Способ выплавки стали в мартеновской печи

Изобретение относится к металлургическому производству. Способ выплавки стали в мартеновской печи включает периоды завалки шихты в ванну печи, прогрева, заливки жидкого чугуна, плавления шихты и доводки расплава до требуемых свойств, выполняемых при продувке ванны потоком нейтрального или инертного газа, подаваемого с изменяющейся интенсивностью и плотностью дутья через слои пористого огнеупорного материала, расположенного по днищу вдоль продольной оси ванны и образующего отдельные дутьевые зоны, выпуск расплава и шлака. В периоды завалки и прогрева интенсивность продувки ванны потоком нейтрального или инертного газа поддерживают равной 0,08-0,09 м³/ч на 1 МВт подводимой тепловой мощности. После заливки чугуна до выпуска расплава интенсивность увеличивают в зависимости от изменения технологических параметров до 0,5-0,6 м³/ч на 1 МВт подводимой тепловой мощности. При выпуске расплава в печи можно оставлять часть расплава предыдущей плавки. Желательно, чтобы интенсивность дутья в дутьевых зонах, размещенных в центре печи, в 2-6 раз превышала интенсивность дутья в крайних у головок печи дутьевых зонах. Технический результат - снижение продолжительности и увеличение производительности плавки, снижение энергозатрат, пылеобразования и угара металла, повышение качества выплавляемой стали. 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к металлургическому производству, в частности к выплавке стали в мартеновских печах.

Изменение тепловой нагрузки мартеновской печи по периодам плавки характеризует тепловой режим печи, который во многом определяется организацией работы факела, условиями сжигания топлива, изменениями тяги печи, используемыми шихтовыми материалами и др.

В каждый период плавки для каждой конкретной печи имеется наибольшее возможное значение тепловой нагрузки, которое достигается в печи и которое называется тепловой мощностью печи.

Однако такие технические характеристики, как длительность плавки, производительность печи, расход топлива зависят не от максимальной тепловой нагрузки, а от величины ее полезно используемой части или коэффициента использования тепла.

Полезно используемая тепловая мощность печи в определенной степени зависит от дополнительного донного перемешивания расплава в ванне. При использовании донного перемешивания расплава инертным газом возрастает скорость подъема температуры в результате интенсивного перемешивания расплава, а также ускоряется процесс ассимиляции шлаком всплывающей извести.

Известен способ выплавки стали в мартеновской печи, включающий периоды завалки шихты прогрева плавления и доводки расплава, проводимых при продувке нейтральным газом через пористый огнеупор, расположенный в подине печи /SU №1164275, С 21 С 5/04, 1985 г.//1/.

Недостатком известного способа является повышенный темп перемешивания расплава донным дутьевым потоком, который сопровождается активным развитием негативных процессов брызгоуноса и пылеобразования и отсутствия взаимосвязи этих процессов с изменениями параметров процесса, возникающих по ходу плавки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ выплавки стали в мартеновской печи, включающий период завалки шихты в ванну печи, периоды прогрева, заливки жидкого чугуна и плавления шихты и период доводки расплава до требуемых свойств, выполняемых при продувке ванны потоком нейтрального или инертного газа, подаваемого с изменяющейся интенсивностью и плотностью дутья через слой пористого огнеупорного материала, расположенного по днищу вдоль продольной оси ванны и образующего отдельные дутьевые зоны, выпуск расплава и шлака /Патент RU №2167946, С 21 С 5/04, 27.05.2001/ /2/.

К недостаткам способа относится его направленность только для осуществления плавки скрап-процессом с использованием в шихте в качестве науглераживателя - твердого чугуна, вводимого в печь в составе шихты в период завалки.

Преимущества продувки ванны инертным или нейтральным газом значительно увеличиваются только при наличии в ванне жидкой составляющей, при этом ощутимыми эти преимущества будут наблюдаться при достижении жидкой составляющей определенной массы. Причем, чтобы избежать явления «передува», характеризующегося излишними процессами брызго-пылеобразования и уноса в условиях роста массы расплава в печи, снижения вследствие этого коэффициента использования тепла, необходимо продувку расплава нейтральным или инертным газами в печи связывать со спецификой изменения параметров процесса, возникающих по ходу плавки, свойственных конкретной печи, работающей на определенном виде сырья с использованием того или иного вида технологий.

Задачей изобретения является разработка эффективного способа выплавки стали в мартеновской печи с использованием донной продувки нейтральным или инертным газами.

Ожидаемый технический результат - увеличение производительности сталеплавильного агрегата и снижение энергозатрат с сохранением на базовом уровне или снижения пылеобразования и угара металла, повышение качества выплавляемой стали.

Технический результат достигается тем, что в известном способе выплавки стали в мартеновской печи, включающем период завалки шихты в ванну печи, периоды прогрева, заливки жидкого чугуна и плавления шихты и период доводки расплава до требуемых свойств, выполняемых при продувке ванны потоком нейтрального или инертного газа, подаваемого с изменяющейся интенсивностью и плотностью дутья через слой пористого огнеупорного материала, расположенного по днищу вдоль продольной оси ванны и образующего отдельные дутьевые зоны, выпуск расплава и шлака, при этом по изобретению в период завалки в ванну печи шихты и период прогрева, интенсивность продувки ванны потоком нейтрального или инертного газа поддерживают равной 0,08-0,09 м³//ч на 1 МВт подводимой тепловой мощности, а после заливки чугуна до выпуска расплава интенсивность увеличивают в зависимости от изменения технологических параметров до 0,5-0,6 м³/ч на 1 МВт подводимой тепловой мощности. При выпуске расплава в печи оставляют часть расплава предыдущей плавки, при этом в период завалки шихты в ванну печи и период прогрева интенсивность продувки ванны потоком нейтрального или инертного газа поддерживают равной 0,10-0,18 м³/ч на 1 МВт подводимой тепловой мощности. Интенсивность дутья в дутьевых зонах, размещенных в центре печи, в 2-6 раз превышает интенсивность дутья в крайних у головок печи дутьевых зонах. Сущность изобретения поясняется следующим.

При замене твердого чугуна в завалке на жидкий чугун и смещении массового соотношения лом чугун в сторону скрап-рудного процесса в печи обеспечиваются благоприятные ранние условия (наличие жидкой фазы) для пневматической обработки металла.

Обладающая повышенным потенциалом физического и химического тепла жидкоподвижная масса расплавленного чугуна с температурой 1150-1330°С и составляющая 40-60% от массы металлошихты при взаимодействии с уже заваленной металлошихтой при заливке в печь резко интенсифицирует темп протекания тепло- и массообменных процессов в ванне по ходу плавки. Активность плавления шихты после заливки чугуна резко ускоряется. В частности, продолжительность периода прогрева и плавления снижается до 18-29% от продолжительности плавки.

В периоды заправки печи, завалки в нее металлошихты и шлакообразующих, их прогрева и заливки чугуна, характеризующейся максимальной мощностью факела, для того чтобы сохранить аэродинамические качества пористой огнеупорной массы продувочных зон в высокотемпературных условиях и при этом иметь максимально возможно высокий коэффициент использования тепла и значительно не расходовать газы на продувку ванны при отсутствии жидкой составляющей в печи, интенсивность продувки ванны потоком нейтрального или инертного газа необходимо поддерживать равной 0,08-0,09 м³/ч на 1 МВт подводимой тепловой мощности. Продувка расплава с удельной интенсивностью ниже минимальной (0,08 м³/ч на 1 МВт) вызывает перегрев огнеупорной массы продувочных зон и не позволяет сохранить аэродинамические качества пористой огнеупорной массы продувочных зон. Увеличение интенсивности дутья более 0,09 м³/ч на 1 МВт не оказывает положительного влияния на тепловой баланс плавки, поскольку избыточное дутье охлаждает ванну, что приводит к локальному охлаждению нижних слоев шихты, к их «закозлению» и удлинению продолжительности плавления шихты.

Следует учитывать, что при появлении расплава в печи плотность дутья должна быть не менее 0,085 м³/ч на 1 МВт. По ходу заливки чугуна активизируются процессы газовыделения, сопровождающиеся выносами и выбросами металла из печи. Дополнительная интенсификация перемешивания расплава в этот период не является оправданной.

Расплавление металлошихты на начальной стадии плавления осуществляется в результате процессов диффузионного науглероживания поверхностного слоя твердой части шихты углеродом жидкого чугуна и вследствие этого происходит понижение температуры плавления поверхностного слоя твердой шихты. Продолжительность плавления зависит от развития поверхности контакта жидкого чугуна и твердой шихты.

Активизация донной продувки ванны с интенсивностью подачи 0,08-0,09 м³/ч МВт позволяет обеспечить ускорение процесса плавления шихты. Температура ванны в это время близка температуре плавления шихты. При таких температурах преимущественно окисляются входящие в состав чугуна кремний, марганец, фосфор, хром и др. С ростом температуры до 1350-1400°С наблюдается некоторое развитие процесса обезуглероживания и газообразования. Подача инертного газа с интенсивностью менее 0,08 м³/ч МВт не оказывает заметного влияния на изменение параметров плавления и обезуглероживания, а подача газа с интенсивностью более 0,09 м³/ч МВт вызывает чрезмерные выносы и выбросы. В отходящих газах появляется значительное содержание моноксида углерода.

По окончании плавления температура расплава в печи равна 1520-1560°С, а содержание углерода превышает его долю перед выпуском из печи на 0,4-0,95%, при этом перепад температур по глубине ванны в этот момент достигает 30-45°С на 1 м толщины расплава, а разность концентраций углерода до 0,15-0,20%.

Для того чтобы максимально ускорить обезуглероживание ванны, улучшить условия перемешивания и повышения температуры до температуры выпуска, донную продувку расплава нейтральным или инертным газом в период доводки осуществляют с удельной интенсивностью 0,5-0,6 м³/ч МВт. Подача газов в указанном режиме повышает полноту перемешивания, позволяя уменьшить содержание углерода по расплавлению, сократить продолжительность плавки, повысить качество и производительность печи. Подача дутья с интенсивностью менее 0, 5 м³/ч МВт не оказывает действенного влияния на процессы плавки, а превышение верхнего значения интенсивности подачи газа более 0,6 м³/ч МВт приводит к нарушению оптимального для этой печи соотношения значений скоростей выгорания углерода и скорости нагрева ванны и снижению коэффициента использования тепла. Отставание любой из скоростей, например скорости нагрева, от оптимальных значений влечет возможность охлаждения расплава и замораживания плавки, при этом создаются условия для повышения интенсивности пылеуноса и угара металла. В мартеновской печи вследствие неравномерного распределения тепловых потоков, идущих от факела по длине печи, неравномерности распределения шихтовых материалов возникают зоны с различным теплосодержанием (то есть более нагретые зоны). Это приводит к нарушению оптимальных скоростей обезуглероживания и нагрева металла. Для уменьшения тепловой неравномерности по длине печи удельную интенсивность дутья в период доводки по зонам печи поддерживают так, чтобы уменьшить неравномерность распределения тепла по длине печи. В дутьевых зонах, размещенных в центре печи, интенсивность дутья устанавливают так, что она в 2-6 раз превышает интенсивность дутья в крайних у головок печи дутьевых зонах. Несоблюдение распределения интенсивностей дутья по оси печи в дутьевых зонах в интервале 2-6, например, в соответствии с теплоотдачей факела не уменьшает неравномерность распределения тепла по длине печи и не позволяет достигать максимальной производительности печи.

