Способ плавки стали из железорудных металлизованных окатышей в дуговой сталеплавильной печи



Способ плавки стали из железорудных металлизованных окатышей в дуговой сталеплавильной печи

 


Владельцы патента RU 2567424:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к выплавке стали из железорудных металлизованных окатышей (ЖМО) в дуговой печи. Подачу ЖМО ведут непрерывно в зону испарения металла, образующуюся при контакте электрических дуг с металлическим расплавом, и осуществляют их плавление с обеспечением оптимального угара металла в упомянутой зоне с учетом соотношения расхода ЖМО в упомянутой зоне с параметрами теплового состояния шлако-металлической ванны печи. Изобретение обеспечивает снижение угара металла в печи, повышение выхода годной стали и снижение расхода электроэнергии на плавку окатышей в печи. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области металлургии, а конкретнее к электрометаллургии стали, в которой основой является непрерывная подача железорудных металлизованных окатышей (ЖМО) в зону высоких температур в ванне дуговой сталеплавильной печи (RU 2483119, опубл. 27.05.2013).

Известны также способы электроплавки стали с применением окисленных и металлизованных окатышей с подачей их в дуговую печь (Известия ВУЗов. Черная металлургия. №3. 2003. С. 55-59; Известия ВУЗов. Черная металлургия. №9. 2008. С. 67-68) для охлаждения ванны с целью снижения угара металла, образующегося при воздействии электрических дуг на поверхность жидкого металла и шлака с помощью кислородных фурм (RU 2132394, опубл. 27.06.1999).

Задачей изобретения является повышение эффективности электроплавки стали на основе применения методов (RU 2483119, опубл. 27.05.2013; Известия ВУЗов. Черная металлургия. №9. 2008. с. 67-68) подачи железорудных металлизованных окатышей (ЖМО) в зону высоких температур с возможностью снижения пылеуноса и угара металла в зоне контакта электрических дуг с жидким металлом. Это создается благодаря тому, что в качестве охладителя поверхности металла в зоне контакта с ним высокотемпературных (до 6000 K) электрических дуг, что позволяет снизить в этой зоне температуру испарения металла до приемлемой (Известия ВУЗов. Черная металлургия. №3. 2003. С. 55-59; Известия ВУЗов. Черная металлургия. №9. 2008. С. 67-68) и это обстоятельство приводит к снижению угара металла (RU 2132394, опубл. 27.06.1999) и повышению выхода годной жидкой стали в печи.

Однако несмотря на достигнутые результаты по снижению пылеуноса (Известия ВУЗов. Черная металлургия. №3. 2003. С. 55-59; RU 2132394, опубл. 27.06.1999) из зоны испарения металла в ванне дуговой сталеплавильной печи (ДСП), применяемые способы (RU 2483119, опубл. 27.05.2013; Известия ВУЗов. Черная металлургия. №9. 2008. С. 67-68) не позволяют существенно снизить угар металла, т.к. охлаждаемые материалы, например окисленные и металлизованные окатыши, не попадают непосредственно на поверхности испарения жидкого металла в зонах контакта электрических дуг с ним и, кроме того, в этих условиях (RU 2483119 опубл. 27.05.2013; Известия ВУЗов. Черная металлургия. №3. 2003. С. 55-59) значительная часть ЖМО остается в шлаке и не достигает зоны испарения (Известия ВУЗов. Черная металлургия. №9. 2008. С. 67-68; RU 2132394, опубл. 27.06.1999), а следовательно, не представляется возможным существенно снизить угар металла в ванне ДСП.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ (RU 2134304, опубл. 10.08.1999) электроплавки стали с подачей окисленных и металлизованных окатышей в ванну дуговой печи. Данный способ (RU 2134304, опубл. 10.08.1999) позволяет подавать ЖМО в зону высоких температур расплавленных шлака и металла, но вне зоны контакта электрических дуг с поверхностью жидкого металла, что способствует, однако, снижению пылеуноса и угара металла в ванне ДСП. К тому же определенная часть железорудных окатышей расплавляется в шлаке, а не в металле, т.е. не способствует охлаждению металла и снижению его угара.

