Способ выплавки стали

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способам выплавки стали в кислородных конвертерах. Способ включает оставление в конвертере шлака предыдущей плавки, загрузку на шлак шлакообразующих материалов, завалку лома, заливку чугуна, продувку кислородом с изменением его расхода и положения фурмы над уровнем спокойной ванны, рассредоточенный ввод извести и марганецсодержащих материалов. В конвертер дополнительно вводят твердое углеродсодержащее топливо в количестве 2-30 кг/т садки, на шлак присаживается 40-60% расходуемой на плавку извести и 3,5-6,5 кг/т чугуна марганецсодержащего материала. После завалки лома в конвертер вводят топливо в количестве 50-90% от общего расхода на плавку, заливают чугун и начинают кислородную продувку. Оставшееся количество марганецсодержащего материала вводят порциями по 0,1-0,3 кг/т в первой половине продувки, а топливо вводят в период 35-70% общей продолжительности продувки порциями 0,5-2,0 кг/т при положении фурмы 14,0-17,0 приведенных калибров диаметра сопла. Использование изобретения позволяет повысить тепловой баланс, улучшить шлакообразование, снизить угар металла и потери тепла с отходящими газами.

 

Предлагаемое изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способам выплавки стали в кислородных конвертерах с пониженным расходом чугуна

Известен способ передела низкомарганцовистого чугуна в конвертере, включающий завалку металлического лома, заливку чугуна, ввод шлакообразующих материалов, продувку газообразным окислителем-кислородом и подачу до начала продувки твердого углеродсодержащего топлива, в котором с целью предотвращения заметалливания фурмы, газоотводящего тракта и повышения стойкости футеровки, углеродсодержащее топливо подают после ввода на дно конвертера шлакообразующих материалов в количестве 50-200 кг/м² поверхности ванны, а продувку проводят с интенсивностью расхода кислорода 15-30 м³/мин на 1 м² поверхности ванны [Патент РФ №1006496, С21С 5/28, опубл. 23.03.82, Бюл. №11].

Недостатком этого способа является низкая скорость шлакообразования, так как не обеспечиваются необходимые условия растворения извести в процессе плавки. Из-за малого удельного веса топливо всплывает на поверхность металлической ванны и вследствие раскисляющего действия углерода на шлак затрудняется получение жидкоподвижного шлака. Это приводит к повышенным выносам и выбросам металла и шлака в процессе продувки при увеличении интенсивности подачи кислорода более 2,5 м³/мин т.

Известен способ передела чугуна в конвертере, включающий завалку лома, подачу твердого углеродсодержащего топлива, предварительный нагрев лома, заливку чугуна, продувку с изменением положения фурмы и расхода кислорода, рассредоточенный ввод извести и марганецсодержащих материалов, по ходу продувки, в котором в качестве чугуна используют чугун с содержанием одновременно кремния и марганца не более 0,35%, нагрев лома производят с подачей антрацита и газового угля при соотношении 1:(0,2-0,5) при расходе кислорода 0,3-0,5 м³/кг топлива, при этом 70-80% общего расхода антрацита подают на первой минуте нагрева, а остальное количество - в процессе основной кислородной продувки, а марганецсодержащие материалы вводят количестве 0,6-1,5% от расхода чугуна, причем 45-65% общего расхода марганецсодержащих материалов вводят на первой минуте продувки, а остальное в течение 50-80% продолжительности продувки [Патент РФ №2205231, МПК⁷ С21С 5/28, опубл. 27.05.2003, Бюл. №15].

Недостатком этого способа является низкая эффективность предварительного нагрева лома газовым углем из-за выноса его из конвертера в процессе нагрева. В связи с тем, что предварительный нагрев требует время, то увеличивается длительность плавки, а применение этого способа резко снижает производительность конвертера.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является известный способ производства стали в кислородном конвертере, включающий оставление в конвертере шлака предыдущей плавки, загрузку на шлак извести, нанесение шлакового гарнисажа, завалку лома, заливку чугуна, продувку газообразным окислителем с изменением его расхода и положения фурмы над уровнем спокойной ванны, регулирование основности конечного шлака вводом в конвертер извести и марганецсодержащих материалов по ходу плавки, выпуск расплава и раскисление в ковше, в котором в качестве чугуна используется чугун с содержанием кремния не более 0,35% при отношении Mn/Si≥1,0 количество загружаемой на шлак и по ходу плавки извести поддерживают в соотношении 1:(1-4), а количество вводимых в конвертер извести и марганецсодержащих материалов по ходу плавки регулируют из условия получения основности конечного шлака CaO/SiO₂=2,0-2,7, при этом общий расход извести и марганецсодержащиго материала поддерживают в соотношении 1:(0,1-0,4). [Патент РФ №2179586, МПК 7 С21С 5/28, опубл. 20.02.2002. Бюл. №5].

Недостатком этого способа является повышенный расход чугуна из-за дефицита тепла в тепловом балансе плавки вследствие низкого содержания кремния. Отсутствие возможности влияния шлакового гарнисажа на тепловой баланс плавки предопределяет пониженный расход чугуна, а повышенный расход извести и марганецсодержащих материалов на плавку предопределяет образование большого количества шлака, увеличивает потери металла, снижает выход стали и увеличивает расход чугуна.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение максимального использования тепла конечного шлака предыдущей плавки, повышение теплового баланса, улучшение шлакообразования, снижение угара металла и потерь тепла с отходящими газами.

Задача решается следующим образом. В известном способе выплавки стали в конвертере, включающем оставление в конвертере шлака предыдущей плавки, загрузку на шлак шлакообразующих материалов, завалку лома, заливку чугуна, продувку кислородом с изменением его расхода и положения фурмы над уровнем спокойной ванны, рассредоточенный ввод извести и марганецсодержащих материалов, согласно изобретению, в конвертер дополнительно вводят твердое углеродсодержащее топливо в количестве 2-30 кг/т садки, на шлак присаживается 40-60% расходуемой на плавку извести и 3,5-6,5 кг/т чугуна марганецсодержащего материала, а после завалки лома в конвертер вводят топливо в количестве 50-90% от общего расхода на плавку, заливают чугун и начинают кислородную продувку, причем оставшееся количество марганецсодержащего материала вводят порциями по 0,1-0,3 кг/т в первой половине продувки, а топливо вводят в период 35-70% общей продолжительности продувки порциями 0,5-2,0 кг/т при положении фурмы 14,0-17,0 приведенных калибров диаметра сопла.

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и, следовательно, заявленное решение имеет изобретательский уровень.

При разработке технологии исходили из положения необходимости повысить тепловой баланс плавки за счет максимального использования тепла конечного шлака предыдущей плавки, улучшения теплового баланса плавки за счет эффективного использования углеродсодержащего топлива, оптимального дутьевого и шлакового режимов плавки для снижения потерь тепла с пылью и отходящими газами.

Ожидаемый технический результат - улучшение процесса шлакообразования, получение низких остаточных содержаний серы и фосфора в металле, снижение удельного расхода чугуна.

Технический результат, достигаемый предложенным способом выплавки стали, заключается в том, что в конвертер дополнительно вводится твердое углеродсодержащее топливо в определенном количестве. Регламентированное количество присаживаемой на оставленный конечный шлак предыдущей плавки извести и марганецсодержащих материалов позволяет максимально использовать тепло оставленного шлака, а ввод твердого углеродсодержащего топлива после завалки лома до слива чугуна предопределяет эффективное использование тепла от окисления углерода топлива. Регламентированное количество вводимого марганецсодержащего материала и топлива в определенный период кислородной продувки при определенном положении кислородной фурмы позволяет вести процесс с оптимальным шлакообразованием в процессе всего периода продувки. Это приводит к минимальным потерям тепла с дымом и отходящими газами из-за защитной роли покровного шлака.

Твердое углеродсодержащее топливо необходимо вводить дополнительно в количестве 2-30 кг/т садки. При вводе топлива менее 2 кг/т садки эффективность использования топлива резко снижается из-за его малого количества, а при расходе более 30 кг/т дестабилизируется процесс продувки из-за резкого возрастания выбросов металла и шлака в ходе продувки.

