Способ выплавки стали в конвертере

 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к кислородно-конвертерному производству стали. При выплавке стали в конвертере твердое топливо с высоким выходом летучих вводят рассредоточенными присадками после завалки лома в конвертер и сжигают в течение всего времени предварительного подогрева лома в струях кислорода, подаваемого с расходом 20-40% от базового, при положении фурмы 110-120 приведенных калибров. Твердое топливо с низким выходом летучих присаживают после заливки жидкого чугуна и прогревают ванну в течение первого периода продувки расплава кислородом сверху через фурму, дополнительно подавая рассредоточенными присадками твердое топливо с высоким выходом летучих и кислород с расходом 20-40% от базового при положении фурмы 110-120 приведенных калибров. Во втором периоде продувки расплава кислородом вводят рассредоточенными присадками твердое топливо с низким выходом летучих в течение всего времени продувки, осуществляемой при базовом положении фурмы 85-100 приведенных калибров в течение 2-4 мин. После чего ступенчато изменяют положение фурмы, опуская ее на 10-15 приведенных калибров каждые 50-60 с, и продолжают продувку. Технический результат - снижение угара железа при прогреве ванны и увеличение выхода жидкой стали.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к кислородно-конверторному производству.

Известен способ выплавки стали, включающий загрузку в конвертер лома и его предварительный нагрев путем сжигания газовых и длиннопламенных углей в потоке кислорода с последующей заливкой чугуна и окислительным рафинированием расплава /а. с. СССР 1464478, С 21 С 5/28, 1999 г./. Регламентируемые способом режимные параметры нагрева и вид применяемых углей позволяют снизить расход чугуна, увеличить производительность агрегата и эффективность нагрева за счет полного сгорания летучих составляющих углей в полости конвертора и минимального воздействия на футеровку агрегата.

Недостатками известного способа являются удлинение цикла плавки при увеличении длительности нагрева в случае послойной загрузки лома, а также повышенный угар железа и накопление его окислов в скрапе, что обусловлено оплавлением лома при заданных параметрах нагрева.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ выплавки стали в конверторе, включающий завалку металлолома, его предварительный подогрев, заливку жидкого чугуна, подачу твердого топлива с различным выходом летучих и продувку металла кислородом /а.с. СССР 1749237, С 21 С 5/28, 1992/.

Известный способ позволяет повысить эффективность использования твердого топлива при выплавке стали в конверторе с повышенной долей лома в металлошихте. Подача твердого топлива с высоким выходом летучих на первой стадии процесса для предварительного подогрева лома и последующий ввод твердого топлива с низким выходом летучих после заливки чугуна на второй стадии процесса позволяет снизить расход топлива, сократить продолжительность плавки и уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу.

Недостатком известного способа является повышенный угар железа при рекомендуемых параметрах предварительного подогрева лома и в начале продувки из-за сгорания металлолома, выступающего над жидкой ванной после заливки чугуна, от прямого контакта с ним струй кислорода. Повышенный угар железа при продувке конвертерной плавки приводит к снижению выхода жидкой стали и, соответственно, увеличению расходных коэффициентов на сырье и материалы.

Задачей изобретения является снижение угара железа при прогреве ванны и увеличение выхода жидкой стали.

Задача решается следующим образом. В способе выплавки стали в конвертере, включающем завалку лома, его предварительный подогрев, заливку жидкого чугуна, подачу твердого топлива с низким и высоким выходом летучих и продувку расплава кислородом в два периода сверху через фурму с изменением расхода кислорода и расстояния фурмы до уровня спокойной ванны, загрузку шлакообразующих материалов, твердое топливо с высоким выходом летучих вводят рассредоточенными присадками после завалки лома и сжигают в течение всего времени предварительного подогрева лома в струях кислорода, подаваемого с расходом 20-40% от базового, при положении фурмы 110-120 приведенных калибров, твердое топливо с низким выходом летучих присаживают после заливки чугуна и прогревают ванну в течение первого периода продувки, дополнительно подавая рассредоточенными присадками твердое топливо с высоким выходом летучих и кислород с расходом 20-40% от базового при положении фурмы 110-120 приведенных калибров, во втором периоде вводят рассредоточенными присадками твердое топливо с низким выходом летучих в течение всего времени продувки, осуществляемой при базовом положении фурмы 85-100 приведенных калибров в течение 2-4 минут, после чего ступенчато изменяют положение фурмы, опуская ее на 10-15 приведенных калибров каждые 50-60 с, и продолжают продувку.

