Способ проведения металлургической обработки железосодержащего материала и сталеплавильная установка

 

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к способу и сталеплавильной установке для металлургической обработки железосодержащих материалов, в частности к получению расплава стали. Для осуществления энергоэкономной, не вредящей окружающей среде и не требующей больших затрат металлургической обработки железосодержащих материалов, в особенности для получения расплава стали по изобретению, предлагается проводить все операции в одной металлургической емкости (ME), выполняющей функцию конвертера и, без перелива расплавленного продукта, функцию электродуговой печи. В отстойнике у дна ME оставляют часть жидкого металл от предыдущей плавки, на который вводят Al и/или Si, загружают железосодержащие материалы, которые нагревают и расплавляют за счет получения дополнительной неэлектрической энергии при продувке кислородсодержащим газом через копье, вводимое в полость МЕ через колено для отвода отходящих газов (КООГ) через отверстие центральной части крышки (ЦЧК). ЦЧК выполнена съемной и на ее отверстие надето КООГ. Осуществляют промежуточное скачивание шлака, содержащего до 50% оксидов Si. По окончании продувки сливают шлак, содержащий P, и вводят тепловую энергию, создаваемую электрической дугой. 2 с. и 13 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу металлургической обработки железосодержащих материалов, в частности, к получению расплавов стали, а также к относящейся к нему плавильной установке для получения стали, содержащей, по меньшей мере, одну металлургическую емкость, закрываемую поворотной крышкой, которая соединена через отвод для дымовых газов с установкой для очистки газа, через центр крышки которой может проходить, по меньшей мере, один электрод, устройство для заполнения емкости шихтой, а также отверстие для слива шлака и отверстие для слива расплава, расположенное в дне емкости.

Рынок предъявляет владельцам заводов по электровыплавке стали высокие требования к качеству, а также к степени непрерывности процесса и уровню цен на стальные продукты. В связи с колеблющимися ценами на сырье все больше производителей применяют наряду со скрапом большее количество чугуна - жидкого или в чушках - при электровыплавке стали.

До сих пор применялась продувка чугуна в конвертере с высоким расходом кислорода. Так, из выложенной заявки ФРГ DE OS 2803960 известна установка для передела чугуна кислородом или кислородсодержащим газом, при котором для улавливания отходящих газов, выделяющихся в процессе передела, применялся основной вытяжной колпак. Отходящие газы отсасываются с помощью вытяжной трубы, подключенной к основному вытяжному колпаку, ведущему к установке для обеспыливания. В вытяжной трубе выполняется отверстие, в которое обычным образом может вставляться кислородное копье.

Основной вытяжной колпак соединен с установленной независимо от металлургической емкости крышкой, с помощью которой он может отводиться в сторону как отдельный узел.

Электродуговые печи питаются обычно постоянным или переменным током. Так, из DE 4302285 A1 известна двойная печная установка с двумя печными емкостями и известен способ эксплуатации этой установки, закрываемой крышкой, соединенной через колено для отвода дымовых газов с установкой для очистки дымовых газов. Как видно из фиг. 2 этой публикации, через крышку проходит три электрода печи переменного тока и через эту же крышку проходит один электрод, а в дне емкости представлен контрэлектрод печи, работающий на постоянном токе. Обе печи работают таким образом, что одна из печей снабжается электроэнергией для расплавления шихты, загруженной в нее, а другая полностью отделена от электрической сети и в нее после загрузки подаются горячие дымовые газы другой печи. С металлургической точки зрения речь здесь идет об одноступенчатом процессе.

Были предложены также другие металлургические емкости. Так, из патента ФРГ DE 3419030 C1 известна металлургическая реакционная емкость, в частности сталеплавильный конвертер, который может поворачиваться вокруг вертикальной оси поворота для каждой операции процесса и для функций соответствующих рабочих устройств, расположенных над и/или под реакционной емкостью. К рабочим устройствам относятся, например, газоотводящая труба, устройство для загрузки шихты, измерительная трубка, продувочная трубка и устройство для слива в дне емкости. Они установлены жестко, в то время как реакционная емкость поворачивается в соответствующую позицию вокруг вертикальной оси вращения.

