способ выплавки стали в кислородном конвертере с оставлением шлака

Формула изобретения

1. Способ выплавки стали в кислородном конвертере, включающий оставление конечного шлака предыдущей плавки, ввод на оставленный шлак твердого охладителя и загустителя, в том числе извести, загрузку металлолома, заливку жидкого чугуна, продувку ванны кислородом, ввод по ходу продувки шлакообразующих материалов и флюсов, выпуск металла и шлака, оставление конечного шлака, отличающийся тем, что в качестве твердого охладителя и загустителя используют композиционный материал в виде чушек, состоящих из смеси оксидсодержащего, углеродсодержащего и шлакообразующих материалов, предварительно залитых железоуглеродистым сплавом, при этом композиционный материал вводят в шлак с расходом 5-250 кг/т шлака.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно к композиционному материалу в смеси с ним используют твердый чугун в соотношении (0,1-5):1 соответственно.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в конвертере оставляют жидкий шлак в количестве 10-100% от общей массы образующегося на плавке шлака.

4. Способ по любому из пп.2 и 3, отличающийся тем, что композиционный материал или смесь композиционного материала с твердым чугуном вводят в шлак до начала его выпуска из конвертера.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к кислородно-конвертерному процессу.

Известен способ выплавки стали в кислородных конвертерах [1], включающий завалку металлолома, загрузку шлакообразующих материалов, заливку жидкого чугуна, продувку ванны кислородом, ввод по ходу продувки извести и других шлакообразующих материалов и флюсов, выпуск металла и шлака. Недостатком известного способа является то, что конечный шлак конвертерной плавки, обладающий наибольшей реакционной способностью, не используется в производстве стали. В результате компоненты, образующие шлак, и его теплосодержание теряются безвозвратно.

Наиболее близким по технической сущности является способ выплавки стали [2], включающий оставление в конвертере части жидкого шлака предыдущей плавки, загущение и охлаждение его присадками твердого охладителя и загустителя (извести, доломита и других шлакообразующих материалов и флюсов), загрузку металлолома, подачу на него шлакообразующих материалов и флюсов, заливку жидкого чугуна, продувку ванны кислородом, ввод по ходу продувки шлакообразующих материалов и флюсов, выпуск металла, оставление части конечного шлака.

Этот способ выплавки частично устраняет недостатки приведенного выше способа, однако не позволяет использовать в полной мере конечный шлак.

Основными недостатками известного способа являются:

- возможность образования выбросов при заливке жидкого чугуна на шлак вследствие взрывообразного взаимодействия содержащегося в нем углерода с оксидами железа оставленного шлака. Отсутствие безопасных условий работы является основным фактором, сдерживающим развитие этого способа;

- неравномерное охлаждение и загущение шлака присадками шлакообразующих компонентов, плотность которых ниже плотности готового шлака и не обеспечивает надлежащего смешения их с жидким шлаком. Это приводит к сохранению отдельных объемов шлака в расплавленном состоянии и последующему возникновению выбросов;

- количество вводимых на шлак до начала продувки реагентов ограничено величиной 20-50% общего их расхода на плавку, что недостаточно для охлаждения шлака до твердого состояния;

- не достигается необходимое снижение в шлаке концентрации оксидов железа. Вследствие этого сохраняется вероятность бурного протекания реакции между углеродом чугуна и оксидами железа шлака и появления выбросов, в том числе по ходу продувки;

- недостаточное раскисление шлака, что увеличивает потери железа со шлаком и снижает выход жидкой стали;

- ограниченное количество оставленного шлака, которое не превышает 25% суммарного количества шлака, образующегося за плавку. Если количество оставленного шлака превышает эту величину, то при продувке ванны возникают выбросы;

- ухудшение экологических условий работы, обусловленное дообжигом части извести и доломита и выделением CO₂ и других газов вследствие нагрева охладителя и загустителя при контакте с расплавленным шлаком, а также усилением выноса дисперсных частиц образующимися газами.