Технический результат, достигаемый предлагаемым способом производства стали, заключается в том, что в условиях повышенного угара железа при интенсивном прогреве лома в кислородном конверторе за счет регламентированной присадки твердого топлива с низким и высоким выходом летучих и соответствующего изменения дутьевого режима плавки обеспечивают условия для более эффективной передачи тепла в ванне и равномерного прогрева металлического лома, исключая его загорание от прямого соприкосновения со струями кислорода. Это способствует снижению угара железа при предварительном подогреве лома и в начале продувки, когда металлический лом выступает над жидкой ванной (чугуном), приводит к увеличению выхода жидкой стали.

Присадка твердого топлива с низким и высоким выходом летучих для предварительного подогрева лома, прогрева ванны в первом и втором периодах продувки обусловлена необходимостью эффективного прогрева ванны для ускорения плавления металлического лома и создания благоприятных условий для окислительного рафинирования металла.

В качестве твердого топлива при конвертировании металла в основном используются угли различных марок, кокс, отходы установок сухого тушения кокса (см. Тепловая работа кислородных конвертеров / Баптизманский В.И., Бойченко Б.М., Черевко В.Г. // М.: Металлургия, 1988. - 176 с.). Основным показателем для классификации углей по маркам является выход летучих. В зависимости от петрографического состава углей, степени восстановленности органического вещества, а также доли и состава минеральной части выход летучих веществ может составлять от 1,5-8,0 до 60-70% (см. Миронов К.В. Справочник геолога-угольщика - 2 изд. переработанное и дополненное, М.: Недра, 1991. - 363 с., Угли СССР. Справочник - 2 изд. переработанное и дополненное, М.: Недра, 1975. - 308 с. ). К топливу с высоким выходом летучих относятся как бурые (V^Г=28-67%), так и каменные угли (V^Г=8-55%), к топливу с низким выходом летучих - антрациты (V^Г=1,5-8%).

В отечественных конвертерах в качестве топлива с высоким выходом летучих обычно используют газовый (V^Г=35-45%) или длиннопламенный уголь (V^Г=37-40%). Возможно использование термоугля из Канско-Ачинского бассейна (V^Г=25,1-31,8%), слабоспекающего Кузнецкого угля (V^Г=15-25%) или тощего Кузнецкого угля (V^Г=11,0-14,0%).

В качестве топлива с низким выходом летучих используют антрацит Кузнецкий (Листвянское шахтоуправление) с выходом летучих веществ 3,0-6,0% или антрацит Донецкий с выходом летучих 2,0-3,0% (см. Протопопов Е.В., Волович М. И. , Герасименко И.П. Основы ресурсе- и энергосберегающих технологий конвертерной плавки: Учебное пособие / КузПИ. - Новокузнецк, 1990. - 93 с.).

Твердое топливо с высоким выходом летучих вводят рассредоточенными присадками для предварительного подогрева лома и после заливки чугуна в течение первого периода продувки, сжигая в струях кислорода, подаваемого с расходом 20-40% от базового, при положении фурмы 110-120 приведенных калибров, что позволяет эффективно прогреть составляющие металлозавалки за счет полного сжигания летучих веществ топлива в объеме агрегата без появления зон оплавления и накопления оксидов железа в металлическом ломе, а также возникновения соответствующих выбросов при заливке чугуна и окислительном рафинировании металла.

Предусматриваемые способом характеристики кислородного дутья позволяют мягко воздействовать на лом, обеспечивая при этом полное сжигание твердого топлива с высоким выходом летучих, которое вводят рассредоточенными присадками по 150-200 кг в течение всего времени предварительного подогрева лома и первого периода продувки.