Реакционная емкость подходит для соответствующего способа. Так, она служит для получения металлического расплава, в частности расплава стали, а также для получения газов, например, газов, содержащих CO, из угля и материала, который своим присутствием поддерживает реакцию и при этом мало расходуется или не расходуется совсем, как, например, расплав чугуна.

Кроме того известен способ металлургической обработки железа, в частности, для получения расплава стали, включающий загрузку в емкость печи железосодержащих материалов с низким содержанием углерода, его нагрев и расплавление путем получения дополнительной неэлектрической энергии за счет продувки кислородсодержащим газом, подачу извести, промежуточное скачивание содержащего оксид кремния шлака, отвод отходящих газов при продувке, ввод по окончанию продувки тепловой энергии, создаваемой электрической дугой, отвод дымовых газов, слив оставшегося шлака и последующий выпуск жидкого расплава стали через отстойник у дна емкости (US, 528627 A, 15.02.94).

Целью изобретения является создание способа и подходящего для него устройства, с помощью которого можно осуществлять работы с железосодержащими материалами, в частности для получения расплава стали с экономией энергии, в условиях защиты окружающей среды и минимальных расходов.

Эта цель достигается за счет того, что в отстойнике у дна емкости печи оставляют часть жидкого металла от предыдущей плавки, на который для его дезоксидации перед загрузкой железосодержащих материалов вводят алюминий и/или кремний, при этом продувку кислородсодержащим газом осуществляют при одновременной загрузке твердого чугуна и извести, проводят промежуточное скачивание шлака, содержащего до 50% оксида кремния, а по окончании продувки перед вводом тепловой энергии, создаваемой электрической дугой, сливают фосфоросодержащий шлак.

Является целесообразным использовать скрап в качестве железосодержащего материала с низким содержанием углерода.

Кроме того, при продувке в качестве кислородсодержащего газа можно использовать кислород. При этом кислород можно подавать в смеси с природным газом или жидким топливом в сверхстехиометрическом соотношении, при сжигании которой образуют сверхдлинный факел. В качестве железосодержащего материала используют смесь жидкого чугуна и жидкого железосодержащего материала при их соотношении, равном 50: 50.

Соотношение скрапа к чугуну поддерживают в пределах от 20:80 до 40:60. В качестве железосодержащего материала можно использовать скрап, жидкий чугун и жидкий железосодержащий материал при их соотношении от 10:60:30 до 10:40: 50 соответственно.

Кроме того, упомянутый технический результат достигается в сталеплавильной установке, содержащей, по меньшей мере, одну подключенную к источнику электрической энергии металлургическую емкость, закрывающуюся поворачивающейся, имеющей отверстия в центральной части крышкой, соединенной посредством колена для отвода отходящих газов и основного трубопровода для дымовых газов с газоочистительной установкой, проходящей через центральную часть крышки, по меньшей мере, один электрод, по меньшей мере, одно копье, вводимое через крышку в полость верхней части металлургической емкости, устройство для заполнения емкости шихтой, отверстие для слива шлака и расположенное в дне емкости отверстие для слива расплава металла, за счет того, что центральная часть крышки выполнена съемной, а на отверстие в ее центральной части надето колено для отвода отходящих газов, при этом, по меньшей мере, одно копье выполнено с возможностью ввода в полость верхней части металлургической емкости через колено для отвода отходящих газов и через отверстие в центральной части крышки.

При этом является целесообразным выполнить копье с возможностью коаксиального расположения с главной осью металлургической емкости и с возможностью регулирования его глубины погружения в полость емкости. Копье может быть подключено к станции снабжения кислородом; копье может быть выполнено в виде горелки и дополнительно подключено к станции снабжения топливом, например природным газом или жидким топливом.

