способ выплавки стали в конвертере

Формула изобретения

Способ выплавки стали в конвертере, включающий заливку жидкого чугуна, присадку марганецсодержащих материалов двумя порциями со шлакообразующими и углеродсодержащими материалами, продувку расплава кислородом с изменением его расхода по ходу плавки, отличающийся тем, что в конвертер заваливают металлолом, после чего присаживают первую порцию марганецсодержащих материалов в количестве 45-80% от общего их расхода одновременно со шлакообразующими и углеродсодержащими материалами в соотношении 1:(1,8-5,2) : (0,02-0,6) соответственно, и прогревают, подавая кислород с расходом 35-45% от базового и углеродсодержащие материалы в количестве 65-95% от общего их расхода, в течение 15-45% от общей продолжительности продувки, затем заливают чугун, а вторую порцию марганецсодержащих материалов присаживают рассредоточенно одновременно со шлакообразующими материалами в соотношении 1 : (0,1-1,0) соответственно после заливки чугуна по ходу продувки и израсходовании от 20-40% до 45-85% от общего количества кислорода на плавку.

Описание изобретения к патенту

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

Известен способ продувки металла в конвертере, включающий обработку стали в ковше остатками шлака от производства марганцевых сплавов, введенными двумя порциями в определенном количестве, и последовательности с углесодержащими материалами /А.с. СССР N 107-1643, С 21 C 5/28, 1984 г./. Известный способ позволяет приблизить систему металл-шлак к состоянию термодинамического равновесия, обеспечить снижение окисленности металла в ковше и некоторое увеличение остаточного содержания марганца в металле, экономию дорогостоящих и дефицитных марганецсодержащих ферросплавов.

Недостатками известного способа являются неблагоприятные кинетические условия взаимодействия металла и шлака в ковше, обусловленные температурным режимом процесса, что ограничивает возможности восстановления марганца из марганецсодержащих материалов и не позволяет значительно повысить содержание остаточного марганца в металле на повалке и перед выпуском, снизить расход марганецсодержащих ферросплавов на раскисление и легирование стали.

Известен способ выплавки стали в конвертере, включающий продувку углеродистого полупродукта кислородом, присадку в ванну марганцевой руды или марганцевого агломерата одновременно с доломитом, преимущественно необожженным, при определенном соотношении их расходов /А.с. СССР N 699020, С 21 C 5/28, 1979 г./.

Известный способ позволяет улучшить процесс шлакообразования в условиях низкого теплосодержания углеродистого полупродукта и напряженного теплового баланса, предопределяющего сложные условия формирования шлака. Технология совместного применения марганцевой руды и необожженного доломита обеспечивает на кислородно- конвертерной плавке из углеродистого полупродукта нормальный температурный режим и режим марганца, интенсивное без выносов и выбросов формирование шлака повышенной основности.

Недостатками известного способа являются невозможность совмещения процессов окислительного рафинирования и восстановления марганца из оксидов марганецсодержащих материалов, что снижает эффективность использования марганцевой руды, ограничивает возможность повышения содержания марганца в металле в конце операции, снижения расхода марганецсодержащих ферросплавов на раскисление и легирование стали и, соответственно, уменьшения производственных затрат.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ выплавки стали в конвертере, включающий порционную присадку марганецсодержащих и шлакообразующих материалов, обработку расплава активными восстановителями и углеродсодержащими материалами, продувку расплава кислородом и нейтральным газом с промежуточным скачиванием шлака /Патент РФ N 2135601, С 21 C 5/28, 1999 г./.

Известный способ позволяет совместить процессы окислительного рафинирования и прямого легирования металла марганцем за счет изменения окислительного потенциала дутья по ходу плавки и регламентированной присадки марганецсодержащих материалов одновременно со шлакообразующими материалами и восстановителями.

В начале продувки конвертерной ванны марганецсодержащие материалы восстанавливают активными восстановителями, например Al и/или Si. Что касается восстановления углеродом, то на начальной стадии оно идет достаточно медленно, что обусловленно прежде всего температурными условиями процесса, но по мере снижения скорости восстановления активными восстановителями восстановление углеродом становится преобладающим.

Исходя из этого в известном способе первую порцию марганецсодержащих материалов присаживают после заливки чугуна одновременно со шлакообразующими материалами и активными восстановителями, а вторую порцию марганецсодержащих материалов одновременно со шлакообразующими и углеродсодержащими материалами присаживают во второй половине продувки.

Недостатком известного способа является низкая технологичность процесса, связанная с использованием активных восстановителей и, соответственно, ограниченные возможности увеличения остаточного содержания марганца в металле перед выпуском и снижения расхода марганецсодержащих ферросплавов на производство стали. Восстановление марганецсодержащих материалов на начальной стадии процесса активными восстановителями требует дополнительных затрат, связанных с их использованием, приобретение и подготовку, поскольку Si, Al- содержащие материалы не нашли широкого применения в промышленной практике из-за их дороговизны и дефицитности.

