способ выплавки стали в мартеновской печи

Формула изобретения

1. СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В МАРТЕНОВСКОЙ ПЕЧИ, включающий выстилку подины ванны мелким скрапом и его прогрев, загрузку карбюратора, подачу части скрапа, завалку шлакообразующего материала, загрузку материала, содержащего окисленные легирующие и раскисляющие элементы, завалку остального лома и загрузку чугуна, подачу в ванну потоков газа с образованием двух или более зон перегрева и зоны наиболее медленного плавления шихты, периоды плавления и доводки, отличающийся тем, что в зону наиболее медленного плавления шихты образуют в центре ванны, карбюратор загружают в зоны, расположенные между зонами перегрева и зоной наиболее медленного плавления, а материал, содержащий окисленные легирующие и раскисляющие элементы, загружают на карбюратор в рассчитанных количествах, при этом шлакообразующие равномерно распределяют над этим материалом и над карбюратором.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что зоны перегрева образуют подачей окислительного газа по разные стороны от поперечной оси печи в зоны поверхности ванны, расположенные со стороны перевалов на 1/12 - 1/3 длине ванны и удаленные от задней и передней стенки на 1/10 - 1/7 ширины ванны.

3. Способ по п.1, отлиающийся тем, что карбюратор загружают по разные стороны от поперечной оси печи в зоны, расположенные со стороны перевалов на 1/3 - 2/5 длины ванны и удаленные от задней стенки на 1/3 - 1/2 ширины ванны.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве окислительного газа используют воздух или кислород, который подают по крайней мере одной струей в каждую зону перегрева.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве шлакообразующих материалов используют известняк и/или известь.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала, содержащего окисленные легирующие и раскисляющие элементы, используют руды, концентраты, шлаки или шламы, содержащие марганец, ванадий, вольфрам, молибден, титан, кобальт, алюминий, никель или хром.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве карбюратора используют каменные угли, кокс, бой угольной футеровки и электродов или природный графит.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки стали в основных мартеновских печах с уменьшенной долей чугуна в шихте и использованием материалов, содержащих окисленные легирующие и раскисляющие элементы.

Такие технологии производства стали в подовых печах предусматривают использование в шихте значительных количеств науглераживателей.

Известен способ выплавки стали в мартеновской печи, предусматривающий выстилку подины мелким скрапом, его прогрев, загрузку карбюратора равномерно на скрап, загрузку мелкого скрапа, загрузку известняка или извести равномерно на скрап по всей площади ванны, загрузку остальной части шихты, плавление и доводку [1]

Недостатком этого способа является большая продолжительность плавки, обусловленная образованием пенистого шлака, обладающего малой теплопроводностью, а также выбросами его из рабочего пространства при всплывании частиц карбюратора. Для сокращения периода плавления и получения нормальной производительности печи необходимо поддеpживать достаточно высокий температурный режим. Высокотемпературный режим плавления и вспененный высокоокисленный первичный шлак разрушающе действует на футеровку, что увеличивает расходы огнеупоров и топлива, ведет к перегреву главного свода и насадок.

Продолжительный период пенообразования при технологиях плавки с пониженной долей чугуна (карбюраторный или скрaп-процесс) может объясняться низким содержанием кремния и/или марганца в шихте, которые способствуют разогреванию металлической ванны.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ выплавки стали в мартеновской печи, включающий выстилку подины ванны мелким скрапом, его прогрев, загрузку равномерно по всей площади карбюратора, завалку части скрапа, завалку шлакообразующего материала, загрузку материала, содержащего окисленные легирующие и раскисляющие элементы (марганцевую руду), подачу остального чугуна и лома, подачу в ванну высокотемпературных потоков газа от факела с образованием двух зон перегрева шихты и зоны наиболее медленного плавления и доводку [2]

Недостатком способа являются значительная продолжительность плавки, возникающая вследствие трудностей шлакообразования и нестабильности температурных условий для протекания процессов в различных зонах ванны.

Целью изобретения является повышение производительности печи, снижение стоимости шихты и экономия легирующих и раскислителей, утилизация отходов содержащих окисленные раскисляющие и легирующие элементы.

Это решается тем, что в способе выплавки стали в мартеновской печи, включающем выстилку подины ванны мелким скрапом и его прогрев, загрузку карбюратора, подачу части скрапа завалку шлакообразующего материала, загрузку материала, содержащего окисленные легирующие и раскисляющие элементы, завалку остального лома и загрузку чугуна, подачу в ванну потоков газа с образованием двух или более зон перегрева и зоны наиболее медленного плавления шихты, периоды плавления и доводки, целенаправленное образование зон наиболее медленного плавления шихты в центре ванны, карбюратор загружают в зоны, расположенные между зонами перегрева и зоной наиболее медленного плавления, а материал, содержащий окисленные легирующие и раскисленные элементы, загружают на карбюратор в рассчитанных количествах, при этом шлакообразующие равномерно распределяют над этим материалом и над карбюратором.

