Способ выплавки стали

 

Использование в черной металлургии при выплавке стали в подовых печах Сущность изобретения: на скрап перед его завалкой в печь напыляют одновременно из двух групп форсунок раздельно предварительно измельченный металлургический шлак крупностью 1x10 мм и подогретый жидкий мазут при расходе на 1 т скрапа, соответственно 20 - 40 кг и 10 - 16 кг. При прогреве скрапа в печи путем подачи кислорода мазут испаряется и горит под поверхностью скрапа, шлак на поверхности плавится и, укрупнившись, затвердевает, образуя сплошную шлаковую корочку, которая вместе с продуктами горения мазута создает защитное покрытие, затрудняющее проникновение кислорода к поверхности скрапа и тем самым уменьшающее угар железа из последнего После прогрева ведут последовательно плавление, кипение и доводку стали

(51) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5002547/02 (22) 15.07.91 (46) 15.10.93 Бюл. й|я 37 — 38 (76) Иванов Николай Иванович; Вачаев Анатолий

Васильевич; Горохов Алексей Вячеславович (54) СПОСОБ ВЪ|ПЛАВКИ СТАЛИ (57) Использование: в черной металлургии при выплавке стали в подовых печах Сущность изобре— тения: на скрап перед его завапкой в печь напыляют одновременно из двух групп форсунок раздельно предварительно измельченный металлургический — 6. шлак крупностью 1v10 —: 05 мм и подогретый (и) RU (и) 2001118 С1 жидкий мазут при расходе на 1 т скрала, соответственно 20 — 40 кг и 10 — 16 кг. При прогреве скрала в печи путем подачи кислорода мазут испаряется и горит под поверхностью скрала, шлак на поверхности плавится и, укрупнившись, затвердевает, об— разуя сплошную шлаковую корочку, которая вместе с продуктами горения мазута создает защитное покрытие, затрудняющее проникновение кислорода к поверхности скрала и тем самым уменьшающее угар железа из последнего. После прогрева ведут последовательно плавление, кипение и доводку стали.

2001118

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем эавалку скрапа в печь с последующими его прогре- 45 вом, плавлением, кипением и доводкой, нанесение на поверхность скрапа защитного покрытия, перед завалкой скрапа в печь ведут нанесение на поверхность скрапа защитного покрытия путем одновременного 50 напыления предварительно измельченного шлака до крупности 1 10 -0,5 мм и жидкого мазута при расходе последнего 10-16 кг на

1 т скрапа, а шлака — 20 — 40 кг на 1 т скрапа.

Отличительный признак "перед завал- 55 кой скрапа в печь ведут нанесение на поверхность скрапа защитного покрытия" обеспечивает сохранность мазута в составе покрытия с самого начала прогрева скрапа. так как такая последовательность выполнеИзобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при выплавке стали в подовых печах.

Известен способ выплавки стали (Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М.

Общая металлургия. — М., Металлургия, 1985, с, 258-260). содержащий завалку в печь скрапа, разогрев его кислородным дутьем до температуры заливки чугуна (850—

900 С), последующую загрузку шлакообразующих и затем заливку чугуна, далее осуществляют плавление, кипение и доводКу, Известный способ обладает недостатком, а именно наличием угара железа из скрапа до 10-12 от массы садки печи. а это ведет, во-первых. к потере железа иэ процесса путем его выноса в виде FegOg с дымовыми газами из плавильной печи, и, во-вторых, к загрязнению атмосферы, ухудшению экологии, Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому способу является способ выплавки стали скрап-процессом (авт, св, М 1092185, кл, С

21 С 5/04), включающий эавалку в печь скрапа, шлакообразующих, брикетированной стружки и чугуна, последующее плавление, кипение и доводку, причем в начале завалки первых 10-30 шихты не ее поверхность наносят раствор природного бишофита в количестве 0.2-0.6 от массы садки печи, Недостатком известного решения является наличие угара железа из скрапа, составляющего 3 от массы садки печи, что приводит. во-первых, к потере железа в виде Ее20з из процесса путем его выноса с дымовыми газами из плавильной печи и, so-вторых, к загрязнению атмосферы, ухудшению экологии.

Целью заявляемого решения является снижение угара железа из скрапа.

40 ния операций, т,е. нанесение покрытия вне печи исключает мгновенное испарение и сгорание мазута иэ состава покрытия в начале прогрева, чему препятствует наличие в покрытии шлака, т.е. в начале прогрева покрытие скрапа сохраняется эа счет расплавления частиц шлака и образования из них предохраняющей шлаковой корочки, которая сохраняет от мгновенного испарения и сгорания мазут. Причем продукты сгорания мазута создают защиту в виде газовой завесы от проникновения кислорода к поверхности металла и вместе со шлаковой корочкой уменьшают угар железа иэ скрапа.

