Способ выплавки стали

 

Использование: в черной металлургии, в частности в производстве стали в подовых плавильных печах. Сущность изобретения: в рабочее пространство печи через сводовую горелку подают топливо с направлением факела по продольной оси ванны и Изобретение относится к черной металлургии , в частности к производству стали в подовых плавильных печах. Целью изобретения является интенсификация про цесса выплавки стали и увеличение стойкости печи. На фиг. 1 показана схема работы сводовых горелок в зависимости от направления факела торцевых горелок в период прогрева шихты в подовом сталеплавильном агрегате; на фиг.2 - схема использования и расположения подвижных сводовых газо-. продувают расплав окислителем через продувочную фурму, В периоды завалки и прогрева шихты сводовую горелку возвратно-поступательно перемещают в вертикальном направлении с частотой 1 цикл/мин. По мере оседания расплавляемой шихты амплитуду перемещения горелки увеличивают, поддерживая постоянным расстояние от поверхности свода и от поверхности шихты в крайней верхней и нижней точках колебания фурмы, равным 0,20-0,35 высоты свода. В период продувки расплава окислителем отключают подачу топлива и на сводовую горелку подают окислитель в. количестве, равном его расходу на продувочные фурмы. Нижний торец сводовой горелки устанавливают на расстояние от поверхности ванны, которое определяется из выражения Н В ctg а, где Н - расстояние между нижним торцом головки горелки и поверхностью ванны, м; а.- угол наклона продольной оси струй кислорода к вертикальной оси горелки , град.; В - расстояние между осью, продувочной фурмы и торцом головки горелки , м. 2 ил., 3 табл. (Л С кислородных горелок для дожигания окиси углерода, выделяющейся из очагов продувки ванны кислородом, в комплексе с продувочными фурмами в периоды плавления и доводки. Нагрев шихты 1 в периоды завалки и прогрева плавки осуществляется с помощью стационарных торцевых горелок 2 в сочетании с группой подвижных сводовых газокислородных горелок 3, которые с помощью исполнительного механизма возвратно-поступательно перемещаются в 00 СА) О О OJ

(.О103 СОВЕ1СКИХ

СОЦИАЛИСТИ (FCKMX

Р Е СГ1УБЛ И К (5I)5 С 21 С 5/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПА ЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4836749/02 (22) 11.06.90 (46) 30.04.93. Бюл, N. 16 (71) Институт черной металлургии (72) В,Т.Лобачев, А.И.Багрий, С.С.Бродский, Б.Л.Кузьминых, В,В.Несвет, A,А.Ситало, В,Я.Ботвинский, А.А.Карпенко, В.cD, Поляков, В,И.Шведченко, Г.М,Хилько и А.Н,Зайвый (73) Институт черной металлургии и Днепропетровский металлургический комбинат им.

cD,Э.Дэержинского (56) Доброхотов Н.Н. и др, Мартеновское производство стали. М.: Металлургия, 1964, с, 240, Авторское свидетельство СССР

1ч 314800, кл, С 21 С 5/04, 1970.

Авторское свидетельство СССР

М 386011, кл, С 21 С 5/04, 1971. (54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ (57) Использование: в черной металлургии, в частности в производстве стали в подовых плавильных печах. Сущность изобретения: в рабочее пространство печи через сводовую горелку подают топливо с направлением факела по продольной оси ванны и

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству стали в подовых плавильных печах.

Целью изобретения является интенсификация процесса выплавки стали и увеличение стойкости печи.

На фиг.1 показана схема работы своцовых горелок в зависимости от направления факела торцевых горелок в период прогрева шихты в подовом сталеплавильном агрегате; на фиг,2 — схема использования и расположения подвижных сводовых газо-, „„Я1„„1813100 АЗ продувают расплав окислителем через продувочную фурму, B периоды завалки и прогрева шихты сводовую горелку возвратно-поступательно перемещают в вертикальном направлении с частотой 1 цикл/мин. По мере оседания расплавляемой шихты амплитуду перемещения горелки увеличивают, поддерживая постоянным расстояние от поверхности свода и от поверхности шихты в крайней верхней и нижней точках колебания фурмы, равным 0,20 — 0,35 высоты свода.