Кроме того, установка может быть снабжена соединенной с основным трубопроводом для дымовых газов камерой дожигания, к которой присоединено колено для отходящих газов; она может быть снабжена выполненным на основании металлургической емкости выступом для подвода жидкой шихты.

Установка может быть снабжена второй металлургической емкостью, закрываемой крышкой, при этом обе емкости подключены к одному источнику электрической энергии и имеют одну станцию подачи кислорода, а также топлива и может быть снабжена механизмом поворота колена для отходящих газов, которое расположено по линии, разделяющей обе металлургические емкости таким образом, что устье колена для отходящих газов может альтернативно надеваться на одно из отверстий в центральной части крышки каждой металлургической емкости.

Согласно изобретению все металлургические работы осуществляются в одной емкости, причем эта емкость берет на себя, с одной стороны, функцию конвертера и - непосредственно наряду с этим, без перелива расплавленного продукта - функцию электродуговой печи. Особенно предпочтительным образом этот способ представлен двумя металлургическими емкостями, рабочие такты которых перекрываются на 50%.

После слива металлургического расплава, освобожденного от шлака из электродуговой печи, в дне емкости остается отстой, необходимый при обычном электродуговом расплавлении для начала нового процесса. Для подавления сильных реакций с расплавленным металлом в предложенном способе вводят Al/Si для дезоксидации металла в отстойнике у дна емкости. Затем загружают металл, обедненный углеродом, в виде скрапа или жидкого металла.

Затем осуществляют продувку кислородом, при этом содержание кремния снижается, а вся шихта разогревается. Во время восстановительной работы одновременно добавляется чугун в качестве охлаждающего средства для поддержания температуры стали на заданном уровне. Одновременно для регулирования основности вводят известь. В течение всего этого времени не требуется никаких работ с электричеством. В это время скачивают шлак, содержащий до 50% SiO₂. Во время восстановительных работ отходящие газы откачивают. После окончания продувки удаляют шлак, содержащий фосфор. В этом месте происходит смена рабочих устройств, а именно удаляются кислородное копье и отвод для отходящих газов, чтобы осуществить, наконец, процесс плавления в электродуговой печи. В конце процесса сливают остатки шлака и расплав металла сливают через выпускное отверстие в дне.

Вместо продувки кислорода через кислородное копье для обезуглероживания чугуна предлагается применять кислородно-газовую или кислородно-жидкотопливную горелку и эксплуатировать ее с длинным факелом и с работой при сверхстехиометрическом отношении. При применении жидкого металла он имеет температуру свыше 1300^oC. Предлагаются различные смеси металлов. Наиболее выгодным оказалось отношение жидкого чугуна к жидкому металлу около 50:50. Кроме того, предлагается соотношение между скрапом и чугуном от 20:80 до 40:60, предпочтительно 30:70. Кроме того, предлагается применять соотношение скрап: жидкий чугун:жидкий металл в диапазоне от 10:60:30 до 10:40:50. После каждой комплексной операции способа донный слив очищают и снова закрывают, загружают соответствующий материал, закрывают крышку емкости, устанавливают копье или горелку и колено для отвода отходящих газов, и процесс может начаться снова. Во время процесса продувки с применением установки с двумя печами происходит процесс плавления с помощью электродов в другой емкости печи. Дымовые газы направляют через колено для отвода дымовых газов в смесительную камеру и там смешивают с газами, отходящими в процессе продувки. Так как процесс продувки после дожигания CO допускает очень высокие температуры отходящих газов, гарантируется, что более холодные отходящие газы из электропечи будут надежно дожигаться. Благодаря этому надежно предотвращаются возможные появления загазованности, а также других соединений углеводородов, таких как, например, фураны и диоксины.

