Способ определения содержания фосфора в металле

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к кислородно-конвертерному производству. Способ включает определение высоты положения измерительной фурмы в полости конвертера, определение толщины и объема шлака V_шл. Затем определяют содержание фосфора Р в металле по зависимости: Р=3·10^-6·V² _шл-0,0006·V_шл+0,0332. Использование изобретения обеспечивает повышение выхода стали. 1 ил.

 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к кислородно-конвертерному производству, и может быть использовано для определения высоты слоя шлака в конвертере и прогнозирования содержания фосфора в металле в конце продувки.

Известен способ прогнозирования конечного содержания фосфора в металле с помощью системы искусственного интеллекта на основе нейронных сетей, использующей в качестве входных величин рациональные технологические параметры, в частности содержание фосфора в шихтовых материалах (металлический лом, чугун), температуру расплава перед выпуском плавки из конвертера и др. (Tu Hai, Hong Xin, Zheng Shaobo, Jiang Guochang. Развитие динамики технологического контроля конечного содержания марганца и фосфора при выплавке стали в конвертере. Shanghai jinshu=Shanghai Metals. 2002. 24, №2, c.27-30, 5. Библ. 7. Кит.; рез. англ. CN ISSN1001-7208).

Недостатком данного способа является сложность получения исходных параметров в промышленных условиях.

Наиболее близким аналогом является способ определения содержания фосфора в металле в зависимости от количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу объема шлакометаллической эмульсии, количества извести, приходящегося на единицу объема кислорода, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии, температуры металла и содержания в нем углерода на повалке конвертера (патент №SU 1562355 AI).

Недостатком данного способа является невозможность определения содержания фосфора в металле в процессе продувки плавки.

Технической задачей изобретения является обеспечение своевременности определения содержания фосфора в металле в процессе продувки плавки и повышение выхода стали.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения содержания фосфора в металле, включающем изменение температуры расплава в конвертере в процессе плавки, определяют высоту положения измерительной фурмы в течение времени ее нахождения в полости конвертера, по результатам температуры расплава и высоты положения измерительной фурмы определяют толщину слоя шлака, затем объем шлака (V_шл) по зависимости:

где Н_шл - толщина слоя шлака в конвертере, м;

R - радиус внутренней цилиндрической части конвертера, м;

Ст - стойкость футеровки конвертера относительно количества плавок, после чего определяют содержание фосфора в металле из соотношения

Решение поставленной задачи достигается тем, что за 2-3 мин до конца продувки в конвертер опускается измерительная фурма, оснащенная датчиком положения и измерительным блоком, регистрирующим изменение температуры во время нахождения фурмы в конвертере.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлены два графика - график I - изменение температуры расплава в течение времени нахождения измерительной фурмы в полости конвертера, график II - изменение положения измерительной фурмы (по высоте) в процессе замера.

На графике изменения температуры (график I) имеется горизонтальный участок, который представляет собой температуру жидкого металла. За горизонтальным участком кривая идет на повышение - это изменение температуры при прохождении датчиком слоя более горячего шлака при подъеме измерительной фурмы из конвертера.

После выхода измерительной фурмы из слоя шлака наблюдается падение температуры, что на графике характеризуется плавным снижением температуры.

Координата по оси времени точки 1 - точки перегиба между горизонтальным участком и последующим подъемом является моментом прохождения датчиком границы раздела между металлом и шлаком. Координата точки 2 - максимальное значение температуры, после которого начинается постепенный спад, является моментом прохождения датчиком границы между шлаком и газовой фазой. Максимальная температура в точке 2 - температура шлака.

Сопоставляя полученные моменты времени прохождения датчиком переломных точек 1 и 2 с графиком положения измерительной фурмы (график II), находим положение измерительного датчика в указанные моменты времени, т.е. границы раздела фаз металл-шлак, шлак-газ.

Разница высот между точками 2 и 1 является высотой слоя шлака в конвертере.

