СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ШЛАКОВОГО ГАРНИСАЖА НА ФУТЕРОВКУ КОНВЕРТЕРА
PROCEDURE FOR APPLICATION OF SLAG SCULL ON CONVERTER LINING

Предлагаемое изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способам горячего ремонта футеровки сталеплавильных агрегатов, в частности к способам нанесения шлакового гарнисажа на футеровку кислородного конвертера.
6
Известен способ нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера, предусматривающий повалку конвертера, и выпуск из него металла, оставление в конвертере шлака предыдущей плавки, ввод шлакообразующих материалов, содержащих Ca и Mg, перемешивание полученного шлакового расплава смесью кислорода и нейтрального газа с последующим нанесением расплава на внутренние стенки конвертера, в котором шлакообразующие материалы вводят последовательно в две стадии: на первой стадии присаживают кальцийсодержащие материалы и перемешивают полученный шлаковый расплав смесью нейтрального газа с кислородом в соотношении 1:(0,05-0,15), на второй стадии - магнийсодержащие материалы в количестве 20-50% от массы присаживаемых на первой стадии кальцийсодержащих материалов и перемешивают магнийсодержащие материалы со шлаковым расплавом нейтральным газом, при этом отношение продолжительности перемешивания шлакового расплава на первой стадии к времени его перемешивания на второй стадии поддерживают равным 1:(1,3-1,5), после чего шлаковый расплав наносят на футеровку конвертера струями нейтрального газа [Патент РФ №2170269, МПК F27D 1/16, C21C 5/44, опубл. 10.07.01].
Недостатком этого способа является низкая технологичность процесса, связанная с чередованием присадок кальцийсодержащих материалов с последующим их перемешиванием смесью окислительного и нейтрального газа и магнийсодержащих материалов с последующим перемешиванием нейтральным газом, нерациональным расходом кислорода, что приводит к разрушению футеровки, невозможности нанесения гарнисажа по высоте конвертера, и большая длительность процесса.
3
3
6
Известен способ нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера, предусматривающий оставление в конвертере конечного шлака, раздувание шлака газом, подаваемым с определенной интенсивностью через фурму, установленную на определенном расстоянии относительно уровня днища конвертера, и нанесение шлакового гарнисажа на футеровку с определенной интенсивностью, в котором шлак раздувают кислородом или воздухом, нейтральным или восстановительным газом при положении фурмы относительно уровня днища конвертера, равном 0,01-150 приведенных калибров, при интенсивности продувки 0,25-70 м/мин·т стали до израсходования 0,25-15 м/т. До раздува шлака и/или в процессе раздува на шлак присаживают газовыделяющие материалы и/или углеродсодержащие в количестве 1-35 кг/т [Патент РФ №2131571, МПК F27D 1/16, C21C 5/44, опубл. 10.06.99].
Недостатком известного способа является низкая технологичность процесса, которая обусловлена отсутствием параметра, регламентирующего физическое состояние оставленного конечного шлака. Многоступенчатый режим операции восстановления футеровки и большая продолжительность цикла нанесения шлакового гарнисажа увеличивают потери времени и снижают производительность работы конвертера.
6
Известен способ нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера, предусматривающий подачу в процессе продувки расплава в конвертере кислородом сверху через фурму доломита или извести, наведение магнезиального шлака, слив расплава из конвертера в сталеразливочный ковш и последующее нанесение шлакового гарнисажа на футеровку конвертера, в котором магнезиальный шлак в течение предыдущей перед ремонтом плавки наводят до достижения в нем 5-12% MgO посредством подачи 20-50 кг/т расплава доломита, после выпуска расплава в конвертере оставляют 90-98% образовавшегося шлака, подают на шлак дополнительно доломит 1-20 кг/т расплава, а гарнисаж на футеровку наносят путем продувки шлака сверху через фурму нейтральным газом в течение 0,5-30 мин, при этом его расход поддерживают равным 0,4-1,2 расхода кислорода в предыдущей плавке. В процессе продувки шлака нейтральным газом фурму возвратно-поступательно перемещают вдоль конвертера на расстояние, равное 15-35 калибров сопел фурмы, при этом минимальное расстояние до уровня шлака в спокойном состоянии устанавливают в пределах 5-20 калибров сопел фурмы [Патент РФ №2132392, МПК C21C 5/44, опубл. 27.06.99].
