Способ подготовки металлической шихты для выплавки стали

 

1. СПОСОБ ПОДГОТОВКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ШИХТЫ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ, включающий обработку жидкого чугуна шлаком, продутым погружным топливнокислородным факелом горения, о тличающийся тем, что, с целью повьппения эффективности рафинирования чугуна от серы, температуры чугуна и экономичности сталеплавильного процесса , шлак продувают тоштивнокислородным факелом до 1700-1900 С и смешивают его с чугуном в количестве 50-150% массы чугуна. 2. Способ по п. 1,отличаю щ и и с я тем, что чугун смешивают § с ломом в количестве 4,4-7,2% массы чугуна на каждые 100 С его перегрева. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3593829/22-02 (22) 20.03.83 (46) 15.01.85. Бюл. 11 - 2 (72) В.M.Ëóïýéêî (71) Уральский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. С.M.ÊèðîBà (53) 669.183(088.8) (56) 1. Патент США Ф 3880647, кл. 75-60, 1975.

2. Патент ЧССР Ф 91344, кл. С 21 С 1/00, 1961.

3. "Изв. высш.учебных заведений.

Черная металлургия", 1964, с. 57-65.

„„SU„„l 1 346О7 А

4(51) С 21 С 1/00 С 21 С 7/00 (54)(57) 1. СПОСОБ ПОДГОТОВКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ШИХТЫ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ, включающий обработку жидкого чугуна шлаком, продутым погружным топливнокислородным факелом горения, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности рафинирования чугуна от серы, температуры чугуна и экономичности сталеплавильного процесса, шлак продувают топливно-кислородным факелом до 1700-1900 С и

0 смешивают его с чугуном в количестве

50-150Х массы чугуна.

2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что чугун смешивают с ломом в количестве 4,4-7,2Х массы щ

О. о чугуна на каждые 100 С его перегрева.

1134

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в производстве чугуна и стали.

Известен способ подготовки к плав. ке в сталеплавильном агрегате метал5 лошихты (чугуна и лома), например, путем ее подогрева горелками (М) .

Данный способ позволяет улучшить технико-экономические показатели сталеплавильного производства, однако о при этом предъявляются высокие требования к качеству чугуна.

Наиболее близким к предлагаемому ,по технической сущности является способ рафинирования жидкого чугуна десульфурирующим шлаковым расплавом, предварительно регенерированным в ковше с помощью воздуха 2 или погружного топливно-кислородного факела горения (3 .

Однако этот способ не позволяет удалить из чугуна большое количество серы и производить одновременно с десульфурацией чугуна и его подогрев из-за очень малой удельной массы шлака (5-6Х от массы чугуна), позаимствованной у метода обработки стали синтетическими шлаками. Как показали исследования, именно по этой причине шлак в результате обработки чугуна приобретает температуру, близкую к температуре чугуна (1300-1400 С), при которой его жидкоподвижность находится на очень низком уровне.

При регенерации такого шлака продувкой факелом горения степень диспергирования последнего в расплаве низкая, что резко снижает эффективность передачи тепла шлаковому расплаву к низкому тепловому КТЩ этого процесса, а следовательно, и высокому удельному расходу топлива на процессе регенерации.

Целью изобретения является повышение эффективности рафинирования чугуна от серы, температуры чугуна

45 и экономичности сталеплавильного процесса.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу подготовки.5О металлической шихты для выплавки стали, включающему обработку жидкого чугуна шлаком, продутым погружным топливно-кислородным факелом горения шлак продувают топливно-кислородным 55 факелом до 1700-1900 С и смешивают

его с чугуном в количестве 50-150Х массы чугуна.

607 2

Кроме того, чугун смешивают с ломом в количестве 4 4-7,2Х массы чугуна на каждые 100 С его перегрева.

Выбор укаэанных параметров основан на следующих предпосылках.

Во-первых, регенерация десульфурирующих шлаков продувкой их погруженным факелом горения становится эффективной при их температуре выше о

1500 С. Учитывая, что при смещении чугуна со шлаковым расплавом температура их выравнивается, то минимальный подогрев чугуна при этом и будет о определяться температурой 1500 С.

