Способ тепловой подготовки металлолома для конвертерной плавки при отводе газов с дожиганием и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретно к утилизации тепла конвертерного газа при его отводе с дожиганием путем тепловой подготовки применяемого в конвертерной плавке металлолома. Цель изобретения - снижение себестоимости стали за счет увеличения доли металлолома в металлошихте. Тепловую подготовку металлолома для конвертерной плавки проводят в три стадии. В период продувки продукты сгорания конвертерных газов, охлажденные в камере 3 томления до 1600- , пропускают через заполненную ломом камеру 18 нагрева. В начале межпродувочного периода нагретый лом проталкивают в футерованную камеру 3 томления поршнем 26. Томление лома происходит в межпродувочС (С (Л Од 00 а 00 Фuг.f

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 С 21 С 5/38, 5/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

D 22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3927515/31 "02 (22) 12.07.85 (46) 15.03.88. Бюл. У 10 (71) Днепропетровский металлургический институт им. Л. И. Брежнева и Украинский государственный институт по проектированию металлургических з ав о до В (72) Ю. А. Гичев, Ю. С, Кривченко, Г. И. Низяев и 10. И. Розенгарт (53) 669,184.132,6(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 236495, кл. С 21 С 5/38, 1967.

Авторское свидетельство СССР

Ô 1346680, кл. С 21 С 5/42, С 21 С 5/38, 12,05.85. (54) СПОСОБ ТЕПЛОВОЙ ПОДГОТОВКИ

МЕТАЛЛОЛОМА ДЛЯ КОНВЕРТЕРНОЙ ПЛАВКИ

ПРИ ОТВОДЕ ГАЗОВ С ДОЖИГАНИЕМ И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

„„SU„„1381168 А1 (57) Изобретение относится к области черной металлургии, конкретно к утилизации тепла конвертерного газа при его отводе с дожиганием путем тепловой подготовки применяемого в конвертерной плавке металлолома.

Цель изобретения — снижение себестоимости стали за счет увеличения доли металлолома в металлошихте.

Тепловую подготовку металлолома для конвертерной плавки проводят в три стадии. В период продувки продукты сгорания конвертерных газов, охлажденные в камере 3 томления до 16001700 С, пропускают через заполненную ломом камеру 18 нагрева. В начале межпродувочного периода нагретый лом проталкивают в футерованную камеру 3 томления поршнем 26, Томление лома происходит в межпродувочI:38 1 ный период в камере 3 томления под действием теплового потока от поверхности, предварительно разогретой отходящими газами кладки, Расплавление металлолома осуществляют в течение последующей продувки высокотемпературными продуктами сгорания конвертерного газа в камере 3 томления. Полученный расплав по наклонному поду 10, сходящемуся в центру и сопряженному с леткой ll, отводят в емкость-копильник 14, из которого расплав заливают в конвер168 тер 1 после выпуска плавки, Кмеру 3 томления снабжают торцовой стенкой 6.

Боковые стенки камеры 3 томления соединяют с участком 2 газохода посредством двух криволинейных участков 4 и 5. Изобретение позволяет по" лучить лом после тепловой подготовки в расплавленном состоянии, уменьшить долю чугуна в металлошихте, снизить себестоимость стали на 1,5-57, довести общий расход металлолома до

507. от массы всей металлошихты, 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к утилизации тепла конвертерного газа путем тепловой подготовки применяемого в конвертерной плавке металлолома. 5

Цель изобретения — снижение себе" стоимости стали за счет увеличения доли металлолома в металлошихте.

На фиг. I приведена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — вид

А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. I на фиг. 4 - график изменения температуры металлолома при его тепловой подготовке по предлагае15 мому способу, Сущность изобретения заключается в проведении тепловой подготовки металлолома для конвертерной плавки в три стадии, Первая стадия осуществля20 ется в период выхода конвертерного газа в течение всего периода продувки. На второй стадии, проходящей в камере томления, металлолом в течение межпродувочного периода (от его. начала до завершения операции выпуска плавки) подвергают тепловой обработке эа счет излучения предварительно нагретой отходящими газами кладки камеры томления. На третьей сталии производят расплавление металлолома путем обработки его продуктами сгорания отходящих конвертерных газов в течение последующего периода продувки.

