СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В КОНВЕРТЕРЕ

Название	СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В КОНВЕРТЕРЕ
Разработчик (Авторы)	Айзатулов Р.С., Протопопов Е.В., Соколов В.В., Комшуков В.П., Буймов В.А., Шакиров К.М., Щеглов М.А., Амелин А.В., Сенкевич В.Н., Машинский В.М., Ганзер Л.А., Ермолаев А.И.
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2107737
Дата регистрации	27.03.1998
Правообладатель	Открытое акционерное общество "Западно-Сибирский металлургический комбинат", Сибирская государственная горно-металлургическая академия
Область применения (класс МПК)	C21C 5/28 (1995.01)
Медаль имени А.Нобеля

Описание изобретения

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к выплавке стали в кислородных конвертерах.

Известен способ выплавки стали в кислородном конвертере с использованием в качестве твердых охладителей-окислителей подготовленных железосодержащих материалов, например металлизованных окатышей [1]. Известный способ позволяет увеличить содержание окислов железа в шлаке и снизить при необходимости температуру металла в определенные периоды операции, что ускоряет рафинирование металла, увеличивает выход годного и повышает качество металла.

Недостатком известного способа является низкая технологичность процесса, связанная с необходимостью предварительной подготовки и окатывания железосодержащих материалов, ограничением их ввода в ванну в требуемых количествах, что обусловлено изменением динамики обезуглероживания и поведения конвертерной ванны, чрезмерным вспениванием шлака и сложностью контроля за его состоянием. Это приводит к снижению эффективности перераспределения железа между металлом и шлаком, что не позволяет значительно увеличить выход годного металла.

Известен способ выплавки стали в кислородном конвертере с присадкой твердого топлива - углеродсодержащих материалов, и перемещением фурмы в вертикальном направлении по ходу продувки [2].

Известный способ за счет регламентированной продувки и присадки твердого топлива в период интенсивного обезуглероживания позволяет эффективно дожигать CO до CO в объеме конвертера, что дополнительно к теплу от сжигания твердого топлива улучшает тепловую сторону процесса. Кроме того, такая регламентированная продувка позволяет поддерживать на достаточно высоком уровне скорость окисления углерода, обеспечивает наведение жидкоподвижного железистого шлака, а взаимодействие образующих окислов железа с углеродом способствует восстановлению железа, что наряду с уменьшением потерь металла с выбросами и выносами дополнительно увеличивает выход годного металла.

Недостатком известного способа является невозможность его осуществления в условиях дефицита металлолома при необходимости реализации технологии с переработкой повышенной вплоть до 100% доли чугуна в металлозавалке. В этом случае неизбежно значительное снижение выхода годного металла за счет увеличения количества шлака и угара примесей чугуна. Использование твердого топлива в этих условиях обеспечивает увеличение прихода тепла, что соответственно предопределяет необходимость использования других охладителей плавки - заменителей лома, при этом наблюдается вспенивание шлака, что усложняет контроль за состоянием конвертерной ванны.

Известен способ выплавки стали в конвертере с подачей через кислородную фурму в определенные периоды операции нейтрального газа [3]. Известный способ позволяет оптимизировать процессы дожигания отходящих газов в полости конвертера и сжигание топлива, улучшить шлакообразование и увеличить выход годного металла за счет снижения количества выбросов вспененной шлакометаллической и шлаковой фаз с одновременным осаживанием вспененной шлакометаллической эмульсии в конвертере.

Недостатком этого способа является низкий выход стали из-за невозможности ввода в конвертер дополнительно твердых железосодержащих окислителей.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ выплавки стали в кислородном конвертере, включающий заливку чугуна, загрузку твердого окислителя и углеродсодержащего материала, их перемешивание путем продувки ванны газом, продувку ванны кислородом, в котором предварительно отрафи- нированный от серы и фосфора чугун заливают в конвертер для обезуглероживания, а необходимое количество расходуемого кислорода на обезуглероживание определяется исходя из затрат кислорода на обезуглероживание, на окисление примесей чугуна, на окисление углеродсодержащих материалов с учетом кислорода железосодержащих окислителей [4].

