Способ нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера

 

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при горячем ремонте футеровки кислородного конвертера. Способ нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера, включает оставление шпака предыдущей плавки, подачу сверху через фурму нейтрального газа для нанесения шлака на внутренние стенки конвертера при переменной высоте фурмы. В шлак вводят карбонатные материалы при содержании углерода в металле на повалке перед выпуском из конвертера предыдущей плавки более 0,12 %, или карбонатные и углеродсодержащие материалы при содержании углерода в металле на повалке перед выпуском из конвертера предыдущей плавки 0,6 - 0,12 %, или углеродсодержащие материалы при содержании углерода в металле на повалке перед выпуском из конвертера предыдущей плавки менее 0,06 % в количествах соответственно карбонатных 15 - 25 % и углеродсодержащих 5 - 10 % от массы шлака. Перемешивают полученный шлаковый расплав смесью кислорода с нейтральным газом в соотношении 1: (0,35 - 0,85) в течение 1 - 7 % продолжительности основной окислительной продувки с последующим его нанесением на футеровку конвертера струями нейтрального газа с расходом 100 - 200 % номинальной интенсивности основной окислительной продувки. Изобретение позволяет увеличить эффективность нанесения слоя шлака на футеровку конвертера и увеличить ее стойкость.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способам горячего ремонта футеровки конвертера.

Известен способ восстановления футеровки конвертера, где, с целью повышения стойкости нижней части футеровки, на футеровку конвертера наносят высокоосновной гарнисаж из карбонатного материала, конвертерного шлака и боя отработанной основной огнеупорной футеровки, загруженных в конвертер, путем чередования выдержек и продувки кислородом смеси из этих материалов [1]. Способ позволяет осуществлять наварку огнеупорного боя на футеровку дна конвертера и наносить газодинамическим потоком на футеровку высокоогнеупорный гарнисаж, который в течение длительного времени защищает футеровку от воздействия агрессивного шлакометаллического расплава.

Недостатком данного способа является низкая технологичность процесса, связанная с чередованием времени выдержки материалов в шлаке и времени продувки кислородом, нерациональное увеличение расхода кислорода, подводимого к шлаку, что оказывает разрушающее действие на футеровку, невозможность нанесения гарнисажа по всей высоте конвертера, увеличение продолжительности межплавочных простоев на восстановление футеровки конвертера.

Известен способ восстановления футеровки конвертера, включающий оставление шлака в конвертере, продувку шлака инертным газом через донные фурмы, ввод в шлак порошкообразных материалов - стабилизаторов шлаковой пены, периодическое намораживание на футеровку вспененного шлака и последующее его осаждение с циклическим повторением операций вспенивания и осаждения [2]. Способ позволяет осуществить процесс восстановления футеровки в любом месте по высоте конвертера и обеспечивает снижение скорости износа футеровки минимум на 0,15 мм за плавку.

Недостатком данного способа является прежде всего сложность реализации процесса, связанная с вводом в шлак специально подготовленных, достаточно дефицитных и дорогостоящих материалов, обеспечивающих повышение механической прочности шлаковой пены. Многоступенчатый режим операции восстановления футеровки и большая продолжительность полного (и неполного) цикла восстановления разрушенных участков футеровки увеличивает потери производительного времени работы агрегатов.

Известны также способы нанесения шлакового гарнисажа в конвертере, включающие нанесение на футеровку смеси оставшегося в конвертере после слива металла шлака и огнеупорного материала (извести, доломита, магнезита, хромита) струями сжатого воздуха, подаваемого одновременно снизу и сверху встречными потоками [3] или продуктами неполного сгорания природного газа, который подают сверху в смеси с кислородом [4].

Недостатками данных способов является неравномерное и неполное распределение шлака по поверхности футеровки, а также увеличение кислорода, подводимого к шлаку, что повышает содержание окислов железа в шлаке, увеличивает жидкотекучесть и снижает способность шлака к замораживанию на стенках агрегата, приводит к неравномерному нанесению шлакового гарнисажа на футеровку конвертера вследствие его стекания.

Наиболее близким техническим решением является способ нанесения покрытия на стенки конвертера, включающий оставление шлака предыдущей плавки, подачу сверху через фурму нейтрального газа для нанесения шлака на внутренние стенки конвертера при переменной высоте фурмы над уровнем днища конвертера [5].

Однако известный способ имеет недостатки.