Недостатком прототипа, т.е. указанного способа (RU 2134304, опубл. 10.08.1999) является то, что при электроплавке стали не предусматривается подача ЖМО непосредственно в зону испарения металла, т.е. на поверхность контакта электрических дуг с металлом, что можно практически осуществить, если использовать (RU 2483119 опубл. 27.05.2013; Известия ВУЗов. Черная металлургия. №9. 2008. С. 67-68), например, метод подачи окатышей через полые электроды в ванну печи, т.е. в зону контакта дуг с поверхностью испарения металла в агрегате. Поэтому для устранения недостатка в прототипе (RU 2134304, опубл. 10.08.1999), как и в других способах (Известия ВУЗов. Черная металлургия. №3. 2003. С. 55-59; RU 2132394, опубл. 27.06.1999, необходимо решить сложную техническую задачу по подаче охлаждающих материалов, например ЖМО и другие в зону высоких температур.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, повышение эффективности электроплавки стали с применением ЖМО, снижение пылеуноса из-под электрических дуг в ванне и уменьшение угара металла с поверхности жидкого металла за счет плавления окатышей на нем, а также снижение расхода электроэнергии на процесс электроплавки в дуговой печи с применением полых электродов.

Технический результат по данному изобретению достигается тем, что способ электроплавки стали в дуговой печи, включающий подачу железорудных металлизованных окатышей через полые электроды в ванну печи и в зону испарения металла, образующийся при контакте электрических дуг с расплавом, отличающийся тем, что железорудные окатыши подают непрерывно через полые электроды в зону испарения металла и определяют угар металла на поверхности в этой зоне в соответствии с выражением в виде: Gугар=(3Pд×ηд-Σqизл×F-K×qок)/Lj, где qизл=с×εэ((Tд/100)4-(Ток/100)4), а qок=[cок(Tпл-Tок)Lпл+cp(Tм-Tпл)]×Vок, причем Pд - тепло, генерируемое в электрической дуге, Вт; ηд - кпд дуги; Σqизл - доля тепла от излучения трех дуг на поверхность (F, м2) испарения менисков в зоне контакта дуг с расплавом, Вт/м2; K - доля окатышей, которая плавится на поверхностном слое металла в зоне испарения; qок - удельный тепловой поток на нагрев и плавление окатышей в слое расплава под дугой, Вт/м3; с - излучательная способность абсолютно черного тела, 5,67 Вт/(м2*); εэ - приведенная степень черноты системы дуга - расплав - окатыш, 0,9; Tд и Ток - температура дуги и поверхности окатыша соответственно для Тд=6000 K; Lj и Lпл - удельная теплота испарения железа и плавления окатышей, Дж/кг; cок и ср - удельная теплоемкость окатыша и получившегося расплава после расплавления окатыша, Дж/(кг*K); Ток, Тпл, Тм - начальная температура окатыша, температура его плавления и температура металла в расплаве в ванне печи, K; Vок - расход железорудных окатышей в зону испарения металла в печи, кг/с, а также тем, что определяют скорость подачи окатышей в зону испарения печи по выражению: V о к = ( Δ q в c ¯ * V t G 0 ) / τ , кг/с, где Gτ - текущая масса металла в печи, кг; c ¯ - средняя теплоемкость металла в печи, Дж/(кг*K); τ - время загрузки окатышей в печь, с; Т - температура жидкого металла в ванне печи, K; Vt - скорость нагрева металла в ванне печи, °C/с; G0 - начальная масса металла в печи перед подачей окатышей в ванну печи, кг и, кроме того, способ, отличающийся тем, что тепло, генерируемое в электрической дуге, определяют по зависимости Pд=Uд*Iд, где Uд и Iд - напряжение (B) и ток дуги (A), а поверхность мениска в зоне испарения (F) рассчитывают по формуле: F=2π(Lд+rэ)*hмен, где Lд - длина дуги, м2; rэ - радиус электрода печи, м; hмен=rок/2 - глубина погружения окатыша на поверхности испарения (мениска) в расплаве под дугой в печи, м, а также тем, что скорость плавления окатышей на поверхности F=Sмен рассчитывают по выражению: Vпл=mок*N/τпл, при этом mок - вес окатыша, кг; τпл - время плавления окатыша, с; N - число окатышей на поверхности испарения, равное для трех электрических дуг N=(3*Sмен/Sок)*0,9069, где Sмен - поверхность мениска на поверхности испарения металла м2; S о к = π * r о к 2 - площадь поверхности окатыша, м2; rок - радиус окатыша, м; 0,9069 - коэффициент оптимальной плотности размещения окатышей на поверхности F=Sмен и в то же время, способ, отличающийся тем, что устанавливают расход окатышей (Vок, кг/с) в зависимости от текущей скорости их плавления (Vпл, кг/с) по неравенству: Vок≤Vпл=mок*N/τпл, причем τ п л = x 1 * α x 2 , где α - коэффициент конвективной теплоотдачи в системе окатыш - расплав, Вт/м2*K; x1 и x2 - стехиометрические коэффициенты, при этом для зависимости времени плавления от коэффициента конвективной теплоотдачи (α) окатышей при их нагреве в ванне дуговой печи установлены следующие показатели для 150-т ДСП x1=10,64 и x2=-0,798.

