Способ выплавки стали в конвертере

 

Изобретение относится к кислородно-конвертерному производству стали. Способ выплавки стали в конвертере включает нагрузку в конвертер лома и жидкого чугуна, продувку расплава кислородом в два периода сверху через фурму с изменением ее расстояния (Р) до уровня расплава в спокойном состоянии. В первом периоде это (Р) превышает в 1,1-2,1 раза соответствующее (Р) во втором периоде продувки. После завалки лома, заливки жидкого чугуна присаживают карбонаты (К) вместе с углеродсодержащими материалами (УСМ) в соотношении 1: (0,10-0,40) соответственно и прогревают в течение первого периода продувки. Дополнительно подают (УСМ) в количестве 25-75% от общего их расхода и кислород с расходом 30-100% от его расхода, подаваемого на окислительное рафинирование металла во втором периоде продувки. Кроме того, в расплав с (К) подают известь. Соотношение расходов (К) и извести поддерживают в пределах 1: (0,25-0,50). Технический результат - снижение расхода извести на производство стали и повышение эффективности процесса за счет снижения себестоимости выплавляемой стали. 1 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности, к производству стали в кислородных конвертерах.

Известны способы конвертерной плавки с использованием карбонатов в качестве шлакообразующих материалов. Однако карбонаты или необожженные флюсы (например, известняк, сырой доломит) не нашли широкого применения в конвертерном процессе из-за большого охлаждающего эффекта в результате разложения карбонатов, а также низкой скорости усвоения их шлаком. Преимущественное распространение получили обожженные флюсы (известь, доломит), подаваемые в конвертер в кусковом и порошкообразном виде. Однако в результате затрат на обжиг стоимость обожженных флюсов в сравнении с необожженными увеличивается, вследствие чего применение обожженных флюсов сопровождается возрастанием стоимости выплавляемой стали. Кроме того, в процессе транспортировки обожженного флюса к конвертерам имеют место потери физического тепла, приобретенного в процессе обжига, что, безусловно, снижает эффективность процесса.

Известен способ производства стали с предварительным нагревом металлического лома и известняка вне конвертера принудительной подачей определенного количества подготовленного теплоносителя на единицу площади нагреваемой массы твердой шихты до температуры, равной или выше декарбонизации известняка, последующей загрузкой в конвертер, заливкой чугуна и окислительным рафинированием (А. с. СССР 1673602, С 21 с 5/28, 1991).

При нагреве шихты до 900-1000^oС происходит обжиг известняка, что позволяет ликвидировать затраты на его обжиг в соответствующих производствах (например, в известково-обжиговых печах). Поскольку подготовленную таким образом шихту сразу заваливают в конвертер, температура и активность извести, достигнутые после обжига известняка, полностью сохраняются, что резко улучшает шлакообразование в конвертере.

Недостатком известного способа является низкая эффективность процесса, связанная с организацией нагрева шихтовых материалов вне конвертера и удлинением общей продолжительности плавки.

Известен также способ выплавки стали в кислородном конвертере с предварительным подогревом лома подачей кислорода, карбонатов и углеродсодержащих материалов (А. с. СССР 1696486, С 21 с 5/28, 1989, Бюл. 45).

Подача карбонатов при этом производится на струю кислорода после воспламенения угля для стабилизации горения топлива и более равномерного прогрева лома. Разогретые до высокой температуры кусочки карбонатов, находящиеся между кусками лома и на его поверхности, в начальный период рафинирования быстро растворяются в первичном железистом шлаке. При этом повышаются жидкоподвижность и реакционноспособность шлака, достигается раннее нарастание его основности.

Недостатком известного способа является низкая эффективность процесса, связанная со снижением стойкости футеровки конвертера, характерным, в целом, для операции предварительного подогрева лома кислородными струями. Что касается нанесения на внутренние стенки конвертера гарнисажа из карбонатов и недогоревших частей углеродсодержащего топлива, то это не решает полностью проблему повышения износа футеровки агрегата из-за ограниченной возможности равномерного распределения карбоната на поверхности огнеупорной кладки.

Известен также способ выплавки стали в конвертере, включающий загрузку в конвертер лома и жидкого чугуна, продувку расплава кислородом в два периода сверху через фурму с изменением ее расстояния до уровня расплава в спокойном состоянии в первый и второй периоды в пределах 1,1-2,1 и подачу по ходу продувки смеси извести и доломита (Патент РФ 2109071, С 21 с 5/28, 1998).

Известный способ позволяет повысить стойкость футеровки агрегата вследствие подачи в расплав в процессе продувки доломита и извести. При этом образуется конечный шлак с повышенным до 8-11% содержанием MgO. Полученный в конце продувки шлак вспенивается, увеличивает свой объем в 2-4 раза и налипает на стенки конвертера. Благодаря этому происходит ремонт локальных разгаров агрегата.

Недостатком известного способа является повышенный расход извести на производство стали и снижение эффективности процесса за счет увеличения себестоимости выплавляемой стали.

