Способ выплавки стали в кислородных конвертерах

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к кислородно-конвертерному производству стали. Технической задачей изобретения является увеличение выхода годного металла и стойкости футеровки, а также повышение качества стали и производительности агрегата. Технический результат достигается тем, что в способе выплавки стали в кислородных конвертерах, включающем загрузку в качестве охладителя лома, заливку жидкого чугуна, продувку ванны газообразным кислородом, ввод шлакообразующих материалов и твердых окислителей, твердого сплава и оксидного материала, при этом заготовку вводят в количестве 5,5-30 мас.% металлошихты. Заготовку вводят двумя порциями: первую - в количестве 20-75% от общего ее расхода вводят перед заливкой жидкого чугуна, а остальное - по ходу продувки со скоростью 0,25-6,0 т/мин. Заготовку вводят по ходу продувки порциями со скоростью 0,25-6,0 т/мин с интервалами между подачами 0,5-5 мин. В завалку подают заготовку с соотношением железоуглеродистого сплава и оксидным материалом равным соответственно (65-86): (35-15), а по ходу продувки - заготовку с соотношением (85-95): (15-5). Заготовку вводят с температурой 100-800^oC. Перед заливкой чугуна используют заготовку, содержащую избыточное по стехиометрии количество кислорода. При достижении концентрации углерода в жидкой ванне до 0,1-0,8% используют заготовку, в которой содержание кислорода меньше стехиометрического по отношению к сумме C + Mn + Si + P + V + Ti + Cr, содержащихся в железоуглеродистом сплаве. 6 з.п.ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к кислородно-конвертерному производству.

Известен способ получения стали в конвертерах (авт.св. N 437807 - аналог), включающий загрузку скрепа, заливку чугуна, продувку ванны кислородом, ввод шлакообразующих материалов, присадку после снижения содержания углерода в ванне до 0,14% металлизованных окатышей в качестве охладителей-окислителей по ходу всего второго периода продувки в количестве 4-10% от веса чугуна. Ввод металлизованных окатышей улучшает качество металла, ускоряет процесс и увеличивает выход годного. Однако относительно малое содержание кислорода в металлизованных окатышах, обусловленное расходованием его на окисление углерода, входящего в состав окатышей, уменьшает количество вводимого кислорода, что не позволяет существенно сократить количество вдуваемого газообразного кислорода. Большая часть этого кислорода расходуется на повышение концентрации оксидов железа в шлаке, что усиливает угар железа и снижает стойкость футеровки. Кроме этого металлизованные окатыши имеют плотностью два раза меньше плотности жидкого расплава. Это не позволяет окатышам проникнуть вглубь металлической ванны и они располагаются на границе шлак-металл, снижая тем самым эффективность охлаждающего действия. Вследствие этого металлизованные окатыши не в состоянии обеспечить задачу ввода кислорода в ванну в требуемых количествах и ее охлаждения.

После загрузки конвертера скрапом и жидким чугуном его устанавливают в вертикальное положение и, подавая кислород, одновременно с опусканием фурмы загружают жженую известь, используя для этого загрузочный желоб. Скрап и жидкий чугун называют основным исходным сырьем, из которого обычно на жидкий чугун приходится 70- 90% на скрап 30-10% Жженую известь часто загружают всю полностью, произведя расчет потребного количества извести с учетом состава жидкого чугуна, его количества, требуемого состава стали в конце рафинирования. Загрузку таких флюсов, как железная окалина, плавиковый шпат, битый кирпич, производят до или после загрузки извести в зависимости от условий рафинирования. Затем форму опускают в конвертер до определенного положения, повышают давление подаваемого кислорода до необходимого уровня. В этот период осуществляют зажигание и начинается выгорание углерода, содержащегося в чугуне. В соответствующий период после зажигания в конвертер загружают железную руду и известняк в качестве охладителей и реагентов, ускоряющих реакцию обезуглероживания. Загрузка этих реагентов может быть одноразовой в необходимом количестве, рассчитанном по тепловому балансу, или определенными порциями в ходе рафинирования. В обоих случаях железная руда, поглощая большое количество теплоты разложения и охлаждая жидкий металл или шлак регулируют тем самым температуру (Дои Дзе. Конвертерное производство стали. М. Металлургия, 1971, с. 176-80 прототип). К недостаткам данного способа относится снижение выхода жидкой стали, стойкости футеровки, а также производительности агрегата.