Недостатком известного способа является низкая технологичность и большая длительность процесса. Регламентация положения фурмы по уровню шлака в спокойном состоянии требует практически на каждой плавке замерять положение фурмы, что значительно увеличивает длительность межплавочных простоев и снижает производительность агрегата. Известный способ не предусматривает предварительную подготовку конечного шлака до необходимого состава, консистенции и температуры по мере возрастания окисленности шлака. Отсутствие операции предварительной подготовки конечного шлака ухудшает налипание неподготовленного, переокисленного шлака на поверхность футеровки при раздуве шлака нейтральным газом, что снижает эффективность нанесения шлака и образования защитного слоя.
6
Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является известный способ нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера, включающий повалку конвертера и выпуск из него металла, подвергнутого окислительной продувке до определенного содержания в нем углерода, оставление в конвертере шлака предыдущей плавки, ввод на шлак карбонатных и/или углеродсодержащих материалов, нанесение шлакового гарнисажа на футеровку конвертера путем подачи на шлак сверху струй нейтрального газа через фурму при ее переменной высоте, в котором в зависимости от содержания углерода в металле перед его выпуском на повалке конвертера в шлак вводят карбонатные и/или углеродсодержащие материалы в количестве 15-25% и 5-10% от массы шлака соответственно, при этом при содержании в металле более 0,12% углерода вводят карбонатные материалы, при содержании углерода 0,06-0,12% - карбонатные и углеродсодержащие материалы, а при содержании углерода менее 0,06% - углеродсодержащие материалы, после чего перемешивают полученный шлаковый расплав смесью кислорода с нейтральным газом в соотношении 1:(0,35-0,85) в течение 1-7 продолжительности основной окислительной продувки с последующим его нанесением на футеровку конвертера струями нейтрального газа с расходом 100-200% номинальной интенсивности основной окислительной продувки [Патент РФ №2128714, МПК C21C 5/44, F27D 1/16, C21C 5/28, опубл. 01.04.99].
Недостатком известного способа является невозможность равномерного нанесения шлакового гарнисажа по высоте конвертера при продувке шлаковой ванны струями нейтрального газа из-за неравномерного и неполного распределения шлака по поверхности футеровки, что снижает эффективность нанесения шлакового расплава на поверхность рабочей футеровки конвертера и образования на нем защитного слоя. Большая длительность подготовки шлакового расплава, в совокупности с периодом самого нанесения шлакового гарнисажа, не позволяет использование данного способа в условиях интенсивного производства, так как резко увеличивает продолжительность межплавочных простоев и увеличивает потери рабочего времени конвертера. Известный способ не позволяет реализовать направленное нанесение шлакового расплава на футеровку конвертера, что является основным условием эффективного образования защитного слоя на поверхности футеровки. Направленное нанесение и «намораживание» шлака на стенки конвертера можно обеспечить как за счет кинетической энергии струи с образованием обратных газошлаковых потоков, так и направленной газовой струей для фиксации шлака на поверхности футеровки, что не обеспечивается по известному способу.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности нанесения шлакового гарнисажа за счет нанесения равномерного слоя шлакового расплава на футеровку конвертера.
