fe₂О₃ 2,0-5,0; SiO₂ 2,5-3,0; CaO - остальное. Флюс имеет следующий минеральный состав, об.%: периклаз 30 -32; окись кальция 45-47; алит 8-10; браунмиллерит 3-4; двухкальциевый феррит 3-4. Технический результат - снижение энергозатрат при изготовлении флюса, улучшение шлакообразования и рафинирующих свойств шлака, а также уменьшение износа футеровки путем нанесения качественного гарнисажа на футеровку конвертера за счет оптимальной жидкотекучести шлака. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к флюсам, используемым для интенсификации процесса шлакообразования при переделе чугунов в конвертере.

В кислородно-конвертерном производстве для улучшения шлакового режима плавки используются различные виды флюсов. Как правило, в состав флюсов входят окислы железа, способствующие быстрому наведению шлака за счет ускорения ассимиляции извести.

Известен способ получения флюса для сталеплавильного производства, включающий обжиг в трубчатой печи смеси известняка с ферритной добавкой, содержащей не более 1-3% кремнезема, с отношением окиси железа к окиси кальция в ней, равным 2-3. Количество добавки составляет 20-30% от общей массы материала, загружаемого в печь, а температура факела в зоне обжига поддерживается в пределах 1400-1500^oС (см. журнал Сталь, 1972, 7, с.597-599).

Этот способ позволяет получать флюс только для раннего шлаконаведение и ускорения ассимиляции извести. Однако этим флюсом невозможно навести жидкоподвижный шлак в период интенсивного обезуглероживания стали.

Известен также способ приготовления флюса, включающий помол и обжиг известняка во вращающихся печах, последующее охлаждение и подачу готового флюса в конвертер (см. Технология производства стали в современных конвертерных цехах. С.В.Колпаков и др. - М.: Машиностроение, 1991, с.22-25).

Недостатком этого аналога является наличие в составе флюса большого количества "недопалов", образующихся при обжиге известняка. Это обуславливает низкую реакционную способность и длительность растворения флюса в шлаке. В результате снижается качество стали и выход годного, а также стойкость футеровки конвертера.

Прототипом изобретения (в части способа) является способ приготовления флюса, заключающийся в приготовлении смеси доломита с известняком с массовым соотношением компонентов в смеси соответственно 0,1-1,0, нагрев и обжиг смеси во вращающихся печах при температуре факела природного газа в пределах 1200-1600^oС в течение 2,0-3,5 ч с удельным расходом природного газа в пределах 100-300 м³ смеси при вращении печи со скоростью 0,6-1,0 об/мин, после чего полученную известь охлаждают до температуры 80-120^oС в течение 0,5-1,0 ч. Флюс подают в конвертер через 1-24 ч после обжига (см. патент РФ 2127767 RU, М. кл.⁶ С 21 С 5/28,97).

Недостатком этого способа является высокая гидрофильность и малая прочность получаемого флюса, приводящая к сильному пылевыделению при транспортировке и его высокому уносу при обработке расплава.

В части второго объекта изобретения - вещества, известен флюс, содержащий более 15% МgО, получаемый из магнезита или доломита путем добавления 5-20% цемента, увлажнения (43,0%) и прессования брикетов размером 1-30 мм (см. патент США 4451293, М.кл. С 22 В 9/10, 1984).

Этот флюс имеет высокую влажность и температуру плавления, что ограничивает область его применение при конвертерном переделе чугуна.

Кроме того, известен флюс для рафинирования сталей и сплавов, содержащий, мас.%: СаО 25-35; МgО 12-25; Аl₂O₃ 15-30; SiO₂ 8-20; NiO 0,1-2,8; Fe₂О₃ 0,1-4,0; K₂F 5-20 (см. SU 1036760, С 21 С 5/54, 1983).

Этот флюс характеризуется сравнительно низким шлакообразованием вследствие образования кальциевых силикатов, затрудняющих растворение извести. Кроме того, наличие оксидов никеля ограничивает сортамент выплавляемых марок сталей из-за восстановления никеля из шлака в металл.