Технической задачей изобретения является увеличение стойкости футеровки, также повышение качества стали и производительности агрегата.

Технический результат достигается тем, что в способе выплавке стали в кислородных конвертерах, включающем загрузку в качестве охладителя лома, заливку жидкого чугуна, продувку ванны газообразным кислородом, ввод шлакообразующих материалов и твердых окислителей, твердые окислители вводят в виде заготовки, состоящей из железоуглеродистого сплава и оксидного материала, при этом заготовку вводят в количестве 5,5-30% от массы металлошихты.

Заготовку вводят двумя порциями: первую в количестве 20-75% от общего ее расхода вводят перед заливкой жидкого чугуна, а остальное по ходу продувки со скоростью 0,25-6,0 т/мин.

Заготовку вводят по ходу продувки порциями со скоростью 0,25- 6,0 т/мин с интервалами между подачами 0,5-5 мин.

По ходу плавления заготовки компоненты, входящие в состав металлической основы, в частности, углерод, кремний, марганец, фосфор и другие легкоокисляемые элементы, окисляются кислородом твердого окислителя. Оксиды железа, отдавая кислород на окисление элементов основы суперкома, восстанавливаются до металлического состояния. Степень металлизации оксидов железа зависит от состава металлической и минеральной составляющей заготовки и их соотношения и может достигать 95% чему отвечает полное восстановление оксидов железа и отсутствие их поступления в металл и шлак.

Одновременное и параллельное протекание процессов окисления углерода и других примесей и восстановления оксидов железа, сопровождающееся их металлизацией, и совмещение во времени и пространстве этих реакций с плавлением представляет собой одну из основных особенностей заготовки, состоящей из железоуглеродистого сплава и оксидного материала.

Образующийся в результате расплавления восстановленного железа металл смешивается с расплавом, получающимся из основы заготовки после окисления углерода и других элементов, имеющихся в его составе.

Смесь двух расплавов железоуглеродистого, ведущего свое происхождение от продукта плавления основы заготовки передельного чугуна и железа, полученного из его оксидов в процессе восстановления элементами, содержащимися в чугуне, стекает на подину печи, образуя ванну, либо смешивается с металлом, имеющимся на подине. В конвертере этим металлом в начале плавки является жидкий чугун, состав которого в ходе продувки кислородом постоянно приближается к составу стали.

Благодаря повышенной и стабильной чистоте чугуна и разбавлению продукта плавления заготовки расплавом восстановленного железа, полученный жидкий металл имеет минимальную степень загрязнения микропримесями, приближаясь по составу и чистоте к расплаву, образующемуся в результате плавления железа прямого восстановления (металлизованных окатышей и т.п.).

В завалку подают заготовку с соотношением железоуглеродистого сплава и оксидным материалом равным соответственно (65-85):(35-15), а по ходу продувки заготовку с соотношением (85-95):(15-5).

Заготовку вводят с температурой 100-800^oC.

Перед заливкой чугуна используют заготовку, содержащую избыточное по стехиометрии количество кислорода.

При достижении концентрации углерода в жидкой ванне до 0,1-0,8% используют заготовку, в которой содержание кислорода меньше стехиометрического по отношению к сумме C + Mn + Si + P + V + Ti + Cr, содержащихся в железоуглеродистом сплаве.

Предварительная засыпка оксидного материала (железорудные окатыши, руда, окалина, агломерат и др.) в мульды разливочной машины чугуна с последующей заливкой их железоуглеродистым расплавом (передельный чугун) позволяет получить чушки, т.е. заготовки, обладающие плотностью 4,8-6,1 г/см³, которые при вводе в конвертер за счет энергии падения проникают вглубь ванны, достигая днища конвертера. Это позволяет обеспечить окисление углерода кислородом, выделяющимся из оксидного материала и способствующего эффективному перемешиванию ванны и оказывающего влияние на скорость реакции обезуглероживания. За счет этого резко снижается угар железа и исключается поступление в шлак оксидов. Снижение оксидов железа в шлаке уменьшает износ футеровки.