На оставленный шлак необходимо присаживать 40-60% расходуемой на плавку извести и 3,5-6,5 кг/т чугуна марганецсодержащего материала. В случае присадки извести менее 40% и марганцевого материала менее 3,5 кг/т на шлак не полно используется тепло конечного шлака, так как это тепло используется для нагрева извести и марганецсодержащего материала, а при расходе извести более 60% и марганцового материала более 6,5 кг/т затрудняются условия шлакообразования и продувка протекает с выбросами металла и шлака.

Топливо необходимо вводить в конвертер после завалки лома в количестве 50-90% от общего расхода на плавку. В случае ввода топлива менее 50% тепловая эффективность использования топлива резко снижается, а в случае ввода топлива более 90% дестабилизируется продувка из-за выбросов металла и шлака в период продувки.

Оставшееся количество марганецсодержащего материала необходимо вводить порциями по 0,1-0,3 кг/т в первой половине продувки. При вводе марганцевого материала во второй половине порциями менее 0,1 кг/т эффективность использования материала, как средство для ускорения растворения извести резко снижается а при вводе порциями более 0,3 кг/т недопустимо из-за высокого охлаждающего эффекта марганецсодержащего материала.

Оставшееся количество топливо необходимо вводить в период 35-70% общей продолжительности продувки порциями 0,5-2,0 кг/т при положении фурмы 14,0-17,0 приведенных калибров диаметра сопла. При вводе топлива в период менее 35% продолжительности продувки порциями меньше 0,5 кг/т при положении фурмы ниже 14 приведенных калибров диаметра сопла происходит раскисление конвертерного шлака, что приводит к его свертыванию и выносам металла из конвертера, а при вводе топлива более 70% продолжительности, порциями больше 2,0 кг/т и продувки при положении фурмы выше 17 приведенных калибров шлак, наоборот, переокисляется, высокая порция топлива предопределяет вспенивание шлака и выбросы.

В качестве углеродсодержащего топлива можно использовать кокс, антрацит, уголь и др.

В качестве марганецсодержащего материала можно использовать марганцовистый концентрат, марганцовистый агломерат, марганцевую руду и др.

В качестве чугуна можно использовать чугун с содержанием марганца менее 0,25% при соотношении Si/Mn≥1,0.

Пример 1

В 160 т конвертере на оставленный шлак предыдущей плавки присадили 4500 кг извести (50%), 480 кг марганцевого концентрата (4,0 кг/т) и завалили 40 т лома. Затем на лом ввели 2560 кг кокса (80%) и залили 120 т чугуна с содержанием 0,80% кремния, 0,10% марганца, 0,018% серы, 0,10% фосфора при температуре 1340°С. Продувку вели с расходом 420 м³/мин при положении фурмы в период наводки шлака 25-20 приведенных калибров диаметра сопла (приведенный диаметр сопла равен 98,4 мм) с последующим снижением на 4 минуте до рабочего положения 12 приведенных калибров. На 1, 3, 5 7 минутах присадили порциями еще 4500 кг извести, на 2 и 4 минутах присадили по 120 кг (0,1 кг/т) марганцевого концентрата. На 8 (38%), 10 (48%) и 12 (57%) минутах продувки ввели кокс порциями по 213 кг (1,33 кг/т) с одновременным повышением фурмы до 14 приведенных калибров диаметра сопла. Продувку закончили при содержании углерода 0,05%, серы 0,012%, фосфора 0,007% и температуре металла 1648°С. Продувка прошла спокойно, без выносов и выбросов металла и шлака из конвертера. Шлак в течение всего периода продувки был жидкоподвижным. Общий расход на плавку составил: извести 9000 кг, марганцевого концентрата 720 кг, кокса 3199 кг (20 кг/т). Длительность продувки 21 мин. Удельный расход чугуна составил 805,15 кг/т. Выход металла 149,04 т.