Прототипом изобретения (в части вещества) является известково-магнезиальный флюс, содержащий оксиды кальция, магния, алюминия, железа и кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксиды магния 26,0 - 35,0; оксиды алюминия 0,3 - 7,0; оксиды железа 5,0 - 5,0; оксиды кремния 0,5 - 7,0; оксиды кальция - остальное (см. патент RU 2145357, С 21 С 5/36, 2000).

Флюс по прототипу имеет низкую температуру плавления и высокую реакционную способность при растворении в сталеплавильных шлаковых расплавах. Однако повышенное содержание в составе флюса окислов железа приводит, при их разложении, к значительным тепловым потерям расплава. Кроме того, присадка этого флюса возможна только в начальный период плавки, когда в шлаке нет окислов железа, необходимых для растворения извести. Присадка же флюса в период интенсивного обезуглероживания и в процессе продувки приводит к значительному возрастание окислов железа в шлаке, переокислению металла и высоким потерям железа со шлаком. Это значительно ограничивает технологические возможности по коррекции условий в течение плавки.

Технической задачей, решаемой изобретением, является улучшение шлакового режима кислородно-конвертерной плавки и уменьшение износа футеровки.

Решение поставленной задачи осуществлено за счет того, что способ приготовления магнезиального флюса для выплавки стали в конвертере, включающий нагрев и обжиг смеси шлакообразующих компонентов во вращающейся печи, охлаждение полученного флюса, согласно изобретению в качестве компонентов шлакообразующей смеси используют доломит и оксид железа, причем массовое соотношение доломита и оксида железа выбирают в пределах 8:1, отношение величин их фракций соответственно в пределах (40-50):1, при этом обжиг смеси ведут при температуре факела природного газа в пределах 1570-1670^oС. В варианте способа в качестве оксида железа используют прокатную окалину, железную руду и т.п. материалы.

Решение поставленной задачи осуществлено также за счет того, что магнезиальный флюс, включающий смесь шлакообразующих компонентов в виде оксидов магния, алюминия, железа, кремния и кальция, согласно изобретению в качестве смеси шлакообразующих компонентов используют ожелезненный доломит с содержанием оксидов магния, алюминия, железа, кремния и кальция при следующем соотношении компонентов, мас.%: МgО 32,0-33,5; Аl₂O₃ 0,5-0,95; Fе₂О₃ 2,0-5,0; SiO₂ 2,5-3,0; СаО остальное. Кроме того, предложенный флюс имеет следующий минеральный состав, об.%: периклаз 30 - 32; окись кальция 45-47; алит 8 -10; браунмиллерит 3-4 ;двухкальциевый феррит 3-4.

Техническим результатом от использования предложенного изобретения является снижение энергозатрат на изготовление флюса, улучшение шлакообразования и рафинирующих свойств шлака, а также обеспечение возможности (за счет жидкотекучести шлака) нанесения качественного гарнисажа на футеровку конвертера.

Предложенный способ реализуется следующим образом.

Во вращающуюся печь загружают смесь шлакообразующих компонентов, состоящую из доломита и оксида железа (прокатная окалина, железная руда и т.п. материалы). Доломит имеет следующий состав, мас.%: SiO 0,24-1,6; Аl₂O₃ и Fе₂О₃ 0,22-3,5; СаО, 29,3-34,57; МgО, 18,75-21,83 (ППП 46,2-47,7).

Массовое соотношение доломита и оксида железа составляет 8:1, что обусловлено тепло- и физико-химическими особенностями обжига смеси. При большем значении - нарушается работоспособность вращающейся печи и снижается ее производительность. При меньших значениях происходит перерасход доломита и снижение эксплуатационных характеристик флюса, в частности не происходит спекание частиц флюса и его прочность существенно снижается.

Отношение величин фракций доломита и оксида железа в смеси составляет соответственно 40-50:1. Диапазон значений этого соотношения обусловлен особенностями взаимодействия частиц известняка и оксида железа при обжиге смеси. При большем отношении фракций спекание смеси происходит неравномерно по объему смеси; меньшее значение - снижает производительность спекания.

Обжиг смеси ведут при температуре факела природного газа в пределах 1570-1670^oС. Диапазон значений этой температуры обусловлен особенностями спекания смеси. При меньшей или большей температуре частицы смеси или не спекаются, или смесь излишне спекается, что снижает реакционную способность флюса и повышает расход природного газа.