В то же время для сталеплавильного передела целесообразен значительно больший подогрев чугуна. Верхний уровень этого подогрева определяется стойкостью огнеупорной футеровки и тепловым КПД процесса регенерации шлакового расплава. На основе анализа этих условий верхний уровень подогрева чугуна целесообразно взять равным

1700оС.

Во-вторых, для осуществления про1 цесса передачи тепла от шлакового расплава чугуну первый должен обладать перегревом над температурой, до которой Нагревают чугун, т.е. этот перегрев должен быть выше соответственно 1500 и 1700 С. С повышением

О температуры такого перегрева будут уменьшаться тепловой КПД регенерации шлака и возрастать трудности со службой футеровки (огнеупорной или гарнисажной). С учетом этого целесообразно производить в процессе регенерации перегрев шлакового расплава до 17001900ОС.

В-третьих, для нагрева чугуна до заданной температуры, т.е. до 15001700 С, шлаковый расплав должен õàрактеризоваться не только указанной температурой нагрева, но и определенной массой. На основе тепловых балансов и их анализа оказалось целесообразным с учетом выбранных температур перегрева шлакового расплава его мас су ограничить количеством, составляющим 50-150Х от массы чугуна.

После такой обработки (тесного смешения чугунного и шлакового расплавов и их расслоения) чугун оказывается очищенным от среды до тысячных долей процента, .независимо от ее начального содержания, и подогретым до 1500-1700 С. Подготовленный таким образом чугун может сразу заливаться

1134607 4 в сталеплавильный агрегат или же вначале смешиваться с ломом и после

20 расплавления лома направляться в сталеплавильный агрегат, или же повторно обрабатываться свежим pere5 нерированным десульфурирующим шлаковым расплавом и лишь затем подаваться на плавку стали.

Количество лома, смешиваемого с перегретым чугуном, берут в пределах

4,4-7,2Х от массы последнего в зависимости от концентрации в нем углерода и его температуры перегрева над ликвидусом перед смешением со шлаком которое предшествовало смешению с ломом.

Этот прием смешения подогретого с ломом с последующей обработкой чугунного расплава свежим шлаковым расплавом может производиться при необходимости несколько раз.

После смешения с чугунным расплавом и последующего отделения от него десульфурирующий шлаковый расплав подвергают регенерации (очищению от серы и подогреву) путем продувки его топливно-кислородным факелом горения с 0$, = 1,0-1,25. Причем подогрев его начинается с температуры 1500о

1700 С, при которой шлак обладает достаточно высокой жидкоподвижностью (низкой вязкостью), что способствует высокой диспергации факела горения и, в конечном счете, высокому тепловому

КПД (50-60X) нагрева шлака, а следовательно, и низкому удельному 35 расходу топлива.

Проводить регенерацию шлака можно в сталеразливочном ковше, оборудованном топливокислородкыми фурмами, с помощью которых шлаковый

40 расплав подвергается путем его продувки топливно-кислородным факелом и одновременно рафинируется от серы, а затем и от других нежелательных примесей, а также корректируется по 4 составу и по массе (количеству) с помощью пневмотранспортной системы.

Наиболее высокие технико-экономические показатели способа могут быть получены при использовании ре- 50 актора непрерывного действия, представляющего собой кольцевую камеру, которая технологически разделена на три зоны: зона регенерации шлака, зона смешения чугуна со шлаком и 55 зона их разделения. Кольцевая. камера в зоне регенерации оборудована топливокислородными фурмами, погруженными в шлак. В зоне смешения эта камера имеет отверстие для слива на глак чугуна и оборудована пульверизующим узлом для дробления чугуна на капли, а в зоне разпеления содержит отвеостие пля выпуска чугуна. Пнище реактора выполнено с уклоном в сторону отверстия. Свод кольцевой камеры оборудован газоотводящим трактом с газоочисткой. Реактор может быть оборудован пневмотранспортной системой для подачи в расплав порошков шлакообразующих и раскислителей.

В некоторых случаях рафинирование и нагрев шлака (его регенерация) целесообразно осуществлять в циклонных или струйных аппаратах, располагаемых над ковшом.