Присадка заготовки из оксидного материала, залитого железоуглеродистым расплавом позволяет ввести окислитель с высокой концентрацией кислорода непосредственно в объем ванны. Тем самым ускоряется поступление кислорода в металл, и увеличивается скорость реакции окисления углерода, ход которой лимитируется переносом кислорода.

Использование в качестве источника кислорода заготовки из оксидного материала, предварительно залитого расплавом и вводимого в объем ванны повышает также эффективность его охлаждающего действия. При этом снижается перегрев металла и уменьшается степень окисления железа. Это оказывает благоприятное действие на сокращение угара железа и стойкость футеровки.

При падении твердой заготовки вглубь жидкой ванны в ней на границе раздела твердой и жидкой фаз образуется зона, где имеются весьма благоприятные условия для зарождения пузырей и протекания реакции между кислородом и углеродом. Образующийся оксид углерода барботирует и перемешивает металлическую ванну и шлак, интенсифицируя окисление углерода за счет кислорода, поступающего из шлака. Снижение содержания оксидов железа в шлаке уменьшает потребность во вводимом кислороде и благоприятно влияет на условия службы футеровки и повышение выхода годного.

Твердые окислители вводят в виде заготовки, состоящей из железоуглеродистого сплава и оксидного материала, при этом заготовку вводят в количестве 5,5-30% от массы металлошихты. При вводе заготовке менее 5,5% от массы металлошихты не достигается требуемое содержание кислорода в ванне из-за недостатка введенного кислорода. Если вводят заготовку более 30,0% от массы металлошихты, то количество введенного кислорода превышает количество необходимое для окисления всего углерода, имеющегося в ванне.

Способ содержит следующие операции. Заготовку вводят двумя порциями: первую в количестве 20-75% от общего ее расхода вводят перед заливкой жидкого чугуна, а остальное по ходу продувки со скоростью 0,25-6,0 т/мин. Количество ввода заготовки и скорость ввода заготовки во вторую порцию выбраны экспериментально.

Всю заготовку вводят по ходу продувки порциями со скоростью 0,25-6,0 т/мин с интервалами между подачами 0,5-5 мин. Интервал между подачами менее 0,5 мин очень малый и практически не применяется.

Интервал между подачами более 5,0 мин не реален, т.к. продолжительность плавки в конвертере в зависимости от его емкости колеблется от 40 мин до 1 ч.

В завалку подают заготовку с соотношением железоуглеродистого сплава и оксидным материалом равным соответственно (65-85):(35-15), а по ходу продувки заготовку с соотношением (85-95):(15-5).

В завалку подают заготовку с большим содержанием в ней оксидного материала, а по ходу продувки, когда нет необходимости давать много кислорода уменьшают его значения.

В кислородно-конвертерной плавке предпочтительнее использовать заготовку, в которой относительное содержание кислорода больше стехиометрических значений с углеродом, необходимых для полного восстановления оксидов железа. Это исключает поступление углерода из заготовки в конвертерную ванну. В то же время это не закрывает возможности дополнительного внесения углерода с заготовкой, если требуется. Для этого необходимо перейти к применению заготовки с пониженным содержанием кислорода.

К числу основных особенностей заготовки, отличающих ее от других видов металлошихты и металлических окислителей, относится наличие в его составе одновременно как высоких содержаний углерода, так и высоких содержаний кислорода, доходящих соответственно до 3,0- 4,5 и 1,5-8,0% При этом соотношение углерод-кислород может быть больше, равно или меньше стехиометрических значений для полного восстановления оксидов железа и задаваться заранее.

Оксиды железа, являющиеся источником поступления кислорода, и железоуглеродистый сплав, содержащий значительное количество углерода и являющийся основой заготовки, выступают по отношению друг к другу донорами. Результатом взаимодействия кислорода, с одной стороны, и углерода, кремния, марганца, фосфора и др. элементов, с другой стороны, является одновременное снижение углерода и других в металлической основе заготовки и кислорода в оксидах железа, составляющих основу минеральной фазы заготовки. Реагируя между собой, кислород и углерод образуют значительное 0,6 ³ на 1 кг Fe количество монооксида углерода, являющегося основным источником перемешивания ванны.

Числовые значения соотношения железоуглеродистого расплава и оксидного материала выбраны экспериментальным путем.

Заготовку вводят с температурой 100-800^oC. Это позволит в сталеплавильном агрегате не отбирать тепло на нагрев заготовки, что позволяет уменьшить время выплавки стали и увеличить производительность агрегата. Пределы нагрева определены экспериментально.

Перед заливкой чугуна используют заготовку, содержащую избыточное по стехиометрии количество кислорода.

При достижении концентрации углерода в жидкой ванне до 0,1-0,8% используют заготовку, в которой содержание кислорода меньше стехиометрического по отношению к сумме C + Mn + Si + P + V + Ti + Cr, содержащихся в железоуглеродистом сплаве.

Наличие в шихтовой заготовке оксидов железа, калия, натрия, магния способствует ускоренному растворению извести и раннему формированию высокоосновного активного шлака. При проведении опытно-промышленных испытаний исследовано влияние шихтовой заготовки на шлакообразование и износ футеровки конвертера. Установлены рост основности конвертерных шлаков и снижения содержания магнезии в них, как показателя понижения интенсивности износа футеровки.

Технологические показатели эксплуатации огнеупорной футеровки 160 т конвертера (табл.1).

Пример конкретного выполнения.

Твердую заготовку в виде твердых окислителей получают на разливочной машине чугуна, предварительно вводя в мульды оксидный материал и затем заливают его железоуглеродистым расплавом. Процентное содержание оксидного материала 5-50% а остальное чугун передельный.

Чушки массой 7-25 кг получают на разливочной машине. Затем заготовку вводят в виде твердых окислителей в конвертерную плавку в количестве 5,5-30% от массы металлошихты. Плавку вели в 160 т конвертере.

Технологические и технико-экономические показатели процесса выплавки стали в конвертере в табл. 2, 3 и 4.

Как видно из таблицы 3, за счет улучшения теплового баланса плавок значительно снижены расходы других охладителей железофлюса и рудных окатышей при сохранении или улучшении других основных показателей конвертерного процесса, выход литого металла и выход годной продукции. Высокая чистота заготовки по содержанию примесей хрома, никеля, меди, снижающих магнитные свойства изотропной электротехнической стали, понижение их в стали является доминирующим фактором в повышении марочности производимой листовой продукции. При этом в завалку подавали заготовку с соотношением железоуглеродистого сплава и оксидным материалом равным соответственно (70-80):(20-30), а по ходу продувки заготовку с соотношением (85-95):(10-15).

Таким образом, заявленный способ выплавки стали в кислородных конвертерах позволяет повысить стойкость футеровки конвертера на 28 плавок в среднем при снижении расхода торкретной массы на 0,61 кг/т, обеспечить снижение хрома, никеля и меди в изотропной электротехнической стали и повысить выход листовой стали высших марок.

Повышены также скорости плавления шихты, установлено улучшение массовых процессов в ванне сталеплавильного агрегата, увеличение основности шлаков и повышение рафинирующих свойств шлаков. При этом на плавках достигнут экономический эффект в размере 91982 руб/т.

Формула изобретения

1. Способ выплавки стали в кислородных конвертерах, включающий загрузку в качестве охладителя лома, заливку жидкого чугуна, продувку ванны газообразным кислородом, ввод шлакообразующих материалов и твердых окислителей, отличающийся тем, что твердые окислители вводят в виде заготовки, состоящей из железоуглеродистого сплава и оксидного материала, при этом заготовку вводят в количестве 5,5 30% от массы металлошихты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что заготовку вводят двумя порциями, причем первую в количестве 20 75% от общего ее расхода вводят перед заливкой жидкого чугуна, а остальное по ходу продувки со скоростью 0,25 6,0 т/мин.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что заготовку вводят по ходу продувки порциями со скоростью 0,25 6 т/мин с интервалами между подачами 0,5 5 мин.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что в завалку подают заготовку с соотношением железоуглеродистого сплава и оксидного материала равным 65 85 35 15, а по ходу продувки заготовку подают с соотношением, равным 85 95 15 5 соответственно.

5. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что заготовку вводят с температурой 100 800^oС.

6. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что перед заливкой чугуна используют заготовку, содержащую избыточное по стехиометрии количество кислорода.

7. Способ по пп.2 и 3, отличающийся тем, что при достижении концентрации углерода в жидкой ванне до 0,1 0,8% используют заготовку, в которой содержание кислорода меньше стехиометрического по отношению к сумме элементов, содержащихся в железоуглеродистом сплаве.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4