Известно, что окисление фосфора происходит на поверхности раздела шлак-металл, шлак-корольки металла. Увеличение количества шлака, его вспенивание, увеличивает поверхность контакта шлака и металла, что способствует удалению фосфора, следовательно, определив объем шлака в конвертере, можно оценить шлаковый режим конвертерной плавки и (при прочих равных условиях) прогнозировать содержание фосфора в металле.

Своевременное, в процессе продувки, определение содержания фосфора в металле позволяет, при необходимости, принять дополнительные меры к удалению фосфора в конвертере (например, присадка 2-3 т извести и продувка в течение 2-3 мин при повышенном, на 200-300 мм, положении кислородной фурмы), снизить количество додувок на фосфор, снизить длительность плавки за счет исключения операции повалки конвертера для отбора проб металла на определение содержания фосфора, повысить выход годной стали, увеличить стойкость футеровки конвертера.

Способ опробован в ОАО «ММК».

В процессе продувки плавки стали марки 08Ю в 350-тонном кислородном конвертере (диаметр внутренней цилиндрической части футеровки конвертера равен 7050 мм) после израсходования 18100 м³ кислорода произвели измерение температуры расплава опусканием в конвертер измерительной фурмы с установленным на ней датчиком температуры. Положение измерительной фурмы в нижней точке составило 12,3 м от уровня головки рельса (отметка + 0 м). После выдержки в нижнем положении в течение 3 сек измерительную фурму подняли из конвертера.

На графике изменения температуры наблюдается горизонтальный участок, который представляет собой температуру жидкого металла. Температура металла в конвертере составила 1638°С. Через 0,5 сек после начала подъема измерительной фурмы наблюдается рост температуры, что свидетельствует о прохождении датчиком температуры слоя более горячего, чем металл, шлака. Определив момент прохождения датчиком границы металл-шлак (точка 1 графика I), находим по графику изменения положения измерительной фурмы (график II) положение фурмы в этот момент времени. Высота подъема измерительной фурмы H1 составила 13,7 м (от уровня головки рельса, отм. + 0 м).

Максимальная температура, равная 1665°С, после которой начинается ее постепенный спад, характеризуется момент прохождения датчиком температуры границы раздела шлак-газовая фаза (точка 2 графика I) и является температурой шлака. Положение измерительной фурмы в этот момент времени, определенное по графику изменения положения измерительной фурмы (график II), составило 14,5 м (от уровня головки рельса, отм. + 0 м).Толщину слоя шлака в конвертере определили как разницу между положением измерительной фурмы по высоте в точках 1 и 2. Толщина слоя шлака составила 0,8 м.

Объем слоя шлака в конвертере определяется по формуле (1) и с учетом стойкости футеровки конвертера, равной 3751 плавки, составил 32,6 м³.

Далее по формуле (2) рассчитываем прогнозируемое содержание фосфора в металле, которое оказалось равным 0,017%.

Содержание фосфора в данной марке стали не более 0,015%.

Для дополнительного удаления фосфора произвели присадку в конвертер 2 т извести, приподняли кислородную фурму на 300 мм выше рабочего положения (до 3,0 м над уровнем спокойной ванны расплава), снизили интенсивность продувки кислородом до 1000 м³/мин (для наведения жидкоподвижного шлака). Через 2 мин продувки кислородную фурму опустили до 2,5 м, увеличили интенсивность продувки кислородом до 1200 м³/мин и через 1 мин завершили продувку. Содержание фосфора в металле после продувки составило 0,012%.

Способ определения содержания фосфора в металле, включающий измерение температуры расплава в конвертере в процессе плавки, отличающийся тем, что определяют высоту положения измерительной фурмы в течение времени ее нахождения в полости конвертера, по результатам температуры расплава и высоты положения измерительной фурмы определяют толщину слоя шлака, затем объем шлака (V_шл) по зависимости

V_шл=π(R+0,22·10^-4·Ст)²·Н_шл,

где Н_шл - толщина слоя шлака в конвертере, м;

R - радиус внутренней цилиндрической части конвертера, м;

Ст - стойкость футеровки конвертера относительно количества плавок, после чего определяют содержание фосфора в металле из соотношения

Р=3·10^-6·V² _шл-0,0006·V_шл+0,0332.