Отличительный признак "одновременное напыление предварительно измельченного шлака и жидкого мазута" дает возможность получить равномерное по составу и толщине покрытие на поверхности скрапа, состоящего из смеси шлака и жидкого мазута, это создает условия для исключения мгновенного испарения и сгорания мазута из состава покрытия, в начале проrpeaa, так как частицы шлака начинают плавиться и образуют корочку на поверхности скрапа, препятствующую мгновенному испарению и сгоранию мазута и вместе с продуктами сгорания последнего корочка обеспечивает уменьшение угара железа из скрапа.

Отличительный признак "предварительно измельченный шлак до крупности 1

10 -0,5 мм" позволяет исключить угар в начале прогрева, так как указанный интервал размеров частиц шлака обеспечивает их плавление при температурах, меньше температуры начала окисления железа и тем более ниже, чем температура плавления крупных частиц шлака, поэтому уже в начале прогрева частицы шлака с крупностью

1 10 -0,5 мм расплавляются, образуя за-б щитную корочку на поверхности скрапа, которая препятствует мгновенному испарению и сгоранию мазута, соответственно уже в начале прогрева уменьшается угар железа из скрапа.

При выходе крупности частиц шлака меньше нижнего значения заявляемого предела, т.е. частицы шлака с крупностью менее 1 10 м могут быть использованы для

-б образования покрытия, но по технико-экономическим соображениям их использование нецелесообразно. так как их получение трудоемко и очень дорогостоящее.

При выходе крупности частиц шлака больше верхнего значения заявляемого предела, а именно частицы шлака с крупностью более 0,5 мм плавятся при более высоких температурах и поэтому в начале прогрева корочка не образуется, это приве2001118 дет к мг<<гч лнному испарению и сгорани<о т<аэута, c00 ca из продуктов сгорания мазута, яоляк><цался часть<о защиты поверхности скрапа. о po ynLTaTe у>ке в начале прогревэ увеличивается угар железа из скрапа.

Отличительный признак "при расходе жидкого мазута 10-16 кг на 1 т скрапа" обеспечивает уменьшение угара железа из скрапа, так как такой расход обеспечит создание необходшлой концентрации мазута для образования равномерного по толщине покрыTия. Именно такой расход мазута обеспечивает необходимое испарение и горение мазута в течение всей операции прогрева скрапа с образованием и сохра«а<<ием защитного покрытия поверхности скрапа и соответственно снижение угара железа.

При расходе жидкого мазута меньше э<<ачения нижнего предела, т.е, меньше 10 кг на 1 т скрапа будет наблюдаться недостаток тлазутэ, т.е. его не хватит на весь период прогрева скрапа, и соответственно нарушится образование газовой завесы из продуктов сгорания мазута, которая является частью защиты поверхности скрапа в результате угар железа из скрапа увеличивается.

При расходе жидкого мазута больше значения верхнего предела. т.е. больше 16 кг на 1 т скрапа будет наблюдаться необоснованно боль<ной расход мазута, который

Il0 при:едет K дальнейшетлу сниженг1<о угар».

Отли <ительный признак "при расходе шлака 20-40 кг II.I 1 т скрапа" обеспе <иоает уменьшение угара железа из скрапа. так как такой расход необходим для создания защит<,o I <ллагозой корочки, предохраня<0ILIf? Il ж<1дкий тlазут от мгновенного испоре< ия и с<орания и защищающей отлесте с продуктами сгорания жидкого мазута пооерхнoclь скрзпа от угара, снижая послед«ий.

Пр<: р; сходе шлака меньше зна <е «я

»иж ;",;;.о г;редела, т.е. меньше 20 кг на 1 т

CKI!, 1 1 I <0/,1Л I <<абл)одаться нвдOCTGTOK LLIËа

K ),тii<. i 0<>< с

r.OO;:à, C0OTaeTCTOeIII<0 ПРОНИКНОВЕНИЮ .л.,;->да к поверхности скрапа и <10иышеlii ю у «ра,кслеза из скрапа.

Hi>i, расходе шлака больше значения ос >.0 . I o р:-.дела, т.е. больше 40 Kl на 1 т скр- ",л, . „:: <аблюдаться необоснованно поь-ll.„ol.:,,i..l. расход шлака. который ведет к наруш li Io теплового режима работы пе5

55 чи без дальнейшего снижения угара железа из скрапа.