Наиболее близким к заявляемому является способ выплавки стали в конвертере с использованием в качестве необожженного флюса порошкообразного известняка, который вдувают в смеси с порошкообразным топливом в период продувки (А. с. СССР 1765184, С 21 с 5/28, 1992).

В результате сжигания порошкообразного топлива в потоке кислорода происходят нагрев и обжиг порошкообразного известняка, что позволяет осуществить замену обожженного флюса на необожженный с соответствующим сокращением затрат.

Недостатком известного способа является низкая эффективность процесса, связанная с необходимостью подготовки порошкообразных материалов (известняка и угля), а также с переоборудованием верхней кислородной фурмы для осуществления сжигания топлива и нагрева известняка в потоке кислорода в период продувки расплава кислородом, что приводит к повышению себестоимости выплавляемой стали.

Задачей изобретения является снижение расхода извести и повышение эффективности процесса за счет снижения себестоимости выплавляемой стали.

Задача решается следующим образом. При выплавке стали в конвертере, включающей загрузку в конвертер лома и жидкого чугуна, продувку расплава кислородом сверху через фурму, подачу карбонатов и углеродсодержащих материалов и их нагрев по ходу продувки, продувку проводят в два периода с изменением расстояния фурмы до уровня расплава в спокойном состоянии, при этом в первом периоде это расстояние превышает в 1,1-2,1 раза соответствующее расстояние во втором периоде продувки, причем карбонаты присаживают после завалки лома и заливки жидкого чугуна вместе с углеродсодержащими материалами в соотношении 1: (0,10-0,40), соответственно, и прогревают в течение первого периода продувки, дополнительно подавая углеродсодержащие материалы в количестве 25-75% от общего их расхода, а расход кислорода поддерживают в пределах 30-100% от его расхода, подаваемого на окислительное рафинирование металла во втором периоде продувки.

Кроме того, в расплав с карбонатами подают известь, при этом соотношение расходов карбонатов и извести поддерживают в пределах 1: (0,25-0,50).

Технический результат, достигаемый предлагаемым способом выплавки стали, заключается в том, что в условиях дефицита извести при окислительном рафинировании металла в конвертере за счет предварительной продувки расплава с присаженными на него карбонатами обеспечивают условия для их обжига. Обжиг карбонатов в процессе первого периода продувки конвертерной ванны позволяет снизить или полностью исключить расход извести на окислительное рафинирование металла, а также ликвидировать затраты на обжиг карбонатов в соответствующих производствах.

Сущность заявляемого способа заключается в следующем. Карбонаты присаживают в конвертер после завалки лома и заливки жидкого чугуна вместе с углеродсодержащими материалами. Затем опускается фурма, включается подача кислорода и начинается первый период продувки, в течение которого дополнительно подают углеродсодержащие материалы.

Фурму держат на расстоянии до уровня расплава в спокойном состоянии, превышающем в 1,1-2,1 раза соответствующее расстояние во втором периоде продувки, что позволяет при расходе кислорода, равном 30-100% от его расхода, подаваемого на окислительное рафинирование металла во втором периоде продувки, и расходе углеродсодержащих материалов 25-75% от общего их расхода поддерживать необходимые температурные условия для обжига карбонатов. Расчеты тепловой стороны процесса показали, что для обжига карбонатов в процессе кислородной продувки достаточным является нагрев шихтовых материалов до температуры 900-1000^oС.

При соотношении расходов карбонатов и углеродсодержащих материалов, присаживаемых после завалки лома и заливки жидкого чугуна, в пределах 1: (1,10-0,40) соответственно, обеспечиваются условия для нагрева карбонатов до температуры 900-1000^oС и их разложения.

При превышении этого соотношения в сторону увеличения расхода карбонатов указанная температура не достигается, что снижает эффективность способа.

При соотношении расходов карбонатов и углеродсодержащих материалов менее 1: (1,10-0,40) увеличивается количество тепла, выделяемого от сжигания топлива, что способствует возрастанию скорости и полноты обжига карбонатов. Однако при этом уменьшается количество оксидов кальция и магния, поступающих в шлак, в результате снижения доли карбонатов в присаживаемых шихтовых материалах, что приводит к снижению основности шлака, ухудшению шлакообразования во втором периоде продувки, необходимости дополнительной подачи извести и снижению эффективности процесса.

Количество дополнительно подаваемых в течение первого периода продувки углеродсодержащих материалов не должно быть меньше 25% от общего их расхода, в противном случае не обеспечивается равномерный прогрев карбонатов теплом от горения топлива и дожигания образующегося монооксида углерода до его двуокиси, что приводит к снижению эффективности обжига карбонатов, уменьшению количества оксидов кальция и магния, поступающих в шлак. При этом затрудняется формирование высокоосновного шлака, необходимого для окислительного рафинирования металла, что приводит к необходимости дополнительной присадки извести во втором периоде продувки и снижению эффективности процесса.