Вместе взятые, эти факторы снижают степень возможного использования теплового и материального потенциала конечного шлака и всего шлака в целом. В свою очередь, это приводит к недоиспользованию возможностей известного способа выплавки, снижению технологических и технико-экономических показателей плавки.

Технической задачей изобретения является повышение безопасности плавки за счет устранения выбросов при заливке жидкого чугуна в конвертер и по ходу продувки увеличение относительного количества оставленного конечного шлака, улучшение температурного и шлакового режимов конвертерной плавки на ранних стадиях продувки, а также улучшение технологических и технико-экономических показателей плавки.

Технический результат достигается тем, что в способе выплавки стали в кислородном конвертере, включающем оставление конечного шлака предыдущей плавки, ввод на оставленный шлак твердого охладителя и загустителя, загрузку металлолома, заливку жидкого чугуна, продувку ванны кислородом, ввод по ходу продувки шлакообразующих материалов и флюсов, выпуск металла, оставление конечного шлака, в качестве твердого охладителя и загустителя используют композиционный материал в виде чушек, состоящих из смеси оксидосодержащего, углеродсодержащего и шлакообразующих материалов, предварительно залитых железоуглеродистым сплавом, композиционный материал вводят в шлак предыдущей плавки с расходом 5-250 кг/т шлака.

С целью более широкого изменения окислительно-восстановительного потенциала вводимых на шлак твердого окислителя и загустителя, возможности изменения их охлаждающей способности и на этой основе расширения пределов управления процессами в шлаке, дополнительно к композиционному материалу в смеси с ним используют твердый чугун в соотношении 1:(0,1-5) соответственно.

Для повышения степени использования конечного шлака в конвертере оставляют 10-100% от общей массы образующегося на плавке шлака.

В качестве оксидосодержащего компонента композиционного материала используют железную руду, окалину, агломерат, железорудные окатыши, концентрат, марганецсодержащие материалы - руда, агломерат, ферросплавные шлаки, шламы и/или их смеси, а также оборотный шлак, магнийсодержащие флюсы и др. Эти материалы выполняют роль источника кислорода для окисления примесей металлической основы композиционного материала и заливаемого чугуна. Одновременно они выполняют частично функции шлакообразующих ингредиентов.

Углеродсодержащие компоненты включают в себя уголь, кокс, карбиды кремния и кальция, отходы, содержащие углерод, в том числе колошниковую пыль, шламы и т.д. Эти материалы выполняют роль элементов-восстановителей по отношению к оксидам железа в оставленном шлаке и в случае необходимости и роль дополнительного энергоносителя.

Шлакообразующие компоненты и флюсы включают в себя известь, ожелезненную известь, доломитизированную известь, доломит, плавиковый шпат, марганцевую руду, марганецсодержащие материалы, оксиды и фториды щелочно-земельных элементов (натрия, кальция, магния), оборотный шлак, магнийсодержащие флюсы типа ИМФ, ФОМ и др. Они могут входить как в состав композиционного материала, так и использоваться в свободном виде для непосредственного их ввода на оставленный шлак и по ходу продувки.

Металлической основой композиционного материала служат железоуглеродистые сплавы, а именно передельный чугун и полупродукт, получаемый после внедоменной предварительной обработки чугуна, а также углеродистый полупродукт, образующийся после удаления из чугуна примесей Ti, V, Si, Cr, Mn, P.

Композиционный материал включает в свой состав указанные компоненты при следующем их соотношении, мас.%:

оксидосодержащие материалы	1-35
углеродсодержащие	0,5-15
шлакообразующие	5-30
железоуглеродистый сплав (основа)	остальное