Для осуществления способа предлагается сталеплавильная установка с металлургической емкостью, снабженной крышкой со снимаемой центральной частью. К отверстию центральной части крышки крепится устье колена для отвода отходящих газов, через это колено и отверстие в крышке в полость верхней части металлургической емкости вводится кислородное копье или, по меньшей мере, одна горелка. Через эти соответствующие конструктивные детали с небольшим количеством рукояток и конструктивно простыми средствами, металлургическая емкость может быть переоборудована в конвертер. Кислородное копье, проходящее через колено для отходящих газов, подключено к перемещающему механизму, который может погружать головку копья на заданную глубину в емкость. Применяемое копье может быть только кислородным копьем или только горелкой, или же - также многофункциональной трубкой. Обычное колено для дымовых газов, установленное в электродуговой печи, имеет запорные органы, которые закрываются во время фазы продувки и отсоса через колено для отвода отходящих газов. Для загрузки расплавленного металла или жидкого чугуна предлагается выполнить в нижней части емкости выступ для упрощения подвода жидкой шихты.

При применении сталеплавильной установки с двумя металлургическими емкостями, необходимыми являются только копье или горелочное устройство и колено для отвода газов, а также только электропровод через кронштейн и электрод или электроды. Благодаря удобному расположению кронштейна и колена для отвода дымовых газов, включая копье или горелочное устройство, путем простого и быстрого поворота изменяются соответствующие функции емкости. Отпадает необходимость в открывании крышки, а также в переливе расплава, находящегося в емкости, которые являлись недостатками.

Точка поворота устройства для поворота электродов и устройства поворота колена для отходящих газов расположены и в печной установке E-типа, на одной линии с емкостью печи, которая отделяет первую емкость печи от второй (расширенной) емкости печи.

Пример осуществления изобретения представлен на чертеже.

На фиг. 1 показан вид сверху; на фиг. 2 - вид металлургической емкости сбоку.

На фиг. 1 показан вид сверху на установку с одной печью с возможностью переоборудования ее в установку с двойной печью.

На виде сверху емкости печи, кроме выступа 18(28) и сливного отверстия 19(29) (здесь: отверстие для шлака), видна еще крышка 13(23), навешанная на механизм 14(24) для поворота крышки, а именно в повернутое наружу и рабочее положение. У второй печи, которая может быть применена помимо первой, отчетливо показана центральная часть 25 крышки. К крышке 13(23) подключены два колена 51(52) для отвода дымового газа, которые соединены через запорный клапан 53(54) с основным трубопроводом 55 для дымовых газов. К основному трубопроводу 52 для дымовых газов подключены, кроме того, отсосы 56(57) выступов 18(28).

Крышка 13 съемно соединена с коленом 61 для дымового газа, которое может поворачиваться через механизм 63 поворота. Основной трубопровод 55 для дымовых газов и основной трубопровод 64 для отходящих газов сообщаются с камерой 71 дожигания. Через трубу 61 для отходящих газов проходит копье 41, удерживаемое кронштейном 42.

Через центральную часть 25 крышки проходит электрод 31, подключенный через электродный кронштейн 32 к механизму 33 поворота электрода.

На фиг. 2 схематично показаны оба положения эксплуатации, а именно: одно, при котором металлургическая емкость имеет функцию конвертера, и другое - при работе как электродуговая печь. На кронштейне 42 для копья крепится копье 41, которое проходит коаксиально к главной оси 1 емкости через колено 61 для отходящего газа и отверстие 16 в центральной части крышки в полость верхней части 12 емкости. Верхняя часть 12 и нижняя часть 17 вместе образуют емкость 11 печи, которая закрыта крышкой 13. Крышка 13 имеет отверстие 16 в центральной части крышки, к которому примыкает колено 61 для отходящих газов. Колено 61 для отходящих газов может поворачиваться с помощью механизма 33 поворота. Нижняя емкость 17 имеет сливное отверстие 19, здесь донное сливное отверстие для металлического расплава. Печь, показанная на левой половине чертежа, имеет электродный кронштейн 32, на котором в данном случае закреплены три электрода 31, проходящие через центральную часть 25 крышки, которая закрывает отверстие 26 в центральной части крышки.