В сложившихся условиях восстановление марганца из марганецсодержащих материалов углеродом во второй половине продувки требует специального изменения дутьевого и шлакового режима плавки для снижения прежде всего окисленности шлака, что неблагоприятно сказывается на скорости окислительных процессов и рафинирования металла от вредных примесей. Таким образом, отсутствие в конвертерном производстве в достаточном количестве материалов, обладающих свойствами активных восстановителей, не позволяет реализовать известный способ для эффективного восстановления марганца из марганецсодержащих материалов, увеличения остаточного содержания марганца в металле перед выпуском и снижения расхода марганецсодержащих ферросплавов на раскисление и легирование стали.

Задачей изобретения является увеличение остаточного содержания марганца в металле перед выпуском за счет восстановления марганца из марганецсодержащих материалов и снижение расхода марганецсодержащих ферросплавов на производство стали.

Задача решается следующим образом. В способе выплавки стали в конвертере, включающем заливку жидкого чугуна, присадку марганецсодержащих материалов двумя порциями со шлакообразующими и углеродсодержащими материалами, продувку расплава кислородом с изменением его расхода по ходу плавки, в конвертер заваливают металлолом, после чего присаживают первую порцию марганецсодержащих материалов в количестве 45-80% от общего их расхода одновременно со шлакообразующими и углеродсодержащими материалами в соотношении 1: (1,8 - 5,2):(0,02 - 0,6) соответственно и прогревают, подавая кислород с расходом 35-45% от базового и углеродсодержащие материалы в количестве 65-95% от общего их расхода, в течение 15-45% от общей продолжительности продувки, затем заливают чугун, а вторую порцию марганецсодержащих материалов присаживают рассредоточенно со шлакообразующими материалами в соотношении 1:(0,1... 1,0) соответственно после заливки чугуна по ходу продувки и израсходовании от 20-40 до 45- 85% общего количества кислорода на плавку.

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях, и, следовательно, заявляемое решение имеет изобретательский уровень.

Технический результат, достигаемый предлагаемым способом выплавки стали, заключается в том, что в условиях дефицита марганецсодержащих ферросплавов при окислительном рафинировании металла в конвертере за счет изменения температурных условий, окислительного потенциала дутья по ходу плавки и регламентированной присадки марганецсодержащих материалов одновременно со шлакообразующими и углеродсодержащими материалами обеспечивают условия для восстановления марганца из оксидов марганецсодержащих материалов и повышения остаточного содержания марганца в металле на повалке. Это способствует уменьшению расхода ферромарганца при раскислении (иногда присадка ферромарганца совсем не требуется).

По физико-химической сущности присадка в конвертерную ванну марганецсодержащих материалов (марганцевая руда, агломерат, концентрат) приводит к повышению содержания в шлаке MnO, и при соответствующих условиях, особенно при горячем ходе плавки, происходит некоторое восстановление марганца из шлака. При этом степень восстановления марганца может изменяться в широких пределах в зависимости от повышения температуры ванны, уменьшения содержания окислов железа в шлаке и роста его основности.

Исходя из этих соображений первую порцию марганецсодержащих материалов в количестве 45-80% от общего их расхода присаживают после завалки лома со шлакообразующими и углеродсодержащими материалами и прогревают, что позволяет поддерживать необходимые температурные условия и характеристики шлакового режима плавки для увеличения степени восстановления марганца из оксидов.

Величина первой порции марганецсодержащих материалов не должна быть менее 45% от общего их расхода, так как это приводит к уменьшению прогреваемой части шихтовых материалов, изменению температурных параметров процесса ("холодный" ход плавки), плохому растворению извести и медленному росту основности шлака, что снижает эффективность восстановления марганца.

Величина первой порции марганецсодержащих материалов не должна быть более 80% от общего их расхода, в противном случае соответствующее уменьшение второй порции присаживаемых марганецсодержащих материалов, а следовательно, снижение поступления оксидов марганца в шлак, при горячем ходе плавки, низкой окисленности шлака и высокой эффективности восстановления марганца приведет к переходу шлака в полутвердое состояние и его отдуву кислородной струей и выделяющимся из реакционной зоны оксидом углерода к стенкам конвертера. Кислородная струя в этом случае взаимодействует прямо с металлом, что сопровождается повышенными потерями железа с дымом и выносами, "заметаливанием" фурмы и простоями конвертера для ее очистки.

При соотношении расходов марганецсодержащих, шлакообразующих и углеродсодержащих материалов 1:(1,8-5,2):(0,02-0,6) обеспечиваются условия эффективного восстановления марганца при окислительном рафинировании металла.