Способ осуществляют следующим образом. После окончания выпуска металла и оставления шлака в конвертер на оставленный шлак загружают чушки композиционного материала в количестве 5-250 кг на 1 т шлака либо смесь чушек композита и твердого чугуна в соотношении 1:(0,1-5). До начала загрузки металлических охладителей и загустителя жидкого шлака - композита и твердого чугуна либо одновременно с ними на шлак подают шлакообразующие материалы, флюсы - известь, доломит, марганцевую руду, магнезиальные флюсы и др. шлакообразующие в количестве 5-90% от общего их расхода. Чушки композита имеют плотность порядка 5-6,5 г/см³, значительно превышающую плотность жидкого шлака и плотность шлакообразующих материалов и флюсов. Благодаря этому, а также значительной скорости падения чушки композита или смеси композита и чугуна пробивают слой шлака и попадают на днище конвертера. В момент удара их о поверхность жидкого шлака, на которой располагаются шлакообразующие реагенты и флюсы, происходит перемешивание расплава шлака и введенных на шлак материалов, а также увлечение последних внутрь шлака. Попав внутрь жидкого шлака, чушки композита или смеси композита и твердого чугуна, а также шлакообразующие материалы и флюсы быстро нагреваются, отнимая тепло у шлака. Шлак при этом охлаждается, загущается и затвердевает с образованием затвердевшего конгломерата. После этого на охлажденный шлак загружают металлолом. Введенные материалы дополнительно охлаждают уже затвердевший шлак, усиливая степень охлаждения этого конгломерата. Оксиды железа шлака, перейдя из жидкого в твердое состояние, утрачивают способность к бурному реагированию с углеродом жидкого чугуна. Поэтому дальнейшая заливка чугуна на затвердевший шлак не сопровождается выбросами.

В процессе заливки чугуна наружная поверхность чушек, уже предварительно нагретых за счет тепла шлака, дополнительно нагревается до температуры расплавленного чугуна (1300-1400°С), превышающей температуру плавления чугуна (1150°С), и оплавляется. При этом на поверхности чушек композита и чугуна начинают окисляться все примеси железоуглеродистого сплава, включая углерод. При этом окисление углерода протекает с высокими скоростями 0,1-0,3%С/мин и более, что значительно превышает скорость окисления углерода жидкого чугуна в начальные периоды конвертерной плавки. Образующийся при этом монооксид углерода СО аналогично донной продувке перемешивает жидкий металл и шлак, ускоряя процессы тепломассопереноса в конвертерной ванне, и служит дополнительным источником поступления тепла благодаря его дожиганию до СО₂. Одновременно с этим при заливке жидкого чугуна в конвертер происходит прогрев ранее введенных на металлолом шлакообразующих реагентов и флюсов. Это способствует более быстрому растворению их в шлаке и ускоряет формирование шлака.

В процессе продувки затвердевший шлак вместе с частицами шлакообразующих материалов и флюсов в результате механического гидродинамического и теплового воздействия металлолома и жидкого чугуна распадается на фрагменты. После окончания расплавления металлолома, выступающего над поверхностью чугуна, куски твердого шлака расплавляются под действием высокой температуры реакционной зоны. При этом на поверхности металлической ванны быстро формируется шлак. В этот шлак поступают введенные в шлак и на металлолом флюсы и шлакообразующие материалы, компоненты, высвободившиеся из чушек композита после их расплавления, продукты окисления примесей чугуна и оксиды железа, образующиеся в реакционной зоне при взаимодействии кислорода дутья с чугуном. В результате смешения этих компонентов образуется активный высокореакционный шлак, состояние которого поддерживается во время продувки ванны кислородом путем периодического ввода новых порций шлакообразующих реагентов и флюсов.

При длительной непрерывной работе с оставлением шлака в нем накапливаются сера и фосфор, что может вызвать увеличение в металле содержание этих элементов. Поэтому шлак обновляют, изменяя с этой целью количество конечного шлака, оставляемого в конвертере.