Формула изобретения

1. Способ металлургической обработки железа, в частности для получения расплава стали, включающий загрузку в емкость печи железосодержащих материалов с низким содержанием углерода, их нагрев и расплавление путем получения дополнительной неэлектрической энергии за счет продувки кислородсодержащим газом, подачу извести, промежуточное скачивание содержащего оксид кремния шлака, отвод отходящих газов при продувке, ввод по окончании продувки тепловой энергии, создаваемой электрической дугой, отвод дымовых газов, слив оставшегося шлака и последующий выпуск жидкого расплава стали через отстойник у дна емкости, отличающийся тем, что в отстойнике у дна емкости печи оставляют часть жидкого металла от предыдущей плавки, на который для его дезоксидации перед загрузкой железосодержащих материалов вводят алюминий и/или кремний, при этом продувку кислородсодержащим газом осуществляют при одновременной загрузке твердого чугуна и извести, проводят промежуточное скачивание шлака, содержащего до 50% оксида кремния, а по окончании продувки перед вводом тепловой энергии, создаваемой электрической дугой, сливают фосфоросодержащий шлак.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве железосодержащего материала с низким содержанием углерода используют скрап.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при продувке в качестве кислородсодержащего газа используют кислород.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при продувке подают кислород в смеси с природным газом или жидким топливом в сверхстехиометрическом соотношении, при сжигании которой образуют сверхдлинный факел.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве железосодержащего материала используют смесь жидкого чугуна и жидкого железосодержащего материала при их соотношении, равном 50 : 50.

6. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что соотношение скрапа к чугуну поддерживают в пределах от 20 : 80 до 40 : 60.

7. Способ по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что в качестве железосодержащего материала используют скрап, жидкий чугун и жидкий железосодержащий материал при их соотношении от 10 : 60 : 30 до 10 : 40 : 50 соответственно.

8. Сталеплавильная установка, содержащая, по меньшей мере, одну подключенную к источнику электрической энергии металлургическую емкость, закрывающуюся поворачивающейся, имеющей отверстия в центральной части крышкой, соединенной посредством колена для отвода отходящих газов и основного трубопровода для дымовых газов с газоочистительной установкой, проходящей через центральную часть крышки, по меньшей мере, один электрод, по меньшей мере, одно копье, вводимое через крышку в полость верхней части металлургической емкости, устройство для заполнения емкости шихтой, отверстие для слива шлака и расположенное в дне емкости отверстие для слива расплава металла, отличающаяся тем, что центральная часть крышки выполнена съемной, а на отверстие в ее центральной части надето колено для отвода отходящих газов, при этом, по меньшей мере, одно копье выполнено с возможностью ввода в полость верхней части металлургической емкости через колено для отвода отходящих газов и через отверстие в центральной части крышки.

9. Установка по п.8, отличающаяся тем, что копье выполнено с возможностью коаксиального расположения с главной осью металлургической емкости и с возможностью регулирования его глубины погружения в полость емкости.

10. Установка по п.9, отличающаяся тем, что копье подключено к станции снабжения кислородом.

11. Установка по п.10, отличающаяся тем, что копье выполнено в виде горелки и дополнительно подключено к станции снабжения топливом, например, природным газом или жидким топливом.

12. Установка по п.8, отличающаяся тем, что она снабжена соединенной с основным трубопроводом для дымовых газов камерой дожигания, к которой присоединено колено для отходящих газов.

13. Установка по п.8, отличающаяся тем, что она снабжена выполненным на основании металлургической емкости выступом для заливки жидкой шихты.

14. Установка по любому из пп.8, 10 и 11, отличающаяся тем, что она снабжена второй металлургической емкостью, закрываемой крышкой, при этом обе емкости подключены к одному источнику электрической энергии и имеют одну станцию подачи кислорода, а также - топлива.

15. Установка по п. 14, отличающаяся тем, что она снабжена механизмом поворота колена для отходящих газов, которое расположено по линии, разделяющей обе металлургические емкости таким образом, что устье колена для отходящих газов может альтернативно надеваться на одно из отверстий в центральной части крышки каждой металлургической емкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2