При нормальном обжиге смеси, низкоплавкие ферриты и алюмоферриты кальция, входящие в ее состав, расплавляются с образованием пленок, обволакивающих зерна огнеупорных оксидов кальция магния и способствующих их спеканию.

Готовый магнезиальный флюс (ожелезненный доломит) представляет собой прочные темно-серые скатанные куски следующего состава, об.%: периклаз 30-32; окись кальция 45-47; алит 8-10; браунмиллерит 3-4; двухкальциевый феррит 3-4.

Основными минеральными составляющими ожелезненного доломита являются высокоогнеупорные оксиды Са и Мg. Указанное выше содержание во флюсе двухкальциевого феррита (2СаО•Fе₂О₃) обеспечивает получение шлака оптимальной основности, при этом из-за низкого содержания окислов железа этот флюс можно присаживать во все периоды продувки, обеспечивая возможность поддержания жидкоподвижности шлака по ходу плавки, улучшая этим рафинирование стали и тепловой баланс плавки.

Характеристики ожелезненного доломита приведены в табл.1-3.

Пример использования ожелезненного доломита в конвертерной плавке и нанесения гарнисажа.

В конвертер с периклазоуглеродистой футеровкой заваливали 90-100 т металлического лома. После завалки лома в конвертер вводили 8-10 т ожелезненного доломита и 6-7 т извести, заливали 290-300 т чугуна при температуре 1380-1390^oС следующего состава, %: С 4,0-4,3; SiO₂ 0,39-0,8; Mn 0,16-0,22; S 0,013-0,023; Р 0,05-0,06 и продували чугун кислородом.

По ходу продувки, порциями по 2-4 т производили присадку извести и флюса(ожелезненного доломита). Расход извести и флюса, присаживаемых по ходу продувки, составлял 6-8 т и 4-8 т соответственно. По окончании продувки металл имел температуру 1630-1680^oС и содержал, %: С 0,017-0,064; Мn 0,6-0,08; S 0,009-0,033; Р 0,005-0,020.

При визуальном контроле на опытных плавках отмечено быстрое зажигание плавок и ровный характер продувки плавки без выноса шлакообразующих материалов и выбивании из-под юбки конвертера, шлаки на повалке имели хорошую подвижность.

После окончания продувки и слива стали производили загущение шлака в конвертере присадкой сырого доломита и нанесение гарнисажа путем раздува шлака азотом, подаваемым через фурму.

Результаты испытаний флюса представлены в табл.4.

Из представленных таблиц следует, что применение заявленного флюса ускоряет процесс шлакообразования и обеспечивает возможность поддержания жидкоподвижности шлака по ходу плавки, что позволяет улучшить рафинирование стали и тепловой баланс плавки, а также позволяет обеспечить нанесение качественного гарнисажа на футеровку конвертера.

Формула изобретения

1. Способ приготовления магнезиального флюса для выплавки стали в конвертере, включающий нагрев и обжиг смеси шлакообразующих компонентов во вращающейся печи, охлаждение полученного флюса, отличающийся тем, что в качестве компонентов шлакообразующей смеси используют доломит и оксид железа, причем массовое соотношение доломита и оксида железа выбирают в пределах 8: 1, отношение величин их фракций, соответственно, в пределах (40-50): 1, при этом обжиг смеси ведут при температуре факела природного газа в пределах 1570-1670^oС.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оксида железа используют прокатную окалину, железную руду.

3. Магнезиальный флюс, включающий смесь шлакообразующих компонентов в виде оксидов магния, алюминия, железа, кремния и кальция, отличающийся тем, что в качестве смеси шлакообразующих компонентов используют ожелезненный доломит с содержанием оксидов магния, алюминия, железа, кремния и кальция при следующем соотношении компонентов, мас. %: Оксиды магния - 32,0-33,5 Оксиды алюминия - 0,5-0,95 Оксиды железа - 2,0-5,0 Оксиды кремния - 2,5-3,0 Оксиды кальция - Остальное 4. Магнезиальный флюс по п. 3, отличающийся тем что он имеет следующий минеральный состав, об. %: Периклаз - 30-32 Окись кальция - 45-47
Алит - 8-10
Браунмиллерит - 3-4
Двухкальциевый феррит - 3-4

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2