Все укаэанные режимные зна <ения i;II тервалов авторами обнаружены в процессе экспериментов.

Авторы провели дополнительные патентные исследования на предмет выявления использования отличительных признаков в известных решениях и их соответствия критерию "существенные отличия".

Отличительный признак "перед завалкой скрапа в печь ведут нанесение íà поверхность скрапа защитного покрытия" в известных решениях авторами не обнаружен. Авторы обнаружили "нанесение на поверхность изделий защитного покрытия перед термообработкой (авт.св. N. 382704, кл. С 21 D 1/68) для уменьшения окалинообразования, Отличительный признак "перед завалкой скрапа в печь ведут нанесение на поверхность скрапа защитного покрытия" обеспечивает выполнение функции создания условий для сохранности мазута в составе покрытия на протяжении всей операции прогрева скрапа, исключение мгновент<ого испарения и сгорания мазута иэ состава покрытия, обеспечения возмож ности создания защиты в виде газовой завесы от проникновения кислорода к поверхности металла. Использование данного отличительного признака с выполнением вышеуказанных функций в известных решениях авторами не обнаружено, поэтому был сделан вывод о его соответствии

Kpi1Tcpi1Io "существенные отличия".

Отличительные признаки заявляемого решения "одновременное напыление предварительно измельченного шлака до крупности 1 10 — 0,5 мм и жидкого мазута при

-б рас оде на 1 т скрапа 10 — 16 кг жидкого т<азута и 20-40 кг — шлака обеспечивает выполнение функций получения равномерного по составу и толщине покрытие на поверхности скрапа, состоящее из с r. си шлака и жидкого мазута, исключения мгновенного испарения и сгорания мазута иэ состава noKpIITi,я, образование уже с самого начала прогрева защитнои корочки из расплавленHLIK частиц шлака, обеспечение необходимого испарения и горения мазута в течение всей операции прогрева скрапа с образованием газовой завесы из продуктов сгорания мазута, которая является частью з-щиты поверхности скрапа от угара. создание одновременно и за цитной корочки иэ расплавленных частиц шлака и газовой завесы из продуктов сгорания мазута, исключающих проникновение кислорода к

00ОЕРХт

55 ных отличительных признаков с проявлением вышеуказанных функций в известных решениях авторами не обнаружено, поэтому был сделан вывод о их соответствии критерию "существенные отличия".

На основании проведенного анализа авторы пришли к выводу, что заявляемый способ в целом обладает критерием "существенные отличия".

Пример 1 (конкретное выполнение).

Заявляемый способ осуществляется в условиях сталеплавильного цеха Магнитогорского металлургического комбината на основной мартеновской печи с массой садки 100 т, отапливаемой природным газом с добавлением мазута и продувкой ванны кислородом. На поверхность скрапа наносили защитное покрытие, причем при помощи одной группы форсунок наносили измельченный шлак и при помощи другой группы форсунок напыляли жидкий мазут, подачу шлака и мазута вели одновременно, Для получения жидкого мазута. последний предварительно нагревали до температуры

+60 С, шлак предварительно измельчали на вал к о вой дробил ке. Состав шлака вкл ючал в себя:

Ее гщ — 9,6 ; ЯОг- 15,0 ; СаО -38,7, MgO — 24,3 .

Spy — 1,2 и др.

Общая толщина защитного покрытия составляла 1,5 мм.

Напыляли предварительно измельченный шлак крупностью 1 10 мм, при расходе на 1 т скрапа 10 кг — мазута и 20 кг — шлака, Общий расход мазута и шлака для садки 100 т составил соответственно 1000 кг и 2000 кг, Затем осуществляли эавалку скрапа в печь, далее скрап с защитным покрытием прогревали путем подачи кислорода в печь. В печи мазут из защитного покрытия начал медленно испаряться и гореть над поверхностью скрапа, верхние слои шлака из защитного покрытия стали плавиться, так как они имеют мелкий размер частиц крупностью 1 10

-6 мм, то имеют температуру плавления ниже температуры плавления более крупных частиц. После расплавления частицы сливаются и укрупняются в результате чего температура плавления их увеличивается и они затвердевают. образуя сплошную защитную корочку из шлака, которая защищает поверхность скрапа от угара железа.

