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., Щеглов М.А., Ермолаев А.И., Машинский В.М., Амелин А.В., Ганзер Л.А.
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2178002
Дата регистрации	10.01.2002
Правообладатель	ОАО "Западно-Сибирский металлургический комбинат", Сибирский государственный индустриальный университет
Область применения (класс МПК)	C21C 5/28 (2000.01)
Медаль имени А.Нобеля

Описание изобретения

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности, к производству стали в кислородных конвертерах.

Известны способы конвертерной плавки с использованием карбонатов в качестве шлакообразующих материалов. Однако карбонаты или необожженные флюсы (например, известняк, сырой доломит) не нашли широкого применения в конвертерном процессе из-за большого охлаждающего эффекта в результате разложения карбонатов, а также низкой скорости усвоения их шлаком. Преимущественное распространение получили обожженные флюсы (известь, доломит), подаваемые в конвертер в кусковом и порошкообразном виде. Однако в результате затрат на обжиг стоимость обожженных флюсов в сравнении с необожженными увеличивается, вследствие чего применение обожженных флюсов сопровождается возрастанием стоимости выплавляемой стали. Кроме того, в процессе транспортировки обожженного флюса к конвертерам имеют место потери физического тепла, приобретенного в процессе обжига, что, безусловно, снижает эффективность процесса.

Известен способ производства стали с предварительным нагревом металлического лома и известняка вне конвертера принудительной подачей определенного количества подготовленного теплоносителя на единицу площади нагреваемой массы твердой шихты до температуры, равной или выше декарбонизации известняка, последующей загрузкой в конвертер, заливкой чугуна и окислительным рафинированием (А. с. СССР 1673602, С 21 с 5/28, 1991).

При нагреве шихты до 900-1000^oС происходит обжиг известняка, что позволяет ликвидировать затраты на его обжиг в соответствующих производствах (например, в известково-обжиговых печах). Поскольку подготовленную таким образом шихту сразу заваливают в конвертер, температура и активность извести, достигнутые после обжига известняка, полностью сохраняются, что резко улучшает шлакообразование в конвертере.

Недостатком известного способа является низкая эффективность процесса, связанная с организацией нагрева шихтовых материалов вне конвертера и удлинением общей продолжительности плавки.

Известен также способ выплавки стали в кислородном конвертере с предварительным подогревом лома подачей кислорода, карбонатов и углеродсодержащих материалов (А. с. СССР 1696486, С 21 с 5/28, 1989, Бюл. 45).

Подача карбонатов при этом производится на струю кислорода после воспламенения угля для стабилизации горения топлива и более равномерного прогрева лома. Разогретые до высокой температуры кусочки карбонатов, находящиеся между кусками лома и на его поверхности, в начальный период рафинирования быстро растворяются в первичном железистом шлаке. При этом повышаются жидкоподвижность и реакционноспособность шлака, достигается раннее нарастание его основности.

Недостатком известного способа является низкая эффективность процесса, связанная со снижением стойкости футеровки конвертера, характерным, в целом, для операции предварительного подогрева лома кислородными струями. Что касается нанесения на внутренние стенки конвертера гарнисажа из карбонатов и недогоревших частей углеродсодержащего топлива, то это не решает полностью проблему повышения износа футеровки агрегата из-за ограниченной возможности равномерного распределения карбоната на поверхности огнеупорной кладки.

Известен также способ выплавки стали в конвертере, включающий загрузку в конвертер лома и жидкого чугуна, продувку расплава кислородом в два периода сверху через фурму с изменением ее расстояния до уровня расплава в спокойном состоянии в первый и второй периоды в пределах 1,1-2,1 и подачу по ходу продувки смеси извести и доломита (Патент РФ 2109071, С 21 с 5/28, 1998).

Известный способ позволяет повысить стойкость футеровки агрегата вследствие подачи в расплав в процессе продувки доломита и извести. При этом образуется конечный шлак с повышенным до 8-11% содержанием MgO. Полученный в конце продувки шлак вспенивается, увеличивает свой объем в 2-4 раза и налипает на стенки конвертера. Благодаря этому происходит ремонт локальных разгаров агрегата.

Недостатком известного способа является повышенный расход извести на производство стали и снижение эффективности процесса за счет увеличения себестоимости выплавляемой стали.

Наиболее близким к заявляемому является способ выплавки стали в конвертере с использованием в качестве необожженного флюса порошкообразного известняка, который вдувают в смеси с порошкообразным топливом в период продувки (А. с. СССР 1765184, С 21 с 5/28, 1992).