Расход кислорода, подаваемого для предварительного подогрева лома и прогрева ванны в первом периоде продувки, должен быть не менее 20% от базового, иначе не обеспечивается стабильное горение летучих составляющих подаваемого твердого топлива, прогрев металлозавалки происходит недостаточно эффективно, и в дальнейшем при окислительном рафинировании металла наблюдается холодный ход процесса с замедленным формированием шлака, что требует дополнительного окисления железа для наводки активного железистого шлака и приводит к снижению выхода жидкой стали.

Расход кислорода, подаваемого для предварительного подогрева лома и прогрева ванны в первом периоде продувки, должен быть не более 40% от базового, в противном случае наблюдается появление зон оплавления металлического лома, накопление в нем оксидов железа и возникновение выбросов при последующем окислительном рафинировании металла, что приводит к снижению выхода жидкой стали.

Рекомендуемый диапазон расположения кислородной фурмы над уровнем металла составляет 110-120 приведенных калибров и позволяет эффективно сжигать твердое топливо с высоким содержанием летучих, стабилизировать теплопередачу от факела (горение летучих в струях кислорода) к лому или металлической ванне в течение первого периода продувки. При расположении фурмы ниже чем 110 калибров наблюдается возгорание металлического лома в струе кислорода, что приводит к повышенному угару железа и снижению выхода жидкой стали. При расположении фурмы выше чем 120 калибров ухудшается теплопередача от ядра горения летучих составляющих твердого топлива к лому или металлической ванне в первом периоде продувки. Прогрев при этом происходит недостаточно эффективно, что приводит к замедленному формированию шлака при окислительном рафинировании металла и требует дополнительного окисления железа для наводки активного железистого шлака, сопровождается увеличенным угаром железа и снижением выхода жидкой стали.

Присадка твердого топлива с низким выходом летучих в течение второго периода продувки, когда лом уже частично расплавился и ванна в какой-то мере прогрета, обеспечивает интенсивное выделение газовых составляющих С_mН_n (их количество не превышает 1,5-8,0%), что способствует быстрому воспламенению всей массы топлива и требует изменения характеристик кислородного дутья.

Принципиальное значение при этом имеет накопление СО в полости конвертера в зоне фурма - ванна и осуществление комплекса окислительно-восстановительных реакций: 2С_уг+{0₂}=2{СО} (FeO)+{CO}={C0₂}+Fe_ж {СО}+¹/₂{O₂}={СО₂} Количество кислорода, подаваемого во втором периоде продувки, рекомендовано исходя из требования обеспечить равномерный прогрев ванны и полное расплавление металлического лома за счет сжигания топлива с низким выходом летучих и не должно быть меньше базового значения, в противном случае снижается эффективность использования топлива, а также изменяется содержание монооксида углерода в полости конвертера в зоне фурма - ванна, стабилизирующее окислительные процессы и препятствующее загоранию металлического лома, что приводит к увеличению угара железа и снижению выхода жидкой стали.

Нижний предел по положению фурмы (85 приведенных калибров) ограничен возможностью прямого взаимодействия струй кислорода с металлическим ломом. При уменьшении положения фурмы наблюдается загорание не осевшего в жидкий чугун металлического лома, что приводит к увеличению угара железа и снижению выхода жидкой стали.

Верхний предел по положению фурмы (100 приведенных калибров) ограничен условиями шлакообразования. При увеличении положения фурмы ухудшаются условия для окисления шлакообразующих элементов чугуна, что в свою очередь снижает приток тепла и не позволяет обеспечить формирование начального шлака, что приводит к снижению выхода жидкой стали.

Продолжительность продувки при положении фурмы 85-100 приведенных калибров 2-4 мин регламентирована эффективностью сжигания твердого топлива с низким выходом летучих, с одной стороны, и условиями формирования первичного шлака, с другой.

Уменьшение продолжительности такой продувки менее 2 мин приводит к недостаточному накоплению оксидов железа в первичном шлаке, при этом ухудшаются условия для растворения извести и формирования высокоосновного шлака, в конечном счете снижается выход жидкой стали.