При превышении этого соотношения в сторону увеличения расхода шлакообразующих и углеродсодержащих материалов уменьшается поступление оксидов марганца в конвертерную ванну, и при горячем начале процесса увеличивается количество неассимилированной извести, что требует наводки первичного шлака за счет FeO, нарушаются условия формирования шлака, обеспечивающего восстановление марганца при окислительном рафинировании металла. Эффективность восстановления марганца снижается, что ограничивает возможность увеличения остаточного содержания марганца в металле перед выпуском и снижения расхода марганецсодержащих ферросплавов на производство стали.

При соотношении расходов марганецсодержащих, шлакообразующих и углеродсодержащих материалов менее 1:(1,8- 5,2):(0,02-0,6) снижается поступление в конвертерную ванну оксидов CaO, не обеспечивается необходимый нагрев шихтовых материалов, что приводит к холодному началу процесса и замедленному росту основности шлака. Это снижает эффективность восстановления марганца при окислительном рафинировании металла, ограничивает возможность увеличения остаточного содержания марганца в металле перед выпуском и снижения расхода марганецсодержащих ферросплавов на производство стали.

Продолжительность прогрева шихтовых материалов, включающих металлический лом, марганецсодержащие, шлакообразующие и углеродсодержащие материалы, должна составлять не менее 15% от общей продолжительности продувки, включающей собственно предварительный прогрев шихтовых материалов в конвертере и окислительное рафинирование расплава, совмещенное с восстановлением марганца. В противном случае не обеспечивается требуемый температурный режим процесса, условия формирования высокоосновного, малоокисленного шлака. Эффективность восстановления марганца при окислительном рафинировании металла снижается и ограничивает возможность увеличения остаточного содержания марганца в металле перед выпуском и снижения расхода марганецсодержащих ферросплавов на производство стали.

Продолжительность прогрева шихтовых материалов должна составлять не более 45% от общей продолжительности продувки, иначе разогретый до высокой температуры металлический лом начнет оплавляться, а марганецсодержащие и шлакообразующие материалы растворяться в жидкой фазе с формированием высокожелезистого шлака. После заливки чугуна при окислительном рафинировании металла высокая окисленность шлака снижает эффективность восстановления марганца и ограничивает возможность увеличения остаточного содержания марганца в металле перед выпуском и снижение расхода марганецсодержащих ферросплавов на производство стали. Кроме того, горение железа при длительном прогреве шихтовых материалов в конвертере приводит к снижению выхода годного и увеличению расхода сырья и материалов на производство стали, а также повышению износа огнеупорной футеровки агрегата.

Прогрев шихтовых материалов осуществляют, подавая кислород с расходом 35-45% от базового и углеродсодержащие материалы в количестве 65-95% от общего их расхода, что позволяет обеспечить горячий ход процесса при окислительном рафинировании металла, наводку высокоактивного шлака за счет оксидов марганца, уменьшение окисленности шлака и достаточный рост его основности для эффективного восстановления марганца.

Расход кислорода должен быть не менее 35% от базового, иначе не обеспечивается стабильное горение углеродсодержащих материалов, прогрев шихтовых материалов происходит неравномерно, и в дальнейшем при окислительном рафинировании металла наблюдается холодный ход процесса с замедленным формированием шлака и снижением эффективности восстановления марганца. Это ограничивает возможность увеличения остаточного содержания марганца в металле перед выпуском и снижение расхода марганецсодержащих ферросплавов на производство стали.

Расход кислорода, подаваемого на прогрев шихтовых материалов, должен быть не более 45% от базового, в противном случае наблюдается горение железа металлического лома. Повышенная окисленность шлака даже при высокой температуре процесса и достаточном росте основности шлака снижает эффективность восстановления марганца, ограничивает возможность увеличения остаточного содержания марганца в металле перед выпуском и снижения расхода марганецсодержащих ферросплавов на производство стали. Кроме того, повышенный угар железа приводит к снижению выхода годного металла, увеличению расходных коэффициентов на сырье и материалы, повышенному износу огнеупорной футеровки.

Расход углеродсодержащих материалов на прогрев не должен быть меньше 65% от общего их расхода, в противном случае не обеспечивается равномерный прогрев шихтовых материалов теплом от горения топлива и дожигания образующегося монооксида углерода до двуокиси углерода, что приводит к холодному началу процесса при окислительном рафинировании металла, снижению скорости растворения марганецсодержащих и углеродсодержащих материалов, недостаточному росту основности шлака, необходимости наводки высокожелезистого шлака. В целом это снижает эффективность восстановления марганца, ограничивает возможность увеличения остаточного содержания марганца в металле перед выпуском и снижения расхода марганецсодержащих ферросплавов на производство стали.