В результате сжигания порошкообразного топлива в потоке кислорода происходят нагрев и обжиг порошкообразного известняка, что позволяет осуществить замену обожженного флюса на необожженный с соответствующим сокращением затрат.

Недостатком известного способа является низкая эффективность процесса, связанная с необходимостью подготовки порошкообразных материалов (известняка и угля), а также с переоборудованием верхней кислородной фурмы для осуществления сжигания топлива и нагрева известняка в потоке кислорода в период продувки расплава кислородом, что приводит к повышению себестоимости выплавляемой стали.

Задачей изобретения является снижение расхода извести и повышение эффективности процесса за счет снижения себестоимости выплавляемой стали.

Задача решается следующим образом. При выплавке стали в конвертере, включающей загрузку в конвертер лома и жидкого чугуна, продувку расплава кислородом сверху через фурму, подачу карбонатов и углеродсодержащих материалов и их нагрев по ходу продувки, продувку проводят в два периода с изменением расстояния фурмы до уровня расплава в спокойном состоянии, при этом в первом периоде это расстояние превышает в 1,1-2,1 раза соответствующее расстояние во втором периоде продувки, причем карбонаты присаживают после завалки лома и заливки жидкого чугуна вместе с углеродсодержащими материалами в соотношении 1: (0,10-0,40), соответственно, и прогревают в течение первого периода продувки, дополнительно подавая углеродсодержащие материалы в количестве 25-75% от общего их расхода, а расход кислорода поддерживают в пределах 30-100% от его расхода, подаваемого на окислительное рафинирование металла во втором периоде продувки.

Кроме того, в расплав с карбонатами подают известь, при этом соотношение расходов карбонатов и извести поддерживают в пределах 1: (0,25-0,50).

Технический результат, достигаемый предлагаемым способом выплавки стали, заключается в том, что в условиях дефицита извести при окислительном рафинировании металла в конвертере за счет предварительной продувки расплава с присаженными на него карбонатами обеспечивают условия для их обжига. Обжиг карбонатов в процессе первого периода продувки конвертерной ванны позволяет снизить или полностью исключить расход извести на окислительное рафинирование металла, а также ликвидировать затраты на обжиг карбонатов в соответствующих производствах.

Сущность заявляемого способа заключается в следующем. Карбонаты присаживают в конвертер после завалки лома и заливки жидкого чугуна вместе с углеродсодержащими материалами. Затем опускается фурма, включается подача кислорода и начинается первый период продувки, в течение которого дополнительно подают углеродсодержащие материалы.

Фурму держат на расстоянии до уровня расплава в спокойном состоянии, превышающем в 1,1-2,1 раза соответствующее расстояние во втором периоде продувки, что позволяет при расходе кислорода, равном 30-100% от его расхода, подаваемого на окислительное рафинирование металла во втором периоде продувки, и расходе углеродсодержащих материалов 25-75% от общего их расхода поддерживать необходимые температурные условия для обжига карбонатов. Расчеты тепловой стороны процесса показали, что для обжига карбонатов в процессе кислородной продувки достаточным является нагрев шихтовых материалов до температуры 900-1000^oС.

При соотношении расходов карбонатов и углеродсодержащих материалов, присаживаемых после завалки лома и заливки жидкого чугуна, в пределах 1: (1,10-0,40) соответственно, обеспечиваются условия для нагрева карбонатов до температуры 900-1000^oС и их разложения.

При превышении этого соотношения в сторону увеличения расхода карбонатов указанная температура не достигается, что снижает эффективность способа.

При соотношении расходов карбонатов и углеродсодержащих материалов менее 1: (1,10-0,40) увеличивается количество тепла, выделяемого от сжигания топлива, что способствует возрастанию скорости и полноты обжига карбонатов. Однако при этом уменьшается количество оксидов кальция и магния, поступающих в шлак, в результате снижения доли карбонатов в присаживаемых шихтовых материалах, что приводит к снижению основности шлака, ухудшению шлакообразования во втором периоде продувки, необходимости дополнительной подачи извести и снижению эффективности процесса.