При оставлении в печи части расплава предыдущей плавки и продувке расплава с удельной интенсивностью 0,10-0,18 м³/ч МВт коэффициент использования тепла увеличивается, продолжительность периодов прогрева и плавления шихты сокращается. При интенсивности продувки менее 0,10 м³/ч МВт возможно заметалливание огнеупоров зон продувки, а при интенсивности продувки 0,18 м³/ч МВт наблюдается повышенный пыле-брызгоунос.

Способ был реализован на 250 т основной мартеновской печи, оборудованной устройствами VVS для донной продувки ванны потоком нейтрального или инертного газа, подаваемого с изменяющейся интенсивностью и плотностью дутья через слой пористого огнеупорного материала, расположенного по днищу вдоль продольной оси ванны и образующего отдельные дутьевые зоны.

Пример.

Выплавляли сталь 35ГС. В печь при ее осмотре заправки через зоны продувки подавали аргон с интенсивностью, обеспечивающей удельную плотность дутья в каждой дутьевой зоне, равную 0,08 м³/ч МВт. После окончания заправки в печь загружали 120 т стального лома и 18 т шлакообразующих (обожженной извести). При появлении признаков оседания шихты и ее оплавления плотность дутья в каждой дутьевой зоне увеличивали до 0,085 м³/ч МВт и продолжали подавать аргон с этой плотностью до окончания прогрева и заливки чугуна. В печь залили 200 т чугуна с температурой 1320°С следующего состава: мас.% 3,6 С; 0,7 Mn; 0,6 Si; 0,028 S и Р. При расплавлении металлошихты аргон в ванну продували с интенсивностью 0,085 м³/ч МВт. При плавлении производили спуск первичного шлака, наводили новый шлак с основностью 1,7. Содержание углерода по расплавлению получили равным 0,87%. После расплавления шихты при доводке расплава аргон в ванну продували с интенсивностью 0,01 м³/ч 1 т расплава в крайних у головок печи дутьевых зонах и равномерно увеличивали к центру печи до 0,06 м³/ч 1 т расплава при общей интенсивности дутья 0,55 м³/ч МВт. При реверсировании факела изменяли и интенсивность подачи аргона в дутьевые зоны. Расплав в печи обрабатывали в соответствии с технологической инструкцией. Расплав выпускали в ковш с температурой 1610°С, а ферросплавы начинали вводить в ковш при наполнении 1/5 части ковша в следующем порядке силикомарганец, 65% ферросилиций и алюминий. Получили сталь 35ГС. Продолжительность плавки по изобретению составила 7,8 ч, а по известному способу 8,4 ч. Производительность увеличилась на 8-9%, а вынос пыли и выбросы составили на 1,8% ниже, чем в известном способе.

1. Способ выплавки стали в мартеновской печи, включающий период завалки шихты в ванну печи, периоды прогрева, заливки жидкого чугуна и плавления шихты и период доводки расплава до требуемых свойств, выполняемых при продувке ванны потоком нейтрального или инертного газа, подаваемого с изменяющейся интенсивностью и плотностью дутья через слой пористого огнеупорного материала, расположенного по днищу вдоль продольной оси ванны и образующего отдельные дутьевые зоны, выпуск расплава и шлака, отличающийся тем, что в период завалки шихты в ванну печи и период ее прогрева интенсивность продувки ванны потоком нейтрального или инертного газа поддерживают равной 0,08-0,09 м³/ч на 1 МВт подводимой тепловой мощности, а после заливки чугуна до выпуска расплава интенсивность увеличивают в зависимости от изменения технологических параметров до 0,5-0,6 м³/ч на 1 МВт подводимой тепловой мощности.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при выпуске расплава в печи оставляют часть расплава предыдущей плавки, при этом в период завалки шихты в ванну печи и период прогрева интенсивность продувки ванны потоком нейтрального или инертного газа поддерживают равной 0,10-0,18 м³/ч на 1 МВт подводимой тепловой мощности.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что интенсивность дутья в дутьевых зонах, размещенных в центре печи, в 2-6 раз превышает интенсивность дутья в крайних у головок печи дутьевых зонах.