На фиг. 1 приведена схема подачи окатышей, их нагрев и плавление на поверхности испарения жидкого металла, где обозначены подача печи (1), поверхность испарения металла (2), шлак (3), позиция полого электрода в печи (5), окатыш в жидком металле (6).

Работа по предлагаемому способу электроплавки стали в дуговой печи может быть технически осуществлена в соответствии со схемой (фиг. 1) размещения полых электродов в агрегате, где осуществляется непрерывная подача ЖМО в ванну на подине ДСП (1) располагается жидкий металла (2) и шлак (3), на который через полые электроды (4) подают в зону электрической дуги (5) окатыши (6) на поверхность испарения (мениска) металла (7), где происходит образование плавильной пыли, нагрев и плавление железорудных металлизованных окатышей. Охлаждающее влияние ЖМО на поверхности испарения металла (7) приводит к снижению выноса пыли, т.е. к снижению угара металла и повышению выхода годной стали в дуговой печи и в то же время эффективность электроплавки стали по данному изобретению можно оценить по данным проведенных исследований (RU 2483119, опубл. 27.05.2013; Известия ВУЗов. Черная металлургия. №3. 2003. С. 55-59), из которых следует, что охлаждающее влияние (Известия ВУЗов. Черная металлургия. №9. 2008. с. 67-68; RU 2132394, опубл. 27.06.1999) подачи окатышей в зону высоких температур, а конкретнее в зону испарения металла позволяет уменьшить угар металла практически полностью (RU 2483119, опубл. 27.05.2013; Известия ВУЗов. Черная металлургия. №9. 2008. С. 67-68), если поверхность испарения) (Sмен) полностью покрывается N количеством окатышей, что регулируется оптимальным расходом окатышей (Vокопт) в ванну ДСП.

Эффективность процессов электроплавки стали с применением способа подачи ЖМО на поверхность испарения металла в зоне контакта дуг с ним достигается оптимальным соотношением скорости и количества подачи окатышей с параметрами теплового состояния ванны дуговой печи.

Таким образом, настоящим изобретением решается комплексная техническая задача по снижению угара металла при плавлении окатышей на поверхности испарения в зоне контакта электрических дуг с металлом. Кроме того, техническим результатом является то, что предлагаемый способ позволяет снизить пылеунос из ДСП, повысить выход годной стали, уменьшить загрязнение окружающей среды и расход электроэнергии на электроплавку.

