Способ выплавки стали в конвертере

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к способам выплавки стали в кислородных конвертерах со сниженной долей чугуна или при использовании химически холодных чугунов. Способ выплавки стали в конвертере включает загрузку металлического лома, заливку жидкого чугуна, ввод в ванну углеродсодержащих материалов и шлакообразующих. В качестве углеродсодержащего материала используют механическую смесь вторичных продуктов производства графитированных изделий, состоящую из теплоизоляционного материала и углеродсодержащего материала. Механическую смесь вторичных продуктов производства графитированных изделий подают в брикетированном виде при следующем соотношении компонентов, мас.%: материал теплоизоляционный 45-70, материал углеродистый 20-45, шлакообразующие материалы, являющиеся связующим, - остальное. Обеспечивается улучшение шлакового режима плавки, снижение расхода науглераживающих материалов, повышение качества стали и снижение ее себестоимости. 2 табл.

 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к способам производства стали в кислородных конвертерах со сниженной долей чугуна или при использовании химически холодных чугунов.

Известен способ выплавки стали в конвертере (Патент РФ №2222605). Способ включает подачу в конвертер металлошихты в виде стального лома и жидкого чугуна, продувку расплава кислородом, подачу в конвертер шлакообразующих материалов и углеродсодержащего материала, причем углеродсодержащего материала подают в пределах 0,25-1,3 кг/т.

Известен также способ выплавки стали в конвертере (Патент РФ №2048533). Способ включает подачу в кислородный конвертер металлического лома, ввод в ванну углеродсодержащих теплоносителей - возвратную шихту печей графитизации (65-90 мас.%), шлакообразующих, заливку жидкого чугуна и продувку металла кислородом. При этом в качестве разжижителя шлака используют пыль электрофильтров электролизного производства алюминия (10-35 мас.%). Теплоноситель и разжижитель загружают в виде брикетов.

Известен способ выплавки стали с присадкой в ванну конвертера перед продувкой горючих сланцев (А.С. СССР №495359, МПК С 21 С 5128, 1974). Недостатком указанного способа является увеличенное содержание серы и оксида кремния.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому эффекту является способ выплавки стали с использованием в качестве углеродсодержащего материала антрацита, который вводят в конвертер в виде скрапоугольных пакетов или насыпью под лом через тракт сыпучих материалов (Баптизманский В.И., Бойченко Б.М., Черевко В.П. и др. Повышение доли металлолома в шихте кислородных конверторов при вводе твердого топлива в ванну, "Сталь", №4, 1976 г., с.306-309).

Недостатком использования антрацита в конвертерной плавке является ухудшение шлакового режима плавки, особенно в первые минуты продувки, и сравнительно небольшой тепловой эффект.

Технической задачей изобретения является улучшение шлакового режима плавки, снижение расхода науглероживающих материалов, повышение качества стали и снижение ее себестоимости.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в соответствии со способом выплавки стали в конвертере, включающим загрузку металлического лома, заливку жидкого чугуна, ввод в ванну углеродсодержащих и шлакообразующих материалов, в качестве углеродсодержащего материала используют механическую смесь вторичных продуктов производства графитированных изделий, состоящую из термоизоляционного и углеродистого материала, при этом механическая смесь вторичных продуктов производства графитированных изделий и шлакообразующие материалы используют в брикетированном виде при следующем соотношении компонентов, мас.%

материал теплоизоляционный	45-70
материал углеродистый	20-45
шлакообразующие материалы - связующее	остальное

При использовании в конвертерной плавке вторичных продуктов производства графитированных изделий углерод, так как и углерод антрацита (по прототипу), снижает содержание оксидов железа в шлаке. Из-за незначительного содержания кремнезема увеличения вязкости шлака не происходит.

Относительно небольшое содержание серы в брикете (max 0,5%) позволяет улучшить качество стали и снизить расход материально-энергетических ресурсов на десульфурацию.

Так как и при использовании антрацита в виде топлива тепло выделяется за счет окисления свободного углерода.

2С+О₂=2СО_газ

ΔН=-204200 КДж/моль

За счет содержания карбида кремния в составе брикета, который не окисляется, а растворяется в металле по реакции

SiC+Fe=[Si]_Fe+[C]_Fe

Снижаются расходы науглераживателей и выделяется дополнительная энергия окисления кремния:

Si+O=SiO₂

ΔН=-909500 кДж/моль

При этом тепловой эффект от использования смеси вторичных материалов производства графитированных изделий в 1,1-1,25 раза превышает тепловой эффект антрацита.

Материалы углеродистые по ТУ 1914-01827208846-99 и ТУ 1914-00194042-26-01 содержат оптимальное соотношение углерода свободного и углерода, связанного в соединениях кремния, за счет их комплексного влияния обеспечивается синергетический принцип их действия. Дополнительное введение углерода высокотемпературной кальцинации в комбинации с карбидкремнийсодержащим материалом обеспечивает необходимое содержание углерода в стальной ванне.

Физико-химические показатели материалов углеродистых по ТУ 1914-01827208846-99 (МУ) и ТУ 1914-00194042-026-01 (МТ) приведены в табл.1.

Пределы содержания компонентов в составе смеси объясняются следующим.

