Способ выплавки стали в конвертере

 

Использование: в черной металлургии, а именно в кислородно-конвертерных способах производства стали, Сущность изобретения: в ванну загружают металлолом, нагревают его сжиганием углеродсодержащего топлива и заливают чугун. Дополнительно вводят отходы на основе полистирола, предпочтительнее пенополистирол, в количестве 20-40% от объема загружаемого топлива. В качестве углеродсодержащего топлива используют тощие угли . Отходы полистирола и уголь вводят при соосношении размеров их частиц (0,5- 1,8):1. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 21 С 5/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ! Сл)

i QQ

Ю

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (21) 4777121/02 (22) 02.01.90 (46) О?,05,92. Бюл. N. 17 (71) Днепропетровский металлургический институт (72) В.И.Баптизманский, А.Г.Величко, Ю,Г.Кориновский, Л,Н.Хоружая и Б.М.Бойченко (53) 669.184.244.66 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1125258, кл; С 21 С 5/28, 1983.

Авторское свидетельство СССР

N 1375656, кл, С 21 С 5/28, 1984.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к кислородно-конверторному способу производства стали.

Известен способ выплавки стали в кислородном конвертере, включающий загрузку твердого натурального топлива в конвертер совместно с газовым углем, Замена части углеродсодержащего энергоносителя с высоким содержанием летучих (кокса, антрацита, тощего угля) газовым углем с большим содержанием летучих составляющих снижает температуру воспламенения и несколько сокращает длительность подготовительного периода.

Газовый уголь играет роль интенсификатора процесса сжигания угля.

Недостатком данного способа является то, что в условиях слоевого сжигания топлива в конвертере влияние присадок газового угля сказывается лишь на подготовитель„„. Ж„„1731824 А1 (54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В. КОНВЕРТЕРЕ (57) Использование: в черной металлургии, а именно в кислородно-конвертерных способах. производства стали, Сущность изобретения: в ванну загружают металлолом, нагревают его сжиганием углеродсодержащего топлива и заливают чугун. Дополнительно вводят отходы на основе полистирола, предпочтительнее пенополистирол, в количестве 20 — 40% от объема загружаемого топлива. В качестве углеродсодержащего топлива используют тощие угли. Отходы полистирола и уголь вводят при соосношении размеров их частиц (0,5—

1,8):1. 1 табл, ном периоде, а интенсивное стабильное горение коксового. остатка обоих видов топлива в слое не обеспечивается. Низкосортные (мелкозернистые) и тощие виды углей, применяемые в конвертерном процессе для нагрева металлолома после загрузки, образуют плотный слой, поступление тепла и окислителя в который затруднено. Это приводит к нестабильному процессу сжигания угля в конвертере, уголь за время нагрева не успевает весь сгореть и после слива чугуна усваивается металлом, В результате уголь вносит дополнительно азот, который усваивается ванной, что снижает качество стали.

Целью изобретения является повышение качества стали за счет снижения содержания азота в результате интенсификации процесса нагрева и горения тощего угля и его полного сжигания за время нагрева металлолома.

1731824

20

35

Сжигание низкосортного тощего угля, загружаемого на лом или днище конвертера, как правило, происходит в слое. Особенностью процесса является наличие противотоков: подаваемого кислорода, подводимого тепла к поверхности взаимодействия с одной стороны и отвод продуктов сгорания с другой. Слой мелкозернистого тощего угля плотный и в условиях отсутствия подвода тепла и подготовки топлива к горению в слое сгорает нестабильно, периоды до воспламенения топлива и горения коксового остатка занимают длительное время.

Как показали экспериментальные исследования в лабораторном конвертере создание газопроницаемого, рыхлого слоя топлива при его сжигании сокращает длительность подготовленного периода, а горение коксового остатка протекает стабильно и интенсивно по всей поверхности топлива.

Наличие газопроницаемого слоя обеспечивает прогрев топлива в глубину, тем самым осуществляется подготовительная операция к сжиганию нижних слоев тощего угля.

Облегчаются условия подвода тепла и кислорода к нижним слоям топлива и интенсифицируется процесс горения коксового остатка, B результате весь тощий уголь за время нагрева успевает сгореть и после слива чугуна не попадает в сталеплавильную ванну. Металл не насыщается азотом и качество стали повышается, Наиболее доступными и приемлемыми материалами, создающими газопроницаемый слой топлива, являются органические материалы на основе полистирола. Целесообразно использование отходов производства или потребления полистирола, Это материалы имеют температуру деструкции

200 — 300 С. В результате деструкции выделяется газообразный стирол, который в присутствии кислорода сгорает.

