Способ комбинированной продувки расплава в конвертере
METHOD FOR COMBINED BLOWING OF THE MELT IN THE CONVERTER

Изобретение направлено на технологию продувки углеродистого расплава, в частности чугуна, стали в кислородном конвертере.
Техническое решение направлено на увеличение длительности кампании комбинированной продувки расплава в конвертере, осуществляемых с помощью верхних и нижних продувочных устройств - фурм, блоков, позволяющей получить более качественную сталь по сравнению с классической кислородно-конвертерной технологией выплавки. При комбинированной продувке осуществляют подачу кислорода посредством верхней водоохлаждаемой фурмы с одновременным перемешиванием расплава инертным газом, подаваемым через донные фурмы или огнеупорные блоки, установленные в огнеупорную кладку днища конвертера [1]. Такая технология позволила получить качественную сталь, соизмеримую по качеству с таковой, прошедшей вакуумную обработку, но несоизмеримо с меньшими затратами и на оборудовании, практически более осуществимом [2].
Осуществление технологии продувки расплава инертными газами посредством бокового размещения продувочных устройств в ковше [3] является элементом внепечной металлургии и не может служить аналогом настоящего предложения «Способа комбинированной продувки расплава в конвертере».
Проблема заключается в ограниченной продолжительности кампании использования продувочных устройств, расположенных в донной части кислородного конвертера по причине заметалливания и ошлакования фурм, блоков на ранних периодах кампании футеровки конвертера и составляющих не более 30% для таковой при комбинированной продувке и требующей дорогостоящей замены устройств для донного перемешивания расплава или осуществлению в дальнейшем обычного кислородно-конвертерного процесса.
Технический результат заключается в использовании для перемешивания расплава инертными газами продувочных устройств -огнеупорных блоков или/и фурм - в боковой части нижнего конуса огнеупорной кладки конвертера, но ниже уровня расплава.
Некоторым приближением к заявляемому «Способу комбинированной продувки расплава в конвертере» может служить известный способ аргоно-кислородного рафинирования расплава [4], применяемого для продувки чугуна, стали, но не получивший значительного распространения из-за низкой эффективности и высоких затрат по сравнению с упомянутой комбинированной продувкой.
Размещение донных продувочных устройств в виде выступающих над поверхностью огнеупорной кладки [5] огнеупорных блоков или/и фурм также не устраняет проблему заметалливания и ошлакования торцов огнеупорных блоков или/и фурм, так как опережающий износ огнеупорного материала продувочных огнеупорных блоков или/и фурм относительно основной футеровки на днище приведет к закупорке капилляров на фурме, и ожидаемому прекращению подачи инертных газов через днище конвертера.
Аналогом предлагаемого технического решения может служить патент [6], описывающий технологию продувки жидкого металла по меньшей мере через одну фурму, установленную в боковой стенке электродуговой сталеплавильной печи. Но речь идет о газе в самом общем понимании, в том числе и кислородсодержащем, и технологии, преследующую цель сокращения времени плавки.
Прототипом «Способа комбинированной продувки расплава в конвертере» является технология с использованием в том числе боковых дутьевых устройств, описанных в [7], приведена методика проектирования новых конструкций боковых фурм для подачи в реакционную зону окислительных, восстановительных и нейтральных газов. Цель автора публикации [7] - теоретические и технологические положения по организации реакционных зон для более эффективного дожигания отходящих газов при комбинированной продувке со встречным взаимодействием кислородных и топливно-кислородных струй, следовательно, техническая задача отличается от заявляемого «Способа комбинированной продувки расплава в конвертере». В источнике [8] не приведено схемы совместного применения боковых и донных фурм для продувки инертным газом.
Автором заявляемого «Способа комбинированной продувки расплава в конвертере» предложено размещение боковых продувочных устройств для подачи инертного газа в горизонтальной плоскости нижнего конуса огнеупорной кладки конвертера с раскрытием потока газа ниже уровня расплава в цапфенных зонах футеровки. Таким образом, будет исключено задерживание металлического расплава и шлака над торцами продувочных устройств, а срок службы огнеупорных блоков или/и фурм будет соизмерим с длительностью кампании по футеровке с сохранением режима подачи инертного газа для перемешивания расплава, т.е. технического результата, позволяющего осуществлять процесс получения качественной стали и сплавов на основе железа. Размещение боковых огнеупорных блоков или/и фурм в цапфенной зоне обусловлено предотвращением заметалливания, разрушения или преждевременного их износа из-за механического воздействия на них при завалке стального лома, заливке и сливе расплава [9].