При варианте работы с полным оставлением конечного шлака твердые охладители и загустители вводят в шлак до начала слива шлака из конвертера. По истечении 1-5 мин от начала ввода производят скачивание части конечного шлака. Далее на оставленный затвердевший шлак вводят начальную порцию металлолома, заливают жидкий чугун и начинают продувку ванны кислородом. В этом случае введенные в шлак холодные материалы нагреваются от шлака более сильно. За счет этого повышается эффективность использования тепла конечного конвертерного шлака. Благодаря этому температура твердожидкой ванны перед началом продувки получается более высокой, что увеличивает скорость растворения извести и других флюсов в шлаке и ускоряет процесс формирования физически однородного и активного шлака с повышенной основностью. Одновременно с этим вследствие более высокой степени нагрева наружной поверхности чушек композита и чугуна увеличивается количество расплавленного чугуна и, следовательно, количество углерода и других элементов-восстановителей, вносимых в шлак композитом и чугуном. Благодаря этому усиливается восстановление железа из оксидов железа и шлака. В свою очередь, это увеличивает раскисленность шлака, что снижает опасность выбросов и одновременно повышает извлечение железа из шлака и в целом выход годного железа. Выделяющийся при этом монооксид углерода, являющийся продуктом взаимодействия углерода и оксидов железа композиционного материала, догорает в атмосфере конвертера, обеспечивая дополнительный и вместе с тем регулируемый приток тепла.

Чушки материала либо их смесь с твердым чугуном загружают в оставленный шлак одновременно с подачей шлакообразующих реагентов и флюсов или после ввода этих материалов. Общее количество компонентов, вводимых на шлак, составляет 5-90% от общего расхода на плавку.

Это позволяет ввести в конвертер до начала продувки заданное количество шлакообразующих компонентов и флюсов и обеспечить более раннее шлакообразование и улучшить тепловой и температурный режим плавки. Куски твердых материалов, попадая на шлак, покрытый сверху слоем флюсов, увлекают флюсы вглубь жидкого шлака, способствуя тем самым смешению жидкого шлака и вводимых материалов, загущению и равномерному охлаждению шлака. Основным результатом этого приема является возможность быстрого и гарантированного перехода шлака из расплавленного в твердое состояние и формирование однородной твердой смеси шлака, шлакообразующих флюсов, чушек композиционного материала либо чушек композита и твердого чугуна. Это ускоряет процессы тепломассообмена в этой смеси и предварительно подготавливает ее к последующему формированию из нее физически и химически однородного активного шлака.

Ввод на оставленный в конвертере расплавленный шлак чушек композиционного материала производят в количестве 5-250 кг/т шлака. Присадки холодного твердого материала вызывают охлаждение жидкого шлака и его загущение, в результате чего резко снижается интенсивность взаимодействия оксидов железа в шлаке с углеродом заливаемого в конвертер жидкого чугуна. Это предотвращает выбросы из конвертера при заливке чугуна. Чушки материала интенсивно нагреваются от жидкого шлака благодаря относительно большой удельной поверхности и высокого перепада температур вводимого материала и шлака. В сочетании с пониженной температурой плавления материала это обеспечивает быстрый нагрев поверхности чушек до расплавления и поступление стекающего с поверхности чушек расплава чугуна в шлак. Примеси чугуна - углерод, кремний и марганец - при этом восстанавливают оксиды железа, снижая тем самым их содержание в оставленном шлаке. Вследствие этого дополнительно уменьшается возможность бурного протекания реакции между углеродом заливаемого чугуна и оксидами шлака и появления выбросов. Восстановление железа из оксидов шлака повышает извлечение железа и выход жидкого металла.

Присадки материала на шлак в диапазоне 5-250 кг/т шлака полностью устраняют опасность возникновения выбросов как по ходу заливки чугуна в конвертер, так и в процессе продувки ванны, а также обеспечивают дополнительное извлечение железа из шлака.

При количестве материала менее 5 кг/т шлака охлаждение шлака и степень его раскисления получаются относительно небольшими и не обеспечивают достаточного охлаждения, загущения шлака и снижения его окисленности. Вследствие этого увеличивается вероятность возникновения выбросов. Для борьбы с этим явлением приходится снижать скорость заливки жидкого чугуна в конвертер, что ухудшает показатели предлагаемого способа, особенно продолжительность первого периода продувки, выход стали, скорость шлакообразования. Поэтому снижение расхода материала ниже 5 кг/т нецелесообразно.