Расход углеродсодержащих материалов на прогрев может быть увеличен до 95% от общего их расхода в зависимости от теплового баланса плавки (низкое физическое и химическое тепло чугуна, после простоев конвертера и др.), однако не должен превышать 95% от общего их расхода, иначе это приведет к оплавлению лома и горению железа металлического лома, наводке высокожелезистого шлака, что при последующем окислительном рафинировании снижает эффективность восстановления марганца, ограничивает возможность увеличения остаточного содержания марганца в металле перед выпуском и снижения расхода марганецсодержащих ферросплавов.

Вторую порцию марганецсодержащих материалов присаживают рассредоточенно со шлакообразующими материалами после заливки чугуна по ходу продувки и израсходовании от 20-40 до 45-85% от общего количества кислорода на плавку, что регламентируется условиями формирования шлака и температурным режимом процесса.

Присадку марганецсодержащих и шлакообразующих материалов не рекомендуется начинать ранее израсходования 20% от общего количества кислорода на плавку, в противном случае при горячем ходе плавки, обусловленном предварительным прогревом шихтовых материалов, высокой скорости растворения извести, скорость окисления углерода и мощность перемешивания ванн не достигают еще оптимальных значений, что сопровождается некоторым переокислением ванны и приводит к снижению эффективности восстановления марганца, ограничивает возможность увеличения остаточного содержания марганца в металле перед выпуском и снижение расхода марганецсодержащих ферросплавов на производство стали.

Присадку марганецсодержащих и шлакообразующих материалов не рекомендуется начинать позднее израсходования 40% от общего количества кислорода на плавку, иначе высокая скорость окисления углерода и мощность перемешивания, характерная для этого периода продувки, способствует чрезмерному снижению содержания оксидов железа в шлаке, растворение извести при этом замедляется, что приводит к недостаточному росту основности шлака и снижению эффективности восстановления марганца.

Присадку марганецсодержащих и шлакообразующих материалов не рекомендуется заканчивать ранее израсходования 45% от общего количества кислорода, иначе это приведет к холодному ходу процесса, замедлению растворения извести и недостаточному росту основности шлака, что снижает эффективность восстановления марганца.

Присадку марганецсодержащих и шлакообразующих материалов не рекомендуется заканчивать позднее израсходования 85% от общего расхода кислорода, в противном случае это приведет к их неполному усвоению конвертерной ванной, удлинению плавки, снижению эффективности восстановления марганца.

Вторую порцию марганецсодержащих материалов присаживают рассредоточенно со шлакообразующими материалами в соотношении 1:(0,1-1,0), что позволяет обеспечить высокую степень восстановления марганца.

Соотношение расходов марганецсодержащих и шлакообразующих материалов не должно быть менее 1:0,1, иначе шлакообразующих материалов будет не достаточно для связывания кремнезема, вносимого с марганецсодержащими материалами, что приводит к снижению основности шлака и эффективности восстановления марганца.

Соотношение расходов марганецсодержащих и шлакообразующих материалов не должно быть более 1:1, в противном случае снижается температура процесса, изменяются физико-химические характеристики шлакового расплава, что замедляет усвоение ванной присаживаемых шихтовых материалов, приводит к снижению роста основности шлака и эффективности восстановления марганца.

Пример: В 160-тонный конвертер заваливают металлолом, на него отдают марганцовистый агломерат в количестве 2,5 т (50% от общего расхода) и 5 т извести, присаживают 1 т кокса, при этом соотношение расходов марганцовистого агломерата, извести и кокса выдерживают равным 1:2,0:0,4. Далее опускают кислородную фурму и производят прогрев шихтовых материалов кислородом с расходом 150 м³/мин (37,5% от базового) в течение 5 мин (23% от общей продолжительности продувки). По ходу продувки производят присадку кокса порциями по 0,2-0,3 т - всего 2,2 т (69% от общего расхода кокса на плавку). После прогрева в конвертер заливают чугун. Температура заливаемого чугуна 1400^oC, химический состав,%: C 4,2; Si 0,84; Mn 0,58; S 0,016; P 0,21. Далее производят продувку по обычной технологии. По израсходовании 4800 м³ кислорода (38% от общего количества кислорода на плавку) в конвертер одновременно присаживают марганцовистый агломерат и известь порциями по 0,5 т с общим расходом 2,5 т и 2,0 т соответственно. При этом соотношение расходов марганцовистого агломерата и извести выдерживают равным 1:0,8. Последнюю порцию марганцовистого агломерата и извести присаживают не позднее израсходования 6500 м³ кислорода (52% от общего количества кислорода). По ходу продувки дополнительно присаживают шлакообразующие материалы и перемещают фурму в вертикальном направлении с изменением расхода кислорода. Температура металла на завалке 1610^oC, металл содержит,%: C 0,15; Mn 0,38; P 0,012; S 0,010. Основность шлака составляет 4,1; содержание FeO 18,5%; выход годного 92%.

Заявленный способ выплавки стали промышленно применим в кислородно-конвертерном производстве.