1. Способ плавки стали из железорудных металлизованных окатышей (ЖМО) в дуговой сталеплавильной печи, включающий их подачу через полые электроды и плавление, отличающийся тем, что подачу ЖМО ведут непрерывно в зону испарения металла, образующуюся при контакте электрических дуг с металлическим расплавом, определяют угар металла (Gугар ) в зоне испарения и поддерживают его в процессе плавки на оптимальном уровне путем регулирования расхода ЖМО в упомянутую зону, при этом угар металла вычисляют в соответствии с выражением
Gугар=(3 Р ×η -Σqизл×F-K×qок)/Lj, где
Σqизл=с×εэ((Т /100)4-(Ток/100)4),
qок=[cок(Tпл-Tок)Lпл+cp(Tм-Tпл)]×Vок, где
Р - тепло, генерируемое в электрической дуге, Вт;
η - кпд дуги;
Σqизл - доля тепла от излучения площади поверхностного слоя металла (F, м2) в упомянутой зоне испарения, Вт/м2;
K - доля ЖМО, которую расплавляют в поверхностном слое металла в упомянутой зоне испарения;
qок - удельный тепловой поток на нагрев и плавление ЖМО в поверхностном слое металла в упомянутой зоне испарения, Вт/м3;
c - излучательная способность абсолютно черного тела, 5,67 Вт/(м2*);
εэ - приведенная степень черноты системы электрическая дуга - шлако-металлический расплав - окатыш, 0,9;
Т - температура электрической дуги, K;
Ток - температура поверхности окатыша для Т =6000 K;
Lj и Lпл удельная теплота испарения железа и плавления окатыша, Дж/кг;
с - удельная теплоемкость окатыша, Дж/(кг*K);
ср - удельная теплоемкость получившегося расплава после расплавления окатыша, Дж/(кг*K);
Ток, Тпл, Тм - начальная температура окатыша, температура его плавления и температура металла в шлако-металлическом расплаве ванны печи, K;
Vок - расход ЖМО в упомянутой зоне испарения, кг/с.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поверхностный слой металла в упомянутой зоне испарения (F) рассчитывают по формуле:
F=2π( L +rэ)*hмен, где
L - длина дуги, м2;
rэ - радиус электрода, м;
hмен=rок/2 - глубина погружения окатыша в поверхностном слое металла в упомянутой зоне испарения, м.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скорость плавления ЖМО на поверхности мениска F=Sмен рассчитывают по выражению:
Vпл=mок*N/τпл, где
mок - вес окатыша, кг;
τпл - время плавления окатыша, с;
N - число ЖМО в упомянутой зоне испарения, равное для трех электрических дуг N=(3*Sмен/Sок)*0,9069, где
Sмен - площадь поверхности мениска в упомянутой зоне испарения, м2; S о к = π * r о к 2 - площадь поверхности окатыша, м2;
rок - радиус окатыша, м;
0,9069 - коэффициент оптимальной плотности размещения окатышей на поверхности мениска F=Sмен.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что устанавливают расход окатышей (Vок, кг/с) в зависимости от текущей скорости их плавления (Vпл, кг/с) по неравенству:
Vок≤Vпл=mок*N/τпл, причем τ п л = x 1 * α x 2 , где
α - коэффициент конвективной теплоотдачи в системе окатыш - расплав, Вт/м2*K;
x1 и x2 - стехиометрические коэффициенты, при этом для зависимости времени плавления от коэффициента конвективной теплоотдачи (α) окатышей при их нагреве в ванне дуговой печи установленные для 150-т ДСП показатели составляют х1=10,64 и x2=-0,798.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к электропечам с погруженными в шлаковый расплав графитовыми электродами, имеющими осевые отверстия, через которые в зону электрических дуг подают железорудные металлизованные окатыши (ЖМО), осуществляют их плавление с дожиганием окиси углерода кислородом, поступающим из сопел водоохлаждаемой фурмы в пространство между электродами над шлаком, и дополнительный подогрев шлакометаллической ванны.