Если же количество вводимого материала превышает 250 кг/т шлака, то охлаждение шлака получается чрезмерным. Одновременно значительно возрастает количество твердого материала в конвертере. Для нагрева этого материала запаса имеющегося в шлаке тепла оказывается недостаточно. В результате этого затягивается процесс перехода затвердевшего шлака и материала в жидкое состояние. Это ухудшает условия формирования шлака в начальный период продувки и приводит к выбросам в процессе продувки. Эти факторы ограничивают верхний предел этого параметра. Поэтому в предлагаемом способе диапазон расходов материала 5-250 кг/т является наиболее рациональным и обеспечивает достижение максимально возможного эффекта.

Чушки композиционного материала можно вводить на шлак совместно с твердым чугуном в соотношении 1:(0,1-5) соответственно. Это дополнительно позволяет в широких пределах регулировать соотношение углерод-кислород в смеси материала и твердого чугуна в зависимости от состава и количества оставленного шлака, а также окислительно-восстановительные свойства и охлаждающий эффект за счет комбинирования свойств чушек материала и чугуна. Присутствие в этой смеси чушек материала обеспечивает барботаж шлака газами в результате реакции, идущей между углеродом и оксидами в этом материале, а также поступление дополнительного количества тепла в результате дожигания СО до CO₂ над шлаком. Кипение и перемешивание шлака пузырьками газа ускоряет теплообмен между чушками материала и твердого чугуна с одной стороны и жидким шлаком с другой, а также предотвращает сплавление чушек материала и твердого чугуна в единый трудноплавящий монолит, обеспечивает тем самым быстрый нагрев материалов и быстрое охлаждение шлака после начала продувки. Твердый чугун в результате частичного оплавления его поверхности и образования жидкого расплава служит дополнительным источником элементов, раскисляющих шлак.

Основным результатом совместного использования чушек материала и твердого чугуна является одновременное достижение быстрого перевода шлака из жидкого в твердое состояние и его раскисления элементами, входящими в состав чугуна, а также возможность дополнительного поступления тепла в результате дожигания над шлаком СО до CO ₂.

Совместное использование чушек материала и твердого чугуна увеличивает количество охладителей, подаваемых на шлак, и их суммарное количество по сравнению с охлаждением шлака шлакообразующими материалами и флюсами. Одновременно это облегчает задачу синхронизации процессов охлаждения шлака перед заливкой чугуна и его обратного превращения в жидкое состояние после заливки чугуна и начала продувки.

Если соотношение будет менее 1:0,1, то эффект дополнительного охлаждения шлака, поступления элементов-восстановителей из чугуна в шлак и раскисления последнего получается слабым и ввод твердого чугуна теряет смысл. Если же соотношение взято более 1:5, то происходит чрезмерное охлаждение шлака, увеличивается доля твердого металлического материала в шихте и возрастает поступление углерода в ванну. Для расплавления дополнительного количества твердого чугуна и удаления из него углерода требуется время и расход кислорода, что ухудшает тепловой баланс плавки и показатели предлагаемого способа. Кроме того, при этом возникает опасность перегрева конечного металла выше допустимого.

В конвертере предлагается оставлять 10-100% конечного шлака вместо 25% и менее по известной технологии, что обеспечивает более полное его использование. Верхний предел - 100% - относится к случаю использования предварительно рафинированного химического и физически холодного чугуна или полупродукта, когда количество образующегося шлака резко снижается - до 30-60 кг/т жидкой стали.

Нижний предел - 10% - относится к случаю выплавки низко- и особо низкоуглеродистых чистых сталей, при выплавке которых количество образующегося шлака сильно возрастает и достигает 150-200 кг/т жидкой стали. Если количество оставленного шлака будет менее 10%, то эффект предлагаемого способа будет незначительным вследствие относительно малой величины шлака, вовлеченного в повторное использование (не более 3-6 кг/т стали).

Поэтому пределы 10-100% являются наиболее рациональными с позиций максимального использования потенциала конвертерного шлака. Одновременно эти пределы обеспечивают обновление шлака при длительной непрерывной работе конвертера с оставлением шлака. Необходимость этого объясняется накоплением серы и фосфора в конечном шлаке и опасностью получения повышенного содержания этих элементов в металле по окончании продувки.

Чушки композиционного материала или их смесь с твердым чугуном можно вводить как на оставленный шлак после предварительного скачивания части его, так и перед удалением шлака из конвертера, когда количество шлака максимально. В последнем случае суммарный расход вводимых охладителей возрастает, что позволяет повысить степень утилизации тепла и железа конечного шлака и шлака в целом. Вводимые в конвертер чушки композита или их смесь с твердым чугуном в этом случае нагреваются более сильно, вследствие чего активно раскисляют шлак и восстанавливают железо из оксидов. В результате этого повышается извлечение железа из шлака и снижается его склонность к бурному взаимодействию с углеродом чугуна при его заливке. Образующиеся при реакции углерода и оксидов железа шлака СО и CO₂ интенсивно перемешивают шлак, увеличивая скорость его теплообмена с чушками композиционного материала или его смеси с твердым чугуном. По истечении 1-5 мин после ввода материала либо его смеси с твердым чугуном в конвертер производят удаление части шлака до требуемого уровня. В процессе скачивания продолжается тепломассообмен этих материалов со шлаком, что обеспечивает более полное протекание этих процессов. После спуска части шлака на оставленный жидкий шлак загружают шлакообразующие материалы и флюсы, вводят новую порцию композита или смеси композита и твердого чугуна и загружают металлолом, вводят порцию шлакообразующих материалов и флюсов, заливают чугун, начинают продувку ванны кислородом и т.д.

Пример конкретного выполнения. Твердые чушки композиционного материала изготавливали на машине непрерывной разливки чугуна, оборудованной дополнительными устройствами и емкостями для приема исходных компонентов, подачи этих компонентов к машине, системой дозирования в литейные формы (мульды) разливочной машины чугуна.

Перед заливкой жидким металлическим расплавом в литейные формы загружали исходные железорудные компоненты, имеющие размер фракции 5-25 мм, в количестве, обеспечивающем получение чушек заготовки с суммарным содержанием наполнителей от 5 до 50 мас.%.

Наиболее легкий компонент композита - углеродсодержащий компонент - предварительно окусковывали вместе с оксидами железа, используя для этого холодное брикетирование. Это позволило обеспечить повышение плотности углеродного материала и его равномерное распределение в теле чушки. Заполненные наполнителями литейные формы заливали железоуглеродистым расплавом, роль которого выполнял жидкий передельный чугун или полупродукт внедоменной обработки чугуна. В процессе движения конвейера с расположенными на нем литейными формами смесь жидкого чугуна и наполнителей охлаждалась изнутри введенными в расплав компонентами и затвердевала. Для ускорения затвердевания верхнюю наружную поверхность чушек, контактирующих с окружающей атмосферой, охлаждали водой. Полученный материал в виде чушек поступал в твердом виде в кислородно-конвертерный цех.

После окончания продувки и выпуска жидкого металла в конвертер на оставленный жидкий шлак (10-100%) вводили известь и доломит, а затем композиционный материал либо смесь этого композита и твердого чугуна. В результате воздействия холодных материалов жидкий шлак охлаждался, загущался и превращался из жидкого в твердое состояние. При этом в конвертере образовывался конгломерат, состоящий из чушек композита или чушек композита и чугуна, охлажденного шлака, шлакообразующих материалов и флюсов, замешанных в шлак при падении чушек на поверхность шлакового расплава. После этого в конвертер загружали металлолом, заливали жидкий чугун и начинали продувку ванны кислородом сверху. В процессе загрузки лома и заливки жидкого чугуна большая часть образовавшегося конгломерата дробилась на отдельные фрагменты, состоящие из смеси затвердевшего шлака, шлакообразующих флюсов, чушек композита или смеси чушек композита и твердого чугуна. Эти фрагменты после заливки чугуна, начала продувки и проплавления металлолома всплывали на поверхность чугуна. Чушки композита, имеющие плотность, близкую к жидкому чугуну, при этом оставались в расплаве чугуна, постепенно отделяясь от днища конвертера и подвсплывая к поверхности металлической ванны. Чушки чугуна, если их использовали совместно с композитом, при этом оставались на днище ванны. После зажигания плавки и расплавления металлолома, выступающего над поверхностью чугуна, производили окисление кремния, марганца, части железа и доплавление лома, находящегося в объеме жидкого чугуна. Одновременно с этим осуществляли наводку шлака с использованием продуктов окисления элементов чугуна - железа, кремния и марганца, оставленного шлака предыдущей плавки, шлакообразующих и флюсов, введенных на оставленный шлак, а также шлакообразующих компонентов, высвобожденных из композита после его расплавления. Высокие температуры реакционной зоны и образующие оксиды железа ускоряли расплавление твердой, но горячей смеси оставленного в конвертере шлака и введенных в него охладителей и загустителя и обеспечивали быстрое формирование гомогенного высокоактивного шлака. Затем, используя наведенный шлак и расплав, образованный из смеси жидкого чугуна, расплавившегося лома и расплавившихся чушек композита или смеси композита твердого чугуна, производили интенсивное окисление углерода. Основность шлака, содержание в нем оксида магния и другие параметры шлака и шлакового режима регулировали подачей сыпучих шлакообразующих материалов и флюсов. Интенсивность продувки кислородом поддерживали на уровне 2,9-3,1 м³/(мин·т). После снижения концентрации углерода в металле до уровня 0,05-0,10% и нагрева металла до температуры 1650-1680°С продувку прекращали и производили выпуск металла с оставлением в конвертере 10-100% шлака. Далее на оставленный шлак присаживали чушки композита или его смеси с твердым чугуном, шлакообразующие материалы и флюсы. Чушки композита обеспечивали интенсивное перемешивание жидкого шлака пузырьками СО, образующимися в результате взаимодействия углерода и кислорода, имеющихся в композите. Углерод металлической основы композита и твердого чугуна после перехода в расплавленное состояние реагировал с оксидами железа, раскисляя шлак и восстанавливая железо из оксидов шлака. Соотношение количества углерода, поступающего из композита и твердого чугуна на раскисление шлака, регулировали путем изменения общего расхода этих материалов и соотношения их долей. Для снятия технологических характеристик дутьевого и шлакового режима плавки вели с промежуточным скачиванием шлака.

В таблице приведены примеры осуществления способа выплавки стали в конвертере с различными технологическими параметрами по предлагаемому способу и известному (прототипу).

В оптимальных примерах 2-7 вследствие охлаждения и загущения оставленного шлака композиционным материалом, основу которого составляет металл в виде железоуглеродистого сплава и минеральные наполнители, либо смесью материала и твердого чугуна достигнуты безопасные условия плавки, увеличение количества оставляемого конечного шлака, улучшение показателей плавки.

Результаты расчетов и промышленных испытаний с изменяющимися в широком диапазоне технологическими параметрами подтвердили, что предлагаемая технология обеспечивает вследствие лучшего охлаждения оставленного шлака и снижения уровня окисленности этого шлака спокойный ход плавки без образования выбросов при заливке жидкого чугуна в конвертер и в процессе обезуглероживания ванны, повышение температуры ванны в допродувочный период и в первый начальный период продувки на 50-150°С, ускорение растворения извести и скорости формирования шлака, повышенную интенсивность рафинирования чугуна от углерода, серы и фосфора в начальном периоде продувки и плавки в целом, а также более высокий выход годного, меньший и стабильный уровень окисленности шлака и металла, чистоту конечного металла по сере, фосфору и неметаллическим включениям, более полное использование конечного конвертерного шлака.

По предлагаемой технологии в начальный период продувки обеспечивается повышение скорости растворения извести в шлак с 80 до 110-138 кг/мин, увеличение степени удаления фосфора с 72 до 83,9-93,5%, а серы с 49 до 52,8-56,1%; сокращение расхода извести на 4,3-11,6 кг/т, доломита - на 6,9-9,4 кг/т, плавикового шпата на 0,4-1,8 кг/т, снижение окисленности шлака на 1,5-4,8% абс., окисленности металла с 0,075 до 0,050-0,069, повышение остаточного содержания марганца с 0,05 до 0,08-0,15%. На опытных плавках, проведенных по предлагаемой технологии, расход чугуна уменьшился с 835,6 до 823,8-827,5 кг/т, длительность начального периода снизилась на 2,1-3,5 мин, выход годного возрос на 0,4-1%, повысилась средняя доля плавок с содержанием фосфора не более 0,012 и серы не более 0,016% с 57,2 до 78,3%, а также снизился расход торкрет-массы с 2,61 до 2,38-2,54 кг/т.