3
Задача решается следующим образом. В известном способе нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера, включающем повалку конвертера и выпуск из него металла, подвергнутого окислительной продувке, оставление в конвертере шлака предыдущей плавки, ввод в шлак карбонатных и/или углеродсодержащих материалов и нанесение его на внутренние стенки конвертера путем подачи на шлак сверху струй нейтрального газа через фурму при ее переменной высоте, согласно изобретению до и/или в период нанесения шлакового гарнисажа в шлак вводят доломит, углеродсодержащее топливо и известь в соотношении 1:(0,2-0,6):(0,4-0,6) соответственно, а подачу нейтрального газа в первые 10-30 с производят с расходом 20-25 м/мин·т оставленного шлака предыдущей плавки при положении фурмы 15-30 приведенных калибров диаметра сопла над уровнем металла спокойной ванны с последующим снижением положения фурмы до 7-12 приведенных калибров с изменением положения фурмы 7-30 приведенных калибров с периодом 5…25 с, при этом расход нейтрального газа поддерживают равным 1,1-1,5 расхода газа первого периода.
Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и, следовательно, заявляемое решение имеет изобретательский уровень.
При создании настоящего изобретения исходили из положения, что при нанесении шлакового гарнисажа необходимо создать условия для образования шлакового расплава необходимого состава, консистенции и равномерного нанесения его направленной газовой струей для фиксации шлака на поверхности футеровки по высоте конвертера.
Ожидаемый технический результат - увеличение стойкости футеровки и снижение удельного расхода огнеупорных материалов при производстве конвертерной стали.
Технический результат, достигаемый предложенным способом нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера, заключается в том, что ввод после выпуска металла из конвертера до и/или в процессе нанесения шлакового гарнисажа на шлак доломита, углеродсодержащего топлива и извести с определенным расходом на конечный конвертерный шлак обеспечивает образование шлакового расплава необходимого состава и консистенции, а нанесение шлакового гарнисажа путем регламентированного режима подачи нейтрального газа с изменением его расхода и положения фурмы в ходе продувки позволяет равномерно нанести шлаковый слой и зафиксировать его на поверхности футеровки по высоте конвертера.
Для подготовки шлака к раздуву на рабочую поверхность футеровки конвертера на конечный шлак до и/или в период раздува шлакового расплава необходимо вводить доломит, углеродсодержащее топливо и известь в соотношении 1:(0,2-0,6):(0,4-0,6) соответственно в зависимости от характеристик конечного шлака. В качестве основного признака, характеризующего состояние конечного шлака, применяется содержание углерода в металле на повалке предыдущей плавки. При содержании углерода в металле менее 0,10% необходимо доломит, углеродсодержащее топливо и известь вводить в количестве, близком к верхнему пределу расходов материалов, а при содержании углерода 0,10% и выше - к нижнему пределу расходов. Доломит и известь не только обогащают шлак высокоогнеупорными оксидами, но и способствуют получению шлака необходимой консистенции, а ввод углеродсодержащих материалов снижает активность окислов железа, вспенивая шлак, что способствует нанесению качественного слоя шлакового гарнисажа.
При вводе доломита в соотношении с углеродсодержащим топливом и известью, меньшем чем 1:(0,2-0,6):(0,4-0,6) соответственно, не достигается получение шлакового расплава необходимого состава и консистенции для получения слоя гарнисажа достаточной толщины вследствие ее повышенной жидкотекучести, а при вводе его в большем количестве шлак «сворачивается» и становится невозможным его нанесение на футеровку конвертера.
При вводе углеродсодержащего топлива в соотношении с доломитом и известью, меньшем чем 1:(0,2-0,6):(0,4-0,6) соответственно, шлак не вспенивается и не достигаются условия получения шлакового расплава необходимой консистенции, а при вводе его в большем количестве обуславливает неравномерное его распределение по поверхности футеровки конвертера.
При вводе извести в соотношении с доломитом и углеродсодержащим топливом, меньшем чем 1:(0,2-0,6):(0,4-0,6) соответственно, не достигается налипание шлакового расплава на поверхность футеровки конвертера, а при вводе его в большем количестве предопределяет к неравномерному ее распределению в шлаковом расплаве и, соответственно, неравномерному распределению в шлаковом гарнисаже.