Согласно предлагаемому способу 35 трехстадийная подготовка обеспечива" ет существенное увеличение времени

2 тепловой обработки лома и позволяет путем постепенного наращивания температурного уровня процесса создать условия, необходимые для его расплавления, Увеличение времени процесса достигается как эа счет увеличения времени стадии томления до мак" симальной величины, соответствующей продолжительности всего межпродувочного периода, так и за счет присоединения к тепловой подготовке лома последующей продувки конвертера. В результате время тепловой обработки по сравнению с известным способом увеличивается примерно в два раза, а эффект стадии томления, заключающийся в выравнивании температуры массы нагреваемого лома, которое обеспечивает его быстрое плавление, становится наиболее ощутимым.

Необходимость осуществления третьей стадии - расплавления - в те" чение последующей продувки конвертера после томления лома обусловлена следующими причинами.

Во-первых, в период продувки конвертера создается возможность осуществления непосредственного контакта предварительно нагретого лома с наиболее высокотемпературными продуктами сгорания (2100-2250 С), что является решающим фактором для получения расплава.

Во-вторых, в период продувки обеспечивается прямое преобразование теплоты конвертерного газа в тепловую энергию нагретого лома и его

1381168 расплава беэ промежуточной аккумуляции тепла, которая сопряжена с дополнительными потерями и ведет к снижению температурного уровня процесса.

В-третьих, последующая продувка конвертера происходит после стадии томления лома, протекающей в течение всего межпродувочного периода и обеспечивающей высокое качество теп" ловой подготовки лома перед его расплавлением, которое заключается в выравнивании температуры по всей массе нагреваемого лома и толщине его кусков, а также максимальной утилизации тепла конвертерного газа предыдущей продувки, частично аккуму" лированного кладкой камеры томления.

Таким образом, sa счет выполнения 2 предлагаемым способом операций в обусловленной им последовательности достигается увеличение продолжитель" ности тепловой подготовки лома, завершенность стадии томления, макси" мальное использование тепла конвер" терного газа, аккумулированного кладкой, и необходимые для плавления температурные условия на третьей стадии процесса, что в комплексе обеспечивает расплавление подаваемого в конвертер лома в течение после" дующей продувки.

Для реализации предлагаемого спо" соба используется следующее устрой" ство.

Над конвертером 1 размещен прилегающий в нему участок 2 газохода, который в верхней части рвзветвлен нв два сходящихся в камере З,томления криволинейных участка 4 и 5.

Камера 3 томления выполнена в виде участка гаэохода с сечением, большим чем остальные участки газохода устройства. Полость камеры 3 томле" ния ограничена торцовой стенкой 6, боковыми стенками 7 и 8 и сводом 9, изготовленными в виде кладки иэ огнеупорного материала. Под 10 камеры 3 томления выполнен наклонным, сходящимся к центру и сопряжен с размещенной под ним леткой 11.

Боковые стенки 7 и 8 камеры 3 томления оборудованы соответственно входными окнами 12 и 13 через которые полость камеры томления связана с криволинейными участками 4 и 5 гвэохода 2. Входные окна 12 и

13 расположены таким образом, что их вертикальные оси симметрии лежат в одной плоскости с соосными подом 10 и леткой 1I.

Под леткой ll установлена промежуточная емкость-копильник 14> выпускное отверстие 15 которого оборудовано поворотной заслонкой 16 и ориентировано в пространстве таким образом, что обеспечивает заливку расплава лома в полость конвертера при повороте его нв небольшой для этого угол.

Возможны также другие варианты выполнения промежуточной емкости для расплава (не показаны), например в виде миксера (или ковша), установленного на поворотной оси, размещенной параллельно оси вращения конвертера, что обеспечивает путем взаимного поворота совмещение сливного отверстия миксера с отверстием в горловине конвертера °

Полость камеры 3 томления через промежуточный участок 17 газохода сообщена с камерой 18 нагрева, сов" мещенной с приемно-загрузочной камерой 19, которая имеет в верхней части загрузочное отверстие 20 с

0 крьппкой 21, закрепленной на поворотной оси 22.

Камера 18 нагрева сопряжена с участком 23 газоходв, который в торцовой части имеет окно 24, а в верх" ней части через участок 25 газохода сообщен с традиционными последовательно соединенными между собой элементами гаэоотводящего тракта конвертера охлвдителем, газоочисткой, нагнетвтелем и дымовой трубой (элементы газоотводящего тракта не показаны).

Окно 24 фиксирует крайнее правое положение I толкателя, который выполнен в виде поршня 26, имеющего

45 возможность перемещения параллельно поду 27 камеры 18 нагрева, с сечением, одинаковым с поперечным сечением отделяемого им от камеры 18 на грева участка 23 газохода. При этом поперечное сечение поршня 26 также одинаково с поперечным сечением промежуточного участка 17 газоходв и камеры 18 нагрева.

Крайним левым положением II nopm. ня 26 является. место сопряжения по" да 28 промежуточного участка 17 газохода с наклонным подом 10 камеры

3 томления. При этом под 28 проме1381168 жуточного участка 17 гаэохода выполнен на одном уровне с подом 27 камеры 18 нагрева °

Рабочим положением поршня 26 яв5 ляется также положение III при котором поршень расположен в месте сопряжения камеры 18 нагрева с участком 23 гвзоходв и отделяет их полости одна от другой. 10

Предлагаемый способ тепловой подготовки металлолома для конвертерной плавки реализуется следующим образом.

Гаэ, выходящий иэ конвертера 1 с температурой 1600-1800 С, улавливают при помощи участка 2 газоходв и дожигают эа счет подсоса ноэдуха.

Процесс дожигания протекает по всей длине участка 2 газохода, включая его криволинейные участки 4 и 5, и завершается образованием продуктов сгорания при температуре 2100-2250 С, с которой их направляют через входные окна 12 и 13 в камеру 3 томления. 25

В дальнейшем тепло продуктов сгорания конвертерного газа используют на тепловую подготовку металлолома.

В камере 3 томления и результате плавления предварительно нагре.того лома и частичной аккумуляции тепла кладкой камеры температура продуктов сгорания снижается до

1600-1700 С, в затем их подают через промежуточный участок 17 гвэоходв в камеру IS нагрева °

Продукты сгорания после просасывания через слой нагреввемого лома, размещенного в камере 18 нагрева, охлаждаются до 750"800 С, затем их направляют через последовательно соединенные участки 23 и 25 гвэохо" да н гвэоотводящий тракт, где происходит доутилиэация тепла продуктов сгорания (например, на производство горячей воды или пара в экранированном газоходе-охладителе), очистка их от пыли и сброс при помощи нагие" тателя через дымовую трубу в атмосФеру.

Во время продувки при отводе газа в поршень 26 находится в крайнем правом положении I закрывая окно 24 и исключая тем самым подсосы воздуха через него н гаэоотводящий тракт. 55

В начале межпродувочного периода поршень 26 перемещают в положение

II, проталкивая металлолом иэ камеры 18 нагрева в камеру 3 томления.

Затем его возвращают и устанавливают в положение III обеспечивая возможность загрузки камеры 18 нагрева сле. дующей порцией лома для его подогрена перед подачей в камеру томления.

При этом положении (III) поршень изолирует камеру 3 томления и каме" ру 18 нагрева от гаэоотнодящего тракта, что исключает прососы возду" ха через камеры 3 и 18 при работающем нагревателе. Воздух при этом по" падает в тракт не через участок 2 газохода, а через окно 24, минуя таким образом камеры 3 и 18.

Загрузку лома, которую производят в камеру 18 нагрева после установки поршня в положение III, осуществляют через загрузочное отверстие 20 в приемно-загрузочной камере 19, совмещенной с камерой 18 нагрева.

Количество загружаемого лома обес" печивает перекрытие поперечного сечения камеры 18. Это создает солевой режим нагрева при просасывании через лом продуктон сгорания во время продувки.

Процесс тепловой подготовки лома производят н три стадии, образующие цикл.

На фиг. 4 кривыми 1-4 показано изменение температуры металлолома (t ) в процессе его тепловой подготонки для следующих одна эа другой порцией лома (соответственно 1-4), подаваемых в конвертер в течение ряда плавок. При этом приняты следующие обозначения: и „ - продолжительность стадий нагрева, томления и плавления при тепловой подготовке лома; и ц — продолжительность цикла теплоной подготовки, определяемая сум" м и n + и + и ° ц N р1

7„, 7 „ „р — пРодолжительность продувочного и межпродуночного перно" дов кислородно-конвертерной плавки;

in„ - продолжительность конвертерной плавки;

Индексы 1-4 при ".„, и,, ". „и указывают на принадлежность интервалов времени тепловой подготовки к соответствующей порции лома (или циклу).

Перную стадию тепловой подготон" ки — нагрев лома — осуществляют н период продувки конвертера. Прн это 1 продукты сгорания, предварительно

1381168

20

35

55 охлажденные в камере 3 томления до температуры 1600-1700 С, пропускают через заполненную ломом камеру 18 нагрева. Это обеспечивает нагрев лома от исходной температуры до среднемассовой температуры 700о

750 С и охлаждение продуктов сгорания в среднем до 750-800 С. Продол-. жительность стадии нагрева лома (1 ) н равна продолжительности продувки конвертера (,р ) .

После завершения продувки в начале межпродувочного периода нагретый лом проталкивают в камеру 3 томления путем перемешивания поршня из по" ложения I в положение II, затем поршень устанавшивают в положение

III.

Вторая стадия тепловой подготовки - томление — происходит в камере

3 под действием теплового потока от поверхности кладки, разогретой во время прошедшей продувки до температуры 1800-1900 С. Томление сопровождается выравниванием температуры лома по массе и толщине его кусков, а также повышением его среднемассовой температуры до 1100-1200 С sa счет усвоения тепла, аккумулированного кладкой. Стадия томления осу" ществляется в течение всего межпродувочного периода.

Третью стадию — расплавление— осуществляют в течение последующей продувки конвертера также в камере 3 томления, На этой стадии благодаря тепловой подготовке лома в предыдущих двух стадиях и эа счет двусторонней подачи непосредственно в слой лома высокотемпературных продуктов сгорания за время одной продувки („) достигаются необходимые температурные условия для расплавления (1450-1550 С) и расплавление лома, подаваемого в конвертер.

Полученный расплав при помощи наклонного пода 10 камеры 3 томления и летки 11 отводят в емкость" копильник 14, из которого расплав после операций выпуска плавки заливают в конвертер 1. Заливку расплава производят путем поворота конвертера на угол, необходимый для совмещения отверстия в его горловине с выпускным отверстием 15 копильника

14.

При расплавлении лома происходит также частичная аккумуляция тепла продуктов сгорания конвертерного газа в кладке камеры 3 томления, а также частичная доутилизация из тепла на первой стадии очередного цикла тепловой подготовки последующей порции лома, размещенной в камере

l8 нагрева. Таким образом происходит совмещение двух стадий каждого цикла тепловой подготовки — одновременно со стадией расплавления предыдущего цикла происходит стадия нагрева порции лома последующего цикла.