Известный способ не предусматривает предварительную подготовку конечного шлака до необходимого состава и температуры для понижения реакционной способности и загущения шлака по мере возрастания окисленности шлака. Отсутствие операции предварительной подготовки конечного шлака приводит к плохому налипанию неподготовленного, зачастую переокисленного шлака к поверхности футеровки при продувке шлаковой ванны струями нейтрального газа, что снижает эффективность нанесения брызг металла на стенки конвертера и образования там защитного слоя.

Кроме того, при этом невозможно равномерное и полное распределение шлакового расплава по высоте поверхности футеровки из-за чрезмерной подвижности и жидкотекучести конечного шлака: при нанесении его струями нейтрального газа на футеровку конвертера нет необходимого намораживания брызг шлака и формирования слоя шлакового гарнисажа над поверхностью ванны.

Известный способ не позволяет реализовать направленное нанесение капель шлака на футеровку конвертера, что является основным условием эффективного образования там защитного шлакового слоя. Направленное нанесение и намораживание брызг шлака на стенки конвертера можно обеспечить продувкой шлаковой ванны струями нейтрального газа с образованием обратных газошлаковых потоков, при этом принципиальное значение имеет кинетическая энергия струи и физико-химические свойства конечного шлака, что не обеспечивается по известному способу.

Задачей изобретения является повышение эффективности нанесения слоя шлака на футеровку конвертера и увеличение ее стойкости.

Задача решается следующим образом. В способе нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера, включающем оставление шлака предыдущей плавки, подачу сверху через фурму нейтрального газа для нанесения шлака на внутренние стенки конвертера при переменной высоте фурмы, при содержании углерода в металле на повалке перед выпуском из конвертера предыдущей плавки более 0,12% в шлак вводят карбонатные материалы, при углероде 0,06 - 0,12% - карбонатные и углеродсодержащие материалы, при углероде менее 0,06% - углеродсодержащие материалы в количествах, соответственно карбонатных 15 - 25% и углеродсодержащих 5 - 10% от массы шлака, перемешивают полученный шлаковый расплав смесью кислорода с нейтральным газом в соотношении 1:(0,35 - 0,85) в течение 1 - 7% продолжительности основной окислительной продувки с последующим его нанесением на футеровку конвертера струями нейтрального газа с расходом 100 - 200% номинальной интенсивности основной окислительной продувки.

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и, следовательно, заявляемое решение имеет изобретательский уровень.

Технический результат, достигаемый предлагаемым способом нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера, заключается в том, что после выпуска металла в конвертере оставляют весь шлак, образующийся в ходе кислородно-конвертерной плавки, за исключением того количества, которое уходит в сталеразливочный ковш самотеком. Для подготовки шлака к раздуву на рабочую поверхность футеровки конвертера производят подачу карбонатных (известь, доломит, известняк и др.) и/или углеродсодержащих (антрацит, например) материалов в зависимости от характеристик конечного шлака, обусловленных параметрами предыдущей плавки. В качестве основного признака, определяющего состояние конечного шлака, используется содержание углерода в металле на повалке перед выпуском из конвертера предыдущей плавки, характеризующее окисленность шлака. При содержании углерода в металле на повалке перед выпуском конвертера предыдущей плавки более 0,12% необходимо присаживать на шлак карбонатные материалы (известь, доломит, известняк и др.).

При перемешивании шлакового расплава смесью кислорода с нейтральным газом происходит снижение реакционной способности и загущение шлака за счет подачи определенного количества дополнительных материалов, например извести и/или доломита. После перемешивания подготовленный шлаковый расплав, обогащенный основными оксидами, поступающими из карбонатных материалов, равномерно наносится на рабочую поверхность футеровки путем раздува нейтральным газом, подаваемым с определенным расходом через верхнюю кислородную фурму. На поверхности футеровки образуется гарнисаж, который защищает ее от воздействия агрессивного шлакометаллического расплава. При этом продолжительность перемешивания шлакового расплава составляет 1 - 7% продолжительности основной окислительной продувки, а соотношение кислорода и нейтрального газа в продуваемой смеси 1:(0,35 - 0,85).

При содержании углерода в металле на повалке перед выпуском из конвертера предыдущей плавки 0,06 - 0,12%, когда окислительный потенциал конечного шлака достаточно высок, в конвертер загружают карбонатные (известь, доломит, известняк и др.) и углеродсодержащие (например, антрацит) материалы. Карбонатные материалы обогащают шлак высокоогнеупорными оксидами, а углерод, например антрацит, раскисляет шлак, что снижает содержание окислов железа в шлаке, его активность и разрушающее воздействие на футеровку.