В период продувки расплава окислителем отключают подачу топлива и на сводовую горелку подают окислитель в. количестве, равном его расходу на продувочные фурмы, Нижний торец сводовой горелки устанавливают на расстояние от поверхности ванны, которое определяется из выражения Н =

= В ctg а, где Н вЂ” расстояние между нижним торцом головки горелки и поверхностью ванны, м; а — угол наклона продольной оси струй кислорода к вертикальной оси горелки, град.;  — расстояние между осью, продувочной фурмы и торцом головки горелки, м.

2 ил., 3 табл, кислородных горелок для дожигания окиси углерода, выделяющейся из очагов продувки ванны кислородом, в комплексе с продувочными фурмами в периоды плавления и доводки.

Нагрев шихты 1 в периоды завалки и прогрева плавки осуществляется с помощью стационарных торцевых горелок 2 в сочетании с группой подвижных сводовых газокислородных горелок 3, которые с помощью исполнительного механизма возвратно-поступательно перемещаются в

1813100 вертикальном направлении с частотой 1 цикл/мин, при этом по мере оседания шихты амплитуду перемещения горелки увеличивают, поддерживая постоянным расстояние от поверхности свода и от поверхности шихты в крайней верхней и нижней точках колебания фурмы, равное

0,20-0,35 высоты свода, Сводовые газокислородные горелки 3 установлены в своде 4 попарно с продувочными сводовыми кислородными фурмами 5. Кислородные и топливные сопла 6 сводовых горелок направлены в сторону близлежащих продувочных фурм и выполнены так, что факел 7, образуемый струями топлива и окислителя, направлен вдоль продольной оси печи под углом а, равным 15-60 к вертикальной оси горелки или 30-75 к горизонтали. Подача окислителя и топлива на левую и правую группу сводовых горелок в период завалки и прогрева синхронизирована с движением факела 8 торцевых горелок, что устраняет противотоки в рабочем пространстве печи, при этом факел 8 не теряет настильности, Непрерывное возвратно-поступательное перемещение горелок в вертикальном направлении позволяет перемещать факел по поверхности нагреваемой шихты 1, что обуславливает увеличение площади теплового воздействия высокотемпературного факела на поверхность шихты, При этом, если расстояние между голбвкой горелки и поверхностью нагреваемоФЪихты и поверхностью свода больше 0,35 высоты свода, то уменьшается ход перемещения горелки и, как следствие, уменьшается площадь и интенсивность нагрева шихты. Если же указанные расстояния меньше 0.20 высоты свода, то при верхнем расположении горелки наблюдается оплавление свода от близко распоЛоженного высокотемпературного факела, а при нижнем расположении горелки имеет место недожог топлива вследствие короткого пути смешения топлива с окислителем на участке их движения от головки горелки до поверхности шихты.

Частота перемещения горелок 1 цикл/мин обусловлена степенью равномерности нагрева шихты и стойкостью гибких трубопроводов подвода энергоносителей и охлаждающей воды к горелке. При более медленном перемещении горелок наблюдается неравномерный нагрев шихты по длине печи, а с увеличением частоты резко снижается стойкость гибких трубопроводов, Также перемещение сводовых горелок в вертикальном направлении, по сравнению с качающимися горелками, позволяет уменьшить габариты сводовых амбразур и тем самым усилить конструкцию свода, уве50

55 менения максимального и минимального расположения головки горелки относительно шихты и тем самым интенсифицировать процесс тейлоотдачи. Перемещение горелки в вертикальном направлении по сравнению с покачиванием ее в вертикальной плоскости позволяет также уменьшить размеры сводовой амбразуры, вследствие чего усиливается конструкция и стойкость свода, и уменьшаются тепловые потери.

Кроме того, установка сводовых горелок на уровне, определяемом по формуле, и подача кислорода на горелку в количестве, личить его стойкость и снизить тепловые потери.

В период продувкирасплава 9 кислородом через продувочные фурмы 5 нижние

5 торцы сводовых горелок располагают над ванной на расстоянии Н (фиг,2) и на сводовую горелку подают кислород в количестве, равном его расходу на близлежащую фурму, Топливо в этот период на сводовые горелки не подается. Если расстояние Н между ниж. ним торцом горелки и поверхностью ванны больше или меньше величины показателя, определенного по формуле, то струя кислорода, истекающая из горелки, не требует пересекаться у поверхности ванны с выделяющимся потоком окиси углерода из очага продувки, что приводит к неполному дожиганию окиси углерода над поверхностью ванны, 20 Определяемое расстояние Н между торцом головки горелки и поверхностью ванны является одним из катетов условного треугольника, у которого известными величинами являются второй катет В, представляющий собой расстояние между осью продувочной фурмы и торцом головки горелки, и угол накона а, образованный величиной Н и гипотенузой треугольника, являющейся продольной осью струй

30 кислорода

Расход кислорода на сводовую горелку в количестве, равном его расходу на рядом расположенную продувочную фурму, обус° ловлен тем, что при полном взаимодействии з

1 м вдуваемого кислорода в железоуглеродистый расплав образуется два объема окиси углерода, на сжигание которой требуется один объем кислорода, т.е. для полного сжигания СО до СО2 расход окислителя, поступающего на горелку, должен быть равным расходу окислителя, поступающего на продувку.

Перемещение горелок в периоды завалки и прогрева в вертикальном возвратно- оступательном направлении позволяет по сравнению с прототипом регулировать положение факела сводовой горелки путем из1813 l00

10 горелками 4, сводовыми подвижными газокислородными горелками, которые распо- 15 ложены попарно с продувочными фурмами продувочной фурмы и торцом головки горелки составляло 0,5 м, Горелки, установ- 20

45 равном его расходу на продувочные фурмы, позволяет обеспечить более полное дожигание технологической окиси углерода в paGoчем пространстве агрегата и тем самым интенсифицировать процесс выплавки стали, Пример. Опробование предлагаемого способа производили на 450-т мартеновской печи Днепровского металлургического комбината им. Ф,Э.Дзержинского. Печь была оборудована 4 сводовыми продувочными фурмами для подачи кислорода в расплав, двумя торцевыми стационарными вдоль продольной оси печи против 1, 2, 4 и

5 завалочных окон. Расстояние между осью ленные против 1 и 2 завалочных окон, находились по правую сторону от рядом расположенных продувочных фурм, а горелки, устайовленне против 4 и 5 окон, по левую сторону от продувочных фурм, Сопла дпя подачи газа и кислорода были расположены под углом а =45 к вертикальной ос» горелки и направлены в сторону близле>кащих торцевых горелок. Высота свода печи составляла 3200 мм.

Нагрев шихты в период завалки и прогрева осуществлялся с помощью торцевых стационарных и подвижных сводовых горелок. В зависимости от направления факела торцевых горелок работали две сводовые горелки, у которых направление факела совпадало с направлением факела торцевой горепки. Работающие сводовые горелки с помощью исполнительных механизмов в автоматическом режиме перемещали в вертикально-поступательном направлении с частотой 1 цикл/мин, При более медленном перемещении (0,8 цикл/мин) свадовых горелок наблюдался неравномерный нагрев шихты. При более частом перемещении (более 1,2 цикл/мин) уменьшалась стойкость гибких трубопроводов для подвода энергоносителей и охла>кдающей горелку воды, Расстояние между сводом и горелкой в верхнем положении-равнялось 0,2-0,35 высоты свода (640 — 1120 мм), По мере нагрева и оседания шихты увеличивали ход возвратно-поступательного перемещения горелки и в нижней точке перемещения горелки поддерживали минимальное расстояние между горелкой и шихтой постоянным на уровне 640-1120 мм или 0,2 — 0,35 высоты свода. что обеспечива25

30 по равномерный нагрев шихты по всей длине печи, при полном сжигании топлива.

Суммарный расход природного газа и кислорода на сводовые горелки в этот период соответственно составлял 2200 и 4400 м /ч, Расход природного газа на торцевые горелки составлял 2000 м /ч, В табл.1 представлены данные о влиянии расположения горелки в верхней и нижней точках ее перемещения по отношению к поверхности свода и нагреваемой шихте на стойкость свода, расход топлива, содержания СО в дымовых газах на выходе из печи. -, При расположении горелки в верхней точке на расстояние меньше чем 0,2 высоты свода наблюдается оплавление свода печи и снижение его стойкости, а при расположении в нижней точке на расстояние менее 0,2 высоты свода от поверхности шахты наблюдается недожог топлива и его перерасход.

При расположении горелки на расстояние более 0,35 высоты свода сокращается путь перемещения горелки между верхней и ни>кней точками, вследствие чего уменьшается поверхность шихты,омываемая высокотемпературным факелом сводовых горелок и увеличивается расход топлива, После слива чугуна продувку металла кислородом осуществляли через четыре фурмы с расходом кислорода 1000 м /ч на одну фурму.

В этот период топливо на сводовые и. торцевые горелки не подавались и нагрев ван ны осуществлялся за счет тепла экзотермических реакций окисления Примесей расплава и путем сжигания технологической окиси углерода в потоках кислорода, истекающего из сопл четырех сводовых горелок и вентиляторного воздуха, подающегося в печь через пламенные окна. Горелки устанавливали на расстоянии Н, равном 0,5 м от поверхности расплава, а также на расстоянии 0,1; 03; 07 и 09 м.

Основные технико-экономические показатели плавки и усредненные данные о длительности периодов плавления и довод-. ки, содержании окислов железа в конечном шлаке, выходе годной стали и производительности печи в зависимости от положения сводовых горелок по отношению к расплаву в жидкие периоды плавки приведены в табл,2, При установке горелки на расстоянии, большем ипи меньшем ст поверхности ванны по сравнениюю с этим показателем, определенным по формуле и равным 0,5 м, увеличивается удельный расход топлива и длительность периодов плавления и доводки эа счет того, что потоки кислорода, исте1813100

Таблица 1 кающие иэ горелки, не полностью взаимодействуют с потоками окиси углерода, выделяющимися из подфурменных зон, что ухудшает условия сжигания СО и увеличивает тепловой дефицит в рабочем пространстве печи. При -расположении горелки по отношению к поверхности ванны на расстоянии меньшем, чем 0,5 м, часть потока кислорода взаимодействует со шлаком и металлом, вследствие чего увеличивается содержание окислов железа в шлаке и снижается выход годной стали.

В период плавления и доводки расход кислорода на горелки составляет 0,8; 1 и 1,2 от расхода, подаваемого на продувочные фурмы, и составлял соответственно 800, 1000 и 1200 м /ч на одну горелку..

Данные о влиянии соотношения расхода кислорода на горелки к расходу на:продувочные фурмы на длительность периодов плавления и доводки, содержание окиси уг. лерода в дымовых газах при оптимальном расположении горелок rio отношению к расплаву на расстоянии, равном 0,5 м, приведены в табл.3.

При подаче кислороДа на горелку в количестве, меньшем чем на продувочную . фурму (при отношении меньшем чем 1), наблюдается недожог окиси углерода (1,4%

СО в дымовых газах на выходе из печи), вследствие чего увеличиваются длительность плавки, в том числе периодов плавле- ния и доводки, удельный расход топлива и снижается производительность печи.

