СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF STEEL MANUFACTURE IN ARC STEEL-MAKING FURNACE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве стали в дуговых сталеплавильных печах.
Известен способ выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи, включающий завалку шихты, ее расплавление, проведение окислительного периода путем продувки ванны металла кислородом, проведение восстановительного периода и выпуск металла из печи, причем продувку металла кислородом ведут через две точки зеркала ванны, равноудаленные от вертикальной оси печи с центральным углом между ними не менее 90°, а кислород подают попеременно через каждую из точек продувки с интервалом 10-25 с и поддерживают его постоянный расход, и оси струй кислорода составляют с зеркалом ванны угол 80-90° и направлены в одну сторону (патент №2132394, 6 С21С 5/52 от 02.06.98).
3
К недостаткам известного способа выплавки стали следует отнести высокий угар металла, достигающий величины 15% вследствие того, что кислородом обдувают поверхность зеркала ванны расплавленного металла, которая быстро нагревается до температуры кипения, что приводит к интенсивному испарению металла. Кроме того, струя кислорода отражается от поверхности ванны и уносится с отходящими газами, что приводит к повышенному расходу кислорода до 50 м/т.
Наиболее близким по технической сути к предлагаемому способу является способ выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи (патент №2278900, 6 С21С 5/52 от 27.06.06).
Способ заключается в завалке шихты, ее расплавлении, проведении окислительного периода плавки путем продувки ванны металла кислородом с помощью фурмы, проведении восстановительного периода и выпуске металла из печи, причем продувку ванны кислородом осуществляют погружением под зеркало металла сопел фурмы, оси которых составляют угол до 10° с вертикалью, и непрерывно перемещают срез сопел в интервале (0,2-0,5) глубины ванны и вокруг вертикальной оси в течение всего периода продувки.
Недостатки прототипа состоят в следующем. У среза сопел образуется пузырь кислорода, который быстро растет, увеличиваясь в объеме, затем отрывается от среза сопла и всплывает к поверхности ванны, где рассыпается на мелкие пузырьки, при этом кислород поступает в шлак. Реакции окисления элементов расплава идут на поверхности раздела кислород-металл. При больших размерах пузыря кислорода эта реакционная поверхность мала. Кроме того, эффективность использования кислорода низка, так как большая его часть переходит в шлак, что увеличивает время продувки и, следовательно, угар металла.
Задачей изобретения является снижение удельного расхода кислорода и сокращение угара металла при выплавке стали в дуговой сталеплавильной печи.
Поставленный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи, включающем завалку шихты, ее расплавление, проведение окислительного периода плавки путем продувки ванны металла кислородом с помощью заглубленной под зеркало ванны металла фурмы с соплами, проведение восстановительного периода и выпуск металла из печи, причем продувку осуществляют фурмой, сопла которой расположены в ряд в вертикальной плоскости, с поддержанием постоянного заглубления сопел на величину, равную 0,5 глубины ванны металла, и обеспечивают ее непрерывное возвратно-поступательное перемещение в горизонтальной плоскости в направлении, перпендикулярном оси, на которой располагают ряд сопел фурмы, в течение всего периода продувки.
Устройство для выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи представляет собой фурму для продувки металла кислородом, содержащую сопла, причем фурма выполнена в виде гребенки, сопла которой расположены в ряд в одной вертикальной плоскости, имеющей возможность непрерывного возвратно-поступательного перемещения в горизонтальной плоскости в направлении, перпендикулярном оси, на которой расположен ряд сопел фурмы.
Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с прототипом, изобретательским уровнем, так как явно не следует из существующего уровня техники, практически осуществимо в современных дуговых сталеплавильных печах.
Предлагаемый способ выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи осуществляют следующим образом.
В дуговую сталеплавильную печь заваливают шихту и включают печь на расплавление. После расплавления шихты начинают продувку ванны кислородом погружением фурмы на величину, равную 0,5 глубины ванны, в течение всего периода продувки, и обеспечивают ее непрерывное возвратно-поступательное перемещение в горизонтальной плоскости.
При таком способе введения кислорода в металл образуется большое количество мелких пузырьков кислорода, так как смещение среза сопла относительно массы расплавленного металла приводит к отрыву пузырька кислорода, что резко увеличивает суммарную удельную поверхность раздела кислород-металл и, следовательно, реакционную поверхность. Следствием этого является увеличение площади реакций окисления, что, в свою очередь, существенно повышает эффективность использования кислорода, уменьшает продолжительность продувки и сокращает угар металла.
Устройство для осуществления указанного способа выполнено так, что фурма составлена из нескольких трубок, расположенных в один ряд в виде гребенки, а их непрерывное возвратно-поступательное перемещение производят в направлении, перпендикулярном оси ряда.
На чертеже показан разрез дуговой сталеплавильной печи, где
1 - кислородная фурма;
2 - зеркало ванны;
3 - шлак;
4 - вибратор;
5 - пружина;
6 - зона реакций окисления.
3
После расплавления шихты неохлаждаемую кислородную фурму 1 вводят под зеркало ванны 2, покрытой слоем шлака 3. Например, при выплавке стали в дуговой сталеплавильной печи вместимостью 100 т фурма будет составлена из шести трубок диаметром 25 мм, с расходом кислорода на фурму, равным 4000 м/ч. В течение периода продувки поддерживают постоянную глубину погружения фурмы, равную 0,5 глубины ванны, и постоянно производят возвратно-поступательное перемещение фурмы. Глубину погружения фурмы измеряют от ее торца. Зона контакта кислорода с металлом заключена в объеме 6 и представляет собой мелкие пузырьки с большой суммарной реакционной поверхностью. Перемещение сопел фурмы в горизонтальной плоскости осуществляют с помощью вибратора 4 и пружины 5. Выполнение фурмы в виде расположенных в ряд сопел позволяет увеличить объем реакционной зоны, интенсифицировать реакции окисления, уменьшить длительность продувки и, следовательно, удельный расход кислорода и угар металла.
Погружение кислородной фурмы ниже 0,5 глубины ванны создает опасность перегрева подины печи, что приведет к интенсивному ее износу, а погружение фурмы менее 0,5 глубины ванны снижает эффективность использования кислорода, так как уменьшается объем реакционной зоны 6.
3
Снижение удельного расхода кислорода при осуществлении предложенного способа выплавки стали на 10% и угара металла на 3% позволит получить дополнительно 3 т металла на каждой плавке в дуговой печи вместимостью 100 т, что вместе с сокращением удельного расхода кислорода на 5 м/т обеспечит экономический эффект около 70 руб. на тонну выплавленной стали. При годовом производстве 1 млн. т экономический эффект составит около 70 млн. руб.