способ выплавки стали в кислородном конвертере

Формула изобретения

СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В КИСЛОРОДНОМ КОНВЕРТЕРЕ, включающий загрузку металлического лома, ввод в ванну возвратной шихты печей графитизации в виде углеродсодержащего теплоносителя, шлакообразующих и разжижителя шлака, заливку жидкого чугуна и продувку металла кислородом, отличающийся тем, что в качестве разжижителя шлака используют пыль электрофильтров электролизного производства алюминия, при этом теплоноситель и разжижитель шлака загружают после заливки жидкого чугуна в виде брикетов при следующем соотношении ингредиентов, мас.

Возвратная шихта печей графитизации 65 90

Пыль электрофильтров электролизного производства алюминия 10 35

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к способам выплавки стали в сталеплавильном агрегате с использованием кусковых углеродсодержащих материалов.

Известны способы выплавки стали, в которых для снижения расхода жидкого чугуна используют кусковые углеродсодержащие теплоносители: кокс, антрацит, графитовый бой и др. [1] Эти способы позволяют за счет тепла экзотермического окисления углерода повысить расход металлического лома из расчета 2,0-2,5 кг/кг вводимого теплоносителя и снизить расход жидкого чугуна на 16-25 кг/т стали.

Это недостаточно для утилизации имеющихся запасов металлического лома. Кроме того, применение указанных теплоносителей в результате "холодного" начала процесса значительно ухудшает шлакообразование и качество готового металла, а также повышает потери металла с отходящими газами и шлаком.

Известен способ выплавки стали, в котором для более глубокого снижения расхода жидкого чугуна и уменьшения потерь с отходящими газами используют углеродкарбидкремний, содержащий теплоноситель [2] Коэффициент замены жидкого чугуна металлическим ломом в этом способе составляет 3,0-3,2 кг/кг теплоносителя, экономия жидкого чугуна 30-45 кг/т стали, снижение пылевыносов 3,5-6,5 кг/т стали.

Отсутствие технических решений, направленных на улучшение процессов шлакообразования и их синхронизацию с тепловым режимом, не позволяет использовать этот способ при выплавке качественных марок стали, а постоянный контроль за составом теплоносителя ограничивает сырьевую базу и возможность применения известных отходов производства, в том числе используемой в данном и других способах возвратной шихты печей графитации.

Наиболее близким по технической сущности и достигнутым результатам является способ выплавки стали, в котором для интенсификации шлакообразования и улучшения качества металла углеродкарбидкремний содержащий теплоноситель, вводят при определенном соотношении с разжижителем плавиковым шпатом [3] Соотношение расходов этих материалов изменяется в незначительных пределах и составляет 1 (0,75-0,85). Совместный ввод теплоносителя и разжижителя позволяет регулировать процессы шлакообразования и нагрева ванны по ходу продувки.

Недостаточное снижение расхода жидкого чугуна (66,8-72,3% от массы шихты), скоротечность разжижающего действия плавикового шпата и высокая стоимость этого материала, несмотря на высокое качество готового металла ограничивает область его применения, повышают себестоимость стали.

Цель изобретения интенсификация шлакообразования при использовании углеродкарбидкремнийсодержащих теплоносителей, а также снижение потерь металла со шлаком и отходящими газами за счет синхронизации теплового и шлакового режимов процесса.

Поставленная цель достигается за счет того, что в способе выплавки стали в кислородном конвертере, включающем загрузку металлической части шихты, ввод в ванну возвратной шихты печей графитизации в виде углеродсодержащего теплоносителя, шлакообразующих и разжижителя шлака, заливку жидкого чугуна и продувку металла кислородом, в качестве разжижителя используют пыль электрофильтров электролизного производства алюминия. Теплоноситель и разжижитель шлака загружают после заливки жидкого чугуна в виде брикетов при следующем соотношении ингредиентов, мас. возвратная шихта печей графитизации 65-90; пыль электрофильтров электролизного производства алюминия 10-35.

Предлагаемый материал содержит отходы алюминиевого производства, в т.ч. глинозем, а также комплексные фториды натрия и алюминия (например Na₃AlF₆), разжижающее действие которых в отличие от плавикового шпата сохраняется на большем протяжении периода продувки. Использование этих разжижителей позволит снизить требования, предъявляемые к теплоносителям, в том числе снять ограничения по химическому составу и зольности. Применяемая в составе брикетов возвратная шихта печей графитации электродного производства не нуждается в дополнительной подготовке (ограничению по содержанию SiC, золы и соотношению C SiC), а ее применение не окажет негативного влияния на процессы шлакообразования. Совместное использование двух ингредиентов, один из которых является высоко калорийным теплоносителем (удельная теплота сгорания возвратной шихты печей графитации составляет 28-30 МДж/кг), другой разжижителем сталеплавильного шлака, позволяет интенсифицировать процесс шлакообразования за счет синхронизации теплового и шлакового режимов. В отличие от известных оба эти материалы имеют относительно длительный и стабильный период взаимодействия с металлической ванной и шлаком, а брикетирование в заявляемых количествах повышает их активность и придает готовому продукту новые свойства, которые в условиях конвертерного производства обеспечивают синхронизацию теплового и шлакового режима процесса в различном диапазоне изменения фазового и химического состава металлошихты. Угар железа и его потери с отходящими газами и шлаком снижаются до уровня традиционного автотермического процесса с расходом металлического лома ниже 25

При недостаточном содержании в теплоносителе возвратной шихты печей графитации притока тепла от окисления компонентов этого материала и, особенно, карбида кремния, окисление которого происходит на начальных этапах продувки в период формирования начального шлака, будет недостаточно для требуемого прогрева ванны. Поступление в холодный шлак значительного количества разжижителей увеличит его склонность к вспениванию, повысит потери металла с отходящими газами и в результате резкого снижения коэффициента теплопроводности дестабилизируют тепловой и шлаковый режим процесса. Для осаждения пенистого шлака потребуется избыточное количество шлакообразующих и уменьшение скорости подачи окислителя. В совокупности это будет сопровождаться снижением производительности агрегата и увеличением потерь металла со шлаком и отходящими газами, т.е. противоречит достижению поставленной цели.

При избыточном содержании в теплоносителе возвратной шихты печей графитации (недостаточном содержании фторсодержащих отходов алюминиевого производства) поставленная цель не достигается по другим причинам, из которых основной является резкое ухудшение шлакообразования в результате дополнительного притока кремнезема и дефицита разжижителей. Это наблюдается на фоне интенсивного нагрева ванны за счет окисления карбида кремния и сопровождается повышенными выбросами и выносами металла с отходящими газами.

При заявляемом составе теплоносителя технологический процесс характеризуется высокой регулируемостью показателей, в том числе синхронизацией теплового и шлакового режимов. Последнее обеспечивает мягкую продувку металла и не сопровождается характерным для плавок с повышенным содержанием лома угаром железа и его выносом с отходящими газами.

Учитывая высокую дисперсность используемых в составе теплоносителя ингредиентов и, особенно, пыли электрофильтров электролизного получения алюминия, в предлагаемом техническом решении заявляемый состав теплоносителя обеспечивается брикетированием используемых материалов. Помимо усреднения химического состава, брикетирование исключает выносы высокодисперсных частиц отходящими газами и гарантирует стабильность состава независимо от срока эксплуатации и режима загрузки теплоносителя.

Совместное брикетирование углеродкарбидкремнийсодержащих материалов с шлакообразующими компонентами за счет начального прогрева и термической обработки резко повышает активность последних в период взаимодействия с конвертерным шлаком и предотвращает образование тугоплавких соединений ортосиликата кальция. Это ускоряет процесс шлакообразования и повышает гомогенность шлакового расплава. Поэтому предлагаемый способ не содержит признаков, характеризующих расход и режим загрузки теплоносителя и может быть использован в широком диапазоне фазового и химического состава металлошихты.

Способ отработан в 250-тонных конвертерах Днепровского металлургического комбината. В качестве теплоносителей использовали брикетированные отходы электродного и алюминиевого производств. Брикетирование производили в условиях Днепровского электродного завода. В составе брикетов использовали возвратную шихту печей графитации электродного производства (содержащую 50-85 углерода, 10-35 карбида кремния и 20-40 золы с размером частиц 1-10 мм) и пыль электрофильтров электролизного производства алюминия (содержащую 50-65 глинозема, 15-35 фторидов натрия и алюминия в виде NaF, AlF₆, Na₃AlF₆ и 5-10 сажистого углерода; размер частиц 0,05-1 мм).

П р и м е р. После скачивания шлака предыдущей плавки в конвертер загружают 90 т металлического лома, 8 т извести и заливают жидкий чугун с содержанием 0,79 кремния, 0,48 марганца, 0,038 серы с температурой 1330^оС в количестве 180 т. Затем вводят 3,0 т брикетированного теплоносителя, содержащего 80 возвратной шихты печей графитации и 20 пыли электрофильтров электролизного производства алюминия. Начинают продувку металла кислородом с интенсивностью 800-1000 м³/мин. Оставшееся количество извести (9 т) вводят в агрегат до начала интенсивного окисления углерода. Длительность продувки составляет 15-16 мин. В конце продувки получают металл с содержанием углерода 0,06 марганца 0,10 и серы 0,024 Температура металла 1640^оС. Окисленность конечного шлака 17,8 Выход жидкого металла 91,8 Указанная последовательность действий сохраняется при изменении состава теплоносителя в соответствии с формулой изобретения. Полученные данные представлены в таблице в сравнении с известным способом выплавки стали с использованием отработанной угольной футеровки алюминиевых электролизеров.

Анализ представленных данных подтвердил высокую эффективность предложенного способа. Использование в качестве теплоносителя брикетированных отходов электродного и алюминиевого производств в заявляемых количествах по сравнению с известным способом позволяет за счет интенсификации шлакообразования на 15-25 повысить рафинирующую способность шлака и на 0,002-0,004 абс. снизить остаточное содержание серы в готовом металле, а также в результате синхронизации теплового и шлакового режимов процесса предотвратить угар железа и снизить его потери с отходящими газами (на 2-4 кг/т) и шлаком (на 1-5 кг/т). Это позволяет на 2,5-10 отн. повысить производительность агрегата и на 0,4-0,8 абс. повысить выход жидкого металла.