Изобретение относится к области электрометаллургии, в частности к дуговым печам для плавки стали. Печь выполнена с возможностью измерения температуры металла и шлака на выходе из выпускного отверстия летки посредством радиационного пирометра.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к восстановительной печи для производства кремния. Печь содержит корпус и множество электродов, в частности с круглым поперечным сечением, которые установлены в корпусе печи с определенным расположением друг относительно друга вдоль дуги окружности.

Изобретения относятся к области металлургии, в частности к способу получения стали и конструкции электродуговой печи для его осуществления. В способе осуществляют загрузку в рабочее пространство печи шихты, состоящей из металлолома и окускованных оксидоуглеродных материалов, подают электроэнергию, топливо, науглероживатель, флюс и газообразный кислород, осуществляют нагрев и плавление электрическими дугами шихты с обезуглероживанием металлической ванны, выпуск металла и шлака из печи.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к устройствам для подачи металлического материала в плавильную установку. Устройство содержит средства подачи для загрузки металлического материала и на своем конце связанные с соединительным конвейером, содержащим загрузочную площадку, выполненную с возможностью взаимодействия со средствами перемещения и позиционирования, причем соединительный конвейер выполнен с возможностью занятия по меньшей мере первого положения по меньшей мере на этапе непрерывной загрузки материала в печь, в котором передний конец соединительного конвейера расположен по существу вровень с внутренней стенкой печи, проходя при этом через указанное окно, так чтобы осуществлять ввод металлического материала внутрь печи, и второго положения, отстоящего от стенки печи, используемого по меньшей мере на этапе выпуска жидкого металла из печи.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к дверце для выпуска шлака из дуговой металлургической печи. Дверца содержит нижнюю подвижную панель для удаления и верхнюю подвижную панель, выполненную с возможностью открывания для наблюдения и осуществления вмешательства в отношении расплавленного металла.
Изобретение относится к области электрометаллургии и может быть использовано для плавки и переплава черных и цветных металлов, например, меди, бронзы, алюминия, стали, чугуна, для плавки шлаков и флюсов, а также для перемешивания их расплавов в плавильных печах, миксерах, печах-ковшах, агрегатах комплексной обработки сплавов.

Изобретение относится к области электрометаллургии и может быть использовано для плавки и переплава черных и цветных металлов, например меди, бронзы, алюминия, стали, чугуна, а также для плавки шлаков и флюсов.

Изобретение относится к электрометаллургии и может быть использовано при электроплавке металлизованных окатышей в дуговых сталеплавильных печах с дожиганием горючих газов над ванной вблизи зоны отсоса отходящих газов из агрегата.

Изобретение относится к черной металлургии, к области электротермической техники, а именно к устройствам дуговых сталеплавильных печей. Дуговая сталеплавильная печь содержит футерованный металлический корпус с ванной металла и водоохлаждаемыми стенами, сливной желоб, свод, состоящий из футерованной и водоохлаждаемой частей, с расположенным в нем сводовым электродом, и подовыми электродами, установленными с возможностью поочередного включения.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к электропечам с погруженными в шлаковый расплав графитовыми электродами, имеющими осевые отверстия, через которые в зону электрических дуг подают железорудные металлизованные окатыши (ЖМО), осуществляют их плавление с дожиганием окиси углерода кислородом, поступающим из сопел водоохлаждаемой фурмы в пространство между электродами над шлаком, и дополнительный подогрев шлакометаллической ванны.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к предварительному нагреву и подаче садки металла в приемник плавильной установки. Устройство содержит, по меньшей мере, подводящий канал, выполненный с возможностью продвижения вдоль него садки металла с доставкой к приемнику.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу производства трубной стали. Способ включает модифицирование металла кальцием после перегрева металла, содержащего не более 0,003 % серы и не более 0,01 % алюминия, над температурой ликвидус не менее 120°С, и длительной, не менее 20 минут, продувки металла аргоном в условиях вакуума.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способу и устройству нагрева металлошихты сталеплавильной печи. Способ включает перемещение металлошихты на конвейере в сторону рабочего пространства печи внутри футерованного газохода и организацию движения образующихся в сталеплавильной печи печных газов по футерованному газоходу навстречу металлошихте.