Увеличение продолжительности такой продувки более 4 мин снижает эффективность сжигания твердого топлива с низким выходом летучих, удлиняет расплавление металлического лома из-за плохого перемешивания ванны, приводит к увеличению угара железа и снижению выхода жидкой стали. Для повышения эффективности сжигания твердого топлива с низким выходом летучих и перемешивания ванны необходимо каждые 50-60 с опускать фурму на 10-15 приведенных калибров. Это позволяет обеспечить хорошее шлакообразование и более полно передавать тепло в ванну, обеспечивая плавное воздействие кислорода на лом.

Продолжительность продувки при фиксированном положении фурмы должна быть не менее 50 с, а последующее изменение положения фурмы не более 15 приведенных калибров, иначе возможно загорание металлического лома от прямого соприкосновения его с кислородом, что приводит к увеличению угара железа и снижению выхода жидкой стали.

Продолжительность продувки при фиксированном положении фурмы должна быть не более 60 с, а последующее изменение положения фурмы не менее 10 приведенных калибров, в противном случае снижается эффективность передачи тепла в ванне, замедляется расплавление металлического лома, наблюдается плохое перемешивание металлического расплава, что приводит к увеличению угара железа и снижению выхода жидкой стали.

Пример: в 160-тонный конвертер заваливают металлический лом, на него отдают шлакообразующие материалы (известь, марганцевый агломерат и мягкообожженный доломит), опускают кислородную фурму на 4 м относительно уровня загружаемого лома (115 приведенных калибров) и подают кислород с расходом 120 м³/мин (30% от базового), одновременно подавая рассредоточенными присадками по 150-200 кг газовый уголь с содержанием летучих 40% (твердое топливо с высоким выходом летучих) в течение всего времени предварительного подогрева лома. Далее заливают чугун, присаживают антрацит (топливо с низким выходом летучих), опускают фурму также на 4 м (115 приведенных калибров), подают кислород с расходом 120 м³/мин (30% от базового) и прогревают ванну, подавая рассредоточенными присадками по 150-200 кг газовый уголь с содержанием летучих 40% (твердое топливо с высоким выходом летучих) в течение первого периода продувки. После чего фурму опускают на расстояние 3,5 м (100 приведенных калибров), подают базовый расход кислорода 400 м³/мин и начинают второй период продувки, подавая рассредоточенными присадками по 100-150 кг антрацит с содержанием летучих 4,5% (топливо с низким выходом летучих). После 3 мин продувки на уровне 3,5 м, что дает гарантию нормального шлакообразования, фурму опускают ступеньками по 350 мм (10 приведенных калибров) каждые 60 с для плавного воздействия кислорода на лом. Антрацит подают в течение всего времени, пока не расплавится легковесный металлом, после чего продолжают продувку на уровне 1,5 м.

Заявляемый способ производства стали промышленно применим в кислородно-конвертерном производстве.

Формула изобретения

Способ производства стали в конвертере, включающий завалку лома, его предварительный подогрев, заливку жидкого чугуна, подачу твердого топлива с низким и высоким выходом летучих, продувку расплава кислородом в два периода сверху через фурму с изменением расхода кислорода и расстояния фурмы до уровня спокойной ванны и загрузку шлакообразующих материалов, отличающийся тем, что твердое топливо с высоким выходом летучих вводят рассредоточенными присадками после завалки лома и сжигают в течение всего времени предварительного подогрева лома в струях кислорода, подаваемого с расходом 20-40% от базового, при положении фурмы 110-120 приведенных калибров, твердое топливо с низким выходом летучих присаживают после заливки чугуна и прогревают ванну в течение первого периода продувки, дополнительно подавая рассредоточенными присадками твердое топливо с высоким выходом летучих и кислород с расходом 20-40% от базового при положении фурмы 110-120 приведенных калибров, во втором периоде вводят рассредоточенными присадками твердое топливо с низким выходом летучих в течение всего времени продувки, осуществляемой при базовом положении фурмы 85-100 приведенных калибров в течение 2-4 мин, после чего ступенчато изменяют положение фурмы, опуская ее на 10-15 приведенных калибров каждые 50-60 с, и продолжают продувку.