СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ
METHOD OF STEEL MAKING IN ARC-TYPE STEEL-MAKING FURNACE

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к технологии производства стали в дуговых сталеплавильных печах.
Известен способ выплавки стали в дуговой печи (Поволоцкий Д.Я., Гудим Ю.А., Зинуров И.Ю. «Устройство и работа сверхмощных сталеплавильных печей», М. «Металлургия», 1990 г., с. 93-96), заключающийся в завалке металлошихты, ее расплавлении, проведении окислительного периода плавки путем продувки ванны расплавленного металла кислородом через водоохлаждаемую фурму, срез сопла которой располагается над уровнем зеркала ванны металла на расстоянии 400-500 мм.
К недостаткам указанного способа следует отнести высокий угар металла, достигающий 8-10% от массы металлической части шихты, из-за ввода кислорода в одну точку расплава над поверхностью жидкой ванны - в области контакта кислорода с расплавом происходят интенсивные экзотермические реакции, которые формируют локальные высокотемпературные зоны, где температура металла достигает значений, близких к температуре кипения железа (2872°С), что является причиной интенсивного испарения (угара) металла.
Известен способ выплавки стали в дуговой печи (Каблуковский А.Ф., Молчанов О.Е., Каблуковская М.А. «Краткий справочник электросталевара», М. «Металлургия», 1994 г., с. 110), при котором в окислительный период проводят продувку ванны металла кислородом, вводимым под давлением через сводовою фурму с несколькими соплами, устанавливаемую на период продувки на расстоянии 100-200 мм от поверхности шлака, и через заглубленные в расплав металлические трубки. Трубки вводят через рабочее окно и по мере сгорания их заглубленных торцов продвигают внутрь расплава в горизонтальном направлении.
Очевидным недостатком этого аналога является достаточно высокий угар металла и повышенный расход кислорода, и из-за того, что кислород, вводимый через фурму, обдувает поверхность жидкой ванны, его значительная часть не успевает прореагировать с элементами расплава и поэтому используется не эффективно. Довольно высокий угар металла связан с тем, что так же, как и в предыдущем аналоге, на поверхности расплава образуются локальные высокотемпературные зоны, являющиеся причиной интенсивного испарения металла. Кроме того, ввод кислородных трубок через открытое рабочее окно сопровождается выбиванием печных газов, что, в свою очередь, приводит к дополнительным потерям тепла, которые необходимо компенсировать, и к ухудшению условий работы обслуживающего персонала.
Известен способ выплавки стали в дуговой печи, обеспечивающий снижение угара металла (RU №2132394 С1, 1999 г.), который заключается в завалке шихты, ее расплавлении, проведении окислительного периода путем продувки металла кислородом через две точки ванны, равноудаленные от вертикальной оси печи с центральным углом между ними не менее 90°. Кислород подают попеременно через каждую из точек продувки с интервалом 10-25 секунд и поддерживают его постоянный расход. Использование для продувки расплава двух водоохлаждаемых фурм, одна из которых вводится через свод, а другая, например, через рабочее окно, требует дополнительных затрат на их обслуживание, удорожая тем самым себестоимость металла.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого изобретения является способ выплавки стали в дуговой печи (RU №2309182С1, 2007 г.), включающий в себя завалку шихты, ее расплавление, окислительный и восстановительный периоды плавки и выпуск металла из печи.
В прототипе при проведении окислительного периода продувку ванны кислородом осуществляют сразу в нескольких точках - посредством нескольких, заглубленных в расплав, неохлаждаемых металлических трубок, каждую из которых подают в печь через дополнительно выполненное в боковой стенке печи отверстие с помощью специального механизма, обеспечивающего их перемещение в двух направлениях: вертикальном и горизонтальном, практически, по изогнутой траектории, что при недостаточно полном контроле параметров заглубления трубок, в т.ч. скорости их погружения в расплав, представляет опасность нарушения целостности футеровки подины и откосов печи, а выбивание печных газов через это отверстие в стенке приводит к ухудшению экологической обстановки в цехе и является дополнительной статьей расходной части теплового баланса печи, требующей компенсационных затрат тепла. Прототипу присущ также большой расход используемых для подачи кислорода металлических трубок, т.к. не предусмотрена их защита от воздействия высоких температур рабочего пространства печи и, к тому же, в нем не достаточно полно использованы возможности по снижению угара металла и расхода кислорода, что увеличивает затраты на единицу продукции и тем самым снижает эффективность его реализации.
