способ выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи

Формула изобретения

Способ выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи, включающий в себя завалку шихты, ее расплавление, проведение окислительного периода плавки путем продувки ванны металла кислородом с помощью фурмы, проведение восстановительного периода и выпуск металла из печи, отличающийся тем, что продувку ванны кислородом осуществляют погружением под зеркало металла сопел фурмы, оси которых составляют угол до 10° с вертикалью, и непрерывно перемещают срез сопел в интервале (0,2-0,5) глубины ванны и вокруг вертикальной оси в течение всего периода продувки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве стали в электросталеплавильных цехах.

Известен способ выплавки стали в дуговых сталеплавильных печах малой вместимости, который заключается в завалке шихты, ее расплавлении, проведении окислительного периода путем продувки ванны расплавленного металла кислородом, который подают под линию раздела металл-шлак кислородной трубкой, проведении восстановительного периода плавки и выпуска металла из печи (Каблуковский А.Ф., Молчанов О.Е., Каблуковская М.А. Краткий справочник электросталевара. Справочное издание. - М.: Металлургия, 1994, с.110).

К недостаткам способа следует отнести необходимость подавать трубку вглубь ванны с торца по мере ее расплавления из-за высокой температуры металла в зоне реакций окисления. Кроме того, при высокой температуре металла, близкой к точке кипения, идет его интенсивное испарение (угар).

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому способу выплавки металла является способ выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи (патент №2132394 6 С 21 С 5/52 от 02.06.98).

Способ заключается в завалке шихты, ее расплавлении, проведении окислительного периода путем продувки ванны металла кислородом, проведении восстановительного периода и выпуске металла из печи, причем продувку ванны металла кислородом ведут через две точки зеркала ванны, равноудаленные от вертикальной оси печи с центральным углом между ними не менее 90°, причем кислород подают попеременно через одну из точек продувки с интервалом 10-25 с и поддерживают его постоянный расход, а оси струй кислорода составляют с зеркалом ванны угол 80-90° и направлены в одну сторону.

Недостатки прототипа состоят в следующем. Фактически кислородом обдувают поверхность зеркала ванны, так как срез сопла фурмы располагается над зеркалом ванны на расстоянии 400-500 мм. При такой продувке область контакта кислородной струи с поверхностью металла быстро нагревается до точки кипения, что объясняет повышенный угар металла (достигающий на современных печах величины 15%). Кроме того, эффективность использования кислорода низка, так как струя его отражается от поверхности ванны и уносится с отходящими газами. Этим объясняется высокий удельный расход кислорода (достигающий величины 50 м³/т).

Таким образом, недостатками прототипа являются высокий угар металла и высокий удельный расход кислорода.

Задачей изобретения является снижение удельного расхода кислорода и сокращение угара металла при выплавке стали в дуговых сталеплавильных печах.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи, включающем в себя завалку шихты, плавление, окислительный и восстановительный периоды плавки, продувку ванны кислородом осуществляют погружением сопел продувочной фурмы, оси которых составляют угол до 10° с вертикалью, под зеркало металла и они имеют возможность перемещаться на величину (0,2-0,5) глубины ванны и вокруг вертикальной оси.

Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с прототипом, изобретательским уровнем, так как явно не следует из существующего уровня техники, практически осуществимо на современных дуговых сталеплавильных печах.

Способ выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи осуществляется следующим образом.

В дуговую сталеплавильную печь заваливают шихту и включают печь на расплавление. После расплавления шихты начинают продувку ванны кислородом погружением сопел продувочной фурмы, оси которых составляют угол до 10° с вертикалью, на глубину от 0,2 до 0,5 толщины слоя металла на подине печи и вращением их вокруг вертикальной оси.

В зоне контакта струи кислорода с поверхностью расплавленного металла его температура быстро достигает температуры (точки) кипения. Это происходит за счет интенсивного окисления всех элементов расплава с выделением такого количества тепла, которое не может быть усвоено всей массой металла из-за его низкой теплопроводности. Поэтому поверхностный слой металла в зоне контакта кипит, пары металла окисляются и уносятся с отходящими газами. Рассредоточение зоны контакта кислорода и расплава по объему ванны жидкого металла позволят снизить температуру в перемещающейся зоне контакта и, следовательно, снизить угар металла.

На чертеже показан поперечный разрез дуговой сталеплавильной печи, где

1 - кислородные сопла фурмы;

2 - зеркало ванны;

3 - шлак;

4 - зона перемещения сопел кислородной фурмы;

5 - зона реакций окисления элементов расплава.

После расплавления шихты неохлаждаемую часть сопел кислородной фурмы 1 погружают под зеркало ванны 2, покрытой слоем шлака 3. В течение периода продувки сопла непрерывно перемещают по глубине ванны и вокруг вертикальной оси. Зона контакта кислородной струи с металлом представляет собой объем 4, а всплывающие пузырьки кислорода увеличивают объем реакции до размеров, представленных позицией 5 чертежа.

Таким образом, эта зона из поверхностной превращается в объемную. Рассредоточение зоны контакта кислородной струи в объеме расплавленного металла позволяет интенсифицировать процесс обезуглероживания металла и увеличить скорость его нагрева за счет вынужденной конвекции. При этом сокращается длительность периода продувки металла кислородом. Указанные факторы позволяют снизить удельный расход кислорода и угар металла.

Погружение сопел кислородной фурмы под зеркало ванны более чем на половину ее глубины создаст опасность повреждения подины, приведет к ее ускоренному износу, так как температура металла в зоне реакции (около 3000°С) значительно выше температуры применения (огнеупорности) футеровочного материала, из которого выполнена кладка подины печи (около 1750°С).

Погружение сопел кислородной фурмы в металл менее чем на 0,2 ее глубины снижает эффективность использования кислорода продувки из-за уменьшения зоны реакций окисления элементов расплава (см. позиция 5) и увеличивает вынос пыли в рабочее пространство печи.

Увеличение угла между осями сопел кислородной фурмы и вертикалью более 10° приведет к наложению «горячих пятен» на поверхности расплава («горячие пятна» - области зеркала ванны под электродами, на которые приходится большая часть падающей от дуг лучистой энергии) на зону реакций окисления и, следовательно, приведет к интенсификации угара металла. Уменьшение этого угла (менее 10°) снижает эффективность предлагаемого способа выплавки стали.

Снижение удельного расхода кислорода при осуществлении предложенного способа выплавки стали на 10% и угара на 3% позволяет получить дополнительно 3 т металла на каждой плавке в дуговой печи вместимостью 100 т, что вместе с уменьшением удельного расхода кислорода на 5 м ³/т обеспечивает экономический эффект около 70 руб. на тонну выплавленной стали. При годовом производстве 1 млн. т экономический эффект от внедрения предлагаемого способа плавки составит около 70 млн. руб.