Пример 2

На оставленный в 160 т конвертере конечный шлак предыдущей плавки присадили 4050 кг извести (45%), 600 кг марганцевого концентрата (5,0 кг/т) и завалили 40 т лома. Затем на лом ввели 1485 кг кокса (55%) и залили 120 т чугуна с содержанием 0,80% кремния, 0,11% марганца, 0,017% серы, 0,11% фосфора при температуре 1380°С. Продувку проводили аналогично примеру 1. На 1, 3, 5 и 7 минутах присадили порциями еще 4950 кг извести, на 2 и 4 минутах присадили по 180 кг (0,15 кг/т) марганцевого концентрата. На 9 (43,4%), 11 и 12 (58,5%) минутах продувки ввели кокс порциями по 255 кг (1,59 кг/т) с одновременным повышением фурмы до 15 приведенных калибров диаметра сопла. Продувку закончили при содержании углерода 0,05%, серы 0,011%, фосфора 0,007% и температуре металла 1652°С. Продувка прошла нормально без выносов и выбросов металла и шлака из конвертера. Шлак в течение всего периода продувки был жидкоподвижным. Общий расход на плавку составил: извести 9000 кг, марганцевого концентрата 960 кг, кокса 2250 кг (14,06 кг/т). Удельный расход чугуна составил 802,02 кг/т.

Пример 3

На оставленный в 160 т конвертере конечный шлак предыдущей плавки присадили 4950 кг извести (55%), 420 кг марганцевого концентрата (3,5 кг/т) и завалили 40 т лома. Затем на лом ввели 1328 кг кокса (80%) и залили 120 т чугуна с содержанием 0,80% кремния, 0,80% марганца, 0,017% серы, 0,11% фосфора при температуре 1360°С. Продувку проводили аналогично примеру 1. На 1, 3, 5 и 7 минутах присадили порциями еще 4050 кг извести, на 2 и 4 минутах присадили по 120 кг (0,10 кг/т) марганцевого концентрата. На 11 минуте продувки (58%) ввели 160 кг (1,0 кг/т) кокса и на 14 (73,7%) минуте ввели 162 кг кокса (1,0 кг/т) с одновременным повышением фурмы до 15 приведенных калибров диаметра сопла. Продувку закончили при содержании углерода 0,05%, серы 0,010%, фосфора 0,007% и температуре металла 1655°С. Продувка прошла с жидкоподвижным нормальным шлаком без выносов и выбросов металла и шлака из конвертера. Общий расход на плавку составил: извести 9000 кг, марганцевого концентрата 660 кг, кокса 1660 кг. Удельный расход чугуна составил 810,81 кг/т.

Как видно из приведенных примеров, применение предложенного способа выплавки стали позволяет обеспечить максимальное использование тепла конечного шлака предыдущей плавки, повысить тепловой баланс плавки, улучшить условия шлакообразования, получение низких остаточных содержаний серы и фосфора в металле и снижение удельного расхода чугуна.

Способ может быть реализован при выплавке стали в конвертере с пониженным расходом чугуна.

Способ выплавки стали, включающий оставление в конвертере шлака предыдущей плавки, загрузку на шлак шлакообразующих материалов, завалку лома, заливку чугуна, продувку кислородом с изменением его расхода и положения фурмы над уровнем спокойной ванны, рассредоточенный ввод извести и марганецсодержащих материалов, отличающийся тем, что в конвертер дополнительно вводят твердое углеродсодержащее топливо в количестве 2-30 кг/т садки, на шлак присаживают 40-60% расходуемой на плавку извести и 3,5-6,5 кг/т чугуна марганецсодержащего материала, а после завалки лома в конвертер вводят топливо в количестве 50-90% от общего расхода на плавку, заливают чугун и начинают продувку кислородом, причем оставшееся количество марганецсодержащего материала вводят порциями по 0,1-0,3 кг/т в первой половине продувки, а топливо вводят в период 35-70% общей продолжительности продувки порциями 0,5-2,0 кг/т при положении фурмы над уровнем спокойной ванны, соответствующим 14,0-17,0 приведенных калибров диаметра сопла.