Способ производства стали с использованием металлизированного железорудного сырья

Изобретение относится к области металлургии, в частности к процессам металлизации и электросталеплавильному производству. Изобретение предусматривает получение горячих восстановительных газов при газификации энергетического угля или любых углесодержащих отходов с температурой 1500-1600°С и одновременное получение жидкого чугуна в агрегате жидкофазного восстановления, работающего в смешанном режиме. Горячий восстановительный газ охлаждают в рекуператоре, осуществляют загрузку окисленных окатышей и подачу охлажденного восстановительного газа в шахтную печь, металлизацию окатышей в шахтной печи. В агрегате жидкофазного восстановления и шахтной печи используют рудные материалы, не содержащие оксида титана и ванадия. Температура горячего восстановительного газа после охлаждения в рекуператоре на входе в шахтную печь составляет 750-830°С. Чугун, металлизованные окатыши и лом загружают в дуговую электропечь. Металлическая шихта дуговой электропечи составляет 50-60% металлизованных окатышей, 30-40% жидкого чугуна и менее 10% металлического лома. В результате использования изобретения расход угля на газификацию снижается на 10-15%, содержание лома уменьшается до 10% и менее, что дает снижение энергоемкости стали, обеспечивает отсутствие вредных примесей цветных металлов в стали и улучшение ее эксплуатационных свойств. 1 ил.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к процессам металлизации и электросталеплавильному производству.

Известны способы прямого получения железа, металлизации и выплавки стали [1-3].

Однако в этих способах для получения восстановительного газа применяется дорогостоящий природный газ, а при выплавке стали используется значительное количество (до 40-50%) металлического лома, что вызывает перманентное загрязнение стали медью и другими нежелательными примесями.

Известен также способ металлизации окатышей, при котором для получения восстановительного газа применяется уголь [4]. Однако при этом способе металлизованные окатыши используются для получения чугуна, что требует последующего обезуглероживания для получения стали.

Известен также способ металлизации окатышей, при котором используется уголь для получения восстановительного газа в агрегате процесса жидкофазного восстановления (ПЖВ), восстановительный газ применяется для восстановления окатышей в шахтной печи (ШП), а получаемый в агрегате ПЖВ чугун и металлизованные окатыши из ШП используются в электропечи для получения стали [5, 6].

Известен также рекуперативный способ бескоксовой переработки ванадийсодержащего рудного сырья с прямым легированием ванадием стали, при котором используется уголь для получения восстановительного газа в агрегате процесса жидкофазного восстановления (ПЖВ), восстановительный газ применяется для восстановления окатышей в шахтной печи (ШП), а получаемый в агрегате ПЖВ чугун и металлизованные окатыши из ШП используются в электропечи для получения стали, причем избытки тепла горячего восстановительного газа из газификатора и горячего экспортного газа печи металлизации параллельно используют в двух рекуператорах с коэффициентами рекуперации тепла не менее 0,7 для нагрева дутья нижних фурм и кислорода верхних фурм газификатора с жидкой ванной соответственно [7].

Однако этот процесс предназначен для прямого легирования стали ванадием и металлизации окатышей из титаномагнетитового рудного сырья. Использование титаномагнетитового рудного сырья, из-за содержания в нем, наряду с оксидом ванадия, оксидов титана, вынуждает поддерживать температуру восстановительного газа на входе в ШП на сравнительно высоком уровне - 850-1050°С. Кроме того, расход чугуна при выплавке стали и легировании стали ванадием в электропечи ограничивается из-за возможного насыщения стали фосфором в восстановительный период плавки и поэтому расход лома становится также значительным - до 30%.

Таким образом, известный рекуперативный способ прямого получения железа и выплавки стали [7], наиболее близкий к предлагаемому изобретению, и принят за аналог. Однако, как отмечено выше, недостатком этого способа является необходимость поддерживать температуру на входе в шахтную печь на высоком уровне - 850-1050°С, что приводит к частичному разрушению окатышей, не позволяет в полной мере использовать рекуперацию тепла восстановительного газа и ведет к повышенному расходу угля. Кроме того, содержание лома в шихте электропечи составляет 30 и более процентов, что приводит к насыщению стали медью и другими вредными примесями.

Целью настоящего изобретения является повышение теплового КПД процесса металлизации и выплавки стали, снижение расхода угля на получение восстановительного газа и снижение доли лома в шихте электродуговой печи.

Эта цель достигается следующим образом.

Способ производства стали с использованием металлизованного железорудного сырья, включающий получение горячих восстановительных газов для газификации энергетического угля или любых углесодержащих отходов с температурой 1500-1600°С и одновременное получение жидкого чугуна в агрегате процесса жидкофазного восстановления, работающего в смешанном режиме, охлаждение горячего восстановительного газа в рекуператоре, загрузку окисленных окатышей и подачу охлажденного восстановительного газа в шахтную печь, металлизацию окатышей в шахтной печи, нагрев кислорода и кислородно-воздушного топлива в рекуператорах для подачи в агрегат жидкофазного восстановления, загрузку чугуна, металлизированных окатышей и лома в дуговую электропечь, отличается тем, что в агрегате жидкофазного восстановления и шахтной печи используют рудные материалы, не содержащие оксида титана и ванадия, температура горячего восстановительного газа после охлаждения в рекуператоре на входе в шахтную печь составляет 750-830°С, а металлическая шихта дуговой электропечи составляет 50-60% металлизованных окатышей, 30-40% жидкого чугуна и менее 10% металлического лома.