Количество дополнительно подаваемых в течение первого периода продувки углеродсодержащих материалов не должно быть меньше 25% от общего их расхода, в противном случае не обеспечивается равномерный прогрев карбонатов теплом от горения топлива и дожигания образующегося монооксида углерода до его двуокиси, что приводит к снижению эффективности обжига карбонатов, уменьшению количества оксидов кальция и магния, поступающих в шлак. При этом затрудняется формирование высокоосновного шлака, необходимого для окислительного рафинирования металла, что приводит к необходимости дополнительной присадки извести во втором периоде продувки и снижению эффективности процесса.

Количество дополнительно подаваемых в течение первого периода продувки углеродсодержащих материалов не должно быть больше 75% от общего их расхода, в противном случае чрезмерно снижается количество углеродсодержащих материалов, присаживаемых вместе с карбонатами после завалки лома и заливки жидкого чугуна. При этом нарушается стабильное горение твердого топлива, не обеспечивается равномерный прогрев карбонатов до температуры 900-1000^oС и их разложение, что снижает эффективность процесса.

Расход кислорода, подаваемого в течение первого периода продувки для прогрева и обжига карбонатов, должен быть не менее 30% от его расхода, подаваемого на окислительное рафинирование металла во втором периоде продувки, иначе не обеспечивается стабильное горение углеродсодержащих материалов, прогрев карбонатов происходит неравномерно, снижается эффективность их обжига, уменьшается количество оксидов кальция и магния, поступающих в шлак. При этом требуется дополнительная присадка извести для формирования высокоосновного шлака, что в целом снижает эффективность процесса из-за увеличения расхода сырья и материалов и увеличения себестоимости выплавляемой стали.

Расход кислорода, подаваемого в течение периода продувки для прогрева и обжига карбонатов, может быть увеличен до 100% от его расхода на окислительное рафинирование металла во втором периоде продувки, для наводки высокожелезистого шлака при переделе чугунов специального состава (например, низкомарганцовистого, высокофосфористого и т. д. ) для улучшения шлакообразования. При этом не наблюдается горение железа металлического лома, характерное для нагрева твердой шихты, и не снижается эффективность обжига карбонатов.

При подаче в расплав с карбонатами извести соотношение расходов карбонатов и извести, присаживаемых вместе с углеродсодержащими материалами после завалки лома и заливки чугуна, не должно превышать 1: (0,25-0,50). При превышении этого соотношения в сторону увеличения расхода карбонатов и соответствующем изменении расхода углеродсодержащих материалов достигаемые температурные условия, необходимые для обжига карбонатов, не являются достаточным условием для эффективного растворения извести и формирования высокоосновного шлака. Для более полного и быстрого растворения извести в этот период продувки необходимо увеличение содержания в шлаках оксидов железа. Таким образом присаживаемая известь плохо усваивается ванной, не способствует улучшению шлакообразования, что приводит к снижению эффективности процесса из-за увеличения расходных коэффициентов на сырье и материалы и увеличения себестоимости выплавляемой стали.

При соотношении расходов карбоната и извести менее 1: (0,25-0,50) увеличивается количество извести, что приводит к увеличению общего количества шлакообразующих материалов (извести и карбонатов), присаживаемых в конвертерную ванну после загрузки лома и заливки чугуна, при регламентированном расходе углеродсодержащих материалов. При этом не обеспечиваются температурные условия, необходимые для обжига карбонатов, наблюдается холодное начало процесса, снижение скорости ассимиляции извести, что приводит к увеличению ее расхода и, соответственно, себестоимости выплавляемой стали, снижению эффективности производства.

Формула изобретения

1. Способ выплавки стали в конвертере, включающий загрузку в конвертер лома, заливку жидкого чугуна, продувку расплава кислородом сверху через фурму, подачу карбонатов и углеродсодержащих материалов и их нагрев по ходу продувки, отличающийся тем, что продувку проводят в два периода с изменением расстояния фурмы до уровня расплава в спокойном состоянии, при этом в первом периоде это расстояние превышает в 1,1-2,1 раза соответствующее расстояние во втором периоде продувки, причем карбонаты присаживают после завалки лома и заливки жидкого чугуна вместе с углеродсодержащими материалами в соотношении 1: (0,10-0,40) соответственно и прогревают в течение первого периода продувки, дополнительно подавая углеродсодержащие материалы в количестве 25-75% от общего их расхода, а расход кислорода поддерживают в пределах 30-100% от его расхода, подаваемого на окислительное рафинирование металла во втором периоде продувки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что совместно с карбонатами подают известь, при этом соотношение расходов карбонатов и извести поддерживают в пределах 1: (0,25-0,50).

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

Оформление наградных документов и заказ каталога