Зоны перегрева можно образовывать подачей окислительного газа по разные стороны от поперечной оси печи, в зоны поверхности ванны расположенные со стороны перевалов на 1/12-1/3 длины ванны и удаленные от задней и передней стенки на 1/10-1/7 ширины ванны.

Карбюратор предпочтительно следует загружать по разные стороны от поперечной оси печи в зоны расположенные со стороны перевалов на 1/3-2/5 длины ванны и удаленные от задней стенки на 1/3-1/2 ширины ванны.

В качестве окислительного газа используют воздух и/или кислород, который подают по крайней мере одной струей в каждую зону перегрева.

В качестве шлакообразующих материалов можно использовать известняк и/или известь.

В качестве материала, содержащего окисленные легирующие и раскисляющие элементы, можно использовать руды, концентраты, шлаки или шламы, содержащие марганец, ванадий, вольфрам, молибден, титан, кобальт, алюминий, никель или хром.

В качестве карбюратора можно использовать каменный уголь, кокс, бой угольной футеровки и электродов или природный графит.

Способ основан на организации в ванне мартеновской печи зон, в которых создается восстановительная атмосфера и необходимые температурные условия для оптимального по продолжительности контакта материала, содержащего окисленные легирующие и раскисляющие элементы, с карбюратором, и условия для согласования процессов прогрева и плавления шихты с процессами прогрева и восстановления легирующих и раскисляющих элементов карбюратором.

Для этого в способе используют изменение порядка распределения материалов в печи и изменение режимов подачи газовых потоков в печь.

Все известные способы завалки предусматривают равномерное распределение карбюратора и шихтовых материалов по площади пода, что приводит к раннему всплыванию карбюратора и вспениванию шлака из-за неравномерного проплавления шихты, связанного с направленным действием факелов, неравномерность температурных зон в рабочем пространстве. Именно через проплавленные зоны и происходит выбивание карбюратора.

Материалы, содержащие окисленные легирующие и раскисляющие элементы, также всплывают через зоны проплавления, попадают в шлак и в дальнейшем не восстанавливаются.

Поэтому согласно предложенному способу эти материалы предусмотрено загружать на карбюратор для создания близкого контакта этих материалов между собой. Для предотвращения контакта материалов с окислительной атмосферой печи на них загружаются мелкий скрап и шлакообразующие материалы, в качестве которых используют известняк и/или известь и которые имеют коэффициенты теплопроводности в 40 раз ниже, чем у металла, что способствует более позднему проплавлению шихты в этой зоне и более длительному контакту окисленных элементов с восстановителем. Вместе с тем, помещать карбюратор, шлакообразующие и окисленные материалы в наиболее холодные зоны печи не целесообразно, поскольку удлиняется продолжительность плавки из-за частичного "закозления". Оптимальным является размещение этих материалов в такой зоне ванны печи, в которой достигается соответствие скоростей прогрева и плавления шихты и скоростей прогрева и восстановления материалов.

Такими зонами являются зоны печи, расположенные между зонами прямого действия факелов (зоны перегрева) и зоной наиболее медленного плавления шихты ("холодная" зона).

Количество карбюратора и окисленного материала в пределах зон следует брать в количестве, определяемом стехиометрическим соотношением согласно составу веществ, а общее количество веществ следует брать исходя из шихтовки плавки.

Известно, что факел пламени, обогащенный кислородом, излучает тепло значительно интенсивнее, чем обычный факел. Такой факел быстрее и полнее отдает тепло ванне и огнеупорной футеровке, а продукты сгорания покидают рабочее пространство с более низкой температурой.

При пpавильно организованном факеле основная энергия факела передается ванне на расстоянии до 1/3 длины ванны от подающей головки. В центре печи возникает "холодная" зона, которая является даже более "холодной", чем при использовании обычного факела.

Поэтому при использовании окислительных факелов зона перегрева должна находиться в зоне поверхности ванны, ограниченной 1/12-1/3 длины ванны со стороны обоих перевалов, и быть удаленной на 1/10-1/7 ширины ванны от передней и задней стенок печи.

При удалении зоны перегрева от перевала менее, чем на 1/12 длины ванны наблюдается интенсивный износ футеровки перевала, при удалении от перевала зоны перегрева более, чем на 1/3 длины ухудшается контакт факела с ванной, значительно перегревается свод печи.