Настоящее изобретение относится к области металлургии, в частности к установке для получения стали и способу непрерывного или, по меньшей мере, циклического получения стали в указанной установке, в которой используют следующие стадии: шихтовые материалы плавят непрерывно или, по меньшей мере, циклически в электродуговой печи, шихтовые материалы, включающие измельченные куски железного лома, измельченного в системе измельчения отбракованного железного и/или стального лома, железо прямого восстановления и/или горячебрикетированное железо, непрерывно или, по меньшей мере, без остановок в ходе цикла процесса плавки загружают в электродуговую печь с помощью средств транспортировки, часть жидкой стали непрерывно или циклически разгружают из ванны жидкой стали электродуговой печи, из тепловой энергии, заключенной в горячих отходящих газах из верха электродуговой печи, непрерывно или, по меньшей мере, в ходе цикла процесса плавки, вырабатывают электрическую энергию, с помощью средств выработки энергии, систему измельчения, присоединенную к электродуговой печи, для измельчения отбракованного железного и/или стального лома, питают непрерывно или, по меньшей мере, в ходе цикла процесса плавки электрической энергией, вырабатываемой из горячих отходящих газов из верха печи.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу пирометаллургической обработки металлов, металлических расплавов и/или шлаков в металлургическом агрегате.
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способу получения стали в дуговой сталеплавильной печи. Способ включает подачу в печь в качестве металлошихты металлолома и жидкого чугуна, расплавление металлолома, присадку шлакообразующих материалов, продувку кислородом, выпуск плавки.
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к технологии выплавки стали в дуговой электропечи. В способе осуществляют завалку в печь металлолома и извести, заливку жидкого чугуна, окисление углерода газообразным кислородом, дефосфорацию, последующий выпуск стали в ковш с отсечкой печного шлака и оставлением 10-15% от общей массы жидкого металла в печи.

Изобретения относятся к области металлургии, в частности к способу получения стали и конструкции электродуговой печи для его осуществления. В способе осуществляют загрузку в рабочее пространство печи шихты, состоящей из металлолома и окускованных оксидоуглеродных материалов, подают электроэнергию, топливо, науглероживатель, флюс и газообразный кислород, осуществляют нагрев и плавление электрическими дугами шихты с обезуглероживанием металлической ванны, выпуск металла и шлака из печи.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству низкокремнистой стали с внепечной обработкой и разливкой на установках непрерывной разливки стали.

Изобретение относится к металлургии, в частности к электрометаллургии стали с использованием способа подачи металлизованных окатышей через полые электроды в зону электрических дуг и на поверхность менисков при контакте этих дуг с жидким металлом под шлаком. При подаче окатышей определяют электрические параметры дуг, поверхность мениска и число окатышей на поверхностях менисков, выбирают текущую скорость загрузки окатышей в зависимости от упомянутых параметров и осуществляют плавку при соблюдении условия, чтобы текущая скорость загрузки окатышей не превышала скорость их плавления, при этом в процессе непрерывной загрузки окатышей контролируют теплоэнергетическое состояние шлако-металлической ванны, сравнивают и корректируют, по необходимости, текущую скорость загрузки окатышей по скорости загрузки окатышей, учитывающей теплоэнергетическое состояние шлако-металлической ванны. Изобретение позволяет загружать металлизованные окатыши в управляемом режиме от компьютерной системы сталеплавильного агрегата, обеспечивая высокие технико-экономические показатели плавки, а также снизить расход электроэнергии, уменьшить вынос пыли и увеличить выход годной стали. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх