СПОСОБ ПОДАВЛЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ БУРОГО ДЫМА ПРИ ЗАЛИВКЕ ЧУГУНА В КОНВЕРТЕР
INHIBITION METHOD OF FORMATION OF RED FUME DURING CAST IRON POURING INTO CONVERTER

Изобретение относится к области металлургии, а именно к процессам, обеспечивающим снижение интенсивности выбросов дисперсной пыли при загрузке материалов в металлургические агрегаты, в частности конвертеры.
Известен способ завалки шихты в конвертер, включающий загрузку лома, заливку чугуна из ковша, подвешенного на грузоподъемном кране, в наклоненный конвертер и подачу нейтрального газа в рабочее пространство конвертера через его горловину (патент РФ №2116352, С21С 5/28, заявл. 14.04.97, опубл. 27.07.98).
Недостатком этого способа является окисление поверхности жидкого металла в ковше и на струе, сливаемой из ковша, с образованием бурого дыма.
Наиболее близким по сущности и достигаемому результату является способ улавливания газопылевых выбросов при завалке шихты в конвертер, включающий завалку лома, заливку чугуна и подавление образования бурого дыма нейтральным газом в зазоре между горловиной конвертера и верхним торцом заливочного ковша (патент РФ №2249051, С21С 5/28, заявл. 08.08.03, опубл. 27.03.2005).
2
Недостатком этого способа является то, что при подаче нейтрального газа (азота) дополнительно охлаждается чугун при заливке его в конвертер и подавляется процесс дожигания СО до СО в факеле, который приводит к ухудшению условий труда на рабочих местах, находящихся на верхних отметка цеха, и увеличению количества СО, выбрасываемого в атмосферу. Кроме того, образуются окислы азота, более токсичные по сравнению с окислами железа (бурым дымом).
Задачей изобретения является снижение интенсивности образования бурого дыма при заливке чугуна в конвертер, сокращение выбросов вредных газообразных веществ на рабочих местах и в атмосферу, снижение расхода чугуна с увеличением доли стального лома.
Поставленная задача достигается тем, что в способе подавления образования бурого дыма при заливке чугуна в конвертер, включающем загрузку лома, заливку чугуна из ковша, подвешенного на грузоподъемном кране, в наклоненный конвертер, согласно изобретению перед заливкой чугуна в конвертер дополнительно загружают углеродсодержащий материал, выделяющий при заливке чугуна нейтральные и/или восстановительные газы, в количестве 0,5-20 кг/т жидкой стали, затем проводят предварительный подогрев твердой шихты сжиганием части этого углеродсодержащего материала в количестве 5-70% от общего его расхода с продувкой кислородом, а в качестве материала, выделяющего нейтральные или восстановительные газы, используют уголь, резину, древесные отходы, при этом уголь содержит летучие вещества в количестве 10-25%.
Технический результат при использовании изобретения заключается в снижении интенсивности выбросов из конвертера бурого дыма в процессе заливки жидкого чугуна после загрузки лома и получения дополнительного тепла от оставшейся части угля для корректировки теплового баланса плавки с увеличением доли стального лома в металлошихте.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что дополнительная загрузка углеродсодержащего материала, например угля, перед заливкой чугуна в конвертер приводит к его пиролизу. При этом разлагаются летучие вещества с выделением водорода, метана, окиси углерода, углекислого газа и азота, вытесняя атмосферный воздух из полости конвертера и тем самым предотвращая образование бурого дыма внутри конвертера. Выходящие из горловины конвертера газы сгорают в зоне между горловиной конвертера и верхним торцом заливочного ковша, защищая тем самым от окисления поверхность струи жидкого чугуна, поступающего из заливочного ковша в конвертер.
Предварительный подогрев твердой шихты проводят для сокращения времени нагрева углеродсодержащего материала до температуры его пиролиза при заливке чугуна. Без нагрева шихты обычно этот период составляет ~0,5 минуты, в течение которого не происходит подавление выделений бурого дыма. Во время предварительного нагрева при подаче кислорода часть углеродсодержащего материала сгорает. При сжигании его менее 5% от общего количества не обеспечивается его предварительный прогрев до температуры пиролиза угля. Сжигание его более 70% приводит к значительному удлинению периода предварительного прогрева твердой металлошихты и сокращению производительности конвертера.
Количество углеродсодержащего материала выбирается исходя из условий полного вытеснения воздуха из полости конвертера и зоны вокруг струи заливаемого жидкого чугуна. При расходе углеродсодержащего материала в количестве менее 0,5 кг/т жидкой стали большая часть его сгорает, оставшееся количество углеродсодержащего материала не выделяет летучие вещества в количестве, обеспечивающем вытеснение атмосферного воздуха из зоны, где образуется бурый дым. При расходе углеродсодержащего материала больше 20 кг/т жидкой стали часть его не успевает прогреться и полностью разложиться с выделением горючих газов. Окончательный пиролиз угля происходит во время рафинирования расплава кислородом. При этом горючие газы могут образовывать газовые смеси с кислородом при взрывоопасной концентрации. Кроме того, оставшийся после пиролиза угля коксовый остаток при расходе углеродсодержащего материала более 20 кг/т жидкой стали нарушает ход продувки расплава, приводя к сворачиванию шлака, выбросам шлакометаллической эмульсии из конвертера и т.п.
Пределы содержания летучих веществ определяются из условий защиты жидкого чугуна от окисления и воздействия факела горячих газов на металлоконструкции и крановое оборудование. Содержание летучих веществ менее 10% не обеспечивает защиту жидкого чугуна от окисления, тем самым не достигается сокращения количества образующегося бурого дыма. При содержании летучих веществ более 25% интенсивность выделения горючих и нейтральных газов настолько велика, что образуется факел, воздействующий на верхние строения металлоконструкций и крановое оборудование, приводя к их деформации и обрушению.
Остающийся после пиролиза угля углерод используется в виде дополнительного топлива, во время выплавки стали в конвертере с соответствующей корректировкой шихтовки плавки с увеличением доли стального лома в металлошихте.
Предлагаемый способ подавления образования бурого дыма при заливке чугуна в конвертер реализован следующим образом.
2
4
n
m
2
В конвертер с верхним кислородным дутьем последовательно загружают стальной лом, известь и углеродсодержащий материал - уголь марки ТОМ (с содержанием летучих веществ 21,4%), затем производят предварительный подогрев лома с продувкой кислородом и сжиганием части угля (25%). После прогрева лома конвертер наклоняют и заливают в него чугун из ковша, который подвешен на грузоподъемном кране. Температура чугуна равна 1325°С, химический состав чугуна, вес.%: Si=0,42; Mn=0,43; S=0,017; Р=0,100. В результате пиролиза угля при заливке чугуна образуется смесь газов (объемн.%: СО=10, Н=12, CH=55, CH=7, СО=3), которые подавляют процесс образования бурого дыма в зазоре между горловиной конвертера и верхним торцом заливочного ковша. После заливки чугуна конвертер ставят в вертикальное положение и проводят продувку расплава кислородом с получением стали.
Результаты реализации способа подавления образования бурого дыма при заливке чугуна в конвертер представлены в таблице.
Наименование характеристики
Величина характеристики по примеру
прототип
1
2
3
4
5
Расход углеродсодержащего материала (угля), кг/т стали
0
0,5
5,9
14
20
25
Расход чугуна, кг/т стали
853
852
829
803
781
763
Концентрация пыли бурого дыма в выбросе, г/м<sup>3</sup>
1,7
1,6
1,1
0,8
0,6
0,6
3
Как видно из таблицы, наилучшие результаты при реализации предлагаемого способа получены в примерах 3-5. Расход чугуна составлял от 781 до 852 кг/т стали, концентрация пыли бурого дыма изменялась от 0, 6 до 1,6 г/м.
Использование предлагаемого способа позволяет уменьшить выбросы бурого дыма в атмосферу при заливке чугуна в конвертер на 30-60% и дополнительно снизить расход чугуна с увеличением доли стального лома.
Способ промышленно применим и может использоваться в кислородно-конвертерных цехах в сталеплавильном производстве.