Таким образом, этот способ отличается тем, что в агрегате жидкофазного восстановления и в шахтной печи используются рудные материалы, не содержащие оксида титана. Поэтому температура на входе в шахтную печь составляет не более 750-830°С, то есть значительно меньше, чем в известном аналоге. Охлаждение восстановительного газа до указанных температур проводится в рекуператоре, за счет чего идет подогрев кислородно-воздушного дутья, подаваемого на фурмы агрегата ПЖВ. При степени регенерации 0,6 при этом обеспечивается подогрев дутья до 400°С, что приводит к снижению расхода газифицируемого угля на 10-15%.

В шахтной печи происходит процесс металлизации окатышей. Получаемый в агрегате ПЖВ чугун и металлизованные окатыши из ШП подаются в дуговую электропечь, в которую может загружаться и лом, но не более 10% от металлической части шихты. Таким образом, состав металлической части шихты дуговой электропечи - 50-60% металлизированных окатышей, 30-40% чугуна и менее 10% лома. Колошниковый газ ШП может быть использован как экспортный для получения пара и электроэнергии и как дополнительное топливо топливно-кислородных горелок электропечи. Кроме того, теплота колошникового газа используется для нагрева кислорода, подаваемого на верхние фурмы агрегата ПЖВ для частичного дожигания восстановительных газов. Расход угля на процесс составляет 700-800 кг на тонну выплавляемой стали.

На чертеже приведено устройство, реализующее данный способ. Оно состоит из агрегата ПЖВ (1), ШП (2), дуговой электропечи (3) и рекуператоров (4) и (5).

Устройство работает следующим образом.

В агрегат ПЖВ загружается рудный концентрат, не содержащий оксидов титана и ванадия (6) и энергетический уголь (7). В рекуператор 4 подается кислородно-воздушная смесь (9). Получаемый в агрегате ПЖВ горячий восстановительный газ (10) с температурой 1550-1600°С поступает в рекуператор (4), в который подается и кислородно-воздушная смесь (9). Восстановительный газ, охлажденный в рекуператоре 4 до 750-830°С, подается на вход ШП (11). Остальное тепло из теплообменного аппарата идет на подогрев дутья, которое подается на фурмы (8) агрегата жидкофазного восстановления. В ШП поступают окатыши (12) из железорудного материала, не содержащего оксидов титана и ванадия. Чугун, получаемый в агрегате ПЖВ (13), и металлизованные окатыши ШП (14) подаются в электропечь (3), в которую также подается лом (15). Колошниковый газ ШП (16) используется как экспортный газ, а также может использоваться в топливно-кислородных горелках (17) дуговой электропечи. В рекуператор 5 подается колошниковый газ шахтной печи (теплоноситель) и кислород 18, нагреваемый в рекуператоре. Нагретый кислород подается на верхние фурмы агрегата ПЖВ для дожигания восстановительного газа (степень дожигания до 20%).

Состав металлической части шихты дуговой электропечи - 50-60% окатышей, 30-40% чугуна и менее 10% лома.

В результате использования данного способа расход угля на газификацию снижается на 10-15%, а содержание лома уменьшается до 10% и менее, что дает снижение энергоемкости стали и обеспечивает первородность шихты, отсутствие вредных примесей цветных металлов в выплавляемой стали и улучшение ее эксплуатационных свойств.

Источники информации

1. Тулин Н.А., Боковиков Б.А. Пчелкин С.А., и др. Развитие бескоксовой металлургии. / Под. ред. Н.А.Тулина, К.М.Майера. М.: Металлургия, 1987. - 328 с.

2. Корунов И.Ф., Савчук Н.А. Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа. - М.: Черметинформация, 2002. - 148 с.

3. Бескоксовая переработка титаномагнетитовых руд. // В.А.Ровнушин, Б.А.Боковиков, С.Г.Братчиков и др. М.: Металлургия, 1988. - 246 с.

4. Corex®. Revolution in Ironmaking. Voest Alpine Industrial Lagenbau. Linz, 1994 - p.21.

5. Лисиенко В.Г., Дружинина О.Г., Ладыгина Н.В., Морозова В.А. Моделирование технологического процесса новой конструкционной стали, легированной ванадием повышенного содержания. Вестник УГТУ-УПИ. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004, №18 (48). С.157-165.

6. Лисиенко В.Г., Роменец В.А., Пареньков А.Е. и др. Способ бескоксовой переработки ванадийсодержащего рудного сырья с получением легированной ванадием стали. Патент РФ №2167944, С2, 2С21В 13/14, бюл. №15, 27.05.2001.

7. Лисиенко В.Г., Ладыгина Н.В., Юсфин Ю.С. и др. Рекуперативный способ бескоксовой переработки ванадийсодержащего рудного сырья с прямым легированием ванадием стали. Патент РФ №2282665, С2, С21В 13/14, 27.08.2006.

Способ производства стали, включающий получение горячих восстановительных газов при газификации энергетического угля или любых углесодержащих отходов с температурой 1500-1600°С и одновременное получение жидкого чугуна в агрегате жидкофазного восстановления, работающего в смешанном режиме, охлаждение горячего восстановительного газа в рекуператоре, загрузку окисленных окатышей и подачу охлажденного восстановительного газа в шахтную печь, металлизацию окатышей в шахтной печи, нагрев кислорода и кислородно-воздушного топлива в рекуператорах для подачи в агрегат жидкофазного восстановления, загрузку чугуна, металлизованных окатышей и лома в дуговую электропечь, отличающийся тем, что в агрегате жидкофазного восстановления и шахтной печи используют рудные материалы, не содержащие оксида титана и ванадия, температура горячего восстановительного газа после охлаждения в рекуператоре на входе в шахтную печь составляет 750-830°С, а металлическая шихта дуговой электропечи составляет 50-60% металлизованных окатышей, 30-40% жидкого чугуна и менее 10% металлического лома.