Пример осуществления предлагаемого «Способа комбинированной продувки расплава в конвертере» поясняют Фиг. 1 - Фиг. 9, на которых обозначено: поз. 1 - донные огнеупорные блоки или/и фурмы; поз. 2 - боковые огнеупорные блоки или/и фурмы. Верхняя водоохлаждаемая фурма для подачи кислорода - поз.3-обозначена только на Фиг. 1 для пояснения осуществления комбинированного способа продувки расплава (далее поз. 3 опущена, поскольку не является заявляемым элементом); поз.4 -дополнительные обкладочные кирпичи.
Фиг. 1 поясняет компоновку огнеупорных блоков или/и фурм для осуществления заявляемого «Способа комбинированной продувки расплава в конвертере».
Фиг. 2 - Фиг. 5 поясняют размещение боковых огнеупорных блоков или/и фурм и донных огнеупорных блоков или/и фурм в различной количественной компоновке.
Фиг. 1, Фиг. 6, Фиг. 7 поясняют варианты размещения боковых огнеупорных блоков или/и фурм, осуществляющих подачу инертного газа под различными углами по отношению к зеркалу расплава, а именно - в обозначенной на Фиг. 1 горизонтальной плоскости, под углом вниз по направлению к днищу до границы с ним, под углом вверх по направлению от 1/3 до 1/2 объема расплава.
Фиг. 8 поясняет компоновку боковых огнеупорных блоков или/и фурм, выполненных выступающими за счет обкладочных кирпичей, установленных с применением клеевой композиции или безводной огнеупорной массы или мертеля [10].
Фиг. 9 обозначает размещение в футеровке конвертера только боковых огнеупорных блоков или/и фурм при отсутствии донных продувочных устройств.
По мнению заявителя, «Способ комбинированной продувки расплава в конвертере» обладает новизной, достаточным изобретательским уровнем и безусловным практическим использованием.
Литература
1. Смирнов Л.А. и др. Конвертерный передел ванадиевого чугуна. Екатеринбург, Средне-Уральское книжное изд-во, 2000 г., с. 285.
2. Установка для обработки стати инертными газами.
URL: http://metalosplav.ru/pub/46.html/ (обращение 06.04.2021 г.).
3. Процессы внепечной обработки стали.
URL: https.//metallurgist.pro/protsessy-vnepechnoj-obrabotki-stali/
(обращение 06.04.2021 г.).
4. Аргоно-кислородная продувка.
URL: https://studfile.net/preview/7076130/page:33/(обращение 06.04.2021 г).
5. Зажигаев П.А. и др. Футеровка днища конвертера с донными фурмами. Патент РФ №2710826. МПК С21С 5/48, С21С 7/00. Приоритет от 31.08.2018 г. Опубл. 14.01.2020. бюлл. №2. Патентообладатель АО «ЕВРАЗ НТМК». Действует.
6. Шумахер Э. (DE) и др. Способ боковой подачи газа под уровень жидкого металла ванны электродуговой печи. Патент РФ №2233891. МПК С21С 5/52. Приоритет от 19.06.2003 г. Опубл. 10.08.2004., бюлл. №22. Патентообладатель Хлопонин В.Н. (RU), Шумахер Э.А. (DE). Патент не действует.
7. Лаврик Д.А. Разработка и совершенствование конструкций дутьевых устройств и технологии конвертерной плавки с жидкофазным восстановлением. Автореферат диссертации. Сибирский государственный индустриальный университет. Новокузнецк, 2003 г., с. 1-3. URL: https://search.rsl.ru/ru/record/01002648394/
8. Протопопов Е.В. и др. Разработка и направления совершенствования конструкций конвертерных агрегатов и дутьевых устройств для жидкофазного восстановления оксидов металла. В ж.: Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. №6, 2002 г. с. 5, 8, 10.
9. Футеровка кислородного конвертера. http://emchezgia.ru/konverter/12_Futerovka.php (обращение 06.04.2021 г.).
10. Хорошавин Л.Б. и др. Магнезиальные огнеупоры. Раздел ГРНТИ: Металлургическая теплотехника. Интермет Инжиниринг, 2001 г. URL:https://markmet.ru/kniga-po-metallurgii/magnezialnye-ogneupory/ (обращение 06.04.2021 г).