При содержании углерода в металле на повалке перед выпуском из конвертера предыдущей плавки менее 0,06%, когда шлак переокислен, в конвертер загружают только углеродсодержащие материалы (например, антрацит) и перемешивают их со шлаком газокислородной смесью. Происходит раскисление шлака углеродом, уменьшается окислительный потенциал шлака до необходимого уровня, когда снижается активность окислов железа в результате превалирующего влияния основности шлака, при этом снижается реакционная способность и происходит загущение шлакового расплава, что придает ему необходимые свойства для эффективного нанесения и намораживания в качестве защитного шлакового слоя.

Количество присаживаемых материалов, соответственно карбонатных 15 - 25% и углеродсодержащих 5 - 10% от массы шлака, является оптимальным для подготовки шлакового расплава и использования его для нанесения шлакового гарнисажа во всем интервале изменения физико-химических свойств конечного шлака предыдущей плавки и подготовки до необходимого состава и температуры.

Количество присаживаемых карбонатных материалов не должно превышать 25% от массы шлака, так как чрезмерное снижение реакционной способности и загущение шлаков расплава в условиях даже достаточно высокого окислительного потенциала конечного шлака приводит к неравномерному нанесению на поверхность футеровки конвертера защитного шлакового слоя и изменению толщины намороженного шлакового гарнисажа по высоте конвертера. При присадке карбонатных материалов менее 15% от массы шлака в условиях даже недостаточно высокого окислительного потенциала конечного шлака наблюдается недостаточное снижение реакционной способности и загущение шлакового расплава, что приводит к плохому прилипанию частиц к поверхности футеровки. Недостаточно подготовленный шлаковый расплав из-за чрезмерной подвижности и жидкотекучести неравномерно наносится на футеровку конвертера при раздуве его струями нейтрального газа.

Количество присаживаемых углеродсодержащих материалов не должно превышать 10% от массы шлака во избежание раскисления шлака до уровня чрезмерного снижения окислов железа в шлаке и последующего снижения жидкоподвижности шлака и ухудшения условий нанесения его на футеровку конвертера потоком нейтрального газа. При присадке углеродсодержащих материалов менее 5% от массы шлака не наблюдается достаточного раскисляющего эффекта, железистый шлак остается подвижным, жидкотекучим; при нанесении его струями нейтрального газа на футеровку агрегата нет необходимого прилипания частиц шлака к футеровке, и они быстро смываются в ходе операции.

Загруженные в конвертер карбонатные и/или углеродсодержащие материалы перемешиваются со шлаком смесью кислорода с нейтральным газом в соотношении 1: (0,35 - 0,85) в течение 1 - 7% продолжительности основной окислительной продувки. Соотношение расходов кислорода и нейтрального газа 1 :(0,35 - 0,85) в газовой смеси позволяет управлять окислительным потенциалом шлакового расплава, обусловленным содержанием углерода в металле на повалке перед выпуском из конвертера предыдущей плавки, количеством введенных материалов, температурным режимом операции и ее продолжительностью. Соотношение расходов кислорода и нейтрального газа в газовой смеси не должно быть больше 1:(0,35 - 0,85), иначе чрезмерно снижается количество кислорода, подводимого к шлаку, уменьшается теплоотдача от шлака, увеличивается время подготовки шлакового расплава к последующему его нанесению на футеровку агрегата.

При соотношении расходов кислорода и нейтрального газа в газовой смеси менее 1:(0,35 - 0,85) наблюдается нерациональное увеличение количества кислорода, подводимого к шлаку, что оказывает разрушающее действие на футеровку днища конвертера, кроме того, повышается жидкотекучесть подготовленного шлакового расплава, что ухудшает условия образования обратных газошлаковых потоков, обеспечивающих направленное нанесение и намораживание брызг шлака на стенку конвертера над поверхностью ванны.

Продолжительность перемешивания шлакового расплава должна составлять не менее 1% продолжительности основной окислительной продувки, в противном случае присаживаемые дополнительные материалы не успевают раствориться, и шлаковый расплав не приобретает необходимые свойства для последующего его нанесения на футеровку агрегата.

При продолжительности перемешивания шлакового расплава более 7% продолжительности основной окислительной продувки нарушается температурный режим процесса, происходит охлаждение шлакового расплава, что затрудняет направленное нанесение и намораживание брызг шлакового расплава на футеровку конвертера.

Нанесение шлакового гарнисажа на футеровку конвертера необходимо осуществлять струями нейтрального газа с расходом 100-200% номинальной интенсивности основной окислительной продувки.