Материал теплоизоляционный (МТ) (ТУ 1914-00194042-026-01) при его содержании в составе брикета менее 45% не обеспечивает достаточного содержания углерода в расплаве, а при содержании материала теплоизоляционного более 70% появляется избыток углерода в расплаве, что приводит к увеличению длительности процесса плавки и дополнительному расходу кислорода.

Таблица 1
Физико-химические показатели материалов углеродистых МУ и МТ.
Наименование показателя	Материал
МУ	МТ
Содержание углерода, %, не менее	60	80
Содержание карбида кремния, %	15-25	1-5
Содержание золы, %, не более	20	20
Содержание серы, %, не более	1,0	0,5
Содержание влаги, %, не более	5,0	1,0

Материал углеродистый (МУ) (ТУ 1914-01827208846-99) при содержании в составе брикета менее 20% не обеспечивает достаточное выделение тепла, что ухудшает технологические параметры плавки. При содержании смеси углеродсодержащей в составе брикета более 45% увеличивается концентрация оксидов кремния в шлаке, что приводит к снижению его основности.

Шлакообразующие материалы - связующее - представляют собой оксидную систему CaO-SiO₂-Al₂O₃, которая характеризуется гидратным твердением, что позволяет изготовить брикеты достаточно высокой прочности. Наличие в составе брикетов свободного кремнезема приводит к взаимодействию его с СаО шлакообразующего материала - связующего и снижает температуру ее плавления. Постепенное оплавление шлакообразующего - связующего - предотвращает преждевременное окисление углерода и дозировано вводит его в расплав.

Таким образом, использование шлакообразующих веществ в качестве связующего в количестве - остальное (10 мас.%) обеспечивает достаточную прочность брикетов, способствует раннему шлакообразованию, снижает вязкость шлака и предотвращает раннее окисление углерода.

Пример конкретного выполнения.

После выпуска металла предыдущей плавки в конвертер загружали металлический лом в количестве 64 т и заливали жидкий чугун в количестве 202 т с температурой 1308°С, затем на чугун по тракту сыпучих материалов давали брикетированный теплоноситель, содержащий 50% материала теплоизоляционного, 40% материала углеродистого и 10% шлакообразующего материала - связующего. Интенсивность продувки составляла 7000-1000 м³/мин, длительность продувки 14,8 мин. В конце продувки получают металл с содержанием углерода 0,04% и серы 0,035%. Температура металла 1659°С. Выход жидкого металла - 94,1%. Указанная последовательность действий сохраняется при изменении состава теплоносителя в соответствии с заявляемыми пределами.

Полученные данные представлены в таблице 2 в сравнении с известным способом (прототип) выплавки стали с использованием антрацитов.

Таблица 2
Влияние состава теплоносителя на технологические показатели процесса
Показатель	Известный (прототип)	Вариант ведения плавки
Насыпной теплоноситель	Брикетированный теплоноситель*
Состав теплоносителя, мас.%		Заявляемого состава	Запредельного состава	Заявляемого состава	Запредельного состава
Антрацит	100	-	-	-	-
Материал теплоизоляционный	-	60	75	45	50	70	73	40
Материал углеродистый	-	30	15	45	40	20	17	50
Расход кислорода, м3/т	52,5	52,0	54,0	52,1	52,0	51,6	53,8	51,9
Температура металла, °С	1600	1624	1615	1653	1659	1661	1642	1623
Основность шлака	3,03	3,3	3,21	3,13	3,6	3,23	3,5	2,81
Содержание серы на повалке	0,045	0,035	0,038	0,03	0,035	0,032	0,04	0,029
Выход жидкого металла,%	89,8	92,2	95,0	93,4	94,1	93,8	94,5	90,6
Длительность продувки, мин	17,0	16,6	17,0	15,1	14,8	15,5	16,7	16,0
*) При содержании связующего менее 10% брикеты были недостаточной прочности и истирались при прохождении бункеров

Анализ представленных данных подтверждает высокую эффективность предложенного способа. Использование в качестве теплоносителя вторичных продуктов производства графитированных изделий в заявляемых количествах по сравнению с известным способом позволяет сократить длительность продувки до 14,8 мин, что приводит к снижению расходов кислорода на додувке в среднем на 1-2%, при приблизительно равном удельном расходе кислорода повысить температуру металла в среднем на 24-61°С, снизить содержание серы до 0,03-0,035%, снизить угар железа и повысить выход жидкого металла до 94,1%.

Оптимальность процентных соотношений компонентов брикета и режимы их введения в плавильный агрегат подтверждены опытными плавками в конвертере. Анализ проведенных плавок по заявляемому способу показал снижение содержания серы в готовом металле, повышение температуры металла, снижение расходов кислорода на додувке.

1. Способ выплавки стали в конвертере, включающий загрузку металлического лома, заливку жидкого чугуна, ввод в ванну углеродсодержащих и шлакообразующих материалов, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего материала используют механическую смесь вторичных продуктов производства графитированных изделий, состоящую из теплоизоляционного материала и углеродистого материала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что механическую смесь вторичных продуктов производства графитированных изделий и шлакообразующие материалы используют в брикетированном виде при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Теплоизоляционный материал	45-70
Углеродистый материал	20-45
Шлакообразующие материалы - связующее	Остальное