СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В КИСЛОРОДНОМ КОНВЕРТЕРЕ
METHOD OF STEELMAKING IN BASIC OXYGEN FURNACE

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к кислородно-конвертерному процессу.
Известен способ получения стали в конвертерах (см. авт.св. СССР №437807, С21С 5/04, опубл. 30.07.1974), включающий загрузку металлолома, заливку чугуна, продувку ванны кислородом, ввод шлакообразующих материалов, присадку после снижения содержания углерода в ванне до 0,14% металлизованных окатышей в качестве охладителей-окислителей по ходу всего второго периода продувки в количестве 4-10% от веса чугуна.
Недостатком известного способа является относительно малое содержание кислорода в металлизованных окатышах, обусловленное расходованием его на окисление углерода, входящего в состав окатышей, что уменьшает количество вводимого кислорода. Большая часть этого кислорода расходуется на повышение концентрации оксидов железа в шлаке, что усиливает угар железа и снижает стойкость футеровки. Кроме того, металлизованные окатыши имеют плотность в два раза меньше плотности жидкого расплава. Это не позволяет окатышам проникнуть в глубь металлической ванны, и они располагаются на границе шлак-металл, снижая тем самым эффективность охлаждающего действия. Вследствие этого металлизованные окатыши не в состоянии обеспечить задачу увеличения скорости окисления углерода и восстановления окислов железа.
Наиболее близким аналогом к заявляемому способу является способ выплавки стали в кислородных конвертерах, включающий загрузку твердой шихты, заливку жидкого чугуна, последующую продувку ванны кислородом, ввод шлакообразующих и твердых окислителей, в котором в качестве твердой шихты используют полуфабрикат для металлургического передела, состоящий из железоуглеродистого сплава и оксидного материала, и металлический лом в соотношении (0,1-3,0):1,0, при этом полуфабрикат загружают в количестве 25-300 кг на 1 тонну жидкого чугуна. Полуфабрикат для металлургического передела содержит оксидный материал, залитый железоуглеродистым сплавом в соотношении 1:(1,0-9,9) соответственно, при этом суммарное количество кислорода в оксидном материале равно его необходимому количеству для полного окисления компонентов железоуглеродистого расплава (сплава) (см. патент РФ №2075513, С21С 5/28, опубл. 20.03.1997).
Недостатками данного способа являются сложность технологического процесса изготовления полуфабриката, связанная с необходимостью заливки оксидного материала железоуглеродистым сплавом (чугуном) и последующим его остыванием до твердого состояния, а также увеличенные энергетические затраты, требующиеся для нагрева полуфабриката в процессе выплавки стали до температуры плавления и достижения наилучших условий диссоциации окислов железа, и недостаточно высокая скорость окисления углерода и восстановления оксидов железа.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в увеличении скорости окисления углерода и восстановления окислов железа, а также в снижении энергетических затрат на технологический процесс изготовления полуфабриката и его нагрев до температуры плавления в процессе выплавки стали и достижения наилучших условий диссоциации окислов железа.
Поставленная задача решается тем, что в способе выплавки стали в кислородном конвертере, включающем загрузку твердой шихты, заливку жидкого чугуна, последующую продувку ванны кислородом, ввод шлакообразующих и твердых окислителей, при котором в качестве твердой шихты используют полуфабрикат для металлургического передела, состоящий из железоуглеродистого сплава и окислов железа, и металлический лом, согласно изобретению полуфабрикат изготавливают в виде спрессованных пакетов, внутрь которых перед прессованием помещают капсулы, наполненные окислами железа с содержанием железа не менее 55% и влажностью не более 12%, при этом массовая доля окислов в пакете составляет 35-45%, а массовая доля спрессованных пакетов - 20-45% от суммарной массы металлического лома и спрессованных пакетов, при этом материал капсулы выбирают из железосодержащих материалов.
2
Окисление углерода представляет собой сложную многостадийную гетерогенную реакцию, заканчивающуюся образованием газовой фазы в виде смеси оксидов СО и CO с высокой энергетикой. Важнейшим показателем являются скорость окисления углерода и, следовательно, скорость восстановления оксидов железа. Этот показатель определяется фракционным составом полуфабриката.