В результате суммарная продолжительность тепловой подготовки подаваемого в конвертер лома равна суммарной продолжительности одной конвертерной плавки и продувки последующей плавки конвертера (фиг, 4) л ьК+ ь + l> 0ил+

"мир + 2 ер

Выполнение прилегающего со стороны конвертера к камере томления газохода в виде двух сходящихся в камере криволинейных участков обусловлено необходимостью двусторонней подачи к массе предварительно нагретого лома высокотемпературных продуктов сгорания. Этим достигается их одновременное равномерное и интенсивное тепловое воздействие на всю массу лома, которое вместе с высокой температурой продуктов сгорания и предварительной тепловой подготовкой лома в период предыдущих стадий нагрева обеспечивает его расплавление в течение времени одной продувки конвертера.

Выполнение участков газохода, прилегающего в конвертеру, криволинейной конфигурации обусловлено разностью размеров поперечных сечений газохода и камеры томления, а также необходимостью обеспечения длины участка газохода, достаточной для завершения процесса дожигания конвертериого газа с целью получения продуктов сгорания с максимальной температурой.

Выполнение пода камеры наклонным, сходящимся к центру обеспечивает концентрацию теплового потока излучением от наклонной поверхности пода путем фокусирования потока на оси летки в нижней части камеры томле" ния. Это образует зону максимальных тепловых напряжений в рабочем пространстве камеры томления непосред1381168

10

I5

55 ственно над выпускным отверстием (т.е. своеобразную горячую воронку), что поддерживает интенсивный нагрев и расплавление лома в этой зоне.

Область высоких тепловых напряжений способствует здесь также успешной реализации завершающей фазы расплавления - отвода расплава с поверхности лома путем обеспечения и поддержания жидкотекучего состояния расплава.

Концентрация теплового напряжения у поверхности наклонного, сходящегося к центру пода способствует вместе с аккумулированным камерой томления теплом и подачей наиболее высокотемпературного газа на рас" плавление мобилизации тепловых ресурсов процесса в ограниченный продол" жительностью продувки конвертора промежуток времени расплавления.

Кроме того, выполнение пода камеры томления наклонным, сходящимся к центру и сопряженным с размещенной под ним леткой обеспечивает по мере образования расплава концентрацию его потока в центральной части пода, что, как и концентрация теплового излучения у поверхности пода, 1 способствует улучшению выпуска металла иэ камеры расплавления эа счет снижения отдачи тепла расплавом (например, по ставнению с пленочным режимом движения) к окружающей поверхности кусков нерасплавленного лома °

Снижение теплоотдачи концентрированным потоком по сравнению с пленочным обусловлено меньшей его удельной (на единицу массы) поверхностью контакта с окружающими тепловоспри" нимающими поверхностями лома и футеровки.

Это обстоятельство весьма важно при периодическом расплавлении лома, когда начало и конец стадии расплавления характеризуется ограниченным количеством отводимого расплава, а, следовательно, ограниченным количеством аккумулированного в нем тепла, что может быть причиной при незначительном охлаждении потери расплавом текучести.

После завершения стадии расплавления обеспечивается также уровень поверхности сконцентрированной в копильнике массы расплава ниже уровня пода камеры томления при минимальной открытой поверхности расплава со стороны камеры плавления, Углубленное в летку положение уровня расплава и минимальная его открытая поверхность обеспечивают возможность подачи в камеру томления сразу же после завершения продувки конвертера (т.е, сразу после завершения стадии расплавления) следующей порции лома и тем самым позволяют максимально использовать ограниченное продолжительностью конвейерной плавки время процесса беэ описания затвердевания поверхности расплава, которое возможно при контакте его с относительно холодной поверхностью лома, подаваемого, в камеру томления.

На фиг. I уровень расплава в емкости-копильнике 14 показан до завершения стадии расплавления, т.е. копильник полностью не заполнен.

Необходимость в минимальной открытой поверхности расплава с целью исключения его охлаждения обусловлена также вынужденной задержкой лома в копильнике до завершения операций выпуска плавки иэ конверте" ра °

Предлагаемое изобретение обеспе чивает по сравнению с известным способом и устройством повышение эффективности утилизации тепла конвертерного rasa и расплавление подаваемого в конвертер лома. При этом повы" шение эффективности утилизации тепла заключается в использовании высокотемпературного потенциала конвертерного rasa на расплавление лома, а также в более полной реализации возможностей камеры томления эа счет повышения ее температурного уровня и снижения потерь аккумулированного ей тепла в окружающую среду, которое достигается увеличением времени томления и исключением охлаждения полости камеры при выдаче лома после тепловой подготовки. Все это приводит к повышению степени полезного использования тепла конвертерного

rasa непосредственно в процессе тепловой подготовки лома íà 10-15Х

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа и реализующего его устройства заключается в получении лома после тепловой продувки в расплавленном состоянии., что позволяет подать его в конвертер

1 381168

12 взамен чугуна. Это соответственно уменьшает долю чугуна в металлошихте конвертерной плавки и приводит к снижению себестоимости выплавляемой стали на 1,5-5,0Х по сравнению с базовыми объектами в зависимости от соотношения цен на лом и чугун, Изобретение обеспечивает рас" плавление 25Х лома от массы металлошихты конвертерной плавки при раэме" ре поперечного сечения кусков лома до 25 мм, а также соответственно, 207. лома при размере кусков до 200 мм;

157 - до 300 мм; 10X. " до 400 мм и

57. - до 500 мм. При этом подача в конвертер расплава лома не исключает присадку лома в твердом состоянии непосредственно в конвертер в обычном его количестве, например 257 от 20 массы метаплошихты. В результате общий расход лома составляет 30-50Х от массы металлошихты в зависимости от вида (размера) переплавляемого лома. 25

На основании опытных данных можно рекомендовать переплавлять по предлагаемому изобретению относительно мелкокусковой лом, а крупнокусковой подавать непосредственно в кон-30 вертер под залив чугуном. Это позволяет переплавить максимальное количество лома (257), а также исключает переохлаждение заливаемого в конвертер чугуна, которое выэывает35 ся его заливкой на межкусковой лом, имеющий развитую тепловоспринимающую поверхность, что приводит к холодному началу кислородной продувки, 40

Формула изобретения

1 ° Способ тепловой подготовки металлолома для конвертерной плавки при отводе газов с дожиганием, включающий улавливание отходящих конвертерных газов, их дожигание, нагрев металлолома продукции сгорания в течение периода продувки одной плавки и томление нагретого металлолома, которое производят в межпродувочный период, отличающийся тем, что, с целью снижения себестоимости стали за счет увеличения доли металлолома в металлошихте, после томления металлолом подвергают расплавлению путем его обработки продуктами сгорания отходяших конвертерных газов в течение продувки второй плавки.

2. Устройство для тепловой подго" товки металлолома для конвертерной плавки при отводе газов с дожиганием, содержащее расположенную в гаэоходе камеру нагрева, совмещенную с приемно-загрузочной камерой и соединенную посредством газозода с гаэоотводящим трактом, примыкающую к камере нагрева камеру томления, совмещенную с участком газохода, расположенного со стороны конвертера, при этом камера томления имеет поперечное сечение больше чем камера нагрева, расположенный параллельно поду камеры нагрева толкатель в виде поршня с возможностью возвратно-поступательного перемещения, сечение которого равно поперечному сечению гаэохода, примыкающего к каме" ре нагрева со стороны гаэоотводящего тракта, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения себесто" имости стали за счет увеличения доли металлолома в металлошихте путем его расплавления, камера томления снабжена со стороны конвертера торцовой стенкой и леткой, размещенной в цент.ре ее пода, который выполнен наклонным, сходящимся к центру и сопряжен с леткой, а прилегающий к камере томления со стороны конвертера газо" ход выполнен в виде двух криволинейных участков, соединенных с боковыми стенками камеры томления, I 381!68

1381168

1800

)ФОО

1000

800 бОО

Составитель Л, Шарапова

ТехРед М.Дидык Корректор Г. Решетник

Редактор М. Петрова

Заказ 1165/28 Тирах 545 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делаи изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4