Количество дополнительно подаваемых в течение первого периода продувки углеродсодержащих материалов не должно быть больше 75% от общего их расхода, в противном случае чрезмерно снижается количество углеродсодержащих материалов, присаживаемых вместе с карбонатами после завалки лома и заливки жидкого чугуна. При этом нарушается стабильное горение твердого топлива, не обеспечивается равномерный прогрев карбонатов до температуры 900-1000^oС и их разложение, что снижает эффективность процесса.

Расход кислорода, подаваемого в течение первого периода продувки для прогрева и обжига карбонатов, должен быть не менее 30% от его расхода, подаваемого на окислительное рафинирование металла во втором периоде продувки, иначе не обеспечивается стабильное горение углеродсодержащих материалов, прогрев карбонатов происходит неравномерно, снижается эффективность их обжига, уменьшается количество оксидов кальция и магния, поступающих в шлак. При этом требуется дополнительная присадка извести для формирования высокоосновного шлака, что в целом снижает эффективность процесса из-за увеличения расхода сырья и материалов и увеличения себестоимости выплавляемой стали.

Расход кислорода, подаваемого в течение периода продувки для прогрева и обжига карбонатов, может быть увеличен до 100% от его расхода на окислительное рафинирование металла во втором периоде продувки, для наводки высокожелезистого шлака при переделе чугунов специального состава (например, низкомарганцовистого, высокофосфористого и т. д. ) для улучшения шлакообразования. При этом не наблюдается горение железа металлического лома, характерное для нагрева твердой шихты, и не снижается эффективность обжига карбонатов.

При подаче в расплав с карбонатами извести соотношение расходов карбонатов и извести, присаживаемых вместе с углеродсодержащими материалами после завалки лома и заливки чугуна, не должно превышать 1: (0,25-0,50). При превышении этого соотношения в сторону увеличения расхода карбонатов и соответствующем изменении расхода углеродсодержащих материалов достигаемые температурные условия, необходимые для обжига карбонатов, не являются достаточным условием для эффективного растворения извести и формирования высокоосновного шлака. Для более полного и быстрого растворения извести в этот период продувки необходимо увеличение содержания в шлаках оксидов железа. Таким образом присаживаемая известь плохо усваивается ванной, не способствует улучшению шлакообразования, что приводит к снижению эффективности процесса из-за увеличения расходных коэффициентов на сырье и материалы и увеличения себестоимости выплавляемой стали.

При соотношении расходов карбоната и извести менее 1: (0,25-0,50) увеличивается количество извести, что приводит к увеличению общего количества шлакообразующих материалов (извести и карбонатов), присаживаемых в конвертерную ванну после загрузки лома и заливки чугуна, при регламентированном расходе углеродсодержащих материалов. При этом не обеспечиваются температурные условия, необходимые для обжига карбонатов, наблюдается холодное начало процесса, снижение скорости ассимиляции извести, что приводит к увеличению ее расхода и, соответственно, себестоимости выплавляемой стали, снижению эффективности производства.

Пример. В 160-тонный конвертер загружают металлический лом, заливают жидкий чугун, присаживают известь в количестве 20 кг/т, сырой доломит в количестве 80 кг/т, подают антрацит в количестве 18 кг/т. При этом соотношение расходов карбонатов и углеродсодержащих материалов (сырого доломита и антрацита) составляет 1: 0,23, а карбонатов и извести - 1: 0,25. Предварительную продувку ведут в течение 6 мин при положении фурмы 2,5 м с расходом кислорода 180 м³/мин (45% от его расхода, подаваемого на окислительное рафинирование металла во втором периоде продувки). По ходу продувки присаживают дополнительно в количестве 20 кг/т антрацит порциями по 150-500 кг, что составляет 52% от общего его расхода.

Затем ведут основную продувку при положении фурмы 1,3 м.

Температура металла на повалке 1615^oС, металл содержит, %: С - 1,12; Мn - 0,15; Р - 0,010; S - 0,010. Основность шлака составляет 4,0; содержание FeO - 19,1%, выход годного 90,5%.

Заявляемый способ выплавки стали промышленно применим в кислородно-конвертерном производстве.

Формула изобретения

1. Способ выплавки стали в конвертере, включающий загрузку в конвертер лома, заливку жидкого чугуна, продувку расплава кислородом сверху через фурму, подачу карбонатов и углеродсодержащих материалов и их нагрев по ходу продувки, отличающийся тем, что продувку проводят в два периода с изменением расстояния фурмы до уровня расплава в спокойном состоянии, при этом в первом периоде это расстояние превышает в 1,1-2,1 раза соответствующее расстояние во втором периоде продувки, причем карбонаты присаживают после завалки лома и заливки жидкого чугуна вместе с углеродсодержащими материалами в соотношении 1: (0,10-0,40) соответственно и прогревают в течение первого периода продувки, дополнительно подавая углеродсодержащие материалы в количестве 25-75% от общего их расхода, а расход кислорода поддерживают в пределах 30-100% от его расхода, подаваемого на окислительное рафинирование металла во втором периоде продувки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что совместно с карбонатами подают известь, при этом соотношение расходов карбонатов и извести поддерживают в пределах 1: (0,25-0,50).