Использование согласно предлагаемому изобретению полуфабрикатов в виде спрессованных пакетов с капсулами, представляющими собой тонкие железосодержащие оболочки, обеспечивает более раннее образование СО и восстановление окислов железа по сравнению с полуфабрикатами, представляющими собой массивные тела, содержащие оксидный материал, залитый железоуглеродистым сплавом (чугуном).
Известно осуществление способа выплавки стали в кислородном конверторе, согласно которому при выплавке стали используют оксидный материал для снижения расхода металлического лома и снижения себестоимости выплавки стали (см. патент РФ №2092570, С21С 5/28, опубл. 10.10.1997).
В заявляемом способе указанный признак так же, как и в известном способе предназначен для снижения расхода металлического лома и снижения себестоимости выплавки стали.
Однако наравне с известным техническим свойством, заявляемый отличительный признак, характеризующийся заявляемыми соотношениями, при выплавке стали в кислородном конвертере создает новый технический результат, заключающийся в увеличении скорости окисления углерода и восстановления окислов железа, а также в снижении энергетических затрат на технологический процесс изготовления полуфабриката и его нагрев до температуры плавления в процессе выплавки стали и достижения наилучших условий диссоциации окислов железа.
На основании вышесказанного можно сделать вывод, что заявляемый способ выплавки стали в кислородном конвертере не следует явным образом из известного уровня техники и, следовательно, соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Если массовая доля спрессованных пакетов составляет менее 20% от суммарной массы металлического лома и спрессованных пакетов, то в этом случае количество окислов железа недостаточно для того, чтобы полностью обеспечить достижение наилучших условий диссоциации окислов железа во всем объеме плавки.
Если массовая доля спрессованных пакетов составляет более 45% от суммарной массы металлического лома и спрессованных пакетов, то в этом случае происходит замедление процесса за счет недостаточного количества тепла для ведения плавки.
Если массовая доля окислов железа в пакете составляет менее 35%, то в этом случае количество окислов недостаточно для того, чтобы полностью обеспечить достижение наилучших условий диссоциации окислов железа во всем объеме плавки.
Если массовая доля окислов железа в пакете составляет более 45%, то при этом имеет место повышенный расход оксидного материала, что усложняет процесс получения полуфабриката, а также удлиняет время плавки в конвертере.
Если капсулы наполнены окислами железа с содержанием железа менее 55%, то в этом случае существенно снижается выход годного с увеличением энергетических затрат и длительности технологического процесса.
Нецелесообразно наполнять капсулы окислами железа с влажностью более 12%, т.к. при этом возможно возникновение взрывоопасной ситуации.
Пример конкретного выполнения
Твердая шихта для 360 т конвертера состояла из 37,8 т металлолома и 16,2 т полуфабриката в виде спрессованных пакетов, внутрь которых перед прессованием были помещены капсулы, наполненные окислами железа массой 6,48 т с содержанием железа 60% и влажностью 10% (массовая доля окислов железа в пакете составляла 40%). В качестве капсул использовали стандартные стальные бочки емкостью 200 л по ГОСТ 13950-91. Масса спрессованных пакетов составляла 30% от суммарной массы металлического лома и спрессованных пакетов. При этом в конвертер заливали 310 т жидкого чугуна.
Расход шлакообразующих был таким же, как и при работе с применением в качестве твердой шихты только металлолома. Продувка плавки производилась по обычной технологии в соответствии с технологической инструкцией. Плавка протекала спокойно, никаких отклонений по шлаковому, тепловому режимам и необходимому химическому составу не наблюдалось. Выплавляли трубную сталь класса прочности К56.
Режимы выплавки и условия протекания плавки приведены в таблице.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ выплавки стали работоспособен и устраняет недостатки, имеющие место в прототипе. Способ согласно изобретению обеспечивает увеличение скорости окисления углерода и восстановления окислов железа, а также снижение энергетических затрат на технологический процесс изготовления полуфабриката и его нагрев до температуры плавления в процессе выплавки стали и достижения наилучших условий диссоциации окислов железа. Способ выплавки стали также позволяет сократить расход металлического лома и снизить себестоимость выплавки стали.