3
Подачу нейтрального газа в первые 10-30 с необходимо производить с расходом 20-25 м/мин·т оставленного шлака предыдущей плавки при положении фурмы 15-30 приведенных калибров диаметра сопла над уровнем металла спокойной ванны с последующим снижением положения фурмы до 7-12 приведенных калибров с изменением положения фурмы 7-30 приведенных калибров с периодом 5…25 с, при этом расход нейтрального газа поддерживают равным 1,1-1,5 расхода газа первого периода.
3
3
Первые 10-30 с раздува шлака нейтральным газом производится для перемешивания шлака с усвоением добавочных материалов для подготовки шлака. При начальном раздуве шлака менее 10 с с расходом нейтрального газа менее 20 м/мин·т при положении фурмы ниже 15 приведенных калибров диаметра сопла не достигается усвоение добавочных материалов, а при длительности более 30 с и расходе нейтрального газа более 25 м/мин·т при положении фурмы выше 30 приведенных калибров диаметра сопла нерационально увеличивается длительность процесса с потерей тепла и сворачиванием шлака, что препятствует нанесению гарнисажа. Для качественного нанесения шлакового гарнисажа по высоте конвертера необходимо после подготовки шлака снизить положение фурмы до 7-12 приведенных калибров с последующим изменением положения фурмы в диапазоне 7-30 приведенных калибров с периодом 5-25 с, при этом расход нейтрального газа поддерживают равным 1,1-1,5 расхода газа первого периода.
При снижении положения фурмы менее 7 приведенных калибров и с увеличением расхода нейтрального газа более чем в 1,5 раза от расхода газа первого периода кинетическая энергия струи нейтрального газа оказывает разрушающее действие на футеровку днища конвертера, а при увеличении положения фурмы более 30 приведенных калибров и с увеличением расхода нейтрального газа менее чем в 1,1 раза от расхода газа первого периода не обеспечивается образование обратных газошлаковых потоков с направленным нанесением и «намораживанием» шлакового расплава на футеровку в верхней части конвертера. При длительности периода колебания положения фурмы менее 5 с не достигается «налипания» и «замораживания» брызг шлакового расплава, а при длительности периода колебания положения фурмы более 25 с происходит охлаждение шлакового расплава, что затрудняет направленное нанесение и намораживание подготовленного шлакового расплава на футеровку конвертера.
Пример 1
2
3
3
3
Опробование предложенного способа нанесения шлакового гарнисажа проводили в 160-т конвертере после окончания кислородной продувки, отбора проб металла, шлака и выпуска предыдущей плавки. При отборе проб металла и шлака примерно третья часть конвертерного шлака удаляется самотеком. Химический состав металла перед выпуском из конвертера предыдущей плавки: углерода 0,05%, кремния 0,007%, марганца 0,05%, серы 0,023%, фосфора 0,012%. Конечный шлак в количестве 15 т содержал: 43,23% СаО, 20,28% FeO, 10,01% MgO, 16,88% SiO, 2,05% MnO при температуре на выпуске 1660°С. Конвертер устанавливали в рабочее положение и на оставленный шлак ввели 800 кг доломита, 480 кг кокса и 400 кг извести (соотношение 1:0,6:0,5). Раздув шлака производили азотом через 5-сопловую кислородную фурму с диаметром выходного отверстия сопла 44 мм (приведенный калибр диаметра сопла равен 98,4 мм). В первые 20 с подачу азота осуществляют с расходом 330 м/мин (22 м/мин·т) при положении фурмы 1968 мм (20 приведенных калибров диаметра сопла). Затем фурму опускали до 886 мм (9 приведенных калибров диаметра сопла) и увеличивали расход азота до 429 м/мин (в 1,3 раза расхода начального периода) в течение 15 с с последующим повышением высоты фурмы до 2460 мм (25 приведенных калибров диаметра сопла) и продували в течение 10 с. Затем фурму вновь опускали до 886 мм (9 приведенных калибров диаметра сопла) и раздували шлак в течение 15 с, с последующим подъемом фурмы до положения 2460 мм (25 приведенных калибров диаметра сопла) и продували в течение 5 с. Аналогично продолжали продувку, изменяя положение фурмы от 888 мм до 2460 мм с периодом 5-15 с. Длительность подачи азота на наведение шлакового гарнисажа составила 4 мин. Получили толщину гарнисажного слоя по высоте футеровки конвертера 35-50 мм.