Зона прямого воздействия факела (зона перегрева) по ширине печи не должна приближаться к задней и передней стенкам печи ближе чем, на 1/10-1/7 ширины ванны. При приближении факела к стенкам на величину, меньшую 1/10 ширины ванны, наблюдается интенсивный износ футеровки стенок.

Зоны перегрева помимо факела могут создаваться в результате подачи воздуха или кислорода через дутцевые устройства, например, через односопловые или многосопловые фермы, которые могут быть расположены в головках печи на своде, передних и задних стенках печи. В этом случае окислитель подают в обе зоны перегрева одновременно. Окислитель может быть подан как распределенной, так и погруженной струей.

Карбюратор, а вместе с ним и окисленные материалы, предпочтительно следует загружать в зоны, расположенные по обе стороны от поперечной оси печи на расстоянии от перевалов, равном 1/3-2/5 длины ванны на удалении от задней стенки печи, равном 1/3-1/2 ширины ванны.

При подаче карбюратора и окисленного материала в зону, удаленную от перевала на расстояние, меньшее 1/3 длины ванны, материалы попадут в зону перегрева, что приведет к выбиванию этих материалов через зоны проплавления в шлак, последующему всплыванию шлака и повышению продолжительности плавки.

При загрузке материалов в карбюраторы в зону, удаленную от перевалов более 2/5 длины ванны, материалы попадут в зону ванны наиболее медленного плавления шихты, что значительно увеличит продолжительность плавки из-за частичного "закозления".

Под влиянием подсасываемого через завалочные окна холодного воздуха факел в печи, работающей без дополнительных окислительных потоков, отклоняется к задней стенке печи. Поэтому карбюратор целесообразно загружать ближе к задней стенке печи на удалении 1/3-1/2 ширины ванны. Невыполнение данного условия приводит к повышению продолжительности плавки.

В качестве материалов, содержащих окисленные легирующие и раскисляющие элементы может использоваться: руды, концентраты, шлаки и шламы, содержащие марганец, ванадий, вольфрам, молибден, титан, кобальт, алюминий, никель, хром.

В качестве карбюратора применяются каменные угли, кокс, бой угольной футеровки и электродов, природный графит. Использование этих материалов снижает стоимость шихты, позволяет перерабатывать отходы, экономить ферросплавы.

Предлагаемый способ был реализован в четырехсоттонной мартеновской печи с основной футеровкой, оборудованной двумя двухъярусными фермами. Выплавлялась сталь марки 5ГПС скрап-процессом и карбюраторным процессом.

П р и м е р. В 400-тонную мартеновскую печь на подину загрузили 40 т мелкого малоуглеродистого лома, который прогревали в течение 10 мин. На прогретый мелкий скрап в зоны ванны, отстоящие от перевалов на 1/3-2/5 длины ванны и удаленные от задней стенки на 1/3-1/2 ширины ванны, загрузили 6,6 т кокса. Указанные зоны соответствуют пространству ванны, расположенному за вертикальными простенками между четными и центральным рабочим окном. Поэтому кокс загружали завалочной машиной в 2 и 4 окна, в центральное рабочее окно за простенки между ними. Сверху кокса загрузили 6 т марганцевой руды (cм. таблицу ), затем на нее загрузили 40 т скрапа и равномерно завалили 22 т известняка, после чего равномерно по всей поверхности ванны загрузили оставшийся скрап. Общее количество скрапа составило 253,7 т.

Шихту прогревали в течение 1,35 ч. В печь залили 227 т жидкого чугуна (3,8%С, 0,52% Mn, 0,43% Si, 0,020% P).

После заливки чугуна в ванну зоны перегрева, расположенные по разные стороны от поперечной оси печи на расстоянии 1/12-1/3 длины ванны и удаленные от задней и передней стенки на 1/10-1/7 ширины ванны, подавали кислород. Кислород продували через две четырехсопловые двухъярусные фермы с критическим диаметром сопла 9 мм, установленные вблизи перевалов под углом 55^о к горизонту по направлению к центру печи. Расход кислорода на каждую фурму составил 1800 м³/ч, а чистота кислорода 65% Содержание углерода по расплавлению составила 0,56% марганца 0,51% Доводку проводили по обычной технологии. В результате получили сталь 5ГПС.

Аналогичные плавки проведены карбюраторным процессом. Для сравнения технико-экономических показателей проводились плавки по технологии прототипа.

Анализ показывает, что использование предложенного способа позволяет повысить усвоение карбюратора в карбюраторном процессе на 16% в скрап-процессе на 9% повысить усвоение марганца на 10 и 14% соответственно, сократить продолжительность плавки за счет сокращения периодов плавления, повысить выход годной стали и производительность печи.