Показатели плавок с использованием предлагаемого и известного способа

Показатели	Примеры								Прототип
	1	2	3	4	5	6	7	8
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1. Удельный расход композиционного
материала на охлаждение оставленного шлака, кг/т шлака	4,6	5,2	21	48	73	95	100,3	115	-
2. Соотношение долей композиционного материала и твердого чугуна, вводимых на оставленный шлак	1:0,06	1:0,11	1:2	1:4	1:3,5	1:4	1:5,2	1:6,1	-
3. Относительное количество шлакообразующих и флюсов, вводимых в конвертер до начала подачи композиционного материала или его смеси с твердым чугуном, %	4,6	6,1	18,3	31,8	49,1	69,7	87,5	91	-
4. Количество шлака, оставленного в конвертере, % от суммарного количества, образующегося за плавку	23	27	37	39	41	47	51	59	21,5
5. Температура чугуна, °С
- перед началом продувки	1170	1210	1230	1280	1315	1333	1317	1280	1100-1150
- по истечении 30% времени продувки	1350	1361	1365	1376	1385	1396	1408	1391	1340
6. Степень удаления фосфора и серы соответственно
в начальный период	78	83,9	87,2	93,5	92,6	91,4	90,8	88,3	72
продувки (от момента ее начала до промежуточного скачивания шлака), %	52,1	52,8	53,1	54,3	56,1	54,2	53,1	51,8	49
7. Время начала скачивания промежуточного шлака, % от продолжительности плавки	42	40,5	38	36	35	33	31	29	60-75
8. Скорость растворения извести в начальный период продувки до промежуточного скачивания шлака, кг/мин	94	119	130	138	131	124	119	111	80

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
9. Изменение степени окисления серы в начальный период плавки	1,25	1,40	1,52	1,62	1,67	1,59	1,49	1,29	1
10. Доля плавок, %: с содержанием 0,012% [Р] и 0,016%[S]	65	69	76	79	83,5	88,9	78,6	72,8	57,2
11. Удельный расход шлакообразующих материалов и флюсов, кг/т:
- извести	60	52,5	49,8	46,1	45,2	47,2	49,1	50,5	56,8
- доломита	10	13	12	12	11	13	13,5	12	20,4
- плавикового шпата	1,0	1,4	1,1	0,5	-	-	0,5	0,4	1,8
12. Окисленность, %:
- конечного шлака	22,0	19,9	18,0	18,1	18,0	19,6	20,1	21,3	22,8
-металла на выпуске	0,07	0,061	0,053	0,050	0,051	0,055	0,061	0,069	0,075
13. Остаточное содержание марганца в металле на выпуске, %	0,06	0,08	0,085	0,09	0,13	0,15	0,12	0,10	0,05
14. Удельный расход жидкого чугуна, кг/т	828,4	827,5	826,5	826,5	825,2	823,8	825,1	825,5	835,6
15. Длительность начального периода плавки, мин	2,1	2,6	3,1	4,0	3,5	3,8	3,3	2,7	4,4
16. Выход жидкой стали, %	89,1	89,3	89,4	89,5	89,9	89,9	89,5	89,3	88,9
17. Удельный расход торкрет-массы, кг/т стали	2,57	2,54	2,51	2,47	2,39	2,38	2,41	2,45	2,61

Источники информации

1. Кравченко Ю.С. и др. Сталеплавильщик конвертерного производства. - М.: Металлургия, 1991, с.53-54.

2. Технология производства стали в современных конвертерных цехах. С.В. Колпаков, Р.В. Старов, В.В. Смоктий и др./Под общей ред. С.В. Колпакова. - М.: Машиностроение, 1991, с.81-82.