Пример 2
2
3
3
3
Нанесение гарнисажа проводили после выпуска металла предыдущей плавки. При отборе проб металла и шлака примерно третья часть конвертерного шлака удаляется самотеком. Химический состав металла перед выпуском из конвертера: углерода 0,12%, кремния 0,008%, марганца 0,08%, серы 0,020%, фосфора 0,013%. Шлак содержит: 45,80% СаО, 14,70% FeO, 9,27% MgO, 18,62% SiO, 2,76% MnO при температуре 1660°С. Конвертер устанавливали в рабочее положение и на оставленный шлак ввели 500 кг доломита. Раздув шлака производили азотом через 5-сопловую кислородную фурму с диаметром выходного отверстия сопла 44 мм (приведенный калибр диаметра сопла равен 98,4 мм). Первые 30 с подачу азота осуществляют с расходом 330 м/мин (22 м/мин·т) при положении фурмы 2854 мм (29 приведенных калибров). В процессе продувки в конвертер ввели 100 кг кокса и 300 кг извести. Затем фурму опускали до 787 мм (8 приведенных калибров диаметра сопла), увеличивали расход азота до 462 м/мин (1,4 от расхода начального периода), продували в течение 25 с с последующим повышением высоты фурмы до 2952 мм (30 приведенных калибров) и продували еще в течение 10 с. Затем фурму вновь опускали до 787 мм (8 приведенных калибров) и раздували шлак в течение 15 с, с последующим подъемом фурмы до положения 2460 мм (25 приведенных калибров диаметра сопла) и продували в течение 5 с. Аналогично продолжали продувку, изменяя положение фурмы от 787 мм до 2460 мм с периодом 5-25 с. Длительность подачи азота на наведение шлакового гарнисажа составила 5 мин. Доломит, кокс и известь ввели в соотношении 1:0,2:0,6 соответственно. Толщина гарнисажного слоя составила по высоте 40-65 мм.
Пример 3
3
3
3
Нанесение гарнисажа проводили аналогично примеру 1. Только на оставленный конечный шлак ввели 700 кг доломита и 210 кг кокса. Первые 15 с подачу азота осуществляют с расходом 375 м/мин (25 м/мин·т) при положении фурмы 2460 мм (25 приведенных калибров). В процессе продувки в конвертер ввели 350 кг извести. Затем фурму опускали до 787 мм (8 приведенных калибров диаметра сопла), увеличивали расход азота до 462 м/мин (1,4 от расхода начального периода), продували в течение 25 с с последующим повышением высоты фурмы до 2952 мм (30 приведенных калибров) и продували еще в течение 10 с. Затем фурму вновь опускали до 984 мм (10 приведенных калибров) и раздували шлак в течение 20 с, с последующим подъемом фурмы до положения 1574 мм (16 приведенных калибров диаметра сопла) и продували в течение 10 с. Аналогично продолжали продувку, изменяя положение фурмы от 984 мм до 1574 мм с периодом 10-20 с. Длительность подачи азота на наведение шлакового гарнисажа составила 5 мин. Доломит, кокс и известь ввели в соотношении 1:0,3:0,5 соответственно. Расход нейтрального газа составил 1,4 расхода газа первого периода.
Толщина гарнисажного слоя составила по высоте 42-68 мм. Полученные данные реализации предложенного способа свидетельствуют об эффективном нанесении шлакового гарнисажа на футеровку конвертера.
Способ может быть реализован при нанесении шлакового гарнисажа на футеровку конвертера.