Далев мазут продолжает испаряться и roреть, но медленнее, чем в начале прогрева, так как этому препятствует образовавшаяся защитная сплошная корочка из шлака, которая постепенно увеличивается по толщине, эа счет плавления и последующего эатвердевания нижних слоев шлака в защитном

50 покрытии. При горении мазут создает завесу из продуктов сгорания, которая вместе со шлаковой корочкой препятствует доступу кислорода к поверхности скрапа, тем самым уменьшая угар. После того, как легкие фракции мазута испарились и сгорели остается твердый остаток в виде нефтяного кокса, который представляет из себя почти чистый углерод. Последний науглероживает расплавляющийся к этому времени под защитной корочкой скрап. Затем осуществляли операции плавления, кипения и доводки.

Затем осуществляли химический анализ продуктов плавки (шлак, сталь) и сравнивали их с анализом состава сырья, оценивая угар, Анализ показал, что угар железа иэ скрапа составил 0,5 . По сравнению с прототипом угар снизился в 6 раэ.

Пример 2. Заявляемый способ выплавки стали осуществлялся согласно описанному выше примеру 1, но скрап покрывался защитным покрытием, включающим жидкий мазут и измельченный шлак крупностью 0,5 мм. А расход на 1 т скрапа составил шлака — 40 кг, мазута — 16. Толщина защитного покрытия составила около 3 мм.

Химический анализ показал, что угар железа из состава скрапа 1,5, По сравнению с прототипом угар железа в заявляемом способе снизился в 2 раза, Пример 3. Заявляемый способ выплавки стали осуществлялся согласно описанному выше примеру 1, но скрап покрывался защитным покрытием, включающим жидкий мазут и измельченный шлак крупностью 0,01 мм. А расход на 1 т скрапа составил шлака — 30 кг, мазута — 13 кг, Толщина защитного покрытия составила около

2,5 мм. Химический анализ показал, что угар железа иэ состава скрапа 0,95 . По сравнению с прототипом угар железа в заявляемом способе снизился примерно в 3 раза, Пример 4. Заявляемый способ выплавки стали осуществлялся согласно описанному выше примеру 1, но скрап покрывался защитным покрытием, включающим жидкий мазут и измельченный шлак крупностью 5 10 мм. А расход на 1 т скрапа составил шлака — 19,5 кг, мазута — 9,5 кг.

Толщина покрытия составила около 1 мм.

Химический анализ показал, что угар железа из состава скрапа 2,95, т.е, угар повысился и достиг угара железа в прототипе.

Повышение угара железа произошло в результате нехватки мазута на весь период прогрева и нехватки шлака для образования нужной толщины покрытия.

Пример 5. Заявляемый способ выплавки стали осуществлялся согласно опи10

2001118

Составитель Н. Иванов

Техред М.Моргентал Корректор Н. Ревская

Редактор

Заказ 3112

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 санному выше примеру 1, но скрап покрывался защитным покрытием, включающим жидкий мазут и измельченный шлак крупностью 0,6 мм. А расход на 1 т скрапа составил шлака — 41 кг, мазута 16,5 кг. Толщина покрытия составила около 4 мм, Химический анализ показал, что угар железа иэ состава скрапа 2.13 g, Т.е. угар понизился несколько по сравнению с прототипом, но повысился по сравнению с примерами 1, 2, 3. Кроме этого произошло удорожание стоимости 1 т стали на 57;, в результате повышенного расхода мазута и увеличения подачи топлива в факел, для расплавления избыточного количества шлака и прогрева скрапа под более толстой корочкой шлака, Формула изобретения ,спОсОБ ВыплАВки стАли, включающий завалку скрапа в печь, его нагрев, плавление. кипение и доводку, нанесение на поверхность скрапа защитного покрытия, отличающийся тем, что. с целью снижения угара железа из скрапа, защитное покрытие наЗаявляемый способ обеспечивает преимущества bio сравнению с прототипом, Отличительные признаки "перед завалкой скрапа в печь ведут нанесение на повер5 хность скрапа защитного покрытия путем одновременного напыления предварительно измельченного шлака до крупности

1 10 — 0,5 мм и жидкого мазута при расходе

-6 на 1 т скрапа 10 — 16 кг жидкого мазута и

10 20-40 кг шлака" позволяют снизить угар железа из скрапа в среднем в 3 раза по сравнению с угаром железа в прототипе, соответственно уменьшается вынос железа в виде FezOa с дымовыми газами из печи и

15 не загрязняется окружающая среда. (56) Авторское свидетельство СССР

N 1092185, кл. С 21 С 5/04, 1982.

20 носят перед завалкой, при этом одновременно напыляют на поверхность скрапа предварительно измельченный до крупности 1 ° 10 - 0,5 мм шлак и жидкий мазут.

25 расход которых на 1 т скрапа составляет

20 - 40 кг и 10 - 16 кг соответственно.