Задача, решаемая изобретением, направлена на устранение указанных недостатков прототипа и повышение эффективности способа выплавки стали в дуговой печи.
Технический результат, получаемый при реализации изобретения, заключается в снижения себестоимости единицы продукции за счет сокращения угара металла и удельного расхода кислорода путем увеличения суммарной реакционной поверхности металл/кислород и повышения стойкости металлических (кислородных) трубок.
Технический результат достигается тем, что в способе выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи, включающем завалку шихты, ее расплавление, окислительный период плавки при отключенной печи с продувкой ванны металла кислородом, вводимым в несколько точек через заглубленные в расплав неохлаждаемые металлические трубки, и проведение восстановительного периода, согласно изобретению продувку ванны ведут через неохлаждаемые металлические трубки, которые размещают внутри полых электродов и погружают в металл на глубину, равную 4-7 их диаметрам, при этом электроды на период продувки опускают до уровня зеркала ванны, после чего установленную глубину погружения трубок в течение всего времени продувки поддерживают постоянной путем их перемещения внутри полых электродов по вертикали на величину оплавления, и подачу кислорода в трубки осуществляют в импульсном режиме с интервалами между импульсами подачи, обеспечивающими минимальный удельный расход кислорода.
Предлагаемый способ выплавки стали осуществляется следующим образом.
В дуговую печь заваливают шихту и включают печь на расплавление, после расплавления начинают продувку ванны кислородом при отключенной печи, который подается в импульсном режиме с помощью трубок, размещенных внутри полых электродов, торцы которых в период продувки находятся на уровне зеркала ванны. Торцы трубок погружены в ванну на глубину, равную 4-7 диаметрам трубки (в реальных условиях это составляет 200-300 мм). Глубина погружения неохлаждаемой трубки, через которую подается кислород, определяется следующими факторами. При заглублении трубки в ванну металла менее 4 ее диаметров (в реальных условиях это составит менее 160-180 мм) значительная часть кислорода с пузырьками уйдет из зоны реакции из-за высокой скорости выхода кислорода из сопла (кислород подается под давлением 10-15 атм), а при заглублении более 7 диаметров (свыше 300 мм) из-за того, что часть трубки, выходящая из торца электрода, практически мгновенно прогревается до температуры расплава, она будет интенсивно оплавляется, а это приведет к увеличению ее расхода.
В течение времени продувки большая часть длины трубок защищена от теплового воздействия печной атмосферы «телом» электрода и, следовательно, от оплавления; трубки внутри полого электрода перемещают по вертикали для сохранения глубины погружения, благодаря этому окислительные реакции кислорода с элементами расплава происходят внутри металла, в массе жидкой ванны, и, следовательно, практически весь кислород (или его значительная часть) используется на реакции обезуглероживания и выделяемое тепло экзотермических реакций окисления углерода и ряда примесей усваивается всей массой расплава вследствие его высокой теплопроводности. В результате, при таком способе ведения плавки увеличивается эффективность использования кислорода, сокращается его удельный расход и угар металла, так как ликвидируется вероятность образования локальных высокотемпературных зон на поверхности жидкой ванны. Увеличению реакционной поверхности металл/кислород способствует подача кислорода в импульсном режиме с разрывами между импульсами, обеспечивающими минимальный удельный расход кислорода, что устанавливается экспериментально. При таком режиме подачи кислорода его струя перестает представлять собою монолитную массу, а дробится на отдельные пузыри. Разрыв во времени при подаче кислорода - импульсная подача окислителя - способствует тому, что образовавшиеся сравнительно мелкие пузырьки кислорода (их диаметр примерно равен диаметру отверстия продувочной трубки) обладают большой подвижностью и интенсивно устремляются вверх благодаря высокому давлению подаваемого кислорода, таким образом, масса кислорода рассеивается в расплаве. Очевидно, что дробление струи приведет к резкому увеличению суммарной реакционной поверхности, так как суммарная поверхность образующихся мелких пузырьков существенно превышает реакционную поверхность монолитной кислородной струи. При таком способе подачи кислорода вероятность того, что большая часть кислорода (практически весь вводимый окислитель) будет использована, - существенно возрастает, а это, в свою очередь, способствует снижению удельного расхода кислорода, росту скорости обезуглероживания металла, следовательно, сокращению периода продувки, и сокращению времени плавки в целом, что в конечном итоге увеличивает производительность печи. По окончании окислительного периода включают печь, проводят восстановительный период плавки и выпускают металл из печи по обычной технологии.