Лля уменьшения теплопотерь чугуна за время его транспортировки к сталеплавильным агрегатам целесообразно устройства для подготовки шлаков.и обработки ими чугуна располагать вблизи этих агрегатов, например в миксерном отделении.

Способ осуществляют следующим образом.

Для обработки жидкого шлака используют ковшовое регенерирующее устройство. Требуемое количество алака после выпуска его из доменной печи заливают в специальный глуходонный ковш, запол няя его объем на 50-75Х. Если этот шлак требует корректировки по химическому составу, то необходимые добавки, например известь, задают в ковш перед сливом туда свежего шлака или же в порошкообразном виде вводят в шлаковый расплав с факельными струями по ходу обработки шлака. В залитый в рафинировочный ковш шлак погружают продувочные фурмы, с помощью которых ведут продувку газо-кислородным факелом горения, вначале с коэффициентом расхода кислорода (К) близким с 1 1 и по мере подогрева шлака увеличивают до 1,25. После достижения заданной степени десульфурации шлака и при необходимости продолжить его подогрев переходят на продувку его факелом горения с 4 = 1;О.

При повышенном содержании в шлаке оксидов железа или марганца вслед за окислительным проводят восстановительный (раскислительный) период. Шлак в этот период продувают факелом неполного горения и вдувают в шлак одновременно с факелом порошкооЯразные раскислители (кокс, кар3 11346 бид кальция, ферросилиций). После завершения необходимых рафинирования шлака и его перегрева ковш освобождают от фурм, и готовый шлак сливают из него в смесительный сосуд, например другой ковш большего объема типа сталеразливочного с разливочным отверстием в днище, в которой одновременно сливается и обрабатываемая порция чугуна. Слив шлака и чугуна в сосуд смешения производят с высоты, обеспечивающей их тесное смешение (эмульгирование), и которая устанавливается экспериментально для данных конкретных условий такой обработки.

После такой обработки и отстаивания, продолжительность которого определяется экспериментально, чугун через разливочное отверстие сливают 20 в чугуновозный ковш с небольшим количеством шлака, необходимым для уменьшения теплопотерь чугуна, а оставшийся в смесительком сосуде шлак возвращают в рафинировочный 2S ковш, где его подвергают регенерации

При использовании для обработки чугуна шлаков типа синтетических, например известково-глиноземистых, их первоначально готовят в рафинировочном ковше путем постепенного направления в небольшой ванне, образуемой из жидкого доменного шлака и составляющей, например, 5-10Х от веса приготовляемого шлака. В остальном

35 приготовление и регенерация по своим приемам остается такой же, как и при использовании доменных шлаков. При наличии на заводе шлакоплавильных электропечей первоначально шлак можно приготовить в этих агрегатах.

Учитывая дефицитность и высокую стоимость глинозема, при сливе чугуна из смесительного ковша не допускают покрытия чугуна известково-глинозе45 мистым шлаком. Вместо него на поверхность чугуна в чугуновозный ковш заливают или засыпают соответствующее количество обычного доменного шлака.

Осуществление предлагаемого cnoS0 соба в реакторе непрерывного действия начинается с подготовительных операций приготовления синтетического ,десульфурирующего шлака, которые характерны для упомянутых приемоЬ приготовления такого шлака на основе жидкого доменного или известковоглиноземистого в устройстве ковшевого типа. После приготовления жидкого

07 б шлакового расплава его продувают в зоне регенерации с помощью топливокислородных фурм факелом полного горения для удаления из шлака серы и его нагрева. При необходимости корректируют состав шлака, в том числе H TeM его раскисления. Под действием струй топливно-кислородрого факела за счет особого расположения сопел в фурмах шлак непрерывно перемещается вдоль кольцевой камеры, проходя последовательно все зоны.

В зону смешения через заливочное отвератие и пульверизационный узел сливают чугук. Мелкие капли чугуна в зоне разделения, осаждаясь через шлаковый расплав ка под, очищаются от серы и подогреваются. Далее шлак достигает регекерации и технологический цикл для шлака повторяется.

Очищенный от серы и подогретый чугун непрерывно стекает из реактора через выпускное отверстие в ковш.

При переводе доменной печи на работу со шлаками низкой основности увеличили производительность печи на 10-127. и снизили расход кокса на

7-87, но при этом в выпускаемом чугуне резко повысилось содержание серы: с 0,04 до 0,357.

E то же время, в конвертерном цехе требовалось увеличить производительность конвертеров на 107 и выход металла на 1,5-2,07 за счет снижения .концентрации в чугуне серы до 0,01%, а также увеличить переработку лома на 8-107 от веса металлозавалки за счет перегрева поступающего на конвертеры чугуна с 1250 до 1500 С.

Вышеперечисленным требованиям к чугуну, поступающему в конвертерный цех, отвечал чугун, поступающий туда после обработки его перегретым обессеривающим шлаком. Первоначально шлак готовили из свежего доменного, имевщего основность 1,0 и температуру

1350 С, в котором содержалось около

2,07. серы. Путем его окислительной продувки в рафинировочном ковше топливно-кислородным факелом с коэффициентом расхода кислорода (g) от

1,0 до 1,25 удалили серу из шлака до

0,057.. Одновременно в этот период добавили соответствующее количество извести из расчета повышения основности до 1,2. Данный состав шлака характеризовался равновесным коэффициентом распределения равным

1134607

Составитель В. Сарамутин

Редактор M. Бандура Техред Т.Фанта Корректор М.ДемчикЗаказ 10033/25 Тираж 552 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

80. Поэтому такой шлак при эмульгировании с чугуном обеспечивал необходимую его десульфурацию (снижение серы с 0,25 до (0,01 ) в том случае, если его количество относительно чугуна по массе составляло не менее

36 . Однако такое количество шлака для обеспечения подогрева чугуна при их смешении на заданные 250 С

0 требовало перегреть этот шлак до

2025 С. Целесообразно же было ограничить температуру его перегрева о

1750 С. Поэтому с целью сохранения баланса по его теплосодержанию увеличили массу шлака до 75 . по отношению к чугуну, а с учетом компенсации теплопотерь до 80Х.

Готовый шлак сливали одновременно с чугуном в отдельный ковш с высоты примерно 4 м и после отстаивания чугун через донное отверстие выпускали в чугуновозный ковш, а шлак с тем о пературой около 1500 С возвращали на регенерацию в рафинировочный ковш, куда добавляли соответствующее количество свежего доменного шлака и извести для компенсации механических потерь, составивших 5 . Этот шлак сначала продували окислительным топливно-кислородным факелом с тем же режимом, что и при начальном приготовлении шлака, а затем восстановительным факелом с б = 0,5 с одновременной подачей в шлак вместе с дутьем молотого кокса (угля) в количестве

0,5 к весу шлака для снижения в нем концентрации закиси железа и закиси марганца. После этого шлак вновь направляли на обработку чугуна, затем вновь подвергали регенерации, многократно повторяя этот цикл.

В качестве топлива для нагрева с шлака применили природный газ, расход которого на один цикл регенерации шлака составил 10 мэ на 1 т обработанного чугуна. Расход кислорода соответственно составил 22,5 м .

Коэффициент полезного использования

10 толпива был близок к 0,64.

Таким образом, увеличение массы шлака (в б-13 раз) и его десульфурирующей способности за счет его высокой температуры, а следовательно, 15 и жидкоподвижности увеличило степень десульфурации чугуна с 50-70 до 98 . (сера в чугуне снизилась до 0,004 ), а количество удаленной из него серы с 0,015-0,035 до 0,246, т.е. в

2р 7-16 раз.

Многократное увеличение количества удаляемой из чугуна серы позволило перевести доменную печь на .работу с меньшей основностью шлака

25 и с выпуском сернистого чугуна, содержащего 0,25 серы вместо обычных, например 0,040, что позволило увеличить производительность доменной печи примерно на 10-12Х и снизить при этом расход кокса примерно на 7 — 8 .

Подогрев чугуна на 250 С позволил при работе с таким чугуном в конвертере увеличить переработку лома примерно на 10, а при работе с этим же чугуном в мартеновской печи увеличить ее производительность в среднем на 25 .