При расходе нейтрального газа меньше 100% номинальной интенсивности основной окислительной продувки уменьшается кинетическая энергия струи, и не обеспечивается образование обратных газошлаковых потоков с направленным нанесением и намораживанием брызг шлакового расплава на футеровку конвертера, что снижает эффективность образования на ее поверхности намороженного слоя шлакового гарнисажа.

При подаче нейтрального газа с расходом более 200% номинальной интенсивности окислительного газа происходит изменение подаваемого газа и шлакового расплава, что усложняет формирование направленных газошлаковых потоков, обеспечивающих намораживание брызг шлака на футеровке конвертера, при этом снижается эффективность нанесения шлакового гарнисажа.

Пример. В 160-тонном конвертере операцию нанесения гарнисажного слоя производят после выпуска предыдущей плавки. После повалки конвертера и взятия проб металла и шлака примерно 1/3 общего количества шлака удаляется самотеком. Химический состав металла на повалке конвертера перед выпуском, %: C - 0,12; Mn - 0,14; S - 0,013; P - 0,010. Скачивание оставшейся части шлака следующего состава, %: FeO - 22,1; CaO - 48,3; SiO₂ - 13,4; MnO - 6,8, специально не производят. Чем больше шлака предыдущей плавки остается в полости конвертера, тем более качественным получается гарнисажный слой.

Конвертер устанавливают в рабочее положение и на оставшуюся часть шлака загружают 3 т извести и 0,75 т антрацита, что составляет 20 и 5% от массы шлака соответственно. Затем опускают кислородную фурму и начинают перемешивать шлаковый расплав, одновременно подавая кислород и азот, причем расход кислорода составляет 250 м³/мин, а азота 150 м³/мин, что соответствует соотношению расходов кислорода и нейтрального газа в газовой смеси 1:0,6. Продувку шлакового расплава осуществляют в течение 1 мин (4,5% продолжительности основной окислительной продувки, после чего не прерывая операцию, увеличивают расход азота с постепенным снижением расхода кислорода и положения фурмы до минимального (тупикового). Нанесение шлакового гарнисажа осуществляют азотом с расходом 600 м³/мин, что составляет 150% номинальной интенсивности основной окислительной продувки.

В результате получили толщину гарнисажного слоя от 0,010 м в его верхней части до 0,040 м - в нижней. Наблюдали наличие неусвоенных шлаком вкраплений извести в поверхностном слое гарнисажа, что положительно сказывалось на качестве гарнисажного слоя.

После перемешивания шлакового расплава на фурме наблюдали настыль, образующуюся непосредственно на соплах и головке фурмы высотой до 1,0 - 1,5 м. В нижней части головки толщина намороженного слоя в радиусе от оси фурмы составляла 0,3 - 0,4 м. Большая толщина намороженного слоя настыли свидетельствовала об эффективной подготовке шлака и последующем получении гарнисажного слоя. В дальнейшем после остывания в период межплавочного простоя настыль растрескивалась и падала в агрегат, не вызывая закозления фурмы.

Заявляемый способ нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера применим в кислородно-конвертерном производстве.

Источники информации 1. А.с. СССР N 1696488, C 21 C 5/44, 1988 г.

2. А.с. СССР N 1383787, C 21 C 5/44, 1986 г.

3. А.с. СССР N 1437403, C 21 C 5/44, 1986 г.

4. А.с. СССР N 1592343, C 21 C 5/ 44, 1986 г.

5. А.с. СССР N 2047660, C 21 C 5/44, 1992 г.

Формула изобретения

Способ нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера, включающий повалку конвертера и выпуск из него металла, подвергнутого окислительной продувке до определенного содержания в нем углерода, оставление в конвертере шлака предыдущей плавки и нанесение его на внутренние стенки конвертера путем подачи на шлак сверху струй нейтрального газа через фурму при ее переменной высоте, отличающийся тем, что в зависимости от содержания углерода в металле перед его выпуском на повалке конвертера в шлак вводят карбонатные и/или углеродсодержащие материалы в количестве 15 - 25%и 5 - 10% от массы шлака соответственно, при этом при содержании в металле более 0,12% углерода вводят карбонатные материалы, при содержании углерода 0,06 - 0,12% - карбонатные и углеродсодержащие материалы, а при содержании углерода менее 0,06% - углеродсодержащие материалы, после чего перемешивают полученный шлаковый расплав смесью кислорода с нейтральным газом в соотношении 1 : (0,35 - 0,85) в течение 1 - 7% продолжительности основной окислительной продувки с последующим его нанесением на футеровку конвертера струями нейтрального газа с расходом 100 - 200% номинальной интенсивности основной окислительной продувки.