При подаче кислорода на сводовую горелку в отношении к его подаче на фурму больше, чем 1, снижается стойкость задней и передней стенок, вследствие чего увеличивается период заправки и длительность плавки в целом и увеличивается расход топлива.

Лучшие технико-экономические показатели работы печи относятся к условиям, когда расход кислорода на горелку был равен расходу на сводовые фурмы, т.е. при их отношении. равном 1.

По сравнению с прототипом использование сводовых горелок, перемещающихся в вертикально-поступательном направлении, для нагрева шихты в периоды завалки и прогрева и использование этих горелок для дожигания окиси углерода с расходом

5 кислорода на горелку, равным расходу на продувочную фурму, в период плавления и доводки позволило сократить удельные расходы на 10 >, чугуна — 1,8, увеличить производительность печи на 7,1, стойкость

10 .свода на 14 .

Формула изобретения

Способ выплавки стали, включающий эавалку и нагрев шихты гаэокислородным факелом через сводовую газокислородную

15 горелку с направлением факела горелки по продольной оси ванны. продувку расплава окислителем через фурми. о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью интенсификации процесса выплавки стали и увеличения стойко20 сти печи; s периоды эавалки и nporpesa шихты сводовую" горелку возвратно поступательно перемещают в вертикальйом направлении с частотой 1 цикл/мин, при этом по мере оседания расплавленной шихты ам- .

25 плитуду перемещения горелки увеличивают, поддерживая постоянным расстояние от поверхности свода и от поверхности шихты в крайней верхней и нижней точке колебания фурмы, равное 0,20-0,35 высоты

30 свода, а в периоД продувки расйлава окислителем отключают подачу топлива и на сво-. довую горелку подают окислитель в количестве, равном его расходу на продувочные фурмы, при этом нижний торец сво35 довой горелки -устанавливают на расстояние от поверхности ванны, которое . определяется из выражения

Н =В ctga, 40 где H — расстояние между нижним торцом головки горелки и поверхностью ванны, м, 0 - угол наклона продольной оси струй кислорода и вертикальной оси горелки, 45 град.;

 — расстояние между осью продувочной фурмы и торцом головки горелки, м.

1813100

0,40 2

320

0,10 Z

1120

0,35 Z

880

640

0,20 Z

0,275 Z

1,2

109,8

120

115

110

110,0

240

200

220

240

240

Таблица 2

Параметры

По прототип

0,7

0,1

0,5 0,3

0,9

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5!

45

9,85

4,37

9,88

4,38.

9,80

4,30

10,10

4,60

10,5

5,0

9,84

4,36

109,8

112,0

116,4

122,0

114,5

112,4 15,82

15.80

16.00

15,80

15,80

17,41

90,65

44,39

91,20

43,50

91,20

41,90

90,08

44,10

91,20

44,53

91,20

44,89

240

240

240

210

240

240

Таблица 3

Расстояние между шихтой и торцом головки горелки при ее положении в крайней нижней точке, числитель- мм, знаменатель — кратность высоты свода Z

Содержание СО в дымовых газах на выходе из печи, Удельный расход топлива, кг/т

Стойкость свода, кол-во плавок

Расстояние между нижним торцом головки горелки и поверхностью ванны, Н, м

Расстояние между осью продувочной фурмы и торцом головки горелки, В,м

Угол наклона продольной оси струй кислорода. к вертикальной оси горелки, град.

Длительность плавки, ч

Длительность периода плавления и доводки, ч

Удельный расход условного топлива, кг/т

Содержание окислов железа в конечном шлаке, оу

Выход годной стали, %

Производительность печи, т/ч

Стойкость свода, кол-во плавок

Ло предлагаемому способу

Продолжение табл. 1

1813100

Продолжение табл, 3

Составитель Л.Лобачев

Техред M.Mîðråíòàë

Корректс р M. Петрова .г

Редактор 3.Ходакова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 1590 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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