способ выплавки стали в конвертере
Классы МПК: | C21C5/28 получение стали в конвертерах |
Автор(ы): | Нугуманов Рашид Фасхиевич (RU), Галиуллин Тахир Рахимзянович (RU), Лаврик Александр Никитович (RU), Протопопов Евгений Валентинович (RU), Соколов Валерий Васильевич (RU), Комшуков Валерий Павлович (RU), Буймов Владимир Афанасьевич (RU), Щеглов Михаил Александрович (RU), Ермолаев Анатолий Иванович (RU), Ганзер Лидия Альбертовна (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Западно-Сибирский металлургический комбинат" (RU), Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2007-04-17 публикация патента:
20.04.2009 |
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к кислородно-конвертерному производству. Способ включает послойную загрузку лома и присадку добавочных материалов после нагрева каждого слоя. На первый слой присаживают шлакообразующие, марганецсодержащие и магнезиальные материалы в соотношении 1:(0,2-0,4):(0,1-0,3) соответственно при общем количестве 140-180 кг/т лома. На второй и последующие слои - шлакообразующие и марганецсодержащие материалы в соотношении 1:(0,5-0,8), соответственно, при общем количестве 180-220 кг/т лома. На последний слой присаживают марганецсодержащие и магнезиальные материалы в соотношении 1:(1,2-1,5), соответственно, при общем количестве 80-120 кг/т лома. Использование изобретения позволяет повысить эффективность окислительного рафинирования металла при предварительном подогреве лома и эффективной продувки металла с повышенной долей лома в металлошихте.
Формула изобретения
Способ выплавки стали в конвертере, включающий послойную загрузку лома, предварительный нагрев каждого слоя путем сжигания углеродсодержащего топлива и кислорода, заливку чугуна и окислительное рафинирование расплава, отличающийся тем, что после нагрева каждого слоя лома присаживают добавочные материалы на первый слой - шлакообразующие, марганецсодержащие и магнезиальные материалы в соотношении 1:(0,2-0,4):(0,1-0,3) соответственно при общем расходе 140-180 кг/на тонну лома первого слоя, на второй и последующие слои - шлакообразующие и марганецсодержащие материалы в соотношении 1:(0,5-0,8) соответственно при общем расходе 180-220 кг/на тонну лома второго и каждого последующего слоев, на последний слой марганецсодержащие и магнезиальные материалы в соотношении 1:(1,2-1,5) соответственно при общем расходе 80-120 кг/на тонну лома последнего слоя.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к кислородно-конвертерному производству. Известен способ выплавки стали, включающий загрузку в конвертер металлического лома и его нагрев путем сжигания подаваемых на лом углеродсодержащих материалов и кислорода при ступенчатом изменении высоты фурмы /SU № 1292327, С21С 5/28, опубл. 1984 г./.
Известный способ позволяет снизить расход чугуна и увеличить расход лома за счет предварительного его нагрева.
Недостатком известного способа является низкая технологичность процесса, связанная с необходимостью приближения кислородной фурмы к поверхности лома, для ускорения его нагрева. В процессе нагрева металлического лома занимаемый им объем в конвертере уменьшается, и он оседает на дно агрегата, что требует соответствующего понижения уровня фурмы для дожигания несгоревших частиц углеродсодержащего материала. При этом наблюдается повышенный угар железа от прямого контакта с металлическим ломом струй кислорода, возможно повреждение фурмы о куски лома, а также увеличение износа огнеупорной футеровки агрегата.
Известен также способ выплавки стали, включающий загрузку в конвертер лома, подачу шлакообразующих и углеродсодержащих материалов и его нагрев за счет сжигания углеродсодержащих материалов в потоке кислорода, заливку чугуна и окислительную продувку металла /RU № 2177508, С21С 5/28, опубл. 2002 г./.
Известный способ позволяет повысить эффективность процесса, ускорить массообменные процессы в период окислительного рафинирования при выплавке стали в конвертере с повышенной долей лома в металлошихте. Недостатком известного способа является неравномерный нагрев лома: в нижней части агрегата лом остается недостаточно прогретым, верхняя часть лома оплавляется, особенно при загрузке легковеса. Это приводит к повышенному угару железа, снижению расхода выхода годной стали, увеличению расхода шлакообразующих материалов на плавку.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ выплавки стали в конвертере, включающий послойную загрузку лома, периодическую подачу углеродсодержащих материалов и кислорода, нагрев каждого слоя лома, последующую заливку чугуна и окислительное рафинирование расплава /SU № 1464478, С21С 5/28, опубл. 1999 г./.
Известный способ позволяет повысить интенсивность нагрева лома и снизить расход чугуна на плавку при более благоприятных для футеровки конвертера условиях.
Недостатком известного способа является низкая эффективность окислительного рафинирования металла при выплавке стали в конвертере с повышенной долей лома в металлошихте. При этом замедляется растворение извести, затрудняется формирование шлака, ухудшаются условия дефосфорации и десульфурации металла.
Задачей изобретения является повышение эффективности окислительного рафинирования при предварительном подогреве лома и продувке металла с повышенной долей лома в металлошихте.
Поставленная задача решается следующим образом. В известном способе выплавки стали, включающем послойную загрузку лома, предварительный нагрев каждого слоя путем сжигания углеродсодержащего топлива и кислорода, заливку чугуна и окислительное рафинирование расплава, после нагрева каждого слоя лома присаживают добавочные материалы: на первый слой шлакообразующие, марганецсодержащие и магнезиальные материалы в соотношении 1:(0,2-0,4):(0,1-0,3), соответственно, при общем расходе 140-180 кг/т лома первого слоя, на второй и последующие слои - шлакообразующие и марганецсодержащие материалы в соотношении 1:(0,5-0,8), соответственно, при общем расходе 180-220 кг/т лома второго и каждого последующего слоев, на последний слой - марганецсодержащие и магнезиальные материалы в соотношении 1:(1,2-1,5), соответственно, при общем расходе 80-120 кг/т лома последнего слоя.
Признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и, следовательно, заявляемое изобретение имеет изобретательский уровень.
Технический результат, достигаемый предлагаемым способом выплавки стали, заключается в том, что в условиях дефицита жидкого чугуна при продувке металла с повышенной долей лома, его послойной загрузкой и предварительным нагревом каждого слоя, путем сжигания углеродсодержащего топлива и кислорода за счет изменения температурных условий и регламентированной присадки шлакообразующих, марганецсодержащих и магнезиальных материалов, обеспечиваются условия для более эффективной передачи тепла в ванне, ускорения растворения добавочных материалов с наведением с самого начала продувки жидкоподвижного основного шлака и увеличения скорости окислительных процессов. Это способствует снижению угара железа, позволяет увеличить выход жидкой стали и снизить производственные затраты.
Предусматриваемая способом послойная загрузка лома и предварительный нагрев каждого слоя предполагает соответствующее соотношение легковесного и тяжеловесного лома в металлозавалке, что является определяющим при выборе части загружаемого лома и количества последующих его слоев.
Регламентация видов добавочных материалов для присадки после нагрева каждого слоя лома обусловлена необходимостью их быстрого растворения и формирования шлака для повышения эффективности окислительного рафинирования металла при переработке повышенной доли лома в металлошихте.
В качестве добавочных материалов используют шлакообразующие, в частности известь с высоким содержанием СаО, марганецсодержащие (например, марганцевый агломерат с содержанием MnO в пределах 25%) и магнезиальные материалы (например, известково-магнезиальный флюс CaO=50%, MgO=30%).
После нагрева первого слоя лома присаживают шлакообразующие марганецсодержащие и магнезиальные материалы в соотношении 1:(0,2-0,4):(0,1-0,3), соответственно, и их общем количестве 140-180 кг/т, что позволяет поддерживать необходимые температурные условия, предупредить появление зон оплавления и накопление оксидов железа в металлическом ломе, а также ускорить формирование шлака при последующей заливке чугуна и окислительном рафинировании расплава.
Величина первой порции добавочных материалов не должна быть менее 140 кг/т лома первого слоя, в противном случае уменьшается прогреваемая часть шихтовых материалов, изменяются температурные параметры процесса, что приводит к «холодному» началу плавки, медленному формированию шлака и снижению эффективности окислительного рафинирования, при выплавке металла с повышенной долей лома в металлошихте.
Величина первой порции добавочных материалов не должна быть более 180 кг/т лома первого слоя, так как это приводит к снижению прогрева металлического лома и в дальнейшем при продувке металла к «холодному» ходу процесса, плохому растворению извести и медленному росту основности шлака, что снижает эффективность окислительного рафинирования.
При соотношении расходов шлакообразующих, марганецсодержащих и магнезиальных материалов 1:(0,2-0,4):(0,1-0,3) обеспечиваются условия формирования шлака с требуемыми физико-химическими свойствами (вязкость, основность, окислительная, фосфор - и серопоглотительная способность) при окислительном рафинировании металла.
При повышении этого соотношения в сторону увеличения расхода марганецсодержащих и магнезиальных материалов уменьшается поступление в конвертерную ванну оксидов СаО, что приводит к замедленному росту основности шлака, повышению содержания оксида магния в нем и снижению его фосфор - и серопоглотительной способности и эффективности окислительного рафинирования.
При соотношении расходов шлакообразующих, марганецсодержащих и магнезиальных материалов менее 1:(0,2-0,4):(0,1-0,3) уменьшается поступление в конвертерную ванну оксидов марганца и магния, и при «горячем» начале процесса увеличивается количество неассимилированной извести, что требует наводки первичного шлака за счет FeO и приводит к снижению выхода жидкой стали, в противном случае наблюдается замедленный рост основности шлака и снижение эффективности окислительного рафинирования.
Предлагаемые пределы расходуемых материалов для присадки на второй и последующие слои лома выбраны исходя из задачи эффективного окислительного рафинирования при последующей заливке жидкого чугуна и продувке металла с учетом того, что температура лома после нагрева составляет 800-900°С. Нижний предел (180 кг/т лома второго и последующих слоев) предполагает соотношение шлакообразующих и марганецсодержащих материалов в пределах 1:0,5 соответственно. Снижение расхода добавочных материалов и уменьшение соотношения расхода шлакообразующих и марганецсодержащих материалов не позволяет быстро навести жидкоподвижный основный шлак и обеспечить требуемое низкое содержание серы и фосфора при окислительном рафинировании металла, и в полной мере достигнуть поставленной задачи. Верхний предел расхода добавочных материалов (220 кг/т лома второго и последующих слоев) предполагает соотношение шлакообразующих и марганецсодержащих материалов в пределах 1:0,8, соответственно. Увеличение количества присаживаемых добавочных материалов и соотношения расходов шлакообразующих и марганецсодержащих материалов приводит к неравномерному их прогреву под слоем лома, медленному формированию жидкоподвижного основного шлака и снижению эффективности окислительного рафинирования.
Присадка добавочных материалов в количестве 80-120 кг/т лома последнего слоя позволяет равномерно распределить их по поверхности лома и дополнительно прогреть, что способствует повышению эффективности окислительного рафинирования за счет ускорения растворения материалов и наведения с самого начала продувки жидкоподвижного основного шлака с поддержанием в нем оптимальной концентрации MgO в течение преобладающего времени операции для снижения износа футеровки конвертера.
Предусматриваемое способом количество добавочных материалов и соотношение марганецсодержащих и магнезиальных составляющих не должно быть меньше 80 кг/т лома последнего слоя и 1:1,2, соответственно, так как это приводит к замедленному шлакообразованию и снижению эффективности окислительного рафинирования при предварительном подогреве лома и конвертировании металла с повышенной долей лома в металлошихте.
Увеличение количества присаживаемых добавочных материалов свыше 120 кг/т лома последнего слоя и соотношения марганецсодержащих и магнезиальных материалов более 1:1,5, соответственно, приводит к повышению вязкости шлака, дополнительному расходу разжижителей, снижению выхода жидкой стали и эффективности окислительного рафинирования.
Пример. В 160-тонный конвертер после выпуска предыдущей плавки загружают из одного совка 23 т легковесного лома с добавлением тяжеловесной обрези (весь лом 65 т заваливают из 3 совков). Конвертер наклоняют на 30-50° в сторону сталевыпусконого отверстия для равномерного распределения лома. Затем его устанавливают вертикально, опускают фурму, присаживают углеродсодержащее топливо и подают кислород. Продолжительность нагрева первого слоя лома 8 минут.
После нагрева первого слоя лома присаживают 2,5 т извести, 750 кг марганцевого агломерата и 500 кг известково-магнезиального флюса (соотношение шлакообразующих, марганецсодержащих и магнезиальных материалов равно 1:0,3:0,2, общее количество добавочных материалов составляет 163 кг/т лома) и загружают второй совок лома (21 т). Нагрев второго слоя лома ведут аналогично в течение 8 минут.
После нагрева второго слоя лома присаживают 2,3 т извести и 1,5 т марганцевого агломерата (соотношение шлакообразующих и марганецсодержащих материалов равно 1:0,7, общее количество добавочных материалов составляет 181 кг/т лома) и загружают третий совок лома (21 т). Нагрев третьего слоя лома ведут аналогично в течение 10 минут.
После нагрева третьего слоя лома присаживают 750 кг марганцевого агломерата и 1 т известково-магнезиального флюса (соотношение марганецсодержащих и магнезиальных материалов равно 1:1,3, общее количество добавочных материалов составляет 83 кг/т лома) и заливают чугун (92 т). Продувают чугун, продолжительность продувки составляет 19 минут, расход чугуна - 650 кг/т стали.
Предлагаемый способ выплавки стали в конвертере по сравнению с прототипом позволяет снизить расход чугуна на 50-100 кг/т, увеличить выход жидкой стали в металле на 0,05-0,10% и снизить себестоимость стали за счет уменьшения расхода сырья и материалов.
Заявляемый способ выплавки стали промышленно применим в кислородно-конвертерном производстве.
Класс C21C5/28 получение стали в конвертерах