Недостатком этого способа является низкий выход годной стали из-за потерь металла при удалении шлака после предварительного рафинирования от серы и фосфора.

Целью изобретения является повышение выхода годного металла.

Поставленная цель достигается тем, что в способе выплавки стали в конвертере, включающем заливку чугуна, загрузку твердого окислителя и углеродсодержащего материала, их перемешивание путем продувки ванны газом, продувку ванны кислородом, согласно изобретению, чугун, твердый окислитель и углеродсодержащий материал загружают при их соотношении 1: (0,10-0,25) : (0,015-0,075) соответственно, после чего в течение 20-25% от общей продолжительности продувки перемешивают ванну смесью нейтрального газа и кислорода в соотношении 1 : (0,15-0,25), при этом расход смеси нейтрального газа и кислорода поддерживают в пределах 100-150% от номинальной интенсивности продувки кислорода.

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

Технический результат, достигаемый предлагаемым способом выплавки стали в конвертере заключается в том, что в условиях дефицита металлолома и необходимости более эффективного использования его заменителей, например таких как железо, марганец, хромсодержащие материалы, концентраты или агломераты, в конвертер заливают чугун, вводят твердый окислитель и углеродсодержащие материалы и перемешивают ванну смесью нейтрального газа и кислорода в соотношении 1 : (0,15-0,25) для восстановления оксидов металлов твердого окислителя углеродом чугуна и присаживаемых углеродсодержащих материалов и углеродсодержащими газами рабочего пространства конвертера, а также другими примесями чугуна. В качестве твердого окислителя могут использоваться как железосодержащие отходы металлургического производства, так и марганецсодержащие материалы в виде марганцовистого концентрата, марганцевой руды и т.п.

Для рассматриваемых условий и температур, характерных для конвертерного процесса, возможно развитие как твердофазного восстановления, когда восстановление оксидов металлов твердого окислителя протекает в твердой фазе с последующим плавлением и до восстановлением оксидов из расплава, так и жидкофазного восстановления с восстановлением оксидов твердого окислителя из расплава. При твердофазном восстановлении развитие реакций в сторону восстановления оксидов металлов возможно только в том случае, когда фактическая температура процесса выше температуры начала восстановления оксида металла, что также обеспечивается в предлагаемых условиях. При жидкофазном восстановлении на кинетических параметрах процесса благоприятно сказывается повышение температуры процесса и интенсивности перемешивания расплава.

Соотношение расходов жидкого чугуна, твердого окислителя и углеродсодержащих материалов 1:(0,10-0,25) : (0,015-0,075) определяется условиями обеспечения эффективного восстановления оксидов металлов твердого окислителя, увеличение кратного веса плавки при увеличении выхода годного металла и получения надлежащих технологических и технико-экономических показателей процесса.

При превышении этого соотношения будет недостаточно физического и химического тепла чугуна в пределах изменения его химического состава и температуры для расплавления твердого окислителя и углеродсодержащих материалов и восстановления оксидов металла из расплава. В этом случае необходимы дополнительные источники тепла, и реализуется только твердофазное восстановление оксидов металлов, что исключает возможность значительного повышения скорости восстановления, увеличивает время перемешивания расплава струями смеси нейтрального газа и кислорода, что приведет в дальнейшем к увеличению продолжительности продувки кислородом для нагрева ванны до температуры выпуска и возможного "передува" плавки и к дополнительным потерям производительного времени конвертера.

При соотношении расходов чугуна, твердого окислителя и углеродсодержащих материалов менее 1 : (0,10-0,25) : (0,015-0,075) введенные материалы будут полностью растворяться в чугуне с образованием гомогенного расплава при интенсивном перемешивании последнего. При этом твердофазное восстановление полностью исключается, а кинетические параметры жидкофазного восстановления в этих условиях не реализуются, что в целом снижает положительный эффект.