При совместной загрузке тощего угля с материалом на основе полистирола в результате воздействия высокотемпературной атмосфере рабочего пространства конвертера происходит быстрая деструкция полистирола и сжигание газообразного стирала. Вместо сгоревшего интенсификатора остается пустота в слое топлива. Процесс идет по слою топлива, создавая газопроницаемые зоны, обеспечивая хорошие условия для подвода тепла и кислорода и сжигания низкосортного мелкозернистого тощего угля в конвертере. Стабильное интенсивное горение коксового остатка обеспечивает его полное сжигание в конвертере до слива чугуна в конвертер. Тощий уголь не усваивается ванной и, следовательно, не вносит дополнительно азот. Качество стали повышается.

Предпочтительнее использовать пенополистирол (температура дегазации 200—

250 С). В соответствии с изобретением при сжигании 1 т тощего угля в конвертере для предварительного нагрева металлолома в

150-тонном конвертере (ругля = 1,5 т/м ) з требуется 0,3-0,6 м отходов полистиоола. з

его плотность составляет 15 — 30 кг/м, т,е. понадобиться порядка 5 — 15 кг подготовленного пенополистирола.

Применение материала — разрыхлителя слоя с высокой температурой деструкции не обеспечивает быстрого сгорания материала — интенсификатора и образование газопроницаемого слоя происходит с задержкой, что не обеспечивает стабильности процесса сжигания коксового остатка топлива.

Экспериментально установлено, что наилучшие результаты интенсификации процесса получены при загрузке пенополистирола в количестве 20 — 40% от объема загружаемого топлива. В этом случае горение коксового остатка происходит стабильно и интенсивно по всей поверхности тощего угля, При загрузке меньшего количества пенополистирола цель изобретения не достигается, так как уголь не прогревается в достаточной мере, а количество пор не достаточно для обеспечения газопроницаемости слоя топлива и эффективного подвода тепла и окислителя в глубину слоя угля и, в конечном итоге, не обеспечивает полное сжигание угля, При достижении пенополистирола более 40% от объема угля снижается интенсивность сжигания тощего угля. Большое количество интенсификатора в угле приводит к неравномерному распределению пенополистирола в слое, что снижает газопроницаемость топлива. Разрушение пор после выхода газов происходит за счет осыпания тощего угля в каналы пор, что и уменьшает газопроницаемость слоя топлива, За время нагрева уголь не успевает сгореть полностью, Предпочтительнее применение пенополистирола с размером частиц 0,5 — 1,8 от среднего размера частиц загружаемого тощего угля. При данном размере материала происходит образование пор, обеспечивающих наилучшую газопроницаемость слоя топлива. При меньших размерах частиц величина образующих пор незначительно и слой топлива плотный, Требуемой газопроницаемости слоя достичь не удается. При большом размере частиц пенополистирола образуются поры относительно большого размера и после их сгорания происходит

1731824

55 разрушение пор за счет засыпания пор мелкозернистым углем. В результате ухудшается тепло- и массообмен в слое сжигаемого топлива и тощий уголь не сгорает за время нагрева.

Проведены испытания по предлагаемой технологии.

В таблице приведены примеры реализации предлагаемого способа выплавки стали в конвертере по сравнению с известным в однотонном конвертере.

Опробывание способа проводят на однотонном конвертере. В конвертер загружают 200 кг металлолома и низкосортный уголь марки Т (тощий) в количестве 12,5 кг, Вместе с углем в конвертер загружают отходы пенополистирола с температурой диструкции 200 С и плотностью 20 кг/мэ.

Кислород подают с расходом 2 м /мин.

Длительность прогрева определяют необ ходимостью подачи кислорода в стехиометрическом соотношении для сжигания всего количества тощего угля.

После прогрева металлолома путем сжигания тощего угля кислородом в полости конвертера проводят слив жидкого чугуна с температурой 1320 С и осуществляют продувку ванны кислородом с расходом

3 м /мин. По ходу продувки загружают 60 кг извести. Сталь имеет следующий химический состав, : С 0,1; Si следы; Мп 0,12—

0,16; $ до 0,04, P до 0,015, Учитывая, что количество загружаемого угля и время его сжигания одинаково на всех опытных плавках, об эффективности процесса судят по содержанию азота в стали. Стабильное горение топлива и его полное сжигание в ходе прогрева приводят к тому, что уголь не попадает в металлическую ванну и содержание азота в стали невысокое. Если не обеспечивается полное сжигание топлива в слое, уголь весь не сгорает за время нагрева, после слива чугуна усваивается ванной и содержание азота в стали на выпуске высокое.

Сравнительные плавки по известному способу (таблица, плавки) проводят с добавками газового угля в количестве 20 — 30 от веса загружаемого угля. Общее количество угля на прогрев составляло 12, 12,5, 13 кг.

Длительность нагрева 9,0 — 9,5 мин обеспечивает подачу кислорода в количестве, необходимом для сжигания топлива.

Визуально в ходе прогрева наблюдают более раннее воспламенение угля по сравнению с загрузкой только тощего угля, однако за время нагрева уголь не сгорает полностью, Несгоревший уголь после слива чугуна усваивается ванной, что приводит к

35 насыщению стали азотом, Содержание азота в стали 0,0069 — 0,0071, Плавки 4-9 проведены по предлагаемому способу, плавки 4 и 5 — с загрузкой пенополистирола в количестве 19 от объема используемого угля. Видно, что содержание азота в стали высокое и составляет

0,0067 — 0,0069, т,е. при нагревании металлолома весь уголь не сгорает и усваивается ванной после слива чугуна, т.е. не обеспечивается интенсивное и стабильное горение топлива. Загрузка интенсификатора в таком количестве не обеспечивает повышение качества стали за счет снижения содержания азота.

При загрузке пенополистирола и тощего угля с соотношением размеров 0,4:1,0 и

1,9:1,0 содержание азота также высокое (плавки 6 и 7) соответственно 0,0068 и

0,0069 . В первом случае образующие поры в слое топлива малой величины и необходимая газопроницаемость слоя не обеспечивается. При большем размере частиц интенсификатора (1,9:1,0) поры образуются относительно большие и засыпаются мелкозернистым углем. Все зто ухудшает условия сжигания топлива и часть угля усваивается ванной после слива чугуна, Применение пенополистирола в количестве 40 от объема используемого угля, но с размерами 0,4;1,0 и 1,9;1,0 не приводит к созданию достаточной газопроницаемости слоя топлива и улучшению условий сжигания угля (плавки 16 и 17). В результате весь уголь не сгорает, а усваивается ванной. Содержание азота 0,0068 — 0,0069 .

Плавки 18 и 19 проведены с загрузкой пенополистирола в количестве 41 от объ ема используемого угля. Такое количество материала, хотя и при оптимальных размерах пенополистирола относительно применяемого топлива, не приводит к улучшению сжигания слоя угля и полного его сгорания не достигается. Содержание азота в стали

0,0067 — 0,0068 " .

Плавки 8- 15 проведены в соответствии с предлагаемым способом. Объем загружаемого с топливом пенополистирола 20 — 40 от объема используемого угля. Средние размеры частиц пенополистирола и угля находятся в отношении (0,5 — 1,8):1. В результате создания оптимальной газопроницаемости слоя сжигаемого угля последний полностью сгорает и усваивается ванной после слива чугуна. Содержание азота на этих плавках

0,0056 — 0,0060, что ниже. чем на плавках по известному способу и в других примерах.

Анализ таблицы показывает, что использование способа выплавки стали обеспечивает стабильное и полное сжигание

1731824 топлива в газопроницаемом слое. В результате при одном и том же количестве топлива и длительности периода нагрева содержание азота на плавках, проведенных по предлагаемому способу, на 0,00070 — 0,00075 ниже по сравнению с известным. Изобретение позволяет повысить качество стали. топлива, заливку чугуна, продувку расплава кислородом, отл и ча ю щи и с ятем, что, с целью повышения качества стали за счет снижения содержания азота в металле, в

5 ванну дополнительно вводят отходы на основе полистирола, предпочтительнее пенополистирол, в количестве 20-40 от объема загружаемого топлива, а в качестве углеродсодержащего топлива используют тощие yr10 ли, при этом отходы полистирола и уголь вводят в смеси при соотношении размеров частиц (0,5 — 1,8):1.

Формула изобретения

Способ выплавки стали в конвертере, включающий загрузку лома в агрегат, нагрев .его сжиганием углеродсодержашего

Объем эагружаемого в конвертер пенополистирола, от объема испол ьзуемого гля

Отношение среднего размера частиц пенополистирола к размеру частиц угля

Расход газового угля, в от расхода тощего угля

Длительность нагрева, мин

Содержание азота в стали на повал ке, оу

Расход тощего угля на нагрев, кг

Расход кислорода на нагрев, м (стехиометрческий) 10

18

18,75

19,5

9,4

9,8

0,0071

0,0069

0,0070

19

19

41

С использованием в качестве иннсификатора газового угля (известный)

2

Предлагаемый

5

7

9

11

12

13

14

16

17

18

12,5

12,5

12,5

12,5

12,5

12,5

12,5

12,5

12,5

12,5

12,5

12,5

12,5

12,5

12,5

12,5

0,5:1

1,8:1

0,4:1

1,9:1

0,5:1

1,0;1

1,8:1

0,5:1

1,8:1

0,5:1

1,0:1

1,8:1

0,4:1

1.9:1

0,5:1

0,8:1

18,75

18,75

18,75

18,75

18,75

18,75

18,75

18,75

18,75

18,75

18,75

18,75

18,75

18,75

18,75

18,75

9,4

9,4

9,4

9,4

9,4

9,4

9,4

9,4

9,4

9,4

9,4

9,4

9,4

9,4

9,4

9,4

0,0069

0,0067

0,0068

0,0068

0,0059

0,0059

0,0060

0,0057

0,0060

0,0058

0,0060

0,0056

0,0060

0,0068

0,0067

0,0068