Продолжительность перемешивания расплава, состоящего из жидкого чугуна, твердого окислителя и углеродсодержащего материала струями смеси нейтрального газа и кислорода должна составлять не менее 20% общей продолжительности продувки, включающей собственно предварительное перемешивание для восстановления оксидов металлов и последующую окислительную продувку для нагрева ванны до температуры выпуска и рафинирования металла от вредных примесей, в противном случае не обеспечивается необходимая степень восстановления оксидов металлов. Невосстановленная часть оксидов в условиях последующего рафинирования металла будет взаимодействовать с углеродом чугуна с образованием преимущественно оксида углерода, дополнительно вспенивая ванну и увеличивая потери металла с выбросами и корольками металла в шлаке и поглощением значительного количества тепла.

Продолжительность перемешивания ванны должна составлять не более 25% общей продолжительности продувки, иначе наблюдается значительный охлаждающий эффект за счет вдуваемой газовой смеси, что приведет к дополнительным теплопотерям, снижению фактической температуры расплава и изменению кинетических параметров процесса, что исключает возможность развития реакций в сторону восстановления оксидов металлов. Дополнительное снижение фактической температуры расплава перед началом окислительной продувки кислородом для нагрева ванны до температуры выпуска и рафинирования от вредных примесей приводит к так называемому "холодному" началу операции и дополнительным потерям металла за счет чрезмерного вспенивания ванны, перелива шлакометаллической эмульсии через горловину конвертера и выбросов.

Предварительное перемешивание чугуна, твердого окислителя и углеродсодержащих материалов в конвертере струями смесью нейтрального газа и кислорода в соотношении 1 : (0,15-0,25) и расходом 100-150% номинальной интенсивности подачи кислорода преследует своей целью обеспечение интенсивного перемешивания расплава для создания максимального контакта между восстановителем и восстанавливаемым оксидом, что при прочих условиях обеспечивает лавинообразное нарастание скорости восстановления.

Соотношение расходов нейтрального газа и кислорода в перемешивающем газе не должно быть больше 1: (0,15-0,25), иначе изменение окислительного потенциала газовой фазы в условиях избытка кислорода приведет к снижению эффективности процесса восстановления металлов из твердого окислителя и дополнительному окислению ванны.

Уменьшение соотношения расходов нейтрального газа и кислорода в перемешивающем газе менее 1: (0,15-0,25) в условиях нестабильности химического состава и температуры чугуна приведет к снижению фактической температуры процесса ниже температуры начала восстановления оксидов металла, развитие реакций в сторону восстановления металлов будет невозможным.

Расход смеси нейтрального газа и кислорода не должен превышать 150% номинальной интенсивности подачи кислорода, что ограничено пропускной способностью газоотводящего тракта.

При снижении расхода смеси нейтрального газа и кислорода менее 100% номинальной интенсивности подачи кислорода не обеспечивается интенсивное перемешивание расплава, необходимое для создания максимального контакта между восстановителем и восстанавливаемым оксидом, что не позволяет обеспечить необходимой степени восстановления металлов из твердого окислителя и увеличить выход годного металла.

Способ выплавки стали промышленно применим при выплавке стали в кислородных конвертерах.

Формула изобретения

Способ выплавки стали в конвертере, включающий заливку чугуна, загрузку твердого окислителя и углеродсодержащего материала, их перемешивание путем продувки ванны газом, продувку ванны кислородом, отличающийся тем, что чугун, твердый окислитель и углеродсодержащий материал загружают при их соотношении 1 : (0,10 - 0,25) : (0,015 - 0,075) соответственно, после чего в течение 20 - 25% от общей продолжительности продувки перемешивают ванну смесью нейтрального газа и кислорода в соотношении 1 : (0,15 - 0,25), при этом расход смеси нейтрального газа и кислорода поддерживают в пределах 100 - 150% от номинальной интенсивности продувки кислорода.

Изобретение "СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В КОНВЕРТЕРЕ" (Айзатулов Р.С., Протопопов Е.В., Соколов В.В., Комшуков В.П., Буймов В.А., Шакиров К.М., Щеглов М.А., Амелин А.В., Сенкевич В.Н., Машинский В.М